KR20220065170A - 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로 - Google Patents

가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적주식 가스 침탄 기반의 진공퍼지가 가능한 관형상의 침탄부 및 적어도 일부가 침탄부의 내부에 위치하고 고온 및 진공 분위기에서 고효율·고균일 가열이 가능하고 고온 및 진공 분위기에서 내구성 확보가 가능한 소재와 구조를 적용한 적어도 하나의 자기열교환방식(self-recuperative) 가스 버너를 포함한 가열시스템을 사용하여 에너지 사용량, 침탄 원료 및 침탄 배기가스량을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 제공한다.

Description

가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로{An energy saving Vacuum purge type carburizing gas furnace applied with gas burner heating system}
본 발명은 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적주식 기반의 진공퍼지식 가스 침탄로에 고효율, 고내구 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로에 관한 것이다.
자동차, 중장비, 항공 및 각종 기계에 이용되는 기어, 샤프트, 베어링 등과 같이 고내구성을 지니는 금속 부품을 제조하기 위하여 침탄(부품 표면에 모재 탄소 농도 이상의 탄소를 침투시킴) 열처리 공정이 적용된다.
일반적으로 금속침탄 열처리방법은 고체 침탄, 액체 침탄, 기체 침탄, 플라즈마 침탄으로 구분된다.
고체침탄은 활성탄에 촉매제인 탄산염을 혼합하여 침탄하는 방법이나 작업방법이 복잡하고, 생산성이 낮으며, 분위기관리가 어렵다는 점 때문에 특별한 경우를 제외하고는 사용이 되지 않고 있다.
한편, 액체침탄은 청화소다(NaCN)염을 녹여서 사용하는 방법이나 청화소다가 독극물로써 인체에 해로울 뿐만 아니라 환경을 크게 오염시키고 있기 때문에 사용이 점점 줄어들고 있다.
다른 한편, 기체침탄은 분위기 제어가 용이하고, 대량의 부품에 대하여 비교적 균일한 열처리가 가능하기 때문에 가장 많이 사용되고 있는 방법이며, 대표적인 방식으로 도 1에 도시된 변성식 가스 침탄법과 도 2에 도시된 적주식 (Drip Feed) 가스 침탄법이 있다.
변성식 가스 침탄법은 일산화탄소, 수소, 질소로 구성된 캐리어 가스(RX가스)를 침탄로로 제공하기 위해 Ni 촉매 및 히터를 포함하는 변성로가 추가적으로 설치됨에 따라 에너지 및 비용이 많이 소요되는 반면, 적주식 가스 침탄법은 캐리어 가스로 액상의 메탄올을 고온의 로 내부에 직접 투입하여 분해된 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 사용함으로써 변성로 미사용으로 인한 에너지 절감뿐만 아니라 변성로에서 생성된 RX가스에 비해 메탄올 분해가스의 빠른 침탄 속도로 인해 공정시간을 단축시킴으로써 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.
상기의 가스 침탄 공정은 에너지 과소비 공정으로써 에너지 저감을 위한 다양한 요소 기술을 접목한 침탄 장비 개발이 가능하며, 금속(주로 철강) 부품의 표면경화를 위해 가장 많이 사용되는 공정이므로 그 파급효과 또한 큰 것으로 판단되나, 단순히 적주식 가스 침탄 방식에 밀폐식으로 제작하여 진공퍼지를 추가하는 수준에 그쳐 에너지 사용량 및 비용 개선에 한계가 있다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-2004078호(2019.07.19.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-0628998호(2006.09.20.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 적주식 가스 침탄을 기반으로 ??칭실 뿐만 아니라 가열실(침탄부)을 진공퍼지 가능하도록 개량하고, 고효율·고균일·고내구 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 ??칭부에 인접하도록 배치되고, 진공퍼지가 가능하며, 침탄가스가 처리재와 반응하는 관형상의 침탄부; 및 적어도 일부가 상기 침탄부의 내부에 위치하고 자기열교환방식(self-recuperative)을 사용하여 상기 침탄부를 가열시키는 적어도 하나의 가스버너 가열부;를 포함하고, 적주식 가스 침탄법을 적용하여 상기 침탄가스의 사용량 및 침탄 배기가스량을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스버너 가열부는 2열로 배열되되, 서로 평행하면서 소정거리 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스버너 가열부는 상기 침탄부의 중심축과 수직한 방향으로 상기 침탄부의 상부를 관통하도록 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스버너 가열부는, 적어도 일부가 상기 침탄부의 외부로 노출되면서 상기 침탄부에 삽입되어 상기 침탄부를 가열시키고 공기가 투입되어 강온 시간을 단축시키는 가스버너부; 상기 가스버너부의 적어도 일부를 수용하는 결합부; 상기 가스버너부의 외주면과 접하도록 형성되는 연결부; 및 상기 가스버너부의 내부에서 연료가 연소 시 발생하는 폭발압에 의해 상하방향으로 이동하는 상기 가스버너부를 완충시키는 댐핑부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결부는, 상기 가스버너부의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상의 제1 연결부재; 상기 제1 연결부재의 하부에 위치하고 상기 가스버너부의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상의 제2 연결부재; 상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재를 관통하는 볼트; 상기 볼트와 체결되는 너트; 및 상기 제1 연결부재와 상기 너트 사이에 위치하고 상기 볼트가 관통되는 지지부재;를 포함하고, 상기 댐핑부는 상기 지지부재와 접한 상태에서 상기 제1 연결부재를 향하여 탄성력을 제공함에 따라 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결부는, 상기 제2 연결부재의 하부에 위치하고 상기 가스버너부의 외주면과 접하는 링형상의 제3 연결부재; 상기 제3 연결부재의 상부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제1 단차부가 형성되는 제4 연결부재; 및 상기 제3 연결부재의 하부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제2 단차부가 형성되는 제5 연결부재;를 포함하고, 상기 제1 단차부와 상기 제5 연결부재 사이에는 내부공간이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결부의 내부에 위치하여 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 실링부;를 더 포함하고, 상기 실링부는, 상기 내부공간에 위치하여 상기 제1 단차부와 상기 제5 연결부재에 밀착되는 링형상의 오링; 및 상기 제4 연결부재와 상기 제5 연결부재 사이에 위치하여 상기 오링을 가압하는 누름판;을 포함하고, 상기 오링 및 상기 누름판은 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 단차부는 상기 제2 단차부와 대향하도록 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 연결부의 적어도 일부에 형성되어 상기 침탄부로부터 상기 연결부와 상기 실링부로 전도되는 열을 냉각시키는 냉각부;를 더 포함하고, 상기 냉각부는 상기 제1 내지 제5 연결부재에 형성되어 냉각수가 흐르는 워터 재킷(water jacket)이고, 상기 냉각부는 상기 침탄부에서 발생한 열을 냉각시켜 상기 연결부와 상기 오링으로 전도되는 것을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스버너부 및 상기 연결부는 실리콘 카바이드(SiC) 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 댐핑부는 상기 연결부의 적어도 일부에 삽입되어 상기 연결부로 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스버너부의 적어도 일부를 둘러싸면서 상기 침탄부와 상기 가스버너부 사이에 위치하는 내화재;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 침탄부의 내부에 복수 개의 가스버너부가 삽입되고 복수 개의 가스버너부의 내부에서 연료가 연소 시 발생하는 폭발압에 의해 상하방향으로 이동하는 가스버너부를 완충시키는 댐핑부, 공기의 누설을 방지하는 실링부 및 침탄부로부터 전달되는 열을 냉각시켜 실링부의 온도 상승을 방지하는 냉각부를 통하여 침탄부의 고온 및 진공 분위기를 유지시킴에 따라 가열실(침탄부)의 진공퍼지와 고효율·고균일·고내구 가스버너 가열시스템을 효과적으로 복합 적용함으로서 에너지 소비량, 침탄 원료 사용량, CO2 배출량 모두를 크게 절감시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 변성식 침탄로를 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래기술에 따른 적주식 침탄로를 나타낸 개념도이다.
도 3은 가스버너 가열부가 미적용된 시스템을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 나타낸 일 방향에서의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로에 구비된 침탄부 및 가스버너 가열부를 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
도 6은 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 댐핑부를 나타낸 부분상세도이다.
도 7은 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 실링부를 나타낸 부분상세도이다.
도 8은 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 냉각부를 나타낸 부분상세도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
1. 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로
이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 설명하도록 한다.
도 3는 가스버너 가열부가 미적용된 시스템을 나타낸 일 방향에서의 단면도이다. 도 4은 본 발명의 일실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로를 나타낸 일 방향에서의 평면도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로에 구비된 침탄부 및 가스버너 가열부를 나타낸 일 방향에서의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로는 ??칭부(100), 침탄부(200) 및 가스버너 가열부(300)를 포함하고, 상기한 구성요소를 통해 적주식 가스 침탄법을 적용하여 침탄가스의 사용량 및 침탄 가스의 배기 및 연소에 따라 생성되는 침탄 배기가스량을 최소화시킨다. 여기서, 침탄가스는 처리재의 표면에서 반응하여 탄소가 처리재 표면에 흡수되고, 그 흡수된 탄소가 내부로 확산된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로는 종래기술에서 사용하던 변성로 및 침탄로의 구성에서 탈피하여 변성로를 사용하지 않고 오로지 침탄로만을 사용함으로써 변성로의 미사용으로 인한 에너지 절감 효과를 가진다.
??칭부(100)는 진공퍼지가 가능하다.
침탄부(200)는 ??칭부(100)에 인접하도록 배치되어 침탄가스가 처리재와 반응하는 침탄로로서, 가열실 겸 침탄실이며 진공퍼지가 가능하다. 또한, 침탄부(200)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 일방향으로 길게 형성되는 관형상을 가지고 지면과 평행하도록 배치된다.
도 2를 참조하면, 처리재는 컨베이어를 따라 좌측으로부터 ??칭부(100)를 통과 후 우측으로 이동하여 침탄부(200)의 내부에 위치하고, 침탄부(200)는 처리재를 가열 및 침탄시킨다.
이후, 가열 및 침탄된 처리재는 컨베이어를 따라 침탄부(200)로부터 ??칭부(100)로 이동되며, ??칭부(100)는 가열 및 침탄된 처리재를 ??칭시킨다.
대기의 타입 CO
(vol %)		 H2
(vol %)		 Β
(cm/s X 10-5)
흡열성 가스(from natural gas) 20 40 1.25
흡열성 가스(from propane) 23.7 31 1.15
메탄올+40% N2 20 40 1.25
메탄올+20% N2 27 54 2.12
천연가스/공기 17.5 35.5 1.34
프로판/공기 32 34.5 1.67
아세톤/공기 40 48.7 2.62
아이소프로판올/공기 29 41.5 1.78
천연가스/CO2 40 48.7 2.62
프로판/CO2 54.5 39.5 2.78
메탄올 33 67 2.85
아세톤 25 75 2.55
아이소프로판올 20 80 2.25
(950 ℃, CP:1.15%)[표 1]은 분위기 가스별 탄소의 표면반응계수(Β)를 나타낸다.
전체적으로 흡혈성 가스보다 아세톤, 아이소프로판올, 메탄올 가스에서 표면반응계수가 높게 나타났으며, 특히 메탄올의 표면반응계수(Β)는 흡열성 가스(from propane)의 표면반응계수(Β)보다 약 2.5배가 큰 것으로 확인되었다.
즉, 침탄속도가 가장 빠른 메탄올 분해가스를 사용하게 되면, 공정시간을 단축함과 동시에 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 진공퍼지 가능한 밀폐식 ??칭부와 가열실(침탄부)은 방화막(flame curtain 또는 safety curtain) 미사용으로 인하여 에너지를 절감하고, 밀폐식으로 적용됨에 따라 침탄가스의 사용량이 저감되며, 그에 따라 배기 가스량도 감소함에 따라 이산화탄소 배출량 및 열량 손실 감소에 의한 에너지 절감 효과가 있다.
가스버너 가열부(300)는 침탄부(200)의 중심축과 수직한 방향으로 침탄부(200)의 상부를 관통하도록 위치하고, 적어도 하나가 형성된다.
보다 구체적으로 도 3 내지 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 가스버너 가열부(300)는 2열로 배열되되, 서로 평행하면서 소정거리 이격되도록 배치된다.
상기한 가스버너 가열부(300)는 이하 도 6 내지 도 8을 참조하여 구체적으로 후술될 것이며, 후술될 가스버너 가열부(300)에 대한 기술적 특징도 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로에 그대로 적용된다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가스버너를 설명하도록 한다.
도 6는 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 댐핑부를 나타낸 부분상세도이다. 도 7은 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 실링부를 나타낸 부분상세도이다. 도 8은 도 5의 S영역에 도시된 가스버너 가열부에 구비된 연결부 및 냉각부를 나타낸 부분상세도이다.
가스버너 가열부(300)는 침탄가스가 연소되는 침탄부(200)로 적어도 하나가 삽입되는 가스버너 가열부(300)에 있어서, 가스버너부(310), 결합부(320), 연결부(330), 댐핑부(340), 실링부(350), 냉각부(360) 및 내화재(370)를 포함한다.
가스버너부(310)는 가열 에너지의 효율을 높이기 위한 구성요소로서, 내부가 비어 있는 중공형상을 가진다. 또한, 가스버너부(310)의 상단은 방사상으로 연장되는 원형의 띠와 같은 형상을 가짐에 따라 연결부(330) 사이에 위치한다.
상기한 구조에 따른 가스버너부(310)는 복수 개의 가스버너부(310)의 내부에서 연료(LNG 가스)가 연소 시 발생하는 폭발압 발생 시 상하로 이동함에 따라 침탄부(200)의 진공을 유지함과 동시에 침탄부(200)와의 충돌을 방지한다.
또한, 가스버너부(310)는 자기열교환방식(self-recuperative)을 사용하여 침탄부(200)를 가열시킨다.
상기한 가스버너부(310)는 적어도 일부가 침탄부(200)의 외부로 노출되면서 침탄부(200)에 삽입되어 침탄부(200)를 가열시키고 공기가 투입되어 강온 시간을 단축시킨다.
여기서, 강온 시간은 침탄 온도에서 ??칭 전 균열 온도로 내리는 데 걸리는 시간을 의미한다.
구체적으로 가스버너부(310)의 하부, 중앙부를 포함하는 대부분은 침탄부(200)의 내부에 위치하고, 가스버너부(310)의 상부 일부분은 외부로 노출되어 결합부(320)와 결합된다.
또한, 가스버너부(310)는 실리콘 카바이드(SiC : Silicon Carbide) 세라믹으로 이루어짐에 따라 고온 및 진공 분위기에서 내구성을 확보할 수 있다.
결합부(320)는 가스버너부(310)의 적어도 일부를 수용하하도록 가스버너부(310)의 상부와 결합된다.
연결부(330)는 가스버너부(310)의 외주면에 접하도록 형성된다.
또한, 연결부(330)는 가스버너부(310)와 같이 실리콘 카바이드(SiC : Silicon Carbide) 세라믹으로 이루어짐에 따라 고온 및 진공 분위기에서 내구성을 확보할 수 있다.
이러한 연결부(330)는 제1 연결부재(331), 제2 연결부재(332), 볼트(333), 너트(334), 지지부재(335), 제3 연결부재(336), 제4 연결부재(337) 및 제5 연결부재(338)를 포함한다.
제1 연결부재(331)는 가스버너부(310)의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상을 가진다.
제2 연결부재(332)는 제1 연결부재(331)의 하부에 위치하고 가스버너부(310)의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상을 가진다.
볼트(333)는 제1 연결부재(331)와 제2 연결부재(332)를 관통하는 볼트로서, 너트(334)와 체결된다.
도 5에 도시된 바와 같이 볼트(333)는 제2 연결부재(332)의 하부로부터 제1 연결부재(331)의 상부를 관통하면서 제1 연결부재(331) 및 제2 연결부재(332)를 가이드한다.
너트(334)는 회전하면서 볼트(333)와 체결된다.
지지부재(335)는 제1 연결부재(331)와 너트(334) 사이에 위치하고 볼트(333)가 관통된다. 상기한 지지부재(335)는 너트(334)가 도 5에 도시된 위치에서 더 이상 하부로 내려가지 않도록 지지함과 동시에 댐핑부(340)가 삽입되는 공간을 확보한다.
제3 연결부재(336)는 제2 연결부재(332)의 하부에 위치하고 가스버너부(310)의 외주면과 접하는 링형상을 가진다.
제4 연결부재(337)는 제3 연결부재(336)의 상부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제1 단차부가 형성된다.
제5 연결부재(338)는 제3 연결부재(336)의 하부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제2 단차부가 형성된다.
상기한 제1 단차부는 제2 단차부와 대향하도록 위치한다. 이러한 제1 단차부 및 제2 단차부는 가공오차를 고려하여 치수를 설정하는 것이 바람직하다.
아울러, 제1 단차부와 제5 연결부재(338) 사이에는 내부공간이 형성되고, 상기한 내부공간에는 실링부(350)가 위치하게 된다.
전술한 제3, 4, 5 연결부재(336, 337, 338)는 별도의 고정부재에 의해 고정된다.
댐핑부(340)는 연결부(330)의 적어도 일부에 삽입되어 연결부(330)로 탄성력을 제공한다. 예시적으로 댐핑부(340)는 도 5에 도시된 스프링일 수 있다.
구체적으로 댐핑부(340)의 일측은 지지부재(335)에 접하고, 댐핑부(340)의 타측은 제1 연결부재(331)과 접한다.
상기한 댐핑부(340)는 지지부재(335)와 접한 상태에서 제1 연결부재(331)를 향하여 탄성력을 제공함에 따라 침탄부(200)의 진공을 유지시킨다.
이에 따른 댐핑부(340)는 가스버너부(310)의 내부에서 연료가 연소 시 발생하는 폭발압에 의해 상하방향으로 이동하는 가스버너부(310)를 완충시키는 역할을 한다.
구체적으로 댐핑부(340)는 복수 개의 가스버너부(310)의 내부에서 연료가 연소 시 발생하는 폭발압에 의해 제1, 2 연결부재(331, 332)와 함께 상하방향으로 이동하는 가스버너부(310)를 완충시킨다.
실링부(350)는 연결부(330)의 내부에 위치하여 침탄부(200)의 진공을 유지시킨다. 이를 위한 실링부(350)는 오링(351) 및 누름판(352)을 포함한다.
오링(351)는 내부공간에 위치하여 제1 단차부와 제5 연결부재(338)에 밀착되고, 링형상을 가진다. 예시적으로 오링(351)은 고무재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
누름판(352)은 제4 연결부재(337)와 제5 연결부재(338) 사이에 위치하여 오링(351)을 가압한다.
상기한 오링(351) 및 누름판(352)은 침탄부(200)의 진공을 유지시킨다.
냉각부(360)는 연결부(330)의 적어도 일부에 형성되어 침탄부(200)로부터 연결부(330)와 실링부(350)로 전도되는 열을 냉각시킨다.
구체적으로 냉각부(360)는 제1 내지 제5 연결부재(331, 332, 336, 337, 338)에 형성되어 냉각수가 흐르는 수로로서, 워터 재킷(water jacket)일 수 있다.
상기한 냉각부(360)는 침탄부(200)에서 발생한 열을 냉각시켜 연결부(330)와 오링(351)으로 전도되는 것을 방지한다.
내화재(370)는 가스버너부(310)의 적어도 일부를 둘러싸면서 침탄부(200)와 가스버너부(310) 사이에 위치한다. 상기한 내화재(370)는 난연성 재질로 형성됨에 따라 가스버너 가열부(300) 내부에서 연소 시 발생할 수 있는 화재를 미연에 방지할 수 있다.
전술한 바에 따른 본 발명은 에너지 소비량, 이산화탄소 배출량 및 비용을 있어서 종래기술 대비 현저하게 절감할 수 있으며, 이에 대한 예시(침탄온도 930℃, 경화깊이 0.5 mm목표 침탄 공정 비교)가 아래의 [표 2]에 기재되어 있다.
구분 본 발명 종래기술 절감량
에너지 소비량 516.3 kWh 693.7 kWh 177.5 kWh(25.6%)
침탄원료 LPG: 71.4리터메탄올(액상): 3.7리터 LNG: 17.9 Nm2 -
이산화탄소 배출량 4.4 kgCO2 35.0 kgCO2 30.6kgCO2(87.5%)
비용 에너지 28,056원 58,300원 30,244원
(51.9%)
침탄원료 3,355원 10,158원 6,803원
(67.0%)
총비용 31,411원 68,458원 37,047원(54.1%)
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: ??칭부
200: 침탄부
300: 가스버너 가열부
310: 가스버너부
320: 결합부
330: 연결부
331: 제1 연결부재
332: 제2 연결부재
333: 볼트
334: 너트
335: 지지부재
336: 제3 연결부재
337: 제4 연결부재
338: 제5 연결부재
340: 댐핑부
350: 실링부
351: 오링
352: 누름판
360: 냉각부
370: 내화재

Claims (12)

  1. 상기 ??칭부에 인접하도록 배치되어 침탄가스를 연소시키는 관형상의 침탄부; 및
    적어도 일부가 상기 침탄부의 내부에 위치하고 자기열교환방식(self-recuperative)을 사용하여 상기 침탄부를 가열시키는 적어도 하나의 가스버너 가열부;를 포함하고,
    적주식 가스 침탄법을 적용하여 상기 침탄가스의 사용량 및 상기 침탄 배기가스량을 최소화시키는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 가스버너 가열부는 2열로 배열되되, 서로 평행하면서 소정거리 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가스버너 가열부는 상기 침탄부의 중심축과 수직한 방향으로 상기 침탄부의 상부를 관통하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가스버너 가열부는,
    적어도 일부가 상기 침탄부의 외부로 노출되면서 상기 침탄부에 삽입되어 상기 침탄부를 가열시키고 공기가 투입되어 강온 시간을 단축시키는 가스버너부;
    상기 가스버너부의 적어도 일부를 수용하는 결합부;
    상기 가스버너부의 외주면과 접하도록 형성되는 연결부; 및
    상기 가스버너부의 내부에서 연료가 연소 시 발생하는 폭발압에 의해 상하방향으로 이동하는 상기 가스버너부를 완충시키는 댐핑부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 가스버너부의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상의 제1 연결부재;
    상기 제1 연결부재의 하부에 위치하고 상기 가스버너부의 외주면으로부터 방사상으로 형성되는 링형상의 제2 연결부재;
    상기 제1 연결부재와 상기 제2 연결부재를 관통하는 볼트;
    상기 볼트와 체결되는 너트; 및
    상기 제1 연결부재와 상기 너트 사이에 위치하고 상기 볼트가 관통되는 지지부재;를 포함하고,
    상기 댐핑부는 상기 지지부재와 접한 상태에서 상기 제1 연결부재를 향하여 탄성력을 제공함에 따라 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 제2 연결부재의 하부에 위치하고 상기 가스버너부의 외주면과 접하는 링형상의 제3 연결부재;
    상기 제3 연결부재의 상부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제1 단차부가 형성되는 제4 연결부재; 및
    상기 제3 연결부재의 하부에 위치하고 적어도 일부가 단차지게 형성되는 제2 단차부가 형성되는 제5 연결부재;를 포함하고,
    상기 제1 단차부와 상기 제5 연결부재 사이에는 내부공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 연결부의 내부에 위치하여 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 실링부;를 더 포함하고,
    상기 실링부는,
    상기 내부공간에 위치하여 상기 제1 단차부와 상기 제5 연결부재에 밀착되는 링형상의 오링; 및
    상기 제4 연결부재와 상기 제5 연결부재 사이에 위치하여 상기 오링을 가압하는 누름판;을 포함하고,
    상기 오링 및 상기 누름판은 상기 침탄부의 진공을 유지시키는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 단차부는 상기 제2 단차부와 대향하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 연결부의 적어도 일부에 형성되어 상기 침탄부로부터 상기 연결부와 상기 실링부로 전도되는 열을 냉각시키는 냉각부;를 더 포함하고,
    상기 냉각부는 상기 제1 내지 제5 연결부재에 형성되어 냉각수가 흐르는 워터 재킷(water jacket)이고,
    상기 냉각부는 상기 침탄부에서 발생한 열을 냉각시켜 상기 연결부와 상기 오링으로 전도되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  10. 제4 항에 있어서,
    상기 가스버너부 및 상기 연결부는 실리콘 카바이드(SiC) 세라믹으로 이루어진 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 댐핑부는 상기 연결부의 적어도 일부에 삽입되어 상기 연결부로 탄성력을 제공하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
  12. 제4 항에 있어서,
    상기 가스버너부의 적어도 일부를 둘러싸면서 상기 침탄부와 상기 가스버너부 사이에 위치하는 내화재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스버너 가열시스템을 적용한 에너지 절감형 진공퍼지식 가스 침탄로.
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