KR20230037160A - 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로 - Google Patents
하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로에 관한 것이며,열전도, 방사열에너지, 대류 작용에 의한 조합된 방법으로 금속제품을 열처리하는 것을 특징으로 하며, 열처리용 전기로의 천정에는 대류작용을 위한 순환용 휀과, 방사열에너지를 제공하기 위한 방사가열대가 전기로의 양쪽 내벽체에 설치되어 하이브리드 가열시스템이 구성된 것으로서, 본 발명에 의하면, 에너지 효율이 15% 이상 향상되고, 가열시간을 단축하여 생산성을 높이고, 방사에너지에 의한 환경 유해물질의 배출을 줄여 작업환경을 개선하고, 열처리산업의 탄소중립에 기여하는 효과와, 대류와 방사가열 방식으로 금속제품을 균일하게 가열할 수 있다.
Description
본 발명은 산업용 기계의 각종 금속부품을 열처리하기 위한 열처리용 전기로에 있어서, 금속제품을 열처리하기 위하여 전기로에서 금속제품을 가열할 때, 방사열에너지와 대류에 의한 가열방식을 조합하여 금속제품을 신속하고 효율적으로 가열할 수 있도록 구성된 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이 열처리는 금속제품을 일정한 온도로 가열한 후, 적당한 속도로 냉각하는 과정에서 합금원소의 확산 또는 상변태를 통하여, 금속조직을 조정하거나 내부 응력을 제거하는 이외에 금속조직의 물성을 용도에 적합하도록 조절하는 금속가공법을 의미한다.
상기와 같은 열처리를 위한 용도로 사용되는 열처리용 전기로의 가열방식은 열처리를 하고자 하는 금속제품을 가열하는 방식에 따라 크게 직접가열방식의 열처리용 전기로와 간접가열방식의 열처리용 전기로로 구분해 볼 수 있으며, 대부분의 열처리용 전기로는 금속제품을 수용하는 전기로의 내부 전체가 열손실 방지와 단열을 위하여 내화벽돌로 조적되어 있고, 전기로의 내부에 수용된 금속제품을 가열하기 위한 수단의 발열체가 양쪽 내벽체에 설치되어 있으며, 상기 발열체에서 발생한 열을 순환용 휀이 강제적으로 순환시키는 간접가열 방식으로 금속제품을 가열하여 열처리할 수 있도록 구성되어 있다.
상기한 간접가열 방식의 열처리용 전기로는 발열체에서 발생한 열을 금속제품에 직접 전달하는 것이 아니고, 순환용 휀에 의한 열풍의 대류를 이용하기 때문에 열효율이 낮고, 또 대류에 의한 간접가열 방식에서는 금속제품의 표면부터 가열하게 되므로 금속제품의 내부까지 소정의 설정온도까지 도달하는데 많은 시간이 소요되기 때문에 에너지의 낭비가 많아 경제성이 떨어지는 문제가 있다.
그리고, 대류에 의한 간접가열은 금속제품의 내부까지 가열하기 위해서는 설정된 일정한 온도에서 장시간 유지해야 하므로 금속제품의 물성을 원하지 않는 조직으로 변화시키는 결과로 열처리의 품질을 저하시킬 수 있다.
또한, 발열체에서 발생한 열을 순환시키는 제한된 수단으로 금속제품을 가열하기 때문에 일정한 온도를 지속적으로 균일하게 유지하기에 어려움이 따르고, 순환되는 온도가 지속적으로 균일하게 유지되지 않았을 경우에는 금속제품의 부위에 따라 온도 편차가 발생하여 열처리 품질 불안정과 열처리 변형의 원인을 제공하게 되는 등 대류에 의한 간접가열 방식의 열처리용 전기로는 구조적으로 많은 문제가 있다.
본 발명은 상기한 대류에 의한 가열방식의 열처리용 전기로의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 대류에 의한 가열과 방사열에너지(열복사로 방출된 전자기파가 물체에 흡수되어 그 물체를 뜨겁게 하는 에너지를 의미한다)에 의한 가열을 조합하여 금속제품을 가열할 수 있도록 구성된 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로를 간단하게 개조할 수 있도록 구성하여 개조에 따른 원가의 최소로 경제성이 뛰어난 열처리용 전기로를 제공하며, 또한 열처리 제품을 생산할 때 열효율을 높여 열처리 시간을 단축하고, 금속제품을 균일하게 가열하여 온도 편차를 줄여 안정성을 높여, 열처리의 품질을 향상시킬 수 있도록 구성된 열처리용 전기로를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로는 방사열(放射熱)과 대류(對流)에 의한 조합된 가열방법을 실현하기 위한 것으로서, 열처리용 전기로의 천정에는 대류작용을 위한 순환용 휀과, 방사열에너지를 제공하기 위한 방사가열대가 전기로의 양쪽 내벽체에 설치되어 하이브리드 가열시스템이 구축된다.
상기 방사가열대는 열처리용 전기로의 내부 양쪽 내벽체의 전체에 소정의 간격을 두고 브라켓을 통해 설치되며, 상기 방사가열대는 발열체가 되는 히터봉과, 상기 히터봉에서 발생한 열을 전도(傳導)성이 우수한 Al 및 Al 합금, Cu 및 Cu 합금, 스테인리스 강 등(이하 금속이라함) 도전판에서 신속하게 확산시켜 여기에 코팅된 세라믹 코팅층을 통해 방사열에너지가 방출되게 구성되며, 이렇게 방출되는 방사열에너지를 순환용 휀을 통해 열처리용 전기로의 내부에서 대류(對流)시켜 금속제품을 열처리할 수 있게 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 에너지 효율이 15% 이상 향상되고, 가열시간을 단축하여 생산성을 높이고, 방사에너지에 의한 환경 유해물질의 배출을 줄여 작업환경을 개선하고, 열처리산업의 탄소중립에 기여하는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 대류와 방사열에너지에 의한 가열 방식으로 금속제품을 균일하게 가열하여 온도 편차를 줄여 안정성을 높여주는 결과로 열처리의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 열처리용 전기로의 가열시스템의 일부분을 교체하는 간단한 개조에 의해서 새로운 형태의 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로를 제공할 수 있고, 또 열전달 효율이 우수하여 전기로를 소형화할 수 있기 때문에 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 열처리용 전기로의 구성을 보인 사시도
도 2는 본 발명에 의한 열처리용 전기로의 내부구성을 보인 사시도
도 3은 본 발명에 의한 열처리용 전기로의 내부구성을 확대한 사시도
도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템 구현을 위한 방사가열대의 사시도
도 5는 본 발명에 의한 금속 도전판의 사시도
도 6은 본 발명에 의한 방사가열대의 표면이 평면인 상태를 보인 단면도
도 7은 본 발명에 의한 방사가열대의 표면이 굴곡된 상태를 보인 단면도
도 8은 본 발명에 의한 에너지 흡수로 원자의 진동과 에너지를 방사하는 예시도
도 9는 본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템에 의한 에너지 효율 향상 및 가열 시간 단축의 효과를 보인 예시도
도 2는 본 발명에 의한 열처리용 전기로의 내부구성을 보인 사시도
도 3은 본 발명에 의한 열처리용 전기로의 내부구성을 확대한 사시도
도 4는 본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템 구현을 위한 방사가열대의 사시도
도 5는 본 발명에 의한 금속 도전판의 사시도
도 6은 본 발명에 의한 방사가열대의 표면이 평면인 상태를 보인 단면도
도 7은 본 발명에 의한 방사가열대의 표면이 굴곡된 상태를 보인 단면도
도 8은 본 발명에 의한 에너지 흡수로 원자의 진동과 에너지를 방사하는 예시도
도 9는 본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템에 의한 에너지 효율 향상 및 가열 시간 단축의 효과를 보인 예시도
이하, 본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로에 대하여 상세히 설명하고자 하는바, 이러한 설명은 본 발명을 구현하기 위한 실시 예를 기준으로 한 것으로서, 본 발명이 추구하는 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하며, 본 발명의 실시예는 금속제품으로 한정하였으나, 금속제품외에 플라스틱, 유기제품, 무기제품, 세라믹 등 가열을 요하는 모든 제품에 적용된다.
본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로는, 열처리용 전기로의 입구를 개폐하기 위한 출입문(21)이 구비된 열처리용 전기로(20)의 내부 바닥에 열처리를 위한 금속제품을 운반하기 위한 파레트 이송용 레일(22)이 구비되어 있고, 열처리용 전기로(20)의 천정에는 대류작용을 위한 순환용 휀(30)이 설치되며, 상기 순환용 휀(30)과, 그리고 방사열에너지를 제공하기 위한 방사가열대(10)가 설치되어 하이브리드 가열시스템(1)이 구축되는데, 방사가열대(10)는 열처리용 전기로(20)의 내부 양쪽 내벽체(23)의 전체에 소정의 간격을 두고 브라켓(24)을 통해 설치된다.
상기한 방사가열대(10)는 발열체가 되는 히터봉(11)과, 상기 히터봉(11)에서 발생한 열을 전도성이 우수한 금속 도전판(12)에서 신속하게 확산시켜 금속 도전판(12)에 코팅된 세라믹 코팅층(12-1)을 통해 방사열에너지가 방출되게 하고 이렇게 방출되는 방사열에너지는 열처리용 전기로(20)의 내부에 있는 금속제품을 직접 가열하는 동시에 순환용 휀(30)을 통해 열처리용 전기로(20)의 내부에서 대류(對流)시켜 금속제품을 가열할 수 있게 하는 것이다.
상기 방사가열대(10)의 구성을 좀 더 상세하게 보면, 세라믹 코팅층(12-1)이 형성된 금속 도전판(12)의 표면은 방사열에너지를 좀 더 많이 생산할 수 있도록 하기 위하여 2개 이상의 굴곡부(12-2)가 형성되어 구성되어 있다.
또한, 상기 방사가열대(10)를 구성하는 히터봉(11)은 전기가 인가되어 있고, 상기 히터봉(11)은 금속 도전판(12)의 배면에 형성된 고정홀(13)에 밀착 결합되어 있으며, 상기 고정홀(13)은 열손실을 줄이고 더 많은 열전달을 위하여 히터봉(11)을 80% 이상 감싸게 구성되고, 또 고정홀(13)을 중심으로 내측은 두껍고 단부로 갈수록 점점 얇게 날개부(14)가 구비되면서 단부에는 결합홈(15)이 형성되어 케이스(25)를 결합되어 구성된 것이다.
도면의 미설명부호 50은 금속제품, 51은 파레트를 의미하는 것이다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로에 대한 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로의 출입문(21)을 개방하고 열처리를 위한 금속제품(50)이 놓여진 파레트(51)를 열처리용 전기로(20)의 내부 바닥에 구비된 파레트 이송용 레일(22)을 사용해서 열처리용 전기로(20)의 내부에 넣고 출입문(21)을 닫고, 방사가열대(10)를 작동시킨다.
그러면, 발열체가 되는 히터봉(11)에 전기가 인가되어 상기 히터봉(11)이 발열하여 열전도성이 우수한 금속 도전판(12)을 신속하게 가열하게 되는데, 고정홀(13)을 중심으로 내측은 두껍고 단부로 갈수록 점점 얇게 날개부(14)로 구성되어 있기 때문에 금속 도전판(12) 전체가 골고루 신속하게 가열됨과 동시에 세라믹 코팅층(12-1)을 가열하게 된다.
이때, 방사가열대(10)를 구성하는 세라믹 코팅층(12-1)이 형성된 금속 도전판(12)의 표면이 2개 이상의 굴곡부(12-2)로 형성되어 있기 때문에 방사열에너지를 좀 더 많이 생산할 수 있게 된다.
이러한 작용을 하는 과정에서 히터봉(11)이 금속 도전판(12)의 배면에 형성된 고정홀(13)에 밀착 결합되면서 고정홀(13)이 히터봉(11)을 감싸고 있기 때문에 전도면적이 넓게 형성되어 열손실을 최소화하면서 금속 도전판(12)을 신속하게 가열하게 되고, 금속 도전판(12)의 양쪽에 구비된 케이스(25)는 열이 내벽체로 이동하는 것을 방지하는 기능을 하게 되므로 열손실을 줄일 수 있다.
상기와 같은 작용을 하는 과정에서 열처리용 전기로의 내부가 적정 온도에 도달하면, 하이브리드 가열시스템(1)을 구성하는 대류작용을 위한 순환용 휀(30)을 작동시킨다.
그러면, 방사가열대(10)에서 생산되는 방사열에너지가 금속제품(50)의 표면에 부딪치면서 금속제품을 구성하는 원자·분자와 상호작용하여 금속제품에 흡수되거나 표면에서 반사하거나 또는 금속제품을 통과되며 금속제품에 흡수된 에너지에 의해 원자·분자의 진동이 격렬해져 열이 발생하고 에너지를 방출하게 된다.(도 8 참조)
상기한 방사열에너지를 이용한 금속제품의 가열은 금속제품에 흡수한 에너지를 이용하여 가열하는 방식으로서, 방사가열대(10)로부터 방출된 방사열에너지가 직접 금속제품을 가열하면서 금속제품을 구성하는 원자·분자와 상호작용하기 때문에 열전달 효율이 우수하며, 방사열에너지는 방사가열대(10)와 금속제품의 온도 차이의 4승에 비례하므로 열전달 효율이 극대화되어 단시간에 금속제품을 가열할 수 있어 열전달에 의한 낭비를 최소화할 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 하이브리드 가열방식은 금속제품에 방사열에너지에 의한 전자파를 방사하여 원자·분자의 진동으로 가열하기 때문에 금속제품의 표면과 내부가 동시에 가열되어 금속제품에 가해지는 온도의 분포가 균일하게 유지된다.
또한, 방사열에너지를 순환용 휀으로 대류시키는 동시에 전자파를 방사하여 원자·분자의 진동으로 열처리를 위한 금속제품을 가열하므로 목표온도에 도달하는 시간이 빨라 Δh만큼의 에너지 효율이 향상되는 결과로 열처리 시간을 단축할 수 있게 되는 것이다.(도 9 참조)
1: 하이브리드 가열시스템
10: 방사가열대
11: 히터봉
12: 금속 도전판
12-1: 세라믹 코팅층
12-2: 굴곡부
13: 고정홀
14: 날개부
15: 결합홈
20: 열처리용 전기로
25: 케이스
30: 순환용 휀
10: 방사가열대
11: 히터봉
12: 금속 도전판
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12-2: 굴곡부
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14: 날개부
15: 결합홈
20: 열처리용 전기로
25: 케이스
30: 순환용 휀
Claims (4)
- 출입구를 개폐하기 위한 출입문(21)이 구비된 열처리용 전기로(20)의 내부 바닥에 열처리를 위한 금속제품을 운반하기 위한 파레트 이송용 레일(22)이 구비되어 있고, 열처리용 전기로(20)의 천정에는 대류작용을 위한 순환용 휀(30)이 설치된 열처리용 전기로에 있어서,
상기 열처리용 전기로(20)의 천정에는 대류작용을 위한 순환용 휀(30)과, 방사(복사)에너지를 제공하기 위한 방사가열대(10)는 열처리용 전기로(20)의 양쪽 내벽체에 설치되어 하이브리드 가열시스템(1)이 구축되며,
상기 방사가열대(10)는 열처리용 전기로(20)의 내부 양쪽 내벽체(23)의 전체에 소정의 간격을 두고 브라켓(24)을 통해 설치되며,
상기 방사가열대(10)는 발열체가 되는 히터봉(11)과, 상기 히터봉(11)에 연결되어 히터봉에서 발생한 열을 전도성이 우수한 금속 도전판(12)에서 신속하게 확산시켜 금속 도전판(12)에 코팅된 세라믹 코팅층(12-1)을 통해 방사열에너지가 방출되게 구성되며,
이렇게 방출되는 방사열에너지을 순환용 휀(30)을 통해 열처리용 전기로(20) 내부에서 대류시켜 금속제품을 열처리할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로. - 제1항에 있어서, 방사가열대(10)를 구성하는 세라믹 코팅층(12-1)이 형성된 금속 도전판(12)의 표면은 방사열에너지를 좀 더 많이 생산할 수 있도록 하기 위하여 2개 이상의 굴곡부(12-2)가 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로.
- 제1항에 있어서, 히터봉(11)은 금속 도전판(12)의 배면에 형성된 고정홀(13)에 밀착 결합되어 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로.
- 제1항에 있어서, 세라믹 코팅층(12-1)이 형성된 금속 도전판(12)의 배면에 결합된 히터봉을 중심으로 내측은 두껍고 단부로 갈수록 점점 얇게 날개부(14)가 구비되면서 단부에는 결합홈(15)이 형성되어 케이스(25)를 결합할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 가열시스템을 갖는 열처리용 전기로.
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|---|---|---|---|---|
| KR19990034770U (ko) * | 1999-04-10 | 1999-09-06 | 최인선 | 원적외선방출원석가열로 |
| JP2003262469A (ja) * | 2002-03-06 | 2003-09-19 | Showa Mfg Co Ltd | ガラス基板用熱処理装置 |
| KR20050076195A (ko) | 2004-01-20 | 2005-07-26 | 서영희 | 전기로 내벽의 제조 방법 |
| KR20060091766A (ko) | 2005-02-15 | 2006-08-22 | (주)써모텍 | 챔버 내에 열전도성 장벽이 구비된 저온 전기로 |
| JP4953123B2 (ja) * | 2003-02-10 | 2012-06-13 | アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド | 放射加熱源 |
| KR20130080754A (ko) * | 2012-01-05 | 2013-07-15 | 삼성에스디아이 주식회사 | 열처리 장치 |
-
2021
- 2021-09-09 KR KR1020210120124A patent/KR102514718B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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