KR20060040604A - 가스 냉각식 진공 열처리로 및 그 냉각 가스의 방향 절환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가스 냉각식 진공 열처리로(爐)에 있어서, 가스 냉각로는 피처리품을 고정시켜 마련하고 상하 방향으로 가스 유로를 형성하는 냉각실과, 냉각실 내부를 흐르는 가스를 냉각하여 순환시키는 가스 냉각 순환 장치와, 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하는 가스 방향 절환 장치와, 냉각실의 상단 및 하단을 막아 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시키는 상하의 정류기를 구비한다.

Description

가스 냉각식 진공 열처리로 및 그 냉각 가스의 방향 절환 장치{Gas cooling type vacuum heat treating furnace and cooling gas direction switching device}

본 발명은 가스 냉각식 진공 열처리로(爐) 및 그 냉각 가스의 방향 절환 장치에 관한 것이다.

진공 열처리로는 내부를 감압한 후 불활성 가스 등을 재충진하여 피처리품을 열처리하는 열처리로이다. 진공 열처리로는 가열 후에 퍼니스의 내부 및 처리품에 대한 수분 등이 가스화된 후에 다시 감압하고 불활성 가스 등을 재충진함으로써 수분을 완전히 제거할 수 있기 때문에 수분에 의한 착색이 없는 열처리(‘광택열처리’라고 한다)가 가능한 이점이 있다.

또한, 가스 냉각식 진공 열처리로는 광택열처리가 가능한데다 탈탄침탄(脫炭浸炭)이 없고 변형이 없으며 작업 환경이 좋은 등의 다양한 이점을 가진다. 그러나 초기의 가스 냉각식 진공 열처리로는 감압 냉각식이었으므로 냉각 속도가 불충분한 결점이 있었다. 따라서, 냉각 속도를 높이기 위하여 고속 순환 가스 냉각 방식이 실용화되었다.

도 1은 비특허문헌 1에 개시된 고속 순환 가스 냉각로의 구성도이다. 이 도면에서 참조부호 50은 단열재, 참조부호 51은 히터, 참조부호 52는 유효 작업 영 역, 참조부호 53은 퍼니스 및 수냉(水冷) 재킷, 참조부호 54는 열 교환기, 참조부호 55는 터보 팬, 참조부호 56은 팬용 모터, 참조부호 57은 냉각 도어, 참조부호 58은 노상(爐床), 참조부호 59는 가스 디스트리뷰터, 참조부호 60은 냉각 가스의 흐름 방향(풍로)을 절환하는 댐퍼이다.

또한, 특허문헌 1의 ‘진공로에 있어서의 가스 순환 냉각 촉진법’은 도 2에 도시한 바와 같이, 기밀성의 진공 용기(61) 내부에 단열벽(67)에 의해 둘러싸인 가열실(66)을 마련하고, 가열실 내부에 배치된 히터(62)에 의해 피열물(被熱物)(64)을 진공 중에서 가열함과 함께 진공 용기(61) 내부에 쿨러(62) 및 팬(63)을 마련하고, 진공 용기 내부에 공급된 무산화성 가스를 쿨러(62)에 의해 냉각시켜 상기 무산화성 가스를 팬(63)의 회전에 의해 가열실(66)에 대향되는 단열벽(67)면에 마련된 개구(68)(69)로부터 가열실(66) 내부로 순환시켜 피열물(64)을 강제로 가스 순환 냉각시키는 진공로에 있어서, 적어도 일단이 끝이 넓어지는 형상으로 형성된 내열성 통상(筒狀) 후드(65)를 가열실(66) 내부에 놓인 피열물(64)의 주위를 적절히 이격하여 둘러싸듯이 하고, 또한 그 양단이 상기 개구(68)(69)에 대향되도록 배치하여 무산화성 가스를 가열실(66) 내부로 순환시키도록 한 것이다. 한편, 이 도면에서 참조부호 70은 냉각 가스의 흐름 방향(풍로)을 절환하는 댐퍼이다.

[비특허문헌 1] 야마자키 가츠히로, 금속 재료의 진공 열처리(2), 열처리 30권 2호, 1990년 4월

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평5-230528호 공보

비특허문헌 1 및 특허문헌 1에 기재된 고속 순환 가스 냉각로는 가열과 냉각 을 동일한 장소에서 행하기 때문에 이하의 문제점이 있었다.

(1) 가열 완료시에 가열용 히터나 퍼니스가 고온 상태가 되고, 냉각시에 히터나 퍼니스도 동시에 냉각되기 때문에 열처리재를 고속냉각할 수 없었다.

(2) 열처리재를 둘러싸고 가열용 히터나 퍼니스가 있기 때문에 냉각 시에 냉각 가스를 균일하게 공급할 수 없었다.

(3) 상하 방향으로 번갈아 가스 냉각하는 경우에도 상향과 하향의 양방향의 냉각 가스를 균일한 속도와 방향으로 정류하는 수단이 없기 때문에 열처리재 전체의 변형(distortion)을 저감시키는 것이 곤란하였다.

또한, 상술한 비특허문헌 1 및 특허문헌 1에 기재된 고속 순환 가스 냉각로에 있어서, 상향과 하향의 가스 흐름의 방향(풍로)을 절환하는 기구로서 상하에 댐퍼 장치가 통상적으로 사용되고 있다. 그러나 상하의 댐퍼 장치를 냉각 가스 방향의 절환 기구로 사용할 경우 이하의 문제점이 있었다.

(4) 댐퍼 장치는 그 개폐 위치에 따라 고속으로 통과하는 풍압에 의한 부하 변동이 크다. 따라서, 고압 가스의 경우에 댐퍼 방식에서는 풍압의 영향으로 원활하게 움직이는 것이 곤란해진다.

(5) 댐퍼 장치는 개폐 각도와 개폐 면적이 비례하지 않는다. 따라서, 상하의 복수의 구동 장치를 절환할 때, 개구 면적의 밸런스를 맞추는 것이 어려워 흡입구 및 토출구의 개구 면적에 차이가 생기거나 그 변동이 커져 냉각 가스량이 변동되어 안정된 가스 냉각이 곤란해진다.

(6) 상하에 복수의 댐퍼 장치가 존재하고 복수의 구동 장치가 필요하여 구조 가 복잡해진다.

(7) 개구 면적이 상하부 댐퍼 장치에 의해 한정되어 퍼니스 내부 면적에 비해 작다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 제 1 목적은, 냉각 시에 열처리재를 고속냉각할 수 있고, 열처리재 전체에 냉각 가스를 균일하게 공급할 수 있으며, 또한 상향과 하향의 양방에서 냉각 가스를 균일한 속도와 방향으로 정류하여 열처리재 전체의 불균일을 저감시키는 것이 가능한 가스 냉각식 진공 열처리로를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 제 2 목적은, 풍압의 영향을 쉽게 받지 않아 원활하게 가스 흐름의 방향(풍로)을 절환할 수 있고, 개구 면적의 변동이나 흡입구와 토출구의 개구 면적의 차이가 쉽게 생기지 않아 안정된 가스 냉각이 가능하고, 구조가 간결하고 단일한 구동 장치로 절환이 가능하며, 큰 개구 면적을 확보할 수 있는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치를 제공하는 데 있다.

제 1 목적을 달성하기 위하여 제 1 발명에 따르면, 가열한 피처리품을 가압시킨 순환 가스로 냉각시키는 가스 냉각로를 구비한 가스 냉각식 진공 열처리로로서, 상기 가스 냉각로는, 피처리품을 고정시켜 마련하는 냉각 영역을 둘러싸고 그 내측에 상하 방향으로 단면이 일정한 가스 유로를 형성하는 냉각실과, 상기 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스를 냉각하여 순환시키는 냉각 순환 장치와, 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하는 가스 방향 절환 장치와, 냉각실의 상단 및 하단을 막아 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시키는 상, 하의 정류기를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로가 제공된다.

제 1 발명에 따르면, 상하의 정류기에 의해 냉각실의 상단 및 하단을 막아 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시킬 수 있으므로, 냉각 영역을 통과하는 가스 흐름의 속도 변화를 최소한도로 억제하는 것이 가능하며, 피처리품에 대하여 와류(turbulence)가 냉각 가스를 불어넣을 수 있다. 또한, 피처리품을 통과한 후의 출구부도 균등하게 냉각 가스를 배출함으로써 피처리품의 중앙부에도 균등하게 냉각 가스를 통과시키는 강제력이 발휘되어 열처리재 전체의 변형을 저감시키는 것이 가능하다.

제 2 발명은, 제 1 발명의 바람직한 실시형태로, 상기 상하의 정류기는 서로 적층된 균등 분배부와 정류부로 이루어지거나 또는 균등 분배부와 정류부의 양 기능을 구비하고, 균등 분배부는 상승 가스 흐름의 압력 손실 계수 0.1 이상의 유로 저항을 부착함으로써 유속의 균등 분배화를 도모하기 위하여 상기 상승 가스 흐름에 직교하는 방향으로 균등하게 분배된 복수의 압력 손실 발생 수단을 가지고, 정류부는 균등 분배부를 통과한 상승 가스 흐름의 흐름 방향을 정류하는 복수의 정류 그리드로 이루어진다.

제 2 발명에 따르면, 복수의 압력 손실 발생 수단에 의해 유속 분포를 균등화하고, 복수의 정류 그리드에 의해 가스 흐름의 흐름 방향을 균등화할 수 있다.

제 3 발명은, 제 1 발명의 바람직한 실시형태로, 냉각실의 상하에 냉각실로부터 유출입되는 가스 흐름의 방향을 안내하는 보조 분배 기구를 마련한다.

제 3 발명에 따르면, 보조 분배 기구(예를 들어, 취입판(blow-in vanes))를 마련함으로써 냉각실의 상하 면적이 큰 경우에도 복수 개소로 향하는 가스 흐름의 방향을 최적화하여 흐름의 균일화를 높일 수 있다.

제 4 발명은, 제 1 발명의 바람직한 실시형태로, 상기 가스 냉각 순환 장치는 냉각실에 인접하여 마련된 냉각실을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각 팬과, 상기 냉각 팬에 흡인되는 가스를 간접 냉각하는 열 교환기로 이루어지고, 상기 가스 방향 절환 장치는 상기 열 교환기를 이격하여 둘러싸는 중공의 커버(cowling)와, 상기 커버를 승강시키는 승강 실린더를 구비하고, 상기 커버는 하강 위치에서 냉각실의 하방과 연통되는 하방 흡인구와 상승 위치에서 냉각실의 상방과 연통되는 상방 흡인구를 가진다.

제 4 발명에 따르면, 가스 방향 절환 장치에 의해 하방 흡인구와 상방 흡인구를 번갈아 냉각 팬의 흡인측에 연통시킴으로써 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환할 수 있다. 이 절환에 의해 정렬화된 피처리품의 위치에 의한 냉각 속도의 차이를 저감시켜 열처리재 전체의 불균일을 저감시키는 것이 가능하다.

제 2 목적을 달성하기 위하여 제 5 발명에 따르면, 피처리품을 고정시켜 마련하는 냉각 영역을 둘러싸는 냉각실과, 상기 냉각실 내부를 통과하는 가스를 냉각하여 순환시키는 가스 냉각 순환 장치를 구비하고, 가열된 피처리품을 가압시킨 순환 가스로 냉각시키는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치로서, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판과, 상기 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 구동되는 회전 칸막이판을 가지고, 고정 칸막이판은 대략 전면을 관통하는 개구를 가지며, 회전 칸막이판은 가스 냉각 순환 장치의 흡인구와 토출구에 부분적으로 연통되는 흡인 개구와 토출 개구를 가지고, 이에 의해 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치가 제공된다.

제 5 발명에 따르면, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 칸막이판을 회전 구동하는 것만으로 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환할 수 있으므로, 흐름 방향에 대하여 회전 칸막이판이 수직으로 움직이는 회전 구동이기 때문에 고압 가스(밀도가 높은 가스체)라도 풍압의 영향을 쉽게 받지 않아 원활하게 풍로를 절환할 수 있다.

또한, 회전 칸막이판은 가스 냉각 순환 장치의 흡입구와 토출구에 부분적으로 연통되는 흡인 개구와 토출 개구를 가지기 때문에 개구 면적의 변동이나 흡입구와 토출구의 개구 면적의 차이가 쉽게 발생하지 않아 안정된 가스 냉각이 가능하다. 또한, 구조가 간결해 단일한 구동 장치로 절환하는 것이 가능하여 큰 개구 면적을 확보할 수 있다.

제 6 발명은, 제 5 발명의 바람직한 실시형태로, 상기 냉각실은 그 내측을 상하 방향으로 통과하는 가스 유로를 가지고, 냉각실 내부를 가스가 하방으로 흐를 때 흡인 개구는 냉각실의 하방으로만 연통되고 또한 토출 개구는 냉각실의 상방으로만 연통되며, 냉각실 내부를 가스가 상방으로 흐를 때 흡인 개구는 냉각실의 상방으로만 연통되고 또한 토출 개구는 냉각실의 하방으로만 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있다.

제 6 발명에 따르면, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 퍼니스 내부 면적(A) 중 1/2씩을 가스 냉각 순환 장치의 흡입구와 토출구라고 설정하고, 또한 흡입구와 토출구 중 1/2씩을 하방, 상방으로 설정함으로써 흡인 개구와 토출 개구를 퍼니스 내부 면적(A)의 약 1/4씩으로 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 종래와 비교하여 풍로 면적을 크게 취할 수 있고 가스의 통과 유속을 저감시킬 수 있어 압력 손실을 작게 할 수 있다.

또한, 고정 칸막이판과 가스 냉각 순환 장치 사이는 내측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 흡입구에 연통되고 외측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 토출구에 연통되어 있기 때문에, 토출구/흡입구의 틈을 충분히 취함으로써 반면밖에 개구되어 있지 않더라도 반대면으로 돌아 들어갈 수 있게 되어 열 교환기 전체를 효율적으로 이용할 수 있다.

제 7 발명은, 제 5 발명의 바람직한 실시형태로, 상기 냉각실 내부를 가스가 상하 방향으로 흐를 때에 흡인 개구가 냉각실의 하방으로만 또는 상방으로만 선택적으로 연통되고 또한 토출 개구가 냉각실의 상방으로만 또는 하방으로만 선택적으로 연통되며, 상기 냉각실 내부를 가스가 수평 방향으로 흐를 때 흡인 개구가 냉각실의 어느 한쪽으로만 선택적으로 연통하고 또한 토출 개구가 냉각실의 반대편 쪽과만 선택적으로 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있다.

제 7 발명에 따르면, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 칸막이판을 회전 구동하는 것만으로 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 상하 방향 및 좌우방향으로 자유롭게 절환할 수 있다.

제 8 발명은, 제 5 발명의 바람직한 실시형태로, 상기 가스 냉각 순환 장치는 냉각실에 인접하여 마련되고 냉각실을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각 팬과 상기 냉각 팬으로부터 토출되는 가스를 간접가열하는 열 교환기로 이루어진다.

제 8 발명에 따르면, 고정 칸막이판과 가스 냉각 순환 장치 사이는, 내측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 흡입구에 연통되고, 외측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 토출구에 연통되어 있기 때문에, 토출구/흡입구의 틈을 충분히 취함으로써 반면 밖에 개구되어 있지 않더라도 반대면으로 돌아 들어갈 수 있게 되어 열 교환기 전체를 효율적으로 이용할 수 있다.

본 발명의 그 밖에 목적 및 유리한 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터 알 수 있다.

도 1은 비특허문헌 1에 개시된 고속 순환 가스 냉각로의 구성도이다.

도 2는 특허문헌 1의 ‘진공로에 있어서의 가스 순환 냉각 촉진법’의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 가스 냉각식 진공 열처리로의 전체 구성도이다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이다.

도 5는 도 4의 A-A선의 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 가스의 방향 절환 장치를 구비한 진공 열처리로의 전체 구성도이다.

도 7은 도 6의 부분 확대도이다.

도 8은 도 7의 B부분의 확대도이다.

도 9a, 도 9b는 도 7의 C-C선의 단면도이다.

도 10a, 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 가스의 방향 절환 장치를 나타내는 도 5와 동일한 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 번호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명에 따른 가스 냉각식 진공 열처리로의 전체 구성도이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 진공 열처리로는 진공 가열로(10), 가스 냉각로(20) 및 이동 장치(30)를 구비하는 다실(多室)형 열처리로이다.

진공 가열로(10)는 피처리품(1)을 감압한 후, 불활성 가스 등을 재충진하여 가열하는 기능을 가진다. 가스 냉각로(20)는 가열된 피처리품(1)을 가압시킨 순환 가스(2)로 냉각시키는 기능을 가진다. 이동 장치(30)는 피처리품(1)을 진공 가열로(10)와 가스 냉각로(20) 사이에서 이동하는 기능을 가진다. 한편, 본 발명은 다실형 열처리로로 한정되지 않으며 진공 가열과 가스 냉각을 단실에서 행하는 단실로여도 된다.

진공 가열로(10)는 내부가 진공 배기되도록 구성된 진공 용기(11), 피처리품(1)을 내부에 수용하는 가열실(12), 가열실에 피처리품(1)을 넣고 빼기 위한 프런트 도어(13), 가열실 내의 피처리품(1)을 이동시키기 위한 개구를 닫는 백 도어(14), 피처리품(1)을 전후에 수평이동 가능하게 놓는 탑재대(15), 피처리품(1)을 가열하기 위한 히터(16) 등으로 이루어진다. 이 구성에 의해 진공 용기(11)의 내부를 진공으로 감압하고 히터(16)에 의해 피처리품(1)을 소정 온도까지 가열하는 것이 가능하다.

이동 장치(30)는 피처리품(1)을 진공 가열로(10)와 가스 냉각로(20) 사이에서 수평으로 이동시키는 반송 봉(32), 백 도어(14)를 승강시켜 개폐하는 백 도어 승강 장치(33), 프런트 도어를 승강시켜 개폐하는 프런트 도어 승강 장치(34) 및 가스 냉각로(20)의 중간 단열 도어(21a)를 승강시켜 개폐하는 중간 도어 승강 장치(34)를 구비한다. 이 예에서, 반송 봉(32)은 랙과 피니언에 의해 구동되고, 백 도어 승강 장치는 직동(direct-acting) 실린더이고, 프런트 도어 승강 장치(34)와 중간 도어 승강 장치(34)는 권양기(winch)이나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 그 밖의 구동 기구여도 된다. 이 구성에 의해, 백 도어(14), 프런트 도어(13) 및 중간 단열 도어(21a)를 개방한 상태에서 반송 봉(32)에 의해 피처리품(1)을 진공 가열로(10)와 가스 냉각로(20) 사이에서 수평으로 이동시키는 것이 가능하다.

도 4는 도 3의 부분 확대도이고, 도 5는 도 4의 A-A선의 단면도이다. 도 3~도 5에 나타내는 바와 같이, 가스 냉각로(20)는 진공 용기(21), 냉각실(22), 가스 냉각 순환 장치(24), 가스 방향 절환 장치(26) 및 정류기(28)를 구비한다.

진공 용기(21)는 진공 가열로(10)의 프런트 도어(13)에 대향하여 마련된 중간 단열 도어(21a), 피처리품(1)을 내부에 수용하는 원통형의 용기 몸체부(21b), 가스 냉각 순환 장치(24)를 수용하는 순환부(21c) 및 기밀하게 개폐가능한 클러치 링(clutch ring)(21d)(21e)으로 이루어진다. 이 구성에 의해, 클러치 링(21e)을 개방하고 순환부(21c)를 용기 몸체부(21b)로부터 도 3에서 오른쪽 방향으로 후퇴시킴으로써, 피처리품(1)을 용기 몸체부(21b)의 내부에 직접 수납하는 것이 가능하다. 또한, 클러치 링(21d)(21e)에 의해 중간 단열 도어(21a)와 순환부(21c)를 용기 몸체부(21b)에 기밀하게 연결하고, 가압한 냉각용 가스(아르곤, 헬륨, 질소, 수소 등)를 내부에 공급함으로써 가압 가스를 냉각에 이용하는 것이 가능하다.

냉각실(22)은 진공 가열로(10)에 인접하여 용기 몸체부(21b)의 중앙부에 마련된다. 냉각실(22)의 진공 가열로측은 중간 단열 도어(21a), 가스 냉각 순환 장치와 양측면은 기밀성을 가지는 단열벽(22a)(22b)으로 나뉘어 있다. 또한, 냉각실(22)은 상하단은 개구되어 있고 또한 그 내측에 상하 방향으로 단면이 일정한 가스 유로를 형성하고 있다. 냉각실(22)의 내측은 냉각 영역이고, 피처리품(1)은 예를 들어, 기어·샤프트 제트 엔진의 회전 날개, 고정 날개, 볼트 등의 소형 금속 부품이며, 트레이나 배스킷 내부에 수용되고, 냉각실(22)의 중앙에 통기성이 있는 탑재대(23)에 놓여져 고정되어 마련된다..

탑재대(23)는 진공 가열로(10)의 탑재대(15)와 동일한 높이로 마련되고, 내장되는 롤러 위를 자유롭게 이동 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 용기 몸체부(21b)와 단열벽(22b) 사이에는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 수평 칸막이판(22c)이 마련되어 냉각실(22)의 상하에 위치하는 가스를 기밀하게 나누고 있다.

가스 냉각 순환 장치(24)는 냉각실(22)에 인접하여 마련되고 냉각실(22)을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각팬(24a)과, 냉각팬(24a)에 흡인되는 가스를 간접 냉각하는 열 교환기(25)로 이루어진다. 냉각팬(24a)은 진공 용기(21)의 순환부(21c)에 부착된 냉각 팬 모터(24b)에 의해 회전 구동되고, 그 중앙부로부터 가스를 흡인하여 외주부로부터 토출한다. 열 교환기(25)는, 예를 들어, 내부가 냉각된 냉각 핀 튜브이다. 이 구성에 의해 열 교환기(25)로 냉각된 순환 가스를 중앙부로부터 흡인하고, 외주부로부터 토출된 냉각실(22) 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스를 냉각하여 순환하는 것이 가능하다.

본 실시예에 있어서, 가스 방향 절환 장치(26)는 열 교환기(25)를 이격하여 둘러싸는 중앙의 커버(26a)과 커버(26a)을 승강시키는 승강 실린더(27)로 이루어진다. 커버(26a)는 하강 위치에서 냉각실(22)의 하방과 연통하는 하방 흡인구(26b)와 상승 위치에서 냉각실(22)의 상방과 연통하는 상방 흡인구(26c)를 가진다.

이 구성에 의해 가스 방향 절환 장치(26)에 의해 하방 흡인구(26b)와 상방 흡인구(26c)를 번갈아 냉각팬(24a)의 흡인측으로 연통시킴으로써, 냉각실(22) 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하여, 정렬화된 피처리품의 위치에 따른 냉각속도의 차이를 저감시켜 열처리재 전체의 변형을 저감시키도록 구성되어 있다.

정류기(28)는 냉각실(22)의 상단 및 하단을 막아 상하에 마련되고, 냉각실(22)을 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시키는 기능을 가진다.

상하의 정류기(28)는 서로 적층된 균등 분배부(28a)와 정류부(28b)로 이루어진다. 한편, 정류기(28)는 균등 분배부와 정류부의 양 기능을 구비하고 있어도 된다.

균등 분배부(28a)는 가스 흐름의 압력 손실 계수 0.1 이상의 유로 저항을 부착함으로써 유속의 균등 분배화를 도모하기 위하여 가스 흐름(2)에 직교하는 방향(이 예에서 수평 방향)으로 균등하게 배치된 복수의 압력 손실 발생 수단을 가진다. 압력 손실 발생 수단은 예를 들어 관통 홀이고, 유로 저항을 부착함으로써 유속의 균등 분배화를 도모하도록 구성되어 있다. 유로 저항(압력 손실)은 가스 흐름(2)의 전 압력 손실에서 차지하는 비율이 높을수록 균등 분배화의 효과가 높으며, 바람직하게는 상하의 압력 손실 발생 수단의 유로 저항(압력 손실)을 상승 가스 흐름(2)의 압력 손실 계수 0.1 이상으로 설정한다.

한편, 압력 손실 계수 ζ, 손실 헤드 h, 유속 V, 중력 가속도 g 사이에는 식(1)의 관계가 있다.

h=ζ·v²/(2·g)…(1)

정류부(28b)는, 예를 들어, 격자상으로 배열된 복수의 정류 그리드로 이루어지며, 균등 분배부(28b)를 통과한 가스 흐름(2)의 흐름 방향을 정류하여 흐름 방향을 균등화시킨다.

이 구성에 의해 복수의 압력 손실 발생 수단에 의해 유속 분포를 균등화하고, 복수의 정류 그리드에 의해 가스 흐름의 흐름 방향을 균등화하도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 가스 냉각식 진공 열처리로는 냉각실(22)의 상하에 냉각실로부터 유출입되는 가스 흐름의 방향을 안내하는 보조 분배 기구(29)(예를 들어 취입판)를 마련하여, 냉각실의 상하 면적이 큰 경우에도 복수 개소로 향하는 가스흐름의 방향을 최적화하여 흐름의 균일화를 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.

상기 본 발명의 구성에 따르면, 상하의 정류기(28)에 의해 냉각실(22)의 상단 및 하단을 막아 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시키기 때문에, 냉각 영역을 통과하는 가스 흐름의 유속 변화를 최소 한도로 억제할 수 있어, 피처리품에 대하여 와류가 적은 냉각 가스를 불어넣을 수 있다. 또한, 피처리품(1)을 통과한 후의 출구부도 균등하게 냉각 가스를 배출함으로써 피처리품의 중앙부에도 균등하게 냉각 가스를 통과시키는 강제력이 발휘되어 열처리재 전체의 변형을 저감시키는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 가스 냉각식 진공 열처리로는 냉각 시에 열처리재를 고속 냉각할 수 있기 때문에, 열처리재 전체에 냉각 가스를 균일하게 공급할 수 있고 또한 상향과 하향의 양방에서 냉각 가스를 균일한 속도와 방향으로 정류하여 열처리재 전체의 변형을 저감시키는 것이 가능한 등의 뛰어난 효과를 가진다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 냉각 가스의 방향 절환 장치를 구비한 진공 열처리로의 전체 구성도이다. 이 진공 열처리로는 진공 가열로(10), 가스 냉각로 및 이동 장치(30)를 구비한 다실형 열처리로이며, 진공 가열로(10) 및 이동 장치(30)의 구성은 상술한 도 3의 구성과 동일하다.

도 7은 도 6의 부분 확대도이다. 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 가스 냉각로(20)는 진공 용기(21), 냉각실(22), 가스 냉각 순환 장치(24), 냉각 가스의 방향 절환 장치(40), 정류기(28) 및 보조 분배 기구(29)를 구비한다. 진공 용기(21), 냉각실(22), 정류기(22) 및 보조 분배 기구(29)의 구성은 상술한 도 4 및 도 5의 구성과 동일하다.

가스 냉각 순환 장치(24)는 냉각실(22)에 인접하여 마련되고 냉각실(22)을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각팬(24a)과, 상기 냉각팬(24a)으로부터 토출되는 가스를 간접 냉각하는 열 교환기(25)로 이루어진다. 냉각팬(24a)은 진공 용기(21)의 순환부(21c)에 부착된 냉각 팬 모터(24b)에 의해 회전 구동되고, 그 중앙부로부터 가스를 흡인하고 외주부로부터 토출한다. 열 교환기(25)는, 예를 들어, 내부가 냉각된 냉각 핀 튜브이다. 이 구성에 의해 외주부로부터 토출된 순환 가스를 열 교환기(25)로 냉각하고, 냉각실(22) 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스를 냉각하여 순환시키는 것이 가능하다.

도 8은 도 7의 B부분의 확대도이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 냉각 가스의 방향 절환 장치(40)는 고정 칸막이판(42), 회전 칸막이판(44) 및 회전 구동 장치(46)로 이루어진다.

고정 칸막이판(42)은 냉각실(22)과 가스 냉각 순환 장치(24) 사이를 나누고 그 사이를 차단하고 있다. 회전 칸막이판(44)은 고정 칸막이판(42)의 표면을 따라 이 예에서는 냉각 팬(24a)과 동축에 회전 구동 장치(46)에 의해 회전 구동된다. 회 전 구동 장치(46)는 이 예에서는 랙과 피니언이며, 회전 칸막이판(44)을 1/2회전시켜 상하를 반대로 하도록 구성되어 있다. 랙의 직동(直動)에는 공압 또는 액압 실린더 등을 이용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않으며 공지의 다른 구동장치를 이용하는 것도 가능하다.

고정 칸막이판(42)의 중앙부에는 축 베어링(43a)을 내장하는 축 베어링 박스(43)가 마련된다. 이 축 베어링 박스(43)는 지지 프레임(43b)에 의해 진공 용기(21)의 순환부(21c)로부터 지지되어 있다.

회전 칸막이판(44)은 그 중심부에 회전축(45)이 고정되고, 중심부에 끼워져 마련된 키에 의해 회전축(45)에 대한 상대적인 회전이 구속되어 있다. 이 회전축(45)은 축 베어링(43a)에 의해 냉각 팬(24a)과 동축으로 지지되어 있다. 압축 스프링(47)은 회전축(45)의 축 단부(도면에서 좌단과 지지판(45a))와 회전 칸막이판(44) 사이에 압축 상태로 유지되고, 회전 칸막이판(44)을 항상 회전 칸막이판(44)을 향해 바이어스하여 그 사이의 틈을 저감하도록 구성되어 있다. 따라서, 이것이 부가되면 기능이 향상된다.

전술한 수평 칸막이판(22c)(도 5 참조)의 단면과 고정 칸막이판(42)의 단면에는 씰링재(48)가 부착되어 있으며, 회전 칸막이판(44) 사이 및 회전 칸막이판(44) 사이의 틈을 씰링하도록 구성되어 있다. 씰링재(48)는 예를 들어, 마찰이 적은 납 황동, 그래파이트 등이며, 누수(leakage)를 저감시키고 또한 움직임을 매끄럽게 하고 있다.

도 9a 및 도 9b는 도 7의 C-C선의 단면도이다. 도 9a는 C-C선의 단면도, 즉 회전 칸막이판(44)의 정면도이고, 도 9b는 회전 칸막이판(44)을 제거한 단면도, 즉 고정 칸막이판(42)의 정면도이다.

고정 칸막이판(42)은 대략 전면을 관통하는 개구(42a)를 가진다. 즉, 이 예에서는 지지 프레임(43b)과 동 위치에서 반지름 방향으로 연장되는 가늘고 긴 방사부(42b)와, 최외부, 중앙부 및 중간부의 가느다란 링 형상의 원형부(42c)로 이루어진다. 한편, 이 도면에서 중앙의 원형부(42c)에는 상술한 축 베어링 박스(43)가 부착되어 있다. 한편, 개구(42a)의 위치는 이 예로 한정되지 않으며 가능한 범위에서 넓게 설정하는 것이 바람직하다.

회전 칸막이판(44)은 가스 냉각 순환 장치의 흡입구와 토출구에 부분적으로 연통되는 흡인 개구(44a)와 토출 개구(44b)를 가진다.

도 9a 및 도 9b의 제 1 실시예에 있어서, 냉각실(22)은 그 내측을 상하 방향으로 통과하는 가스 유로를 가지고, 냉각실 내부(22)를 가스가 하방으로 흐를 때에 흡인 개구(44a)가 냉각실의 하방으로만 연통되고 또한 토출 개구(44b)가 냉각실의 상방으로만 연통되며, 냉각실(44) 내부를 가스가 상방으로 흐를 때에 흡인 개구(44a)가 냉각실의 상방으로만 연통되고 또한 토출 개구(44b)가 냉각실의 하방으로만 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있다.

한편, 이 예에 있어서, 흡인 개구(44a)는 대략 1/2의 원형, 토출 개구(44b)는 대략 1/2의 선형이며, 서로 수평축(전술한 수평 칸막이판(22c))에 대하여 반대측에 마련되어 있다.

이 구성에 의해 냉각실(22)과 가스 냉각 순환 장치(24) 사이를 나누는 퍼니 스 내 면적(A) 중, 1/2씩을 가스 냉각 순환 장치의 흡입구와 토출구로 설정하고, 또한 흡입구와 토출구 중, 1/2씩을 하방, 상방으로 설정함으로써, 흡인 개구(44a)와 토출 개구(44b)를 퍼니스 내 면적(A)의 약 1/4씩으로 설정하는 것이 가능하다. 따라서, 풍로 면적을 크게 취할 수 있어 가스의 통과 유속을 저감할 수 있어 압력 손실을 작게 할 수 있다.

또한, 고정 칸막이판(42)과 가스 냉각 순환 장치(24) 사이는 내측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 흡입구에 연통되고, 외측 전면이 가스 냉각 순환 장치의 토출구와 연통되어 있기 때문에, 토출구/흡입구의 틈을 충분히 취함으로써 반면밖에 개구되어 있지 않더라도 반대면으로 돌아 들어갈 수 있게 되어 열 교환기 전체를 효율적으로 이용할 수 있다.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 칸막이판을 회전 구동하는 것만으로 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환할 수 있으므로, 흐름 방향에 대하여 회전 칸막이판이 수직으로 움직이는 회전 구동이기 때문에 고압 가스(밀도가 높은 가스체)라도 풍압의 영향을 쉽게 받지 않아 원활하게 풍로를 절환할 수 있다.

또한, 회전 칸막이판은 가스 냉각 순환 장치의 흡입구와 토출구에 부분적으로 연통되는 흡인 개구와 토출 개구를 가지기 때문에, 개구 면적의 변동이나 흡입구와 토출구의 개구 면적의 차이가 쉽게 발생하지 않아 안정된 가스 냉각이 가능하다. 또한, 구조가 간결해 단일한 구동 장치로 절환하는 것이 가능하여 큰 개구 면적을 확보할 수 있다.

한편, 지금까지는 상하 흐름의 가스 흐름에 대하여 실시 형태를 나타내었으나, 회전 칸막이판을 90°회전시켜 냉각실의 정류기를 측면(좌우)에 부착함으로써 좌우 흐름의 절환 기구로서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 열 교환기(25)는 냉각 팬(24a)의 출구와 고정 킨막이판(42) 사이의 유로에 마련된 실시형태를 나타내었으나 이를 대신하여 회전 칸막이판(44)의 외측(냉각실(22)측)에 마련되어 있어도 된다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 가스의 방향 절환 장치를 나타내는 것으로, 도 9a 및 도 9b와 동일한 단면도이다. 도 10a는 C-C선의 단면도, 즉 회전 칸막이판(44)의 정면도이고, 도 10b는 고정 칸막이판(4)을 제거한 단면도, 즉 고정 칸막이판(42)의 정면도이다.

제 2 실시예는 냉각실 내부에서 가스를 상하 방향으로 흘려보낼 때(상하 흐름)와 냉각실 내부에서 가스를 수평방향으로 흘려보낼 때(수평 흐름)의 양방향에 대응 가능하도록 구성되어 있다.

즉, 이 예에 있어서, 흡인 개구(44a)는 대략 1/4의 원형, 토출 개구(44b)는 대략 1/4의 선형이고, 서로 수평축(전술한 수평 칸막이판(22c))에 대하여 반대측에 마련되어 있다.

제 2 실시예에서는 냉각실(22) 내부를 가스가 상하 방향으로 흐를 때에는 도 9a 및 도 9b와 마찬가지로 흡인 개구(44a)가 냉각실(22)의 하방으로만 또는 상방으로만 선택적으로 연통되고, 또한 토출 개구(44b)가 냉각실의 상방으로만 또는 하방으로만 선택적으로 연통되도록 구성되어 있다. 또한, 도 10a에 나타내는 바와 같 이, 냉각실(22) 내부를 가스가 수평 방향으로 흐를 때에는 흡인 개구(44a)가 냉각실의 어느 한쪽으로만 선택적으로 연통되고, 또한 토출 개구(44b)가 냉각실의 반대쪽으로만 선택적으로 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있다.

이 구성에 의해, 냉각실과 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 칸막이판을 회전 구동하는 것만으로 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 상하 방향 및 좌우 방향으로 자유롭게 절환할 수 있다.

한편, 본 발명의 냉각 가스의 방향 절환 장치는 가열실과 냉각실이 분리된 장치로 한정되지 않으며 가열과 냉각을 1실에서 행할 수 있는 단실로(單室爐)에서도 사용가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치는 풍압의 영향을 쉽게 받지 않아 원활하게 냉각 가스의 흐름 방향(풍로)을 절환할 수 있고, 개구 면적의 변동이나 흡입구와 토출구의 개구 면적의 차이가 쉽게 생기지 않아 안정된 가스 냉각이 가능하며, 구조가 간결하고 단일한 구동 장치로 절환하는 것이 가능하며, 큰 개구 면적을 확보할 수 있는 등의 뛰어난 효과를 가진다.

한편, 본 발명의 가스 냉각식 진공 열처리로 및 그 냉각 가스의 방향 절환 장치를 몇 가지 바람직한 실시예에 따라 설명하였으나, 본 발명에 포함되는 권리 범위는 이들 실시예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명의 권리 범위는 첨부한 청구 범위에 포함되는 모든 개량, 수정 및 그 균등물을 포함하는 것이다.

Claims (8)

1. 가압시킨 순환 가스로 가열된 피처리품을 냉각시키는 가스 냉각로(爐)를 구비하는 가스 냉각식 진공 열처리로에 있어서,

   상기 가스 냉각로는 피처리품을 고정시켜 마련하는 냉각 영역을 둘러싸고 그 내측에 상하 방향으로 단면이 일정한 가스 유로를 형성하는 냉각실과, 상기 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스를 냉각하여 순환시키는 냉각 순환 장치와, 상기 냉각실 내부를 상하 방향으로 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하는 가스 방향 절환 장치와, 상기 냉각실의 상단 및 하단을 막아 통과하는 가스의 속도 분포를 균일화시키는 상, 하부 정류기를 구비한 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상, 하부 정류기는 서로 적층된 균등 분배부와 정류부로 이루어지거나 또는 균등 분배부와 정류부의 양 기능을 구비하고,

   상기 균등 분배부는 상승 가스 흐름의 압력 손실 계수 0.1 이상의 유로 저항을 부착함으로써 유속의 균등 분배화를 도모하기 위하여 상승 가스 흐름에 직교하는 방향으로 균등하게 분배된 복수의 압력 손실 발생 수단을 가지고,

   상기 정류부는 상기 균등 분배부를 통과한 상승 가스 흐름의 흐름 방향을 정류하는 복수의 정류 그리드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열 처리로.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각실의 상하에 상기 가스 방향 절환 장치로부터 유출입되는 가스 흐름의 방향을 안내하는 보조 분배 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 가스 냉각 순환 장치는 상기 냉각실에 인접하여 마련되고 상기 냉각실을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각 팬과, 상기 냉각 팬에 흡인되는 가스를 간접 냉각하는 열 교환기로 이루어지고,

   상기 가스 방향 절환 장치는 상기 열 교환기를 이격하여 둘러싸는 중공의 커버와, 상기 커버를 승강시키는 승강 실린더를 구비하고,

   상기 커버는 하강 위치에서 상기 냉각실의 하방과 연통되는 하방 흡인구와, 상승 위치에서 상기 냉각실의 상방과 연통되는 상방 흡인구를 가지는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로.
5. 피처리품을 고정시켜 마련하는 냉각 영역을 둘러싸는 냉각실과, 상기 냉각실 내부를 통과하는 가스를 냉각하여 순환시키는 가스 냉각 순환 장치를 구비하고, 가압시킨 순환 가스로 가열된 피처리품을 냉각시키는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치에 있어서,

   상기 냉각실과 상기 가스 냉각 순환 장치 사이를 나누는 고정 칸막이판과, 상기 고정 칸막이판의 표면을 따라 회전 구동되는 회전 칸막이판을 가지고,

   상기 고정 칸막이판은 대략 전면을 관통하는 개구를 가지며, 상기 회전 칸막이판은 상기 가스 냉각 순환 장치의 흡인구와 토출구에 부분적으로 연통되는 흡인 개구와 토출 개구를 가지고, 이에 의해 상기 냉각실 내부를 통과하는 가스의 방향을 번갈아 절환하는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 냉각실은 그 내측을 상하 방향으로 통과하는 가스 유로를 가지고,

   상기 냉각실 내부를 가스가 하방으로 흐를 때에 상기 흡인 개구는 상기 냉각실의 하방으로만 연통되고 또한 상기 토출 개구는 상기 냉각실의 상방으로만 연통되며,

   상기 냉각실 내부를 가스가 상방으로 흐를 때에 상기 흡인 개구는 상기 냉각실의 상방으로만 연통되고 또한 상기 토출 개구는 상기 냉각실의 하방으로만 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 냉각실 내부를 가스가 상하 방향으로 흐를 때에 상기 흡인 개구는 상기 냉각실의 하방으로만 또는 상방으로만 선택적으로 연통되고 또한 상기 토출 개구는 상기 냉각실의 상방으로만 또는 하방으로만 선택적으로 연통되며,

   상기 냉각실 내부를 가스가 수평 방향으로 흐를 때에 상기 흡인 개구는 상기 냉각실의 어느 한쪽으로만 선택적으로 연통되고 또한 상기 토출 개구는 상기 냉각실의 반대쪽에만 선택적으로 연통되도록 개구 위치가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 가스 냉각 순환 장치는 상기 냉각실에 인접하여 마련되고 상기 냉각실을 통과한 가스를 흡인하여 가압하는 냉각 팬과, 상기 냉각 팬으로부터 토출되는 가스를 간접가열하는 열 교환기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 냉각식 진공 열처리로의 냉각 가스의 방향 절환 장치.

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