KR0131561B1

KR0131561B1 - 회전식 축열 버너를 구비한 공업로

Info

Publication number: KR0131561B1
Application number: KR1019940006375A
Authority: KR
Inventors: 히로시 미야마; 데츠히코 오키; 히토시 가지; 요시유키 유사; 야스오 히로세
Original assignee: 가시와라 마사아키; 치요다가코우겐세츠 가부시키가이샤; 도미즈카 히로타카; 가부시키가이샤 화네스테크노
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1998-04-17
Also published as: DE69403260D1; DE69403260T2; EP0618407B1; EP0618407A1; KR940022043A; US5490776A

Abstract

연속적인 운전을 보장하고, 다른 방법에 의하면 회전식 축열 버너가 기계적인 고장이 생겼을 때 발생할 수 있는 손상으로부터 회전식 축열 버너를 포함하는 부속품들을 보호하며, 고반응성 및 고정밀도를 구비하는 공업로를 제공한다.

이 공업로는 회전식 축열 버너의 산화제 덕트와 통하는 산화제 통로, 배기가스 덕트와 통하는 배기가스 통로, 산화제 통로와 배기가스 통로 사이의 상호왕래를 가능케 하는 바이패스 및 바이패스와 배기가스 통로 내에 각각 마련되는 컷오프 밸브들을 구비하고, 이로써 바이패스측의 컷오프 밸브 및 배기가스 통로 측의 컷오프 밸브가 버너로부터의 신호에 응답하여 제어된다.

Description

회전식 축열 버너를 구비한 공업로

제1도는 본 발명의 일 실시예로서 박스형 파이프스틸 히이터를 도시한 개략적인 단면도.

제2도는 제1도의 II-II선에 따라 취해진 개략적인 단면도.

제3도는 제2도에 대응하는 본 발명의 수정예의 개략적인 단면도.

제4도는 제3도의 수정예의 필수요소를 도시한 측면도.

제5도는 상술한 실시예에서의 제어시스템을 도시한 블록도.

제6도는 상술한 실시예의 회전식 축열 버너의 일 실시예를 도시한 개략적인 단면도.

제7도는 제6도의 VII-VII선에 따라 취해진 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7 : 산소분석기 8 : 온도계

9 : 콘트롤 밸브 10 : 연소실

11 : 가열튜브 12 : 산화제 통로

13 : 배기가스 통로 15 : 바이패스

16, 17 : 컷오프 밸브 18 : 산화제헤더부

19 : 배기가스헤더부 20 : 강제통풍팬

22. 23 : 댐퍼 24 : 유인통풍팬

25 : 배기가스 출구 26 : 콘트롤 밸브

27 : 팬감시수단 28 : 압력검출수단

29 : 버너감시수단 30 : 축열 버너

31 : 버너 32 : 축열기

33 : 덕트부 33a : 산화제 덕트

33b : 배기가스 덕트 34 : 개구부

42 : 유입부 43 : 출구부

44 : 중간부 45 : 구동부

49 : 폐쇄판 50 : 지지판

54 : 베이스 튜브 55 : 분기 튜브

56 : 뚜껑부재 C : 제어수단

D : 덕트 M1, M2 : 전동기

J : 베어링 G : 가스켓

본 발명은 산화제를 가열하기 위하여 연소로부터 발생하는 배기가스의 열을 사용하는 회전식 축열 버너를 구비한 공업로에 관한 것이다.

파이프스틸 히이터(pipestill heater)와 철강로와 같은 공업로들은 빈번히 산화제를 가열하기 위하여 연소로부터 발생하는 배기가스의 열을 이용하기 위하여 적용되는 열회수식 연소설비들을 채용한다.

이러한 연소설비들 중에는 예를 들면, 일본의 특허공개공보 JP-A-1-222,102 및 JP-A-4-101,191에 개시되어 있는 것이 포함된다. 이 연소설비는 공업로의 연소실 벽에 부착된, 축열성 재질로 형성되고 가스에 대한 투과성을 명백히 하기 위하여 적용되는 축열기를 구비하고 있고, 이 축열기와 통하는 덕트부를 구비하고 있다. 이 덕트부는 그 안에 형성된, 산화제를 통과시키기 위한 산화제 덕트 및 연소로부터 발생하는 배기가스를 통과시키기 위한 배기가스 덕트를 구비하고 있다. 그리고, 산화제 덕트는 산화제를 통과시키기 위한 산화제 통로를 그 안에 구비하고 있고, 배기가스 덕트는 공업로내의 연소로부터 발생하는 배기가스를 통과시키기 위한 배기가스 통로를 그 안에 구비하고 있다. 산화제의 가열은 축열기와 덕트부를 서로에 대해 회전시킴으로써 배기가스에 의하여 가열되는 축열기를 통하여 행해진다.

여기에서 사용되는 산화제라는 용어는 일반적으로 순수 산소, 질소 산화물과 같은 산소원자를 함유하는 기체 및 공기와 산소농축 공기와 같은 산소기체를 함유하는 혼합기체를 가리킨다.

이러한 연소설비 그 자체는 회전식 축열 버너로서 표시된다. 이 회전식 축열 버너는 축열기의 회전을 유지하는 동안에 산화제를 가열하도록 적용되기 때문에, 산화제를 가열하기 위하여 열회수용의 열교환기가 별도로 독립적으로 구비될 것을 요하는 연소설비와 비교할 때 구조에 있어서 간단하다. 이 회전식 축열 버너는, 뜨거운 배기가스로 가열되는 세라믹과 같은 내열성 재질로 된 축열기로 산화제가 직접 가열되는 것을 가능케 하기 때문에 에너지 절약에도 상당히 효과적이다.

부수적으로는, 이 회전식 축열 버너는 전동 모터 또는 공압 모터와 같은 동력에 의하여 축열기 또는 덕트부를 상대적으로 회전시킴으로써 배기가스와 산화제 사이에서 열교환을 달성한다. 축열기나 덕트부가 정지할 때는 더 이상 열교환을 실행할 수 없다. 결과적으로, 상승된 온도를 갖는 배기가스가 축열기의 동일한 유로를 통하여 흘러 나가게 된다. 최악의 경우에는, 배출되는 배기가스가 회전식 축열 버너의 하류쪽에 위치하고 있는 유인통풍팬 및 콘트롤 밸브와 같은 부품들의 온도저항 한계를 초과하는 온도에 달하여, 이 부품들을 빠르게 손상시킬 것이다.

더욱이, 이러한 공업로에서는, 연소실은 실질적으로 밀폐된 상태에 있고, 축열기부만이 연소실로부터 배기가스를 배출시킬 수가 있다. 그러므로, 상술한 바와 같은 상대적인 회전이 우발적으로 정지되는 경우에는, 연소는 비상수단으로서 실온의 공기를 사용함으로써 계속될 수 있다. 이 때, 회전식 축열 버너는 종래의 어떠한 버너와 마찬가지의 방법으로 작동을 하고, 배기가스는 더 이상 회전식 축열 버너에 의하여 흡기되지 않으며, 산화제의 예열은 더 이상 계속되지 않게 된다.

그러므로, 산화제로서 실온의 공기로 연소를 계속하는 동안 열전달량을 일정하게 유지시키기 위한 노력은 예열용으로 소비될 산화제의 양에 비례하는 연소량의 증가를 필요로 한다.

연소량이 이와 같이 증가될 때, 배기가스의 양은 연소량의 이러한 증가에 직접 비례하여 증가된다. 유인통풍팬이 그 용량을 증가시키기 위하여 커지지 않으면 로의 내압이 증가되게 되므로, 산화제의 유입은 단지 어렵게 얻어진다. 최악의 경우에는, 돌발적인 화재가 발생하게 될 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 기술이 당면하고 있는 문제점의 해결을 위하여 안출된 것이다.

본 발명의 첫 번째 목적은, 기계적인 고장의 발생시 유로들을 변환함으로써 산화제의 공급이 계속될 수 있게 하고, 공업로의 연속적인 작동을 가능케 하는 회전식 축열 버너를 구비한 공업로를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 기계적인 고장의 발생시 버너의 축열기에 실온의 산화제를 연속적으로 공급하는 것을 가능케 하고, 버너 자체 및 유인통풍팬이 손상을 받는 것을 확실하게 방지하는, 회전식 축열 버너를 구비한 공업로를 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 기계적인 고장의 발생시 온도, 전류의 크기 및 회전수에 의하여 이러한 고장을 검출할 수 있고 공업로가 고반응성 및 고정밀도를 가지고 작동하는 것을 가능케 하는, 회전식 축열 버너를 구비한 공업로를 제공하는 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 심지어 기계적인 고장의 발생 이후에도 고장 전과 마찬가지로, 연속적인 연소를 확보하고, 정상적으로 작동하는 버너에 가해지는 부담을 완화하며, 가열을 받는 유체가 요구하는 열발생 방식을 유지하는, 회전식 축열 버너를 구비한 공업로를 제공하는 것이다.

본 발명의 다섯 번째 목적은 심지어 버너의 기계적인 고장이 발생하고 유인통풍팬이 증가된 부담을 받게 되는 때에도, 배기가스 출구를 통하여 배기가스의 직접적인 배출을 가능케 하고, 유인통풍팬의 부담을 완화하며, 공업로의 유연성을 향상시키는, 회전식 축열 버너를 구비한 공업로를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공업로는, 연소실의 벽에 마련된 적어도 하나의 회전식 축열 버너를 구비하고, 이 회전식 축열 버너는 기체 투과성을 갖는 축열기 및 회전식 축열 버너 각각의 축열기와 통하는 덕트부를 구비하고, 이 덕트부는 그 안에 형성된, 산화제를 통과시키기 위한 산화제 덕트 및 연소로부터 발생하는 회전식 축열 버너 각각의 배기가스를 통과시키기 위한 배기가스 덕트를 구비하며, 이 배기가스 덕트는 축열기와 덕트부를 서로에 대하여 회전시키는 동안 축열기를 통하여 배기가스의 열로써 산화제를 가열하도록 되어 있는 공업로에 있어서, 회전식 축열 버너의 산화제 덕트와 통하는 산화제 통로와 배기가스 덕트와 통하는 배기가스 통로와의 사이에 상호왕래를 가능케 하는 바이패스: 및 이 바이패스와 배기가스 통로 내에 마련 되는 변환 컷오프 밸브들을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 연소실은 정상시 완전 폐쇄상태에 있고 회전식 축열 버너의 작동 상태를 감시하기 위한 버너 감시수단으로부터의 전기, 유압 또는 광학 신호에 응답하여 완전 개방상태에 있도록 적용되는, 바이패스 내에 마련되는 컷오프 밸브: 및 정상시 완전 개방상태에 있고, 상술한 바와 같은 신호에 응답하여 완전 폐쇄상태에 있도록 적용되는, 배기가스 통로 내에 마련되는 컷오프 밸브:를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 산화제 통로는, 연소실내의 산소농도의 표시값이 고정 수준을 유지하도록 댐펴에 의하여 산화제의 유량을 제어하고 댐퍼의 개방정도를 제어하기 위한 강제통풍팬에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 연소실은 복수의 회전식 축열 버너들: 회전식 축열 버너들로의 산화제의 집중적인 공급을 위하여 회전식 축열 버너들에 각각 연결된 산화제 통로들 중의 적정수의 부분들에 연결된 산화제 헤더부들: 회전식 축열 버너들로부터 나오는 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 통로들 중 적정수의 부분에 연결된 배기가스 헤더들: 산화제 헤더부들과 배기가스 헤더들 사이의 상호왕래를 허용하는 바이패스들: 이 바이패스들 및 배기가스 헤더들 또는 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 배기가스 통로들 내에 위치한 변환 컷오프 밸브들: 을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로는 바이패스들 내에 각각 마련된, 정상시 완전 폐쇄상태에 있도록 적용되는 컷오프 밸브: 배기가스 헤더들 또는 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 배기가스 통로들 내에 위치하는, 완전 개방상태에 있도록 적용되는 컷오프 밸브들: 회전식 축열 버너들의 작동상태를 감시하기 위한 버너 감시수단으로부터의 전기, 유압 또는 광학 신호에 응답하여 바이패스들 내의 컷오프 밸브들이 완전히 개방되도록, 그리고 그러한 신호에 반응하여 배기가스 헤더들 또는 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 배기가스 통로들 내의 컷오프 밸브들이 완전히 폐쇄되도록 하기 위한 제어수단:을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 산화제 헤더부들은 연소실 내의 산소 농도의 표시값을 고정 수준으로 유지시키기 위하여 댐퍼에 의하여 산화제의 유량 및 댐퍼의 개방도를 제어하기 위한 강제통풍팬에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 버너 감시수단은 축열기의 출구에서의 배기가스 온도를 측정하기 위한 온도계, 축열기 또는 덕트부를 구동시키기 위한 전동기의 전류를 측정하기 위한 전류계 및 전동기의 과전류시 작동되는 서멀 릴레이(thermal relay)중에서 선택되는 적어도 하나의 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 연소실은 그와 통하는 배기가스 출구: 이 배기가스 출구 내에 위치한 변환 콘트롤 밸브: 연소실의 내압을 검출하기 위한 압력 검출수단: 이 압력 검출수단이 소정치를 초과하는 내압을 검출할 때 콘트롤 밸브의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단:을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 연소실은 그와 통하는 배기가스 출구: 이 배기가스 출구 내에 위치한 변환 콘트롤 밸브: 연손실의 내압을 검출하기 위한 압력 검출수단: 배기가스 통로 내의 배기가스를 흡인하는 유인통풍팬의 능력을 검출하기 위한 유인통풍땐 감시수단: 흡인능력이 소정치를 초과했음을 유인통풍팬 감시수단이 발견할 때 콘트롤 밸브의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단:을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공업로의 연소실은 그와 통하는 배기가스 출구: 이 배기가스 출구 내에 위치한 변환 콘트롤 밸브: 연소실의 내압을 검출하기 위한 압력 검출수단: 배기가스 통로 내의 배기가스를 흡인하는 유인통풍팬의 능력을 검출하기 위한 유인통풍팬 감시수단: 내압이 소정치를 초과했음을 압력 검출수단이 발견하고 흡인능력이 소정치를 초과했음을 유인통풍팬 감시수단이 발견한 때, 콘트롤 밸브의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단:을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는, 상기 바이패스 내의 컷오프 밸브는 고장상태에 있는 회전식 축열 버너 내의 산화제 통로를 통하여는 물론이고 버너 감시수단이 회전식 축열 버너의 비상상태를 검출한 때 배기가스 통로를 통하여서도 실온의 산화제의 공급이 가능하도록 개방된다. 이와 같이 공급된 산화제는 배기가스 통로 및 축열기를 냉각시키고, 동시에 로내부로 공급되고 있는 연료와 혼합되어 연속적인 연소를 가능케 한다.

이러한 연소는 실온의 산화제로부터 일어나기 때문에, 배기가스의 양은 산화제의 예열에 관계되는 민감한 열에 대응하는 비율로 증가되고, 이러한 증가는 연소실의 내압의 증가를 야기시킨다.

그러나, 소정치 이상으로의 연소실 내압의 상승을 압력 검출수단이 검출하는 것 및 유인통풍팬의 흡인능력이 정격수준까지 증가되는 것을 유인통풍팬 감시수단이 검출하는 것 중 적어도 하나가 행해질 때, 배기가스 출구 내의 콘트롤 밸브의 개방도를 조정하기 위하여 제어수단이 작동된다. 배기가스의 양이 증가되면, 배기가스의 일부가 배기가스 출구를 통하여 직접 배출되고, 따라서 연소실의 내압이 소정치 이하로 저하되는 것 및 유인통풍팬이 소정의 흡인능력을 명시하도록 실행되는 것 중의 하나가 행해진다. 결과적으로, 연소실의 내압의 상승이 방지되고, 산화제의 필요한 공급이 확보된다.

이러한 복수의 회전식 축열 버너들이 정상 작동중에 있을 때, 이 회전식 축열 버너들에 작용하는 부하 또는 유인통풍팬에 작용하는 부하는 감소되고, 가열될 유체를 위하여 요구되는 열발생 방식이 심지어 공업로에 기계적인 고장이 발생한 경우에도 변함없이 유지될 수 있으며, 공업로의 작동상의 탄력성이 향상될 수 있다.

복수의 회전식 축열 버너들을 구비하는 공업로의 경우에, 바이패스들 및 배기가스 통로들이 각각 비싼 컷오프 밸브를 구비할 때는, 이 통로들은 복잡해져서 전체 시스템의 구조를 번잡하게 하고 전체 시스템을 고가로 되게 된다.

그러나 본 발명에 있어서는, 복수의 축열 버너들의 배기가스 통로들 및 산화제 통로들의 역할을 공동으로 할 수 있도록 적용되는 헤어부들, 이 헤더부들에 각각 연결되는 바이패스들, 및 배기가스 헤더들 또는 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 배기가스 통로들 내에 위치한 컷오프 밸브들을 구비함으로써 공업로의 구조가 간단해질 수 있고, 그 가격이 현저하게 낮아 질 수 있다.

회전식 축열 버너의 작동상태를 검출하기 위한 수단은, 배기가스와 산화제 사이의 부드러운 열교환의 발생이 중단될 때 배기가스 온도가 상승하므로 회전식 축열 버너로부터 배출되는 배기가스의 온도를 검출하기 위한 온도계일 수도 있고, 축열기와 덕트부 사이의 상대적인 회전이 어떠한 이유에 의하여 정지하거나 소정치 이하로 저하될 때 전류가 상승하므로, 축열기 또는 덕트부를 회전시키기 위한 전동기의 전류를 검출하기 위한 전류계 또는 전동기의 과전류시 작동하는 서멀 릴레이일 수도 있으며, 축열기 또는 덕트부의 회전수를 직접 측정할 수 있는 회전계일 수도 있다. 이러한 검출수단은 회전식 축열 버너의 작동상태의 이상을 검출하는 것을 가능케 하고, 공업로가 고반응성 및 고정밀도를 가지고 작동되는 것을 가능케 한다.

이하 본 발명의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

제1도에 도시된 박스형 파이프스틸 히이터는 내화벽돌과 같은 내화성 재질로 형성된 실질적으로 밀폐된 연소실(10)을 구비하고 있다. 이 연소실(10)의 바닥벽(10a)에는 복수의 회전식 축열 버너(30)들이 설치된다. 연소실(10) 내에는 복수의 가열튜브(11)들이 수직으로 마련된다. 이 가열튜브(11)들 내에는 나프타 또는 가솔린과 같은 유체가 유입튜브(11a)를 통하여 유입되어 연소실(10)내를 지그재그로 지나서 개방된 화염에 의하여 가열된 후 출구 파이프(11b)를 통하여 배출된다.

회전식 축열 버너(30) 각각은 산화제를 공급하기 위한 산화제 통로(12) 및 그에 연결된, 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 통로(13)를 구비하고 있다. 바이패스(15)는 산화제 통로(12)와 배기가스 통로(13) 사이의 상호왕래를 가능케 한다. 이 바이패스(15)는 그에 부착된, 정상시 완전 폐쇄상태에 있도록 적용되는 컷오프 밸브(16) 및 정상시 완전 개방상태에 있도록 적용되는 컷오프 밸브(17)를 구비한다. 이 컷오프 밸브들(16)(17)의 변환작동에 의하여 산화제는 산화제 통로(12)를 통해서만 공급될 수도 있고, 산화제 통로(12) 및 배기가스 통로(13) 양자를 통하여 공급될 수도 있다.

본 발명에 있어서는, 제2도에 명백하게 도시되어 있는 바와 같이, 여섯 개의 회전식 축열 버너(30)들이 연소실(10) 내에 설치되어 있기 때문에, 이 버너(30)들에 연결되는 산화제 통로(12)와 배기가스 통로(13)의 수 및 그들 사이의 상호왕래를 허용하는 바이패스(15)의 수도 각각 여섯 개가 된다. 이 여섯 개의 산화제 통로(12)들은 산화제 헤더부(18)와 한데 묶여 개개의 산화제 통로(12)들로의 산화제의 집중적인 공급을 가능케 하고, 여섯 개의 배기가스 통로(13)들은 배기가스 헤더부(19)와 한데 묶여 배기가스의 집중적인 배출을 가능케 한다.

비싼 컷오프 밸브들(16)(17)이 배기가스 통로(13) 또는 바이패스(15) 내에 위치한다면, 전체 시스템의 구조가 복잡해지고 플랜트의 설치비용이 증가된다.

그러므로, 이 시스템을 제3도 및 제4도에 도시된 바와 같이 구성하는 것이 바람직하다. 이 수정예에서는 두 개의 산화제 통로(12) 또는 두 개의 배기가스 통로(13)가 산화제 헤더부(18a) 또는 배기가스 헤더부(19a)와 한데 묶여지고, 바이패스(15)는 두 헤더부들(18a)(19a) 사이의 상호왕래를 가능케 하며, 컷오프 밸브(17)들은 바이패스(15) 및 배기가스 헤더부(19a) 또는 이 배기가스 헤더부(19a)에 연결된 하류쪽의 배기가스 통로의 덕트(D)에 부착된다. 한 묶음으로 모아지는 양 산화제 통로(12)의 수 및 배기가스 통로(13)의 수는 두 개로 한정될 필요는 없다. 선택적으로, 세 개 이상의 산화제 통로(12) 또는 배기가스 통로(13)가 산화제 헤더부(18a) 또는 배기가스 헤더부(19a)와 한데 묶여질 수 있다.

제2도에 도시된 바와 같이, 강제통풍팬(20)은 덕트(D)를 통하여 산화제 헤더부(18)에 연결되어 있다. 이 강제통풍팬(20)은 사이렌서(21)를 통하여 흐르는 산화제가 댐퍼(22)에 의하여 그 유량이 조절되고 그 후 강제통풍팬(20) 내로 흡인되는 것을 가능케 하기 위하여 적용된다. 이 강제통풍팬(20)에 있어서, 연소실(10) 내의 산소농도를 측정하기 위한 산소분석기(7)(제1도 참조)의 표시값은 제5도에 도시된 바와 같이 제어수단(C) 내로 입력되고, 이 입력데이터에 응답하여 제어수단(C)에 의하여 발해진 신호는 댐퍼(22)의 개방도를 조절하여 산소분석기(7)의 표시값이 일정수준으로 유지될 수 있도록 한다.

배기가스 헤더부(19)는 덕트(D) 및 댐퍼(23)를 통하여 유인통풍팬(24)을 구비하고 있다. 이 유인통풍팬(24)으로부터의 배기가스는 덕트(D)(제1도 참조)를 통하여 나아가 연소실(10)의 천정벽(10b)에 인접하게 위치한 배기가스 출구(25)를 통하여 배출된다. 이 배기가스 출구(25)에는 정상시 완전 폐쇄상태에 있도록 적용된 콘트롤 밸브(26)가 적소에 마련되어 있다. 이 콘트롤 밸브(26)의 개방도는, 연소실(10)의 내압을 검출하기 위한 압력계 등으로 형성된 압력 검출수단(28)이 소정치를 초과하는 내압을 검출했을 때, 그리고 배기가스 통로(13)의 내부로부터 나오는 배기가스를 흡인하는 유인통풍팬의 능력을 검출하기 위한 유인통풍팬 감시수단(27)이 소정치를 초과하는 흡인능력을 검출했을 때, 제어수단(C)으로부터의 제어신호에 의하여 조정된다.

여기에서 사용되는 유인통풍팬 감시수단(27)은 유인통풍팬(24)의 능력이 정격수준에 도달했는지 여부를 판별하여 이 유인통풍팬(24) 자체를 보호하기 위하여 적용된다. 본 실시예에서는, 유인통풍팬 감시수단(27)은, 유인통풍팬(24)을 구동시키기 위한 전동기(M1)의 전류 및 콘트롤 밸브(23)의 작동을 위한 밸브작동부(K4)의 출력을 기초로 하여 유인통풍팬(24)의 능력이 정격수준에 도달했는지 여부를 결정하는 판단부를 형성하고, 유인통풍팬(24)을 보호한다. 더욱 상세하게는, 전동기(M1)의 전류는 전류계에 의하여 검출되고, 콘트롤 밸브(23)를 제어하기 위한 밸브작동부(K4)의 출력은 예컨대, 교묘히 처리된 변수값의 형태로 얻어진다. 유인통풍팬 감시수단(27)의 표시값은 제5도에 도시된 바와 같이 제어수단(C)으로 입력된다. 전류가 소정치에 도달했을 때, 콘트롤 밸브(23)은 예컨대, 공압적으로 작동하는 피스톤과 같은 콘트롤 밸브(23)의 밸브작동부(K4)가 제어수단(C)으로부터 발생되는 신호에 의하여 조정되는 공기압을 갖는다는 사실에 의하여 제어된다.

본 실시예는 또한 회전식 축열 버너(30)의 작동상태를 감시하고 작동상태가 정상인지 여부를 탐지하는 버너 감시수단(29)을 구비한다. 이 버너 감시수단(29)은 이하에서 상세하게 설명될, 회전식 축열 버너(30)의 축열기의 출구부에서의 배기가스의 온도를 측정하기 위한 열전쌍과 같은 것으로 형성된 온도 검출수단(29a): 축열기 또는 덕트를 구동시키기 위한 전동기의 전류를 측정하기 위한 전류계와 같은 것으로 형성된 전류 검출수단(29b): 축열기 또는 덕트부의 회전수를 측정하기 위한 회전계와 같은 것으로 형성된 회전수 검출수단(29c): 및 과전류시 작동되는 전동기 제어회로 내의 서멀 릴레이(29d): 를 포함하여 구성된다. 선택적으로, 이 버너감시수단(29)은 온도 검출수단(29a), 전류 검출수단(29b), 회전수 검출수단(29c) 및 서멀 릴레이(29d) 중에서 선택되는 적어도 하나의 부재를 포함하여 구성될 수 있다.

회전식 축열 버너에 기계적인 고장이 있는 경우에는, 가열튜브(11)들로의 방사열 전달량은 배기가스와 산화제 사이의 불완전한 열교환에 기인하는 부분만큼 정상치로부터 감소되고, 가열되는 유체의 출구온도는 비례적으로 저하된다. 이러한 온도강하를 조정하기 위하여, 가열튜브(11)는 그 출구부에 열전쌍과 같은 것으로 형성된 온도계(8)를 구비하고, 이 온도계(8)의 표시값이 제어수단(C)으로 입력된다. 이 표시값이 소정온도 이하로 떨어질 때, 제어수단(C)은 밸브 개방도를 유량 콘트롤 밸브(9)에 맞추기 위한 신호를 출력하여 연료의 양을 증가시킨다.

제5도에, 제1도에는 도시되지 않은 연료 유량계 및 연소가스 유량계로부터의 신호들이 제어수단(C)으로의 입력 신호들로서 도시되어 있다. 이 신호들은 가열되는 유체의 출구 온도의 셋팅값과 표시값 사이의 관계로 인한 연료의 큰 증가 또는 감소를 필요로 하는 부하의 변화 동안 공기가 약간 초과 공급된 상태에서 작동이 진행되는 것을 가능케 하기 위하여 사용되는 제어의 수단이다. 이들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 주지되어 있으므로 더 이상의 설명을 필요로 하지 않는다.

제1도에서, 참조부호 K2 내지 K6는 항상 밸브작동들을 나타낸다.

제6도에 도시된 바와 같이, 회전식 축열 버너(30)는 상방향으로 불꽃을 분출하기 위하여 적용되는 버너(31), 연소실(10)의 바닥벽(10a)에 부착된, 열교환부재로서 기능하기 위하여 적용된 축열기(32), 덕트부(33) 등으로 구성되어 있다.

축열기(32)는 예를 들면, 벌집의 형태로 다수의 구멍들을 갖는 세라믹 재질로 형성되고, 연소실(10)의 바닥벽(10a)에 형성되어 있는 개구부(34)내에 확실하게 고정 설치되어 있다.

축열기(32)의 연소실에 반대되는 쪽에는, 산화제를 공급하기 위한 산화제 덕트(33a) 및 연소실(10) 내의 연소로부터 발생하는 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 덕트(33b)를 그 안에 구비하는 덕트부(33)가 마련되어 있어 축열기(32)와 통할 수 있게 되어 있다.

축열기(32)의 중앙에 위치하고 있는 버너(31)는 통상의 가스버너 또는 기름버너이며, 연소실(10)의 내부를 항하는 선단을 갖고 있다. 그러므로, 산화제는 덕트부(33) 내에 형성된 산화제 덕트(33a)를 통하여 산화제 통로(12)로부터 들어와 버너(31) 주위를 감싸도록 위치한 축열기(32)를 통하여 전진하여 버너(31)의 원주를 통하여 분출된다.

버너를 지지하기 위한 플레이트(38)가 개구부(34)의 바깥쪽 가장자리에 마련된다. 이 플레이트(38)에 버너 몸체 케이스(39)의 플랜지(40)가 가스켓(G)을 통하여 볼트(41)들로써 결합되어 버너 몸체 케이스(39)가 축열기(32)와 통하도록 되어 있다.

버너 몸체 케이스(39)는 외부로부터 덕트부(33)를 덮도록 적용되고 산화제 통로(12)로부터 산화제를 받아들이기 위한 유입부(42), 배기가스 통로(13)로 배기가스를 배출시키기 위한 출구부(43), 상기 유입부(42)와 축열기(32) 사이에 놓인 중간부(44) 및 덕트부(33)를 회전시키기 위한 구동부(45)를 구비한다.

덕트부(33)의 대경부는 출구부(43)의 통부(43a) 내에 위치한다. 이 대경부는 산화제 덕트(33a)의 일부를 형성하고, 제7도에 도시된 바와 같은 예각으로 개방된 팬 형상의 단면을 가지고 있다. 통부(43a)에는 산화제 덕트(33a) 및 배기가스 덕트(33b)가 원주방향으로 교대로 위치되도록 마련되어 있다. 산화제 덕트(33a) 및 배기가스 덕트(33b)는 유입부로부터 출구부까지의 전 길이에 걸쳐 서로 독립적인 도관(conduit)들을 구성하도록 형성되어 있다.

상기 중간부(44)는 축열기에 대향하는 통부(43a)의 말단부를 막기 위하여 출구부(43)내에 마련된 폐쇄판(49) 및 덕트부(49) 및 덕트부(33)의 하단 내에 마련된 지지판(50)을 구비한다.

상기 구동부(45)는 베어링들(J)(J) 및 전동기(M2)로 회전되는 구동기어(52)를 체인(53)에 의하여 연동시킴으로써 달성되어, 시일부재(S) 및 폐쇄판(49)과 지지판(50)의 내단부에 각각 마련되어 있는 베어링(J)에 의하여 회전가능하게 지지된 덕트부(33)를 회전시킨다. 덕트부(33)는 두 개의 베어링들(J)(J)에 의하여 이상적으로 균형잡히게 지지되어 있으므로 비교적 고속으로 회전될 수 있다.

유입부(42)는 베이스 튜브(54) 및 T형의 분기 튜브(55)를 결합시킴으로써 얻어진다. 베이스 뉴브(54)의 일단은 뚜껑부재(56)로 밀폐되어 있고, 그 타단은 덕트부(33)의 끝단에 마련되어 있는 지지판(50)에 부착되어 있다. 제6도에서 사용되는 참조번호 57은 직선플레이트를 나타낸다.

이하 본 실시예의 작동을 설명한다.

우선, 공업로의 정상작동 중에는 회전식 축열 버너(30) 각각의 배기가스 통로(13) 내의 컷오프 밸브(17)가 완전히 개방된 상태에 있고 바이패스(15) 내의 컷오프 밸브(16)가 완전히 폐쇄된 상태에 있기 때문에, 회전식 축열 버너(30) 내의 배기가스의 흐름(굵은 화살표)은 배기가스 통로(13)들을 통과하게 되고, 배기가스 헤더부(19) 내에 모아져서 유인통풍팬(24)에 의하여 콘트롤 밸브(26)의 하류쪽에 있는 배기가스 출구(25)로 강제로 이동되어 대기로 배출된다.

한편, 산화제의 흐름(가는 화살표)은 강제통풍팬(20)에 의하여 가압되어 산화제 헤더부(18)를 통하여 산화제 통로(12) 내부로 전진하여 회전식 축열 버너(30)에 의하여 예열되어 연소실(10) 내로 유입된다. 이 때, 바이패스(15) 내의 컷오프 밸브(16)가 완전히 폐쇄상태에 있기 때문에 산화제가 배기가스와 혼합될 가능성은 전혀 없다.

배기가스 통로(13) 내의 온도계(29a), 회전식 축열 버너(30)를 회전시키기 위한 전동기(M2)의 전류계(29b) 또는 서멀 릴레이(29d)가 비상상태임을 검출할 때, 비상상태에 놓인 회전식 축열 버너(30)의 배기가스 통로(13) 내의 컷오프 밸브(17)는 완전 폐쇄상태로 되고, 바이패스(15) 내의 컷오프 밸브(16)는 완전 개방상태로 된다. 결과적으로, 현재 산화제 통로(12)를 통하여 흐르는 산화제의 일부는 바이패스(15)를 통하여 나아가게 되고, 배기가스 통로(13)를 통하여 흐르는 산화제의 일부와 함께 축열 버너(30)에 공급된다. 따라서, 축열기(32) 및 유인통풍팬(24)을 통하여 연속적으로 흘러 이러한 부품들에 손상일 입히는 뜨거운 배기가스의 발생가능성이 예방될 수 있다. 그러므로, 심지어 회전식 축열 버너(30)에 기계적인 고장이 생긴 경우에도 연소를 계속할 수 있다.

본 발명에 따른 파이프스틸 히이터에서는, 유량 콘트롤 밸브(9)가 연소가스나 연소오일의 압력 또는 유량을 제어하여 가열되는 유체의 출구온도를 일정치로 유지시킬 수 있도록 되어 있다. 유인통풍팬(24)내에는, 이 유인통풍팬(24)의 흡인측 댐퍼(23)가 연소실(10)의 압력 게이지(28)의 표시값을 일정치로 유지시키기 위하여 제어되고 있다. 그리고, 강제통풍팬(20)의 흡인측 댐퍼(22)는 연소실(10)의 산소분석기(7)의 표시값을 일정치로 유지시키기 위하여 제어되고 있다.

작동중인 회전식 축열 버너(30)들 중 어느것에 기계적인 고장이 발생한 때에는, 가열튜브(11)들로의 방사열 전달량이 배기가스와 산화제 사이의 불완전한 열교환으로 인한 부분만큼 감소하고, 가열되는 유체의 출구온도가 비례해서 저하한다.

온도를 조정하기 위하여, 유량 콘트롤 밸브(9)가 제어수단(C)으로부터의 신호에 의하여 작동되어 연료량을 증가시킨다. 연소실(10)의 내압은 증가하고, 유입가능한 산화제의 양은 감소되며, 연소실(10)내의 산소농도는 연소량의 증가에 비례해서 감소된다.

이러한 상황을 조정하기 위하여, 유인통풍팬(24) 및 강제통풍팬(20)의 댐퍼들(23)(22)이 각각 개방된다. 강제통풍팬(20)과 유인통풍팬(24)은 부하면에서 비교될 때, 산화제가 모든 회전식 축열 버너(30)들로 흐름에 반하여 배기가스는 고장난 회전식 축열 버너(30)로부터 배출되는 것이 아니라 오로지 정상적으로 작동하고 있는 회전식 축열 버너들로부터만 배출되기 때문에, 배기가스상의 압력강하의 상승율이 증가하게 되고 유인통풍팬(24) 상의 부하가 먼저 정격치에 도달하게 된다.

그러므로, 연속적인 작동은 유인통풍팬(24)의 부하의 정격치에의 도달을 검출함으로써, 그리고 로의 내압이 소정치 이하로 떨어질 때까지 배기가스 출구(25) 내의 콘트롤 밸브(26)을 개방상태로 유지함으로써 달성된다.

만일 고장난 회전식 축열 버너(30)가 꺼지고 그 부하가 정상적으로 작동하고 있는 다른 회전식 축열 버너(30)로 가해지게 되면, 정상작동의 회전식 축열 버너(30)의 연소량은 증가되고, 이 회전식 축열 버너(30) 근처에 위치한 가열튜브(11)의 열흡수량 또한 증가된다. 일반적으로 가열될 유체로서 탄화수소를 다루는 파이프스틸 히이터에서는, 이러한 경우와 같은 국부적인 온도의 상승은 유체가 강제로 분해, 열화 또는 코크스로 변화하게 할 가능성을 가지고 있다. 코크스화 현상은 파이프스틸 히이터의 분야에서는 기피되는 중요한 대상을 이루기 때문에, 국부적인 가열을 발생시키게 될 버너 사용에 있어서의 어떠한 장시간의 정지도 허용되어서는 아니된다. 또한 이러한 관점에서 볼 때, 심지어 고장난 회전식 축열 버너 조차도 연속적인 연소가 가능케 하는 본 발명에 따른 장치가 균일한 가열을 유지함에 아주 효율적이라는 증명이 된다.

본 발명은 상기 설명 및 도시된 실시예에 한정될 필요는 없으며, 특허청구범위에 기재된 범위내에서 다양하게 수정되고 다르게 실시될 수도 있다. 상술한 실시예는 덕트부의 산화제 통로(33a)가 회전 작동되도록 적용한 경우를 나타내었지만, 달리 축열기가 회전작동되도록 적용될 수도 있다. 요컨대, 회전은 축열기와 유입되는 유체의 통로 사이에서 상대적으로 일어날 수 있다. 실시예는 하나의 연소실 내에 복수의 회전식 축열 버너들을 구비하는 것을 고려하고 있으나, 하나의 연소실 내에 하나의 회전식 축열 버너를 구비하는 것도 물론 허용될 수 있다. 더욱이 실시예는 회전식 축열 버너 내의 축열기용으로 세라믹계 내화제를 사용하는 것을 고려하고 있으나, 달리 금속재로 형성될 수도 있다.

Claims

연소실(10)의 벽에 위치한 적어도 하나의 회전식 축열 버너(30)를 구비하고, 상기 회전식 축열 버너(30)는 통기성이 있는 축열기(32) 및 상기 각 회전식 축열 버너(30)의 축열기(32)와 통하는 덕트부(33)를 구비하고, 상기 덕트부(33) 내부에는 산화제를 통과시키기 위한 산화제 덕트(33a) 및 상기 연소실(10)로부터의 배기가스를 통과시키기 위한 배기가스 덕트(33b)를 구비하고, 상기 배기가스 덕트(33b)는 상기 각 축열기(32)와 상기 각 덕트부(33)가 서로에 대하여 상대적으로 회전하는 동안 상기 각 축열기(32)를 통하여 상기 배기가스의 열로써 상기 산화제를 가열하도록 적용되는 공업로에 있어서, 상기 각 산화제 덕트(33a)와 통하는 산화제 통로(12)와 상기 각 배기가스 덕트(33b)와 통하는 배기가스 통로(13)사이의 상호왕래를 허용하는 바이패스(15)와; 상기 각 바이패스(15) 및 상기 각 배기가스 통로(13) 내에 마련되는 변환용 컷오프 밸브들(16,17);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공업로.
제1항에 있어서, 상기 바이패스(15)내의 컷오프 밸브(16)는 정상시에는 완전 폐쇄상태가 되고, 상기 회전식 축열 버너(30)의 작동상태를 감시하기 위한 버너 감시수단(29)으로부터의 전기, 유압 또는 광학 신호에 응답하여 완전 개방상태가 되도록 하며; 상기 배기가스 통로(13) 내의 컷오프 밸브(17)는 정상시에는 완전 개방상태가 되고, 상기 신호에 응답하여 완전 폐쇄상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제1항에 있어서, 상기 산화제 통로(12)는, 상기 연소실(10) 내의 산소 농도의 표시값이 일정한 값을 유지하도록 하기 위하여, 댐퍼에 의하여 상기 산화제의 유량을 제어하고 상기 댐퍼의 개방도를 제어하기 위한 강제통풍팬(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 공업로.
제1항에 있어서, 상기 연소실(10)은, 복수의 회전식 축열 버너(30)들; 상기 회전식 축열 버너(30)들에 각각 연결된 상기 산화제 통로(12)들의 적정수의 부분들에 연결되는, 상기 회전식 축열 버너(30)들로의 산화제의 집중적인 공급을 실행하기 위한 산화제 헤더부(18)들; 배기가스 통로(13)들의 적정수의 부분들에 연결되는, 상기 회전식 축열 버너(30)들로부터 발생하는 배기가스를 배출하기 위한 배기가스 헤더들; 상기 산화제 헤더부(18)들과 상기 배기가스 헤더들 사이를 상호 왕래시키기 위한 바이패스(15)들; 및 상기 바이패스(15)들; 및 상기 배기가스 헤더들 또는 상기 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 상기 배기가스 통로(13)들 내에 마련된 변환용 컷오프 밸브(16,17)들;을 구비하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제4항에 있어서, 상기 바이패스(15)들내의 상기 컷오프 밸브(16)는 정상시에는 완전 폐쇄상태가 되고, 상기 배기가스 헤더들 또는 상기 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 상기 배기가스 통로(13)들내의 상기 컷오프 밸브(17)는 정상시에는 완전 개방상태가 되며, 상기 컷오프 밸브들(16,17)은 상기 회전식 축열 버너(30)들의 작동상태를 검출하기 위한 버너 감시수단(29)으로부터의 전기, 유압 또는 광학 신호에 응답하는 제어수단에 의하여 제어되어, 상기 바이패스(15)측의 컷오프 밸브(16)들이 완전히 개방상태가 되고 상기 배기가스 헤더들 또는 상기 배기가스 헤더들의 하류쪽에 있는 상기 배기가스 통로(13) 내의 컷오프 밸브(17)들은 완전 폐쇄상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제4항에 있어서, 상기 산화제 헤더부(18)들은, 상기 연소실(10) 내의 산소농도의 표시값을 소정치로 유지시키기 위하여, 댐퍼에 의하여 산화제의 유량을 제어하고 상기 댐퍼들의 개방도를 제어하기 위한 강제통풍팬(20)들에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 공업로.
제2항, 제3항, 제5항, 또는 제6항 중의 어느 한 항에있어서, 상기 버너 감시수단(29)은 상기 축열기(32)의 출구에서의 배기가스 온도를 측정하기 위한 온도계, 상기 덕트부(33) 또는 축열기(32)를 구동시키기 위한 전동기의 전류를 측정하기 위한 전류계, 과전류시 작동하는 서멀 릴레이 및 상기 축열기(32) 또는 덕트부(33)의 회전수를 측정하기 위한 회전계 중에서 선택되는 적어도 하나의 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제2항, 제3항, 제5항, 또는 제6항 중의 어느 한 항에있어서, 상기 연소실(10)은 그와 통하는 배기가스 출구(25); 상기 배기가스 출구(25) 내에 마련되며 정상시 완전 폐쇄상태에 있도록 적용되는 콘트롤 밸브(26); 상기 연소실(10)의 내압을 검출하기 위한 압력 검출수단(28); 및 상기 압력검출수단(28)이 소정치를 초과하는 내압을 검출할 때 상기 콘트롤 밸브(26)의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제2항, 제3항, 제5항, 또는 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 연소실(10)은 그와 통하는 배기가스 출구(25); 상기 배기가스 출구(25) 내에 마련되고 정상시 완전 폐쇄상태에 있도록 적용되는 변환 콘트롤 밸브(26); 상기 배기가스 통로(13) 내의 배기가스를 흡인하는 유인통풍팬의 능력을 검출하기 위한 팬감시수단(27); 및 상기 팬감시수단(27)이 소정치를 초과하는 흡인능력을 검출할 때 상기 콘트롤 밸브(26)의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 공업로.
제2항, 제3항, 제5항, 또는 제6항 중의 어느 한 항에있어서, 상기 연소실(10)은 그와 통하는 배기가스 출구(25); 상기 배기가스 출구 내에 마련된 콘트롤 밸브(26); 상기 연소실(10)의 내압을 검출하기 위한 압력 검출수단(28); 상기 배기가스 통로(13) 내의 배기가스를 흡인하는 유인통풍팬의 능력을 검출하기 위한 팬감시수단(27); 및 상기 압력 검출수단(28)이 소정치를 초과하는 내압을 검출한 때, 그리고 상기 유인통풍팬 감시수단(27)이 소정치를 초과하는 흡인능력을 검출한 때, 상기 콘트롤 밸브(26)의 개방도를 조정하기 위하여 적용되는 제어수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 공업로.