KR0181834B1 - 촉매 원적외선 히터를 이용한 고효율 오븐장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지를 가열 발포시키는 등의 용도로 사용하기 위한 가열 혹은 건조장치의 일종인 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치에 관한 것으로, 파이프 타입의 오븐식 촉매 원적외선 히터(10)에서 그 흡기통로(22)의 둘레에 공기 예열기(23)를 설치하는 한편, 연소 폐가스와 가연성 공정 폐가스를 배기시키는 배기통로(41, 42)의 중간에 열교환기(52), 촉매연소기(54) 등으로 구성된 폐가스 처리장치(50)를 설치하여, 저온 산화된 연소 폐가스를 완전 연소시키고, 그 발생열을 상기 공기예열기(23)에 의해 회수할 수 있게 함으로써, 열효율을 높여 연료 가스를 절감하고 경제적으로 환경공해를 방지하여 주는 것이다.

Description

촉매 원적외선 히터를 이용한 고효율 오븐장치

제1도 (a)는 본 발명에 따른 고효율 오븐장치의 개략적인 구성도

(b)는 제1도 (a)의 촉매 원적외선 히터를 분리 도시한 평면도

(c)는 제1도 (a)의 촉매 연소기를 분리 도시한 평면도.

제2도는 종래기술에 따른 오븐장치의 일례를 개략적으로 도시한 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 촉매 원적외선 히터 11 : 흡기구

12 : 배기구 13 : 연료 주입구

20 : 흡기장치 21 : 흡기블로워(blower)

22 : 흡기통로 23 : 공기예열기

30 : 연료공급장치 31 : 연료통로

32 : 조절랠브 33 : TIC

40 : 배기장치 41 : 연소폐가스 배기통로

42 : 공정폐가스 배기통로 43 : 배기블로워

50 : 폐가스 처리장치 51 : 혼합기

52 : 열교환기 53 : 필터(filter)

54 : 촉매연소기 55 : 하니컴(honey comb)촉매

56 : 연소기용 TIC 57 : 조절밸브

58 : 흡기통로 60 : 수지쉬이트

61 : 가이드롤 콘베이어 101 : 원적외선 히터

102 : 원단 103 : 예열벽

104 : 발포역 105 : 열풍커튼

106 : 순환팬 107 : 제어밸브

108 : 열풍배출로 109 : 탈취기

본 발명은 수지를 가열 발포시키거나 겔링(gelling)시키는 등의 용도로 사용하는 가열 혹은 건조장치의 일종인 오븐장치에 관한 것으로, 특히 촉매 원적외선 히터를 이용하면서 가연성 공정 폐가스의 열량을 회수 재이용함으로써 열효율을 높여 줌과 동시에 환경공해를 방지하여 주도록 된 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치에 관한 것이다.

일반적으로 수지의 가열 발포공정, 수지의 겔링공정, 수지의 아닐링(anneal)공정 등에는 적절한 가열 혹은 건조장치가 필요한데, 이들 장치에서의 가열방식으로 여러 가지 방식이 이용되고 있지만, 원적외선 가열 혹은 건조방식이 많이 이용되고 있다.

이 원적외선 가열방식은 대류열원 방식 등과는 달리 공기를 매체로 하지 않고 열효과가 큰 원적외선을 조사하여 대상물을 건조시키는 방식인데, 인화의 염려가 거의 없고 열효율이 높은 장점이 있는 것으로, 특히 박판(薄板) 재료의 건조, 도료의 건조, 수지의 발포 등에 많이 이용되고 있는 방식이다.

이와 같은 용도에 사용하는 원적외선 가열 혹은 건조장치는 연료 가스의 적절한 연소를 위해 촉매가 사용되는 촉매 원적외선 히터(heater) 혹은 버너(burner)의 열원이 사용되고 있으며, 이 열원의 형태는 제품의 형태 특성에 맞게 열을 효율적으로 전달해 주기 위해 오븐(oven)구조가 많이 이용되고 있다.

이와 같이 오븐구조로 되어 있으면서 원적외선 히터를 이용한 오븐 장치는 종래에도 알려져 있었는 데, 수지발포로라는 고안 명칭으로 공개된(1987. 2. 5공개) 일본국 공개실용신안공보 소화 62-19595가 그것의 일례이다.

상기 고안의 수지발포로는 파이프(pipe)타입의 원적외선 가스 히터를 적용한 것으로, 이전의 대류열원방식의 발포로에 비해 원적외선 복사효과를 이용함으로써 열효율을 한층 향상시켜 주었는 데, 그 개략적인 구조가 제2도에 종단면도로 도시되어 있다.

즉, 도시되어 있는 바와 같이, 상기 고안의 발포로는, 연료가스가 원적외선 히터(101)에서 직화되어 원적외선 복사를 방출하여 원단(102)을 가열 발포시키도록 되어 있고, 로(爐) 내부에는 예열역(103)과 발포역(104)으로 구분되고, 이들 사이에 열풍 커튼(curtain, 105)을 형성시켜 가스 혹은 열의 유통을 저지하기 위한 장치가 설치되어 있는 데, 이 장치는 가연성 공정 폐가스를 순환팬(106)에 의해 흡입하여 제어밸브(107)를 거쳐 열풍커튼(105)에 공급하여 예열역(103)과 발포역(104)간에 열차단역할을 한 후 대기로 배출시키도록 되어 있다. 한편, 상기 발포역(104)에는 별도의 열풍배출로(108)가 접속되어 연소된 폐가스를 탈취(109)를 거쳐 대기로 배기시키도록 되어 있다.

그런데, 이와 같은 상기 가열발포로는, 가연성 공정폐가스를 재순환시켜 노 내에서 열풍커튼(105)을 형성시키는 데 이용함으로써 폐가스의 이용에 있어 어느 정도의 경제적 효과가 있는 것이지만, 연소 폐가스를 대기로 바로 방출시키고, 또 상기 공정폐가스도 에어 커튼(105)역할만을 하고 바로 대기로 방출되도록 되어 있기 때문에, 폐가스의 잔존열량을 제대로 활용치 못하여 에너지 낭비가 많은 문제점이 있었다.

또한, 대기로 방출되는 연소 폐가스로 인한 환경공해를 막아 주기 위해 별도의 탈취기(109) 등을 설치해 주어야 했으므로 대용량의 환경 부대 설비가 소요되는 문제점이 있었으며, 또 상기 파이프식 원적외선 히터는 적절한 온도조절 수단이 없어 표면온도 조절이 어려운 문제가 있는 한편, 표면온도가 쓸데없이 높아지게 되어 공정의 정지시에 화재의 발생위험이 따르는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연소 폐가스 및 공정 폐가스를 회수 재이용함으로써 열효율을 높여 연료 가스의 소요량을 절감시켜 줌과 동시에, 폐가스를 완전 연소시켜 줌으로써 별도의 대용량의 환경부대 설비가 없이도 공해를 경제적으로 방지해 줄 수 있으며, 저온 연소에 따라 화재 위험을 제거해줄 수 있는 촉매 원적외선 히터를 이용한 고효율 오븐 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오븐 장치는, 파이프타입의 오븐식 촉매 원적외선 히터에 연료가스가 공급되어 흡기통로를 통해 공급된 공기와 혼합 연소되어 배기통로를 통해 배출되는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치에 있어서, 상기 흡입통로의 둘레에 공기 예열기를 설치하고, 이 공기 예열기를 통과하여 상기 배기통로로 부터 배출되는 연소 폐가스가 대기로 배출되도록 상기 공기예열기는 상기 배기통로에 연결된 구조로 되어 있다.

상기와 같은 오븐장치의 구조에서는 연소폐가스가 공기예열기를 통과함으로써 그 잔존 열량이 흡기통로의 흡입공기를 예열시켜 주게 되므로, 열효율을 높여 연소가스의 소요량을 절감시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

그리고 상기 연소 폐가스 중에는 저온 산화 혹은 불완전 연소된 가스가 함유되어 있는데, 이러한 가스가 그대로 외부로 배출되게 되면 에너지의 낭비를 초래함은 물론 환경오염을 악화시키게 되므로, 이를 방지하기 위해 상기 배기통로의 중에 폐가스 처리장치를 설치하여 여기에서 연소 폐가스를 완전 연소시켜 상기 공기예열기로 이동시켜 줄 수도 있다.

한편, 상기 촉매 원적외선 히터에서는 저온 산화된 가스 혹은 가연성 공정 폐가스가 발생되어 나오는 데, 이 가연성 공정 폐가스를 별도의 배기 블로워에 의해 흡입하여 일반적인 연소 폐가스와 함께 혼합후 상기 폐가스 처리장치에 투입시켜 주면, 열효율을 더욱 높여 주고 환경 공해를 방지해 줄 수 있어 바람직한데, 이 경우 가연성 공정 폐가스와 연소 폐가스를 혼합해 주기 위해 배기통로의 중간에 혼합기(mixer)를 설치해 준다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1도(a)는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 오븐장치의 개략적인 구성도로서, 촉매 원적외선 히터(10), 흡기장치(20), 연료공급장치(30), 배기장치(40), 폐가스 처리장치(50) 등의 주요장치로 구성되어 있다.

상기에서 촉매 원적외선 히터(10)는 제1도 (b)에 상세히 분리 도시되어 있는 바와 같이, 파이프 타입의 히터가 지그재그로 겹겹이 배치되어 오븐 구조로 된 것으로, 그 일측에 흡기장치(20)에 의해 공기가 공급되는 흡기구(11)가 형성되고, 타측에 배기장치(40)에 의해 연소 폐가스가 배출되는 배기구(12)가 형성되어 있으며, 그 중간의 다수 지점에는 연료공급장치(30)에 의해 연료가스가 적절히 공급되는 연료 주입구(13)가 설치되어 있다.

상기 흡기장치(20)는 흡기 블로워(blower, 21)로 불어서 흡기통로(22)를 통해 상기 촉매 원적외선 히터(10)에 공기를 공급해 주도록 되어 있는데, 상기 흡기통로(22)의 둘레에 공기 예열기(23)가 설치되어, 흡입공기가 예열되도록 되어 있다.

그리고 상기 연료공급장치(30)는 연료통로(31)를 통하여 조절밸브(32)에 의해 공급량을 조절하면서 연료가스를 상기 촉매 원적외선 히터(10)에 공급해 주도록 되어 있는데, 이 조절밸브(32)가 상기 히터(10)의 분위기 온도를 감지하여 주는 TIC(thermo indicator controller, 33)에 의해 제어되어 연료 공급량을 조절해 주게 된다.

상기 배기장치(40)는 상기 촉매 원적외선 히터(10)에서 연소로 발생되어 나오는 연소 폐가스를 배출시켜 주는 연소 폐가스 배기통로(41)와, 상기 촉매 원적외선 히터(10)에서 발생되는 저온 산화된 가스 혹은 가연성 공정 폐가스를 흡입 배기시켜 주는 공정 폐가스 배기통로(42)가 구비되어 있고, 공정 폐가스 배기통로(42)의 중간에는 별도의 배기 블로워(43)가 설치되어 있다.

그리고 상기 폐가스 처리장치(50)는 상기 촉매 원적외선 히터(10)로 부터 발생되어 나오는 연소 폐가스와 가연성 공정 폐가스를 폐쇄 루프(loop)상에서 순환시키면서 처리하여 상기 공기예열기(23)를 거쳐서 외부로 배기시켜 주는 것으로, 연소 폐가스와 가연성 공정 폐가스가 혼합기(51)를 거쳐 혼합 투입되도록 되어 있으며, 그 구성은 열 교환기(52), 필터(53), 촉매 연소기(54)가 폐쇄 순환되도록 되어 있는 데, 그 촉매 연소기(54)는 제1도(c)에 분리 도시되어 있는 바와 같이, 상기 촉매 원적외선 히터(10)에서와 동일하게 흡기구(54a), 연료주입구(54b) 및 배기구(54c)가 형성되고, 내부에는 하니컴(honey comb) 촉매(55)가 구비되어 있으며, 연소기용 TIC(56)의 감지신호에 의해 조절밸브(57)가 제어됨으로써 연료가스가 조절 공급되도록 되어 있다.

이와같은 폐가스 처리장치(50)에서는, 촉매 원적외선 히터(10)에서 배출되어 나오는 연소 폐가스 및 가연성 공정 폐가스가 혼합기(51)에서 혼합되어 열 교환기(52)를 통과하면서 촉매 연소기(54)로 잔존 열량을 전달하여 혼합 폐가스의 연소 조건을 적당하게 맞추어 준 후, 촉매 연소기(54)의 하니컴(honey comb) 촉매(55)를 보호하기 위해 설치된 필터(53)를 거쳐 촉매 연소기(54)로 이동하여, 여기에서 완전 연소되어 상기 공기 예열기(23)를 통과하면서 흡기통로(22)내의 흡입공기를 예열시킨 후 외부로 배기되게 된다.

이때 상기 촉매 연소기(54)에서의 연소는, 별도의 흡기통로(58)를 통해 공기를 공급받는 한편, 연소기용 TIC(56)의 감지 신호에 따라 제어되는 조절밸브(57)를 통해 연료가스가 적절히 공급되어 혼합 폐가스와 함께 이루어지는데, 상기 열교환기(52)는 이 연소과정을 돕게 된다.

한편, 제1도(a)의 도면 부호(60, 61)는 각각 수지 쉬이트(sheet, 60), 가이드롤 콘베이어(61)를 나타내는 데, 가열 발포시킬 수지쉬이트(60)가 촉매 원적외선 히터(10)의 내부를 통과하는 상태를 나타내고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐 시스템의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 촉매 원적외선 히터(10)에서는 공급되는 공기가 공기예열기(23)에 의해 미리 예열되어 있어 그 히터(10)의 분위기 온도를 상승시켜 줌과 아울러 연소효율을 높여 주게 되고, 또한 공급되는 연료도 내부온도를 감지하여 조절 밸브(32)에 의해 조절되기 때문에 온도가 저온으로 안정되게 유지됨과 더불어 온도 제어가 용이하게 된다. 이에 따라 연료 가스의 절감이 이루어짐은 물론, 화재위험이 없고 안정적인 공정유지가 가능하게 된다.

그리고 폐가스 처리장치(50)는 상기 촉매 원적외선 히터(10)에서 발생되는 연소 폐가스와 가연성 공정 폐가스를 회수하여 재산화 연소시키고, 이 재연소된 폐가스로 하여금 상기 공기예열기(23)를 예열시킨 후 외부로 배기시켜 주는데, 배기 가스의 잔존 열량이 공기예열기(23)를 통해 촉매 원적외선 히터(10)로 회수되므로 연소가스의 소요량을 절감시키고 열효율을 높여 주는 한편, 불완전 연소된 연소 폐가스 및 가연성 공정 폐가스가 그대로 외부로 방출되지 않고 완전 연소되어 배기되기 때문에 대용량의 환경 부대설비를 별도로 필요로 하지 않고도 환경공해를 효율적으로 방지해 주게 된다.

한편, 상기 폐가스 처리장치(50)에서 폐가스의 연소과정은 별도로 연료 가스 및 공기가 적절히 공급되면서 열 교환기(52)에 의해 예열되므로 완전 연소가 잘 이루어지게 되고, 또 필터(53)에 의해 촉매 연소기(54)의 하니컴 촉매(55)가 보호되기 때문에 연소과정에서 이상 현상이 발생할 염려도 거의 없게 된다.

이와같은 본 발명의 구조로 된 본 발명의 촉매 원적외선 오븐 시스템은 종래의 직화식 원적외선 오븐 시스템에 비해 공정 폐가스 및 연소 폐가스를 이용하여 흡입공기를 예열해주므로써 열효율도 좋게 되는 것이다.

한편, 상기한 바와 같은 본 발명의 오븐장치는 수지를 가열발포시키기 위한 공정에 가장 바람직하게 이용될 수 있지만, 그외에도 의약품, 식품, 농산물 등의 건조과정을 비롯하여 산업전반에 폭넓게 적용될 수 있음은 물론이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 오븐장치는, 연소 폐가스 및 가연성 공정 폐가스를 회수 재이용함으로써 열효율을 높여 연료가스의 소요량을 절감시켜 줌과 동시에, 폐가스를 완전 연소시켜 줌으로써 별도의 대용량의 환경부대 설비가 없이도 공해를 경제적으로 방지해 줄 수 있으며, 온도를 안정되게 유지 제어하여 화재발생의 위험을 제거해 주게 되는 것이다.

Claims (6)

1. 파이프타입의 오븐식 촉매 원적외선 히터(10)에 연료가스가 공급되어 흡기통로(22)를 통해 공급된 공기와 혼합 연소되어 배기통로(41)를 통해 배출되는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치에 있어서, 상기 흡기통로(22)의 둘레에 공기 예열기(23)가 설치되고, 이 공기 예열기(23)를 통과하여 상기 배기통로(41)의 연소폐가스가 대기로 배기되도록 상기 공기 예열기(23)가 설치되고, 이 공기 예열기(23)를 통과하여 상기 배기통로(41)의 연소 폐가스가 대기로 배기되도록 상기 공기예열기(23)가 상기 배기통로(41)와 연결된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 촉매 원적외선 히터(10)에 연료가스가 연료공급장치(30)를 통해 공급되어지되, 그 연료공급장치(30)는 상기 촉매 원적외선 히터(10)에 연료통로(31)가 연결되고, 그 연료통로(31)의 중간에 조절밸브(32)가 설치되며, 이 조절밸브(32)가 상기 촉매 원적외선 히터(10)의 내부온도를 감지하여 주는 TIC(33)에 의해 제어되어 연료 공급량이 자동 조절되도록 된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 배기통로(41)의 중간에 폐가스 처리장치(50)가 설치되어, 저온산화된 연소 폐가스를 완전 연소시켜 상기 공기 예열기(23)로 이동시켜 주도록 된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 연소 폐가스의 배기통로(41) 중간에 혼합기(51)가 설치되는 한편, 촉매 원적외선 히터(10)에서 발생되는 가연성 공정 폐가스를 흡입하여 상기 혼합기(51)로 이송시킬 수 있도록 배기 블로워(43)를 구비한 공정 폐가스 배기통로(42)가 상기 촉매 원적외선 히터(10)와 상기 혼합기(51)간에 추가로 연결 설치된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 폐가스 처리장치(50)는 파이프 식으로 되어 있으면서 내부에 하니컴 촉매(55)를 내장한 촉매 연소기(54), 이 촉매 연소기(54)의 하니컴 촉매(55)를 보호하기 위한 필터(53) 및, 연소 폐가스가 통과함에 따라 그 잔존 열량을 상기 촉매 연소기(54)로 전달해 주는 열교환기(52)가 서로 간에 폐쇄 순환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 폐가스 처리장치(50)는 흡기통로(58)를 통해 공기를 공급받고, 연소기용 TIC(56)의 감지신호에 따라 제어되는 조절밸브(57)를 통해 연료가스가 조절 공급받도록 된 것을 특징으로 하는 촉매 원적외선 히터를 이용한 오븐장치.