KR100394176B1 - 아스팔트표면가열방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아스팔트 표면을 가열하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 연료(50)와 산소(60)로 이루어진 가연성 혼합물을 점화시켜 고온 가스를 생성하는 단계; 고온 가스를 아스팔트 표면(280) 위에 배치된 복사면(200)을 구비하는 봉입체에 공급하는 단계를 포함한다. 본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치는 고온 가스를 생성하는 버너(30)와, 버너(30)로부터 고온 가스를 받아들이기 위한 입구(120) 및 다수의 구멍이 형성된 복사면(200)을 구비한 봉입체(25)를 포함하한다. 복사면에 있는 구멍의 크기는 ( i ) 고온 가스가 복사면을 가열하여 아스팔트 표면에 복사 열을 전달하는 동시에, ( ii ) 고온 가스가 구멍을 통과하여 아스팔트 표면에 대류 열을 전달하도록 정해진다.

Description

아스팔트 표면 가열 방법 및 장치 {PROCESS FOR HEATING AN ASPHALT SURFACE AND APPARATUS THEREFOR}
본 명세서에서 사용하는 아스팔트라는 표현은 머캐덤(macadam) 및 타르맥(tarmac)도 포함한다. 전형적으로, 아스팔트 포장 노면은 아스팔트 시멘트(대표적으로, 흑색의 점성이 있는 석유 화학 응결제)와, 적절한 크기의 돌 및/또는 자갈을 포함하는 골재의 혼합물로 이루어진다. 통상, 아스팔트 포장 노면을 제공하기 위해, 아스팔트 콘크리트 혼합물을 포장 대상 구역에 깔고 압축하고 나서 평탄화 한다.
시간이 경과하면, 아스팔트 포장 노면은 다수의 요인으로 인해 열화될 수 있다. 예를 들어, 계절에 따른 온도 변화에 의해 노면은 취약해지고 및/또는 균열이 발생할 수 있다. 노면 아래에 있는 도로 지반층의 침식 또는 압착에 의해서도 역시 균열이 발생할 것이다. 또한, 새로 만든 아스팔트 중에 포함되는 특정의 화학 성분들은 시간의 경과에 따라 점차 소실되거나, 시간에 따라 그 특성이 변질됨으로써, 역시 노면의 취약화 및/또는 균열의 발생 원인이 된다. 균열이 집중적으로 발생된 부분에서는 포장의 일부가 이탈 분리될 수도 있다. 이러한 이탈 분리는 교통 장애를 발생시킬 가능성이 있는 동시에 인접 포장 및 도로의 하부 구조의 열화를 촉진시킨다. 균열 발생 및 포장 일부의 이탈 분리가 발생하지 않더라도, 차량의 통행에 의해 상측의 도로 표면이 마모될 수 있고, 이와 같이 마모된 표면은 미끄럽고도 위험하다. 또한, 교통에 의한 마모로 인하여, 도로 표면에 길게 파인 홈(groove), V자형으로 길게 파인 홈(trough), 수로(rut) 및 균열이 생길 수 있다. 도로가 젖은 상태에서는 그러한 결함 부분에 물이 모여, 위험한 차량 하이드로플레이닝 현상(hydro-planing)을 일으킬 수 있다. 모인 물도 역시 포장의 열화를 더욱 재촉하는 원인이 된다.
1970년대 이전에는 오래된 아스팔트 포장 노면을 보수하기 위해서 이용할 수 있는 방법으로서, 원래의 표면의 위에 새로운 재료를 부설하고, 원래의 표면의 일부를 제거하여 새로운 재료로 교환하는 부분 보수(patching) 또는 실링(sealing) 등의 스폿(spot) 처리가 있다. 이 방법에는 각각 고유의 문제점 및 한계가 있다.
1970년대 초반부터, 원재료, 오일 및 에너지 비용 증가에 의해, 원래의 아스팔트를 재생시키려는 시도에 대해 점차 많은 관심을 가지게 되었다. 전세계에 걸쳐 부설되어 있는 도로는 매우 중요한 재생 가능한 자원으로서 인식되기에 이르렀다.
초기의 재생 기술은 원래의 아스팔트 표면의 일부를 제거하여, 그것을 집중 고정식의 재생 플랜트로 수송하여, 그 재생 플랜트에서 새로운 아스팔트 및/또는 재생용 약품과 혼합시키는 것이었다. 그 후, 재생된 포장 재료를 트럭으로 작업 현장으로 운반하여 부설한다. 이러한 기술은 분명히 시간 지연, 수송 비용 등의 측면에서 한계가 있었다.
그 후, 낡은 아스팔트를 작업 현장에서 재생시키는 기술이 개발되었다. 이러한 방법 중의 일부는 가열 단계를 포함하고, 흔히 "핫-인-플레이스 재생법(hot-in-place recycling)"으로 지칭된다(이하, "HIPR"로 지칭함).
이러한 기술은 아스팔트가 파손된 아스팔트 포장 표면을 재생하기 위한 선행기술에서 공지된 다수의 방법 및 장치를 포함한다. 일반적으로, 이러한 방법 및 장치는 이하의 전제로 기초하여 작용한다. 즉, (i) 아스팔트의 노출층의 연화 또는 가소화를 쉽게 하기 위해 포장 표면을 (일반적으로 복수 개의 열로 배열된 히터를 이용하여) 가열하며, (ii) 가열한 표면을 (일반적으로 회전 톱니형 그라인더, 스크류 송곳형 분쇄 및 갈퀴형 스캐리파이어(scarifier)와 같은 장치를 사용하여) 기계적으로 분쇄하며, (iii) 가열하여 파쇄한 아스팔트에 새로운 아스팔트나, 부활 아스팔트를 첨가하며, (iv) 노면 전체에 (iii)의 혼합물을 분산시키며, (v) 분산시킨 혼합물을 압밀 또는 압축함으로써, 재생된 아스팔트 포장 표면을 제공한다. 경우에 따라서는 가열하여 파쇄한 물질을 노면에서 완전히 제거하고, 노면에서 분리하여 처리하고 나서, 표면에 복귀시켜 최종 위치에 압박한다. 대다수의 선행 기술은 전술한 전제 하에서 약간씩 다른 형식으로 변형된 것이다.
종래부터, HIPR에 몇 가지 문제점이 있음이 알려졌고, 이들 중 일부는 현재에도 여전히 문제가 되고 있다. 예를 들면, 아스팔트 콘크리트(특히, 아스팔트 콘크리트 중의 아스팔트 시멘트)가 열에 의해 파손되기 쉽다는 것이다. 따라서, 노면은 실제의 파멸되기에 충분히 연화되는 점까지, 그러나 그것이 해를 받지 않는 점까지 가열해야 한다. 또한, 아스팔트 콘크리트는 가열되는 층의 깊이가 커질수록,가열이 점점 더 곤란하게 되는 것으로 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하려고 시도한 다수의 특허들이 있다. 각각 본 명세서에서 참조되는 다음의 특허들을 예로 들 수 있다:
미국 특허 제3,361,042호(커틀러, Cutler)
미국 특허 제3,970,404호(베네디티, Benedetti)
미국 특허 제3,843,274호(구트만, Gutman 등)
미국 특허 제3,989,401호(모엔치, Moench)
미국 특허 제4,011,023호(커틀러, Cutler)
미국 특허 제4,124,325호(커틀러, Cutler)
미국 특허 제4,129,398호(쇼엘코프, Shoelkopf)
미국 특허 제4,335,975호(쇼엘코프, Shoelkopf)
미국 특허 4,226,552호(모엔치, Moench)
미국 특허 제4,534,674호(커틀러, Cutler)
미국 특허 제4,545,700호(예이츠, Yates)
미국 특허 제4,711,600호(예이츠, Yates)
미국 특허 제4,784,518호(커틀러, Cutler)
미국 특허 제4,793,730호(버치, Butch)
미국 특허 제4,850,740호(윌리, Wiley)
미국 특허 제4,929,120호(윌리, Wiley 등)
사용된 특정의 기술과는 상관없이, 아스팔트 표면 재생 작업이 상업적으로성공적인 것인가의 여부는 재생할 낡은 표면을 얼마나 효과적으로 가열할 수 있는가에 달려 있다. 일반적으로, 효과적인 가열은 아스팔트 표면이 실질적으로 타거나 과열됨이 없이 신속하게 소정의 온도(예컨대, 300°F)로 가열될 경우에 달성된다.
해당 기술 분야에서는 아스팔트를 연화시켜 그것을 재생 이용하기 쉽게 하기 위해 히터를 사용하는 것이 일반적이다. 히터는 방사 히터(예컨대, 적외선 히터), 열풍 히터, 대류 히터, 마이크로파 히터, 직접적인 화염 히터 등일 수 있다.
상업적으로 사용되는 히터로서, 가장 선호되는 히터는 적외선을 방출하는 방사 히터이다. 일반적으로, 이러한 히터는 금속(또는 다른 적절한 재료) 스크린 상측으로 연료/공기 혼합물을 점화하여 그 혼합물을 연소시킴으로써 작동된다. 연소열은 금속 스크린에 의해 흡수되고, 이에 의해 대부분의 경우 금속 스크린이 적열광(赤熱光)을 내어 아스팔트 표면에 열(즉 적외선 방사)을 방사하게 된다. 종래의 방사 히터의 주요 한계점 중의 하나는 연료원이다. 특히, 연료/공기 혼합물이 히터의 방사 표면 전체에 걸쳐 연소되어야 하기 때문에, 연료는 공기와 용이하게 혼합할 수 있는 동시에, 점화 시점까지 방사 표면 전체에 거의 균일하게 분산되는 성질의 것이어야 한다. 결과적으로, 상업적으로 사용 가능한 사실상의 모든 히터는 프로판 또는 부탄을 연료로 하게 된다. 프로판과 부탄은 이 용도로 사용하기 위해 공기에 쉽게 혼합될 수 있는 가스이다.
유감스럽게도, 프로판 및 부탄은 일반적으로 가압 상태로 보관되어 있고, 우발적인 불꽃에 의해서 위험한 폭발을 일으킬 가능성이 있기 때문에, 취급 및 사용이 매우 위험한 물질이다. 또한, 온 세계의 많은 나라에서, 프로판 및/또는 부탄은( i ) 입수될 수 없는 상황, ( ii ) 구입할 수 없을 정도로 비싼 상황, 및/또는 (iii) 저렴한 비용으로 입수될 수 있는 디젤 연료와 같은 다른 액체 연료들에 비해 별로 매력적인 것이 못되는 상황에 있다. 실제로, 북미, 유럽 및 호주를 제외한 세계의 대부분의 국가에서는 이러한 문제점 중의 한 가지 이상이 존재한다. 전술한 (iii)의 상황과 관련하여, 액체 연료(즉, 외기 온도와 압력에서 액체인 연료)들은 이들을 분무하여 연료/공기 혼합물을 히터의 방사 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산시키는 데 따른 어려움으로 인해, 종래의 방사 히터로 사용하는 데는 부적합하다. 결과적으로, HIPR은 북미와 유럽을 제외한 세계의 대부분의 국가에서는 상업적인 면에서 비실용적이다.
또한, 종래의 방사 히터에서는 방사 표면은 2000°F 이상의 온도에 쉽게 도달한다. 이는 재생 시스템에 수반되는 모든 차량의 진행이 지연되지 않도록 가능한한 신속하게 표면을 가열할 필요가 있기 때문이다. 이는 2인치 이상의 깊이당 약 250°F 의 평균 온도를 얻는다는 최종 목표를 위해 아스팔트의 표면을 300 내지 400°F 의 온도로 가열하는 것이 필요하다는 점과 결부되어, 아스팔트 표면을 태우거나 과열시키는 것이 빈번하게 될 수 있다. 유감스럽게도, 단순히 방사 표면의 온도를 낮춤으로써 그러한 영향을 배제시키려는 시도들은 전체 재생 공정의 효율을 한층 더 저하시키며, 이에 따라 상업적으로 실형 가능한 대안으로서 고려할 만한 것이 못된다. 종래의 방사 히터에 수반되는 또 다른 문제점은 가열이 불균일하게 될 가능성이 높다는 것이다. 전형적으로, 이는 아스팔트 표면의 특정 구역(예컨대, 오일 스폿)에서는 방사선을 흡수하지만, 다른 구역(예컨대, 밝은 빛깔의 골재)에서는 방사선이 반사되기 때문에 그러하다. 이러한 문제점은 방사선을 흡수하는 구역에서 보다 더 심화되며, 그 이유는 이들 구역에서 아스팔트 표면의 극심한 연기 생성 및/또는 발화가 발생됨으로써 심각한 환경 문제를 야기하기 때문이다.
전술한 바와 같이, 종래의 아스팔트 표면 히터로는 열풍 히터도 있다. 이러한 히터는 본 명세서에서 그 내용이 참조되는 미국 특허 제4,561,800호(하타케나카, Hatakenaka 등)에 개시되어 있다. 하타케나카 특허는 예정된 온도로 제어된 열풍을 노면에 분무하여 노면을 가열하는 방식의 노면 가열 방법 및 장치를 제시하고 있다. 이 장치는 버너와, 온도 제어 유닛과, 열풍을 노면에 분무하기 위한 취출구멍을 형성한 복수 개의 덕트를 구비하고 있다. 하타케나카 특허는 이 장치가 아스팔트 표면의 가열 중에 발생하는 연기의 양을 감소시킨다고 주장하고 있다. 하타케나카의 특허의 중점적인 고려 대상은 열풍의 온도를 제어할 수 있는 능력에 관한 것이다. 즉, 하타케나카의 특허의 핵심은 노면을 가열하는 수단으로서 사용되는 열풍을 제어 온도로 제공하는 것이다. 하타케나카 특허는 단순히 열풍 자체의 온도를 조절함으로써 히터의 "열 용량"을 조절할 수 있는 것이 그 특허의 장점 중의 하나라고 주장하고 있다. 이것을 근거로서, 하타케나카의 특허는 실질적으로 대류에 의해서 거의 모든 열을 부여하는 장치에 관한 것이라고 할 수 있다.
아스팔트 표면의 재생에 사용되는 일반적인 열풍 및 대류 히터, 특히 하타케나카의 특허에 의해 제시된 장치에 따른 주된 문제점 중 하나는 아스팔트 표면에서 원하는 온도 및 깊이로 열 전달을 행할 수 있는 충분한 양의 열풍을 아스팔트 표면으로 보낼 수 없다는 것이다. 이것은 주로, 상업적으로 실용 가능한 속도(예컨대10-30 ft/min)로 표면을 가열하는 데 충분한 시간에 걸쳐 충분한 열을 아스팔트 표면에 가하기 위해서 필요한 크기 및 열풍 유량(예컨대 ft3/min 「cfm」)의 점에서, 상업적으로 유리한 장치를 구축하는 것이 실행 불가능하고 및/또는 터무니 없이 많은 비용이 들기 때문이다. 그 결과, 아스팔트 표면 재생 기술로서 열풍 및 대류 히터는 방사 히터와 비교할 때 상업적인 면에서 실용적이지 않다.
종래 기술의 상기 문제점의 적어도 하나를 해결 또는 경감하는 아스팔트 표면 가열 방법 및 장치를 제공하는 것이 요망된다.
본 발명은 아스팔트 표면을 가열하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
이하, 동일한 부분에 동일한 부호가 부여되어 있는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치의 개략적인 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부분의 저면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 장치의 전방 입면도이다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점 중의 적어도 하나를 해결 또는 경감하는 신규의 아스팔트 표면 가열 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래 기술의 문제점 중의 적어도 하나를 해결 또는 경감하는 신규의 아스팔트 표면 가열 장치를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 한 가지 양태에 따르면, 연료와 산소로 이루어진 가연성 혼합물을 버너 내에서 점화하여 고온 가스를 생성하는 단계와, 아스팔트 표면 상측에 배치되고 복수 개의 구멍을 형성한 방사 표면을 구비하고 있는 봉입체 내에 상기 고온 가스를 공급하는 단계와, 상기 고온 가스가, ( i ) 상기 방사면을 가열하여, 아스팔트 표면에 방사열을 전달하고, ( ii ) 상기 구멍을 통과하여 아스팔트 표면에 대류열을 전달하도록 구멍의 크기를 선택하는 단계를 포함하는 아스팔트 표면 가열방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 고온 가스 발생 버너와, 이 버너로부터 고온 가스를 받아들이기 위한 입구 및 복수 개의 구멍이 형성된 방사면을 구비하고 있는 봉입체를 포함하고, 상기 구멍은 상기 고온 가스가, ( i ) 상기 방사면을 가열하여 아스팔트 표면에 방사열을 전달하고, ( ii ) 상기 구멍을 통과하여 아스팔트 표면에 대류열을 전달하도록, 구멍의 크기를 선택하는 아스팔트 표면 가열 장치가 제공된다.
본 발명자는 다음의 식 1과 같이 총 열 전달(QTOTAL)이 대류 열 전달(QC)과 방사 열 전달(QR)로 이루어질 수 있는 아스팔트 표면 가열 장치를 사용하여 아스팔트 표면을 거의 균일하면서 신속하게 그리고 효과적으로 가열하는 것이 가능한 것을 발견하였다.
[식 1]
QTOTAL= QC+ QR
QC는 QTOTAL의 약 20 내지 80%인 것이 바람직하고, 약 35 내지 65%인 것이 보다 바람직하고, 약 40 내지 60%인 것이 훨씬 더 바람직하며, 약 45 내지 55%인 것이 가장 바람직하다. 각각의 경우에, 잔부는 QR이다.
본 발명의 목적을 위해, QC는 다음의 식 2에 따라 실험적으로 손쉽게 계산할 수 있다.
[식 2]
QC= hA(T1- T2)
여기서, h = 대류 열 전달 계수
A = 히터의 총 표면적
T1= 고온 가스의 온도
T2= 아스팔트 표면의 온도.
또한, QR도 다음의 식 3에 따라 실험적으로 손쉽게 계산할 수 있다.
[식 3]
QR= ∈σA(T1 4- T2 4)
여기서, ∈ = 방사면의 총 방사율
σ = 비례 상수(스테판-볼츠만 상수)
A = 히터의 총 표면적
T1= 봉입체의 방사면의 온도
T2= 아스팔트 표면의 온도.
이들 등식 및 이들 식을 사용하는 것은 당업자의 인식 범위 내에 있고, 본 명세서에서 그 내용이 참조되는 제이. 피. 홀만(J.P. Holman)의 저서인 「열 전달(HEAT TRANSFER)」 (제7판, 1992년)에 보다 더 상세히 설명되어 있다.
예컨대, 유효한 아스팔트 표면 가열 장치는 산화강으로 이루어지는 방사면을갖춘 구조로서, 약 1200°F 에서 작동한다. 방사면은 아스팔트 표면으로부터 약 3인치 떨어져서 사용된다. 방사면은 그 크기가 약 12피트 × 26피트이고, 그 직경이 0.25인치인 약 15,500개의 원형 구멍을 구비한다. 이러한 장치에 대해서, 당업자는 QC가 약 480 kW(총 열 전달량의 48%)이고, QR이 약 520 kW(총 열 전달량의 52%)인 것을 쉽게 계산할 수 있을 것이다.
본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치의 주요 장점들 중의 하나는 이것이 특정 종류의 연료의 사용에 의존하지 않는다는 것이다. 즉, 본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치는 방사에 의해 열전달이 적어도 부분적으로 행해지면서 디젤 연료와 같은 액체 연료를 사용할 수 있는 융통성도 부여하는 최초의 장치라고 생각된다.
본 명세서의 전체에 걸쳐, 연료와 산소의 혼합물의 연소에 관해 설명한다. 잘 알려진 바와 같이, 순수한 산소는 가연성이 극히 높고, 취급 및 사용이 매우 위험하다. 따라서, 대부분의 적용 분야에 있어서, 주위 공기를 사용하여 연료와 혼합하는 것이 편리하다. 그러나, 본 발명의 범위는 산소를 포함하거나, 또는 산소로 이루어지는 비공기 기체(non-air gas)를 포함한다는 것을 명확히 이해해야 한다.
본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치는 가열 중의 아스팔트 표면 상측에 바람직하게는 약 1 내지 6인치, 보다 바람직하게는 약 2 내지 4인치, 가장 바람직하게는 약 2 내지 3인치의 간격을 두고 봉입체를 배치하는 수단을 추가로 포함하는 것이 좋다. 이것에 의해, 봉입체의 방사면으로부터 발산되는 방사선을 아스팔트 표면에 최적 상태로 조사할 수 있다.
본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치에서의 봉입체는 각각 방사면을 구비하는 복수 개의 상당히 근접한 관을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 인접 쌍의 관의 사이에 틈새 또는 간격이 제공되도록 관을 배치하는 것이다. 이러한 틈새 또는 간격을 설치하는 것에 따라, 아스팔트 표면에 충돌하는 고온 가스의 재순환이 용이하게 된다. 특히, 고온 가스는 인접 쌍의 관 사이의 틈새 또는 간격을 통해 버너로 다시 복귀할 수 있다. 이상적으로, 인접 쌍의 관 사이의 틈새 또는 간격의 크기는 재순환 중의 고온 가스의 속도가 관의 구멍을 통과하는 고온 가스의 속도의 약 20 내지 80%, 바람직하게는 약 30 내지 70%, 보다 바람직하게는 약 40 내지 60%, 가장 바람직하게는 약 45 내지 55% 가 되도록 하는 크기이다.
고온 가스의 온도 및 봉입체의 방사면의 온도는 대체로 동일하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 이 온도는 바람직하게는 약 700 내지 1600°F, 보다 바람직하게는 약 900 내지 1400°F, 가장 바람직하게는 약 1000 내지 1200°F이고, 이상적으로는 약 1100°F이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 아스팔트 표면 가열 장치(10)가 예시되어 있다. 이 가열 장치(10)는 가동식이며, 바퀴(20, 점선으로 도시)상에 장착된 적절한 차량(도시 생략)에 탑재되거나 부착된다.
가열 장치(10)는 버너(30)를 구비한 하우징(25)을 포함하고, 버너(30)의 출구단은 연소실(40)내에 배치되어 있다. 버너(30)에는 연료 입구(50), 산소 입구(60) 및 혼합/분무실(70)이 구비되어 있다. 버너(30)에는 하우징(25) 내에 배치된 노즐(80)도 더 구비되어 있다. 도시한 바와 같이, 노즐(80)의 하류측 단부는 연소실(40)의 입구에서 포위되어 있다. 노즐(80)의 단부를 연소실(40)의 입구와 밀봉 결합 상태로 배치할 수도 있으나, 노즐(80)의 단부와 연소실(40) 사이에 간극을 마련하는 것이 특히 바람직하다.
하우징(25)은 벽(100)에 의해 배기 가스 하우징(110)과 고온 가스 하우징(120)으로 분할되어 있다. 도시한 바와 같이, 연소실(40)에는 배기 가스 하우징(110)과 고온 가스 하우징(120)에 모두 들어가도록 배치된 복수 개의 연소 구멍(90)이 구비되어 있다. 배기 가스 하우징(110)은 댐퍼(140)를 구비한 배출부(130)에 연결되어 있다. 연소실(40)의 바람직한 특징은 연소실(40) 내에서 발생하는 고온 가스의 총 체적 중의 약 5 내지 20%, 보다 바람직하게는 약 5 내지 15%, 가장 바람직하게는 약 8 내지 10%가 배기 가스 하우징(110)으로 보내어지고, 나머지가 고온 가스 하우징(120)으로 보내어지도록 개구(90)의 크기 및 개수가 선택된다는 것이다. 이 때문에 사실상, 구멍의 표면적의 대부분[즉, 구멍(90)의 총 표면]이 고온 가스 하우징(120)에 있는 구멍에 의해 제공된다.
고온 가스 하우징(120)에는 고온 가스 재순환 입구(150)와 고온 가스 출구(160)가 구비되어 있다. 고온 가스 출구(160)는 봉입체(170)에 연결되어 있다. 이 봉입체(170)에는 복수 개의 고온 가스 배출 챔버(190)에 연결된 고온 가스 공급 챔버(180)가 마련되어 있다. 고온 가스 공급 챔버(180)와 고온 가스 배출 챔버(190)에는 각각 방사면(200)이 있다. 각 방사면(200)에는 복수 개의 구멍(210)이 있다. 고온 가스 배출 챔버(190)는 인접 쌍의 고온 가스 배출 챔버들 사이에 간격(220)이 생기도록 배치되어 있다.
봉입체(170)에는 재순환 가스 복귀실(230)이 더 구비되어 있고, 이것은 송풍기(도시 생략)를 내부에 배치한 재순환 팬 유닛(240)에 연결되어 있다. 재순환 팬 유닛(240)은 댐퍼(260)를 내부에 배치한 재순환 가스 공급 챔버(250)에 의해 하우징(25)에 연결되어 있다.
작동시, 연료와 산소가 각각 버너(30)의 입구(50, 60)를 통해 도입되고, 버너(30) 내의 혼합/분무실(70)에서 혼합 및 분무(연료가 주위 온도와 압력에서 액체인 경우)되어 가연성 혼합물을 형성한다. 다음에, 가연성 혼합물은 노즐(80)로 보내어지고, 노즐(80)에서 점화되어 화염(270) 및 고온 가스를 발생한다. 고온 가스는 대체로 화살표 A의 방향으로 이동하여, 구멍(90)을 거쳐 2개의 흐름으로 연소실(40)로부터 배출된다. 고온 가스의 대부분은 화살표 B에 의해 표시된 바와 같이 연소실(40)로부터 배출되고, 소량의 고온 가스는 화살표 C에 의해 표시된 바와 같이 연소실(40)로부터 배출된다.
화살표 B에 의해 표시된 고온 가스는 고온 가스 출구(160)를 통해봉입체(170)로 유입되고, 여기서 고온 가스 공급 챔버(180)와 고온 가스 배출 챔버(190)로 공급된다. 다음으로, 고온 가스는 구멍(210)을 거쳐 고온 가스 공급 챔버(180) 및 고온 가스 배출 챔버(190)로부터 그 각각의 방사면(200)으로 배출된다. 고온 가스 공급 챔버(180) 및 고온 가스 배출 챔버(190)에 있는 방사면(200)을 세밀하게 설계하고 구멍(210)의 개수 및 크기를 적절히 선택함으로써, 방사면(200)은 방사 열 전달과 대류 열 전달 모두를 용이하게 행할 수 있게 된다. 즉, 고온 가스는 방사면(200)이 방사선, 바람직하게는 적외선을 방출하는 온도까지 방사면(200)을 가열하는 역할을 한다. 이와 동시에, 고온 가스는 고속으로 구멍(210)을 통과하여 가열하여야 할 아스팔트 표면(280)에 충돌함으로써 대류 열 전달을 행한다.
재순환 팬 유닛(240)은 인접 쌍의 고온 가스 배출 챔버(190)들 사이의 간격(220)을 통해 가스를 화살표 D에 의해 도시된 바와 같이 재순환시킬 수 있다. 재순환 팬 유닛(240)은 재순환 가스를 화살표 E에 의해 도시한 바와 같이 재순환 가스 공급 챔버(250)에 공급한다. 하우징(25)에 유입된 재순환 가스는 ( i ) 화살표 F에 의해 도시된 바와 같이 연소실(40)로 유입하여, 이곳에서 불완전 연소 또는 미연소 연료를 완전 연소시키거나, ( ii ) 화살표 G에 의해 도시된 바와 같이 연소실(40)의 주위를 유동하여 그 외부와 열을 교환한 후에 화살표 B에 의해 도시된 바와 같이 연소실(40)로부터 방출되는 고온 가스와 혼합된다.
본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치는 실제로 전술한 미국 특허들에 개시된 것을 포함하는 HIPR 공정에 유리하게 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 아스팔트표면 가열 장치는 본 명세서에서 참조되는 공동 계류 중인 캐나다 특허 출원 제 2,061,682호와 제2,102,090호, 및 국제 특허 출원 WO93/17185에 각각 기재된 방법 및 장치와 조합되어 사용될 때 특히 그 유용성이 크며, 본 명세서에서는 이 특허 출원들의 내용을 참조한다.
따라서, 본 발명을 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였다 하더라도, 이러한 설명을 한정적인 의미로 해석해서는 안 된다. 당업자라면 본 명세서를 참조하여 본 발명의 예시된 실시예들뿐 아니라 다른 실시예들을 다양하게 변형시킬 것이다. 예컨대, 방사 열 전달 및 대류 열 전달을 연속식 또는, 바람직하게는 순환 연속식으로 부여하도록 본 발명의 아스팔트 표면 가열 장치를 구성할 수 있다. 이것은, 관을 아스팔트 표면에 거의 직교하는 방향으로 배치하는 등의 많은 방법으로 행할 수 있다. 이상으로 설명한 바와 같이, 이것들의 관은, 선택 사양으로서 구멍이 있더라도 좋지만, 그 사이에 종래의 방사 히터를 설치할 수도 있다. 또는, 대류 히터와 방사 히터가 교호하는 일련의 장치를 설치할 수 있다. 이것은 사실상, 방사 및 대류에 의해서 전체적으로 열을 전달하는 일련의 장치가 된다. 따라서, 첨부의 청구항은 이와 같이 임의의 변경 및 실시예도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 연료와 산소로 이루어진 가연성 혼합물을 버너(30)내에서 점화하여 고온 가스를 생성하는 단계와,
    아스팔트 표면(280) 상측에 배치되고 복수 개의 구멍(210)을 형성한 방사면(200)을 구비하고 있는 봉입체(170) 내에 상기 고온 가스를 공급하는 단계와,
    상기 고온 가스가 ( i ) 상기 방사면(200)을 가열하여 아스팔트 표면에 방사열을 전달하고, ( ii ) 상기 구멍(210)을 통과하여 아스팔트 표면에 대류 열을 전달하도록, 상기 구멍(210)의 크기를 선택하는 단계를 포함하면,
    상기 구멍(210)의 크기는, 방사 열 전달이 총 열 전달의 35% 내지 65% 이며, 잔부가 대류 열 전달이 되도록 선택하는 것인 아스팔트 표면 가열 방법.
  2. 제1항에 있어서, 방사 열 전달이 총 열 전달의 40% 내지 60% 이며, 잔부가 대류 열 전달인 것인 아스팔트 표면 가열 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 봉입체(170)는 2.5 내지 15cm의 거리를 두고 아스팔트 표면 위에 배치되는 것인 아스팔트 표면 가열 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 봉입체(170)는 상기 방사면(200)의 일부를형성하는 복수 개의 고온 가스 배출 챔버(190)를 구비하며, 이 고온 가스 배출 챔버(190)는 각 쌍의 인접한 고온 가스 배출 챔버(190) 사이에 틈새를 형성하도록 인접하게 거리를 두고 있는 것인 아스팔트 표면 가열 방법.
  5. 제4항에 있어서, 재생되는 고온 가스의 속도가 상기 복수 개의 고온 가스 배출 챔버(190)의 구멍(210)을 통과하는 고온 가스의 속도의 20% 내지 80%의 범위 내에 있도록 틈새의 크기를 선택하는 단계를 더 포함하는 것인 아스팔트 표면 가열 방법.
  6. 고온 가스 발생 버너(30)와, 이 버너(30)로부터 고온 가스를 받아들이기 위한 입구 및 복수 개의 구멍(210)이 형성된 방사면(200)을 구비하고 있는 봉입체(170)를 포함하고,
    고온 가스가 ( i ) 상기 방사면(200)을 가열하여 아스팔트 표면에 방사 열을 전달하고, ( ii ) 상기 구멍(210)을 통과하여 아스팔트 표면에 대류 열을 전달하도록 상기 구멍(210)의 크기를 선택하며,
    상기 구멍(210)의 크기는 방사 열 전달이 총 열 전달의 35% 내지 65% 이며, 잔부가 대류 열 전달이 되도록 선택하는 것인 아스팔트 표면 가열 장치.
  7. 제6항에 있어서, 방사 열 전달이 총 열 전달의 40% 내지 60% 이며, 잔부가 대류 열 전달이 되도록 상기 복수 개의 구멍(210)의 크기가 정해지는 것인 아스팔트 표면 가열 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 봉입체(170)는 2.5 내지 15cm의 거리를 두고 아스팔트 표면 위에 배치되는 수단을 더 포함하는 것인 아스팔트 표면 가열 장치.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 봉입체(170)는 상기 방사면(200)의 일부를 형성하는 복수 개의 고온 가스 배출 챔버(190)를 구비하며, 이 고온 가스 배출 챔버(190)는 각 쌍의 인접한 고온 가스 배출 챔버(190) 사이에 틈새를 형성하도록 인접하게 거리를 두고 있는 것인 아스팔트 표면 가열 장치.
  10. 제9항에 있어서 상기 틈새의 크기는 재생되는 고온 가스의 속도가 상기 복수 개의 고온 가스 배출 챔버(190)의 구멍(210)을 통과하는 고온 가스의 속도의 20% 내지 80%의 범위 내에 있도록 정해지는 것인 아스팔트 표면 가열 장치.
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