KR100555992B1 - 파상의 복사 가스버너용 막 - Google Patents

Abstract

복사가스버너의 막이 금속섬유의 직물(18)을 포함한다. 막은 그 표면이 비교평막의 표면적보다 적어도 5 % 큰 표면적을 갖도록 영구파상을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 파상의 진폭과 주기는 버너작동시 열이 파상의 플랭크(24', 24")로부터 반사되며 플랭크로 복사되도록한다. 그 결과 복사출력 및 복사효율이 증가된다.

Description

파상의 복사 가스버너용 막{UNDULATED BURNER MEMBRANE}

도 1 은 본 발명에 따른 복사 버너의 개략도이다.

본 발명은 파상의 복사 가스버너용 막과 복사 가스버너의 복사력을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 이 막은 금속섬유의 직물(fabric)로 이루어져 있다.

이러한 금속섬유막은 공지된 기술로, 복사 버너를 신속하게 가열 및 냉각시키는데 사용된다.

예를 들면, WO-A-95/27871 호는 복사 가스버너용 금속섬유막을 기술하고 있는바, 이 막은 가열 및 냉각시 열팽창 및 수축을 용이하게 하도록 다수의 연속하는 사각형 다공존으로 분할되어 있다.

본 발명의 목적은 복사 버너의 복사력을 증가시키는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 복사 버너의 복사효율을 증가시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 반사기의 사용없이 복사 버너의 복사력 및 복사효율을 증가시키는 간단한 수단을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라서 복사 가스버너용 막이 제공되는바, 이 막은 금속석유의 직물로 구성되되, 그 표면적이 상응하는 평막(comparable flat membrane)의 표면적보다 적어도 5 %, 바람직하게는 적어도 10 % 이상 크도록 영구적인 파상(permanent undulation)을 이룬 표면을 갖는다.

용어 "금속섬유" 는 US-A-4,930,199 에 기술된 것처럼 압연된 금속호일의 상변부를 연삭하거나, US-A-3,379,000 에 기술된 것처럼 다발인발기술(bundled drawing technique)을 사용하여 제조될 수 있다. 금속섬유는 2-150 ㎛, 바람직하게는 40-80 ㎛ 범위의 균일한 직경을 갖는다. 섬유의 균일한 직경은 실제섬유와 동일한 단면적을 갖는 가상의 원형 섬유의 직경이다. 금속섬유는 열충격과 고온에 견딜수 있는 조성을 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해, 금속섬유는 최소량의 알루미늄과 크롬을 함유하고 있다. 특히, EP-Bl-0157 432 에 기술된 FeCrAlY 섬유가 매우 적합하다. 이 금속섬유를 부직포, 편직, 직포(woven or wound)직물형태나 메쉬형태, 또는 나선형태로 대각선 교차되게 감긴 (cross-wound) 금속섬유 필라멘트 형태를 이루도록 연속하는 다공섬유직물을 형성하도록 가공한다.

용어 "영구적인 파상(permanent undulation)" 은 버너가 작동중이든 아니든 관계없이 항구적으로 파상을 이루는 것을 의미한다. 즉, 영구적인 파상은 열팽창이나 수축에 의해서 형성되는 것이 아니다. "파상"은 모든 형태의 파형을 의미하며, 일방향으로만 피크라인이 생기고 그 수직방향으로는 피크라인이 없는 일차원 파상, 및 서로다른 두방향으로 피크점이 생기는 이차원 파상 모두를 의미한다. 복사 가스버너에서 이 막이 금속프레임에 고정되어 있다. 용어 "상응하는 평막" 은 동일칫수의 프레임에 고정된 평평한 표면을 갖는 막을 의미한다. "평" 막의 비교적 작은 만곡(bulging)이 가공공정에서 발생될 수 있으나, 이러한 작은 만곡도 역시 평막으로 간주한다.

어느정도 함입부를 갖는 세라믹 막을 갖는 복사버너는 US-A-1,731,053 에 공지되어 있다. 그러나 이들 함입부의 기능은 불꽃 안정성을 증가시키고 불꽃이 이탈되는 것을 방지하는 것이다. 세라믹 막을 갖는 복사 버너와 금속섬유의 직물로 이루어진 막을 갖는 복사 버너간의 큰 차이는, 금속섬유의 직물의 경우 불꽃안정성의 문제는 막의 구형에 관계없이 이미 해결되었다는 것이다. 따라서, 평막의 경우에도 불꽃안정의 문제는 존재하지 않는다.

본 발명에 따른 막의 파상은 버너작동시 열이 제 1 플랭크(flank)에서 인접 플랭크로 복사되며, 그 플랭크에서 다시 제 1 플랭크등으로 반사되어서 막의 온도가 올라가도록 하는 피치와 진폭을 갖는다. 어떤 물체에 의해 방출되는 복사량은 온도의 네제곱에 비례하므로, 막의 온도상승은 본 발명에 따른 막을 갖는 버너의 복사력을 크게 증가시킨다. 따라서 가스버너의 복사력은 막표면 증가뿐만아니라 막온도 증가에 의해서도 증가된다.

본 발명의 실시예에서, 버너막은 막에 파상을 부여하고 금속섬유의 가요성 직물을 지지하는 천공금속스크린을 구비하고 있다. 직물은 비소결직물이 바람직하며 편직구조가 가장바람직하다. 이러한 편직구조는 온도가 급상승되는 장점을 갖는다. 이 직물은, 용접스폿(welding spots)수단에 의해 스크린에 고정될 수 있다.

본 발명에 따라서, 복사 가스버너의 효율과 복사력을 증가시키는 방법이 제공되는 바, 이 방법은 (a) 막에 금속섬유의 직물을 제공하는 단계 (b) 상응하는 평막의 표면적보다 적어도 5 %, 바람직하게는 적어도 10 % 큰 표면적을 갖도록 막을 파상화시키는 단계로 구성된다.

실시예

이하 첨부도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 복사 가스버너(10)의 단면을 나타낸다. 가스혼합물을 위한 유입관(12)이 스테인레스강이나 세라믹으로 만들어지는 하우징(13)에 고정되어 있다. 천공강판형태의 분배수단(14)이 가스혼합물을 가능한한 버너의 활성면상으로 분배시킨다. 스테인레스강을 천공(도시되지 않음)시킨 예비성형된 스크린(16)은 막에 파상형태를 부여한다. FeCrAlY 섬유와 편직구조물(18)이 스크린(16)에 스폿용접되어 스크린(16)의 파상을 취한다. 파상은 등간격으로 이격되어 있는 밸리(20)와 피크(22)형태를 갖고 그 사이에 플랭크(24)가 형성되어 있다. 예를 들면, 피크의 높이는 5-10 ㎜, 피크사이의 간격은 25-40 ㎜ 범위가 될 수 있다. 화살표(26)로 나타낸 것처럼, 열은 좌측플랭크(24')에서 우측플랭크(24")로 또한 그 역으로 복사되며 우측플랭크(24")와 충돌한 열은 인접한 좌측플랭크(24')로 다시 반사될 수 있다. 이같은 전후반사로 막 온도가 상승하며, 이는 복사 버너출력을 증가시킨다.

비교

본 발명에 따른 파상막을 갖는 버너를 평막을 갖는 버너와 비교하였다. 파상막과 평막을 갖는 버너 모두 불꽃은 동일하며 150 ㎜ 의 폭과 200 ㎜ 의 길이를 갖는다. 버너를 6740 와트(23000 Btu/hr) 의 열입력과 8499 와트(29000 But/hr)의 열입력으로 10 % 과잉공기하에서 착화하였다.
비교를 위해 사용된 장비는 다음과 같다 :

- TESTO-350 시리즈 휴대용 가스분석기 ;

- K 타입 열전대를 포함하는 온도측정장치 및 YOKOGAWA LR 4110 시리즈의 연속온도기록계 ;

- 버너면에 평행하게 정확히 6 인치(약 150 ㎜)에 위치된, 강산화 강(ε=0.9)으로 만들어진 흑체평판(230 ㎜ × 300 ㎜) ;

- 연료와 공기유속을 제어하기 위한 로타메터와 압력게이지.

프로판과 압축공기를 실험에 사용한다. K 형 열전대를 흑체판 중심온도와 버너중심에 해당하는 온도를 측정하기 위해 흑체판 뒷편중심에 위치시킨다. 실내의 공기흐름 변화와 온도변화가 발생함에 따른 측정위치에서의 대기대류에 의한 열손실을 최소화하기 위해, 열전대의 판 뒤를 0.5 인치 × 0.5 인치 ×1 인치(= 12.75 ㎜ × 12.75 ㎜ × 25.5 ㎜) 봉강으로 용접하여 피복한다. 10 % 과잉공기와 같은 정확한 조건을 얻기위해 특별히 주의를 기울인다. 흑체를 시험조건이 버너에서 달성될때까지 1 인치두께(= 25.5 ㎜) 세라믹판으로 복사열로부터 절연한다. 일단 시험조건이 달성되면, 절연세라믹판을 벗기고 버너를 즉시 복사열에 노출시킨다. 온도기록계로 연속으로 시간에 따른 온도를 기록한다. 일단 온도가 일정한 상태에 도달하면, 연료프로판의 공급이 중단되고 공기가 버너를 냉각시키기 위해 공급된다. 일정한 온도 또는 최대의 온도에 도달하는 시간은 기록된 자료로부터 얻어진다. 버너온도는 두곳에서 측정한다. 첫번째는 TESTO 350 시리즈 휴대용 가스분석기를 사용하여 버너표면 중심으로부터 0.5 인치(= 12.75 ㎜)떨어진 위치에서 측정한다. 두번째 온도는 MINOLTA-CYCLOPS 339 시리즈 적외선온도계를 사용하여 버너표면 중심에서 측정한다.

복사력 및 복사효율은 다음의 이론식을 사용하여 실험데이타로부터 유도된다.

여기서, - ｑ₁₂ 는 버너표면과 흑체판표면사이에서 교환된 순복사에너지;

- ε₁ 은 버너표면의 복사능으로 0.68 의 상수로 가정;

- ε₂ 는 흑체의 복사능으로 0.90 과 같음;

- σ 는 스테판-볼츠만상수로 5.67 × 10^-8 W/㎡ K⁴ 과 같음;

- T₁ 과 T₂ 는 막표면과 흑체의 온도;

- F₁₂ 는 다음식으로 주어주는 형상인자;

이때 W₁ = L₁/L, W₂ = L₂/L 로서

- L₁, L₂ 는 표면들의 길이이고 L 은 표면들간의 간격임.

복사 버너효율은 막과 흑체의 표면간 교환된 복사에너지와, 버너총효율을 대략 0.8 로 가정한 열입력에 기초하여 계산되었다.

복사효율은 η = ｑ₁₂/(0.8 × ｑ_input)으로 정의되며, 이때 ｑ_input 은 열입력 또는 연료 칼로리값 입력이다. 데이타가 아래표에 요약되어 있다.

표 :

본 발명에 따른 버너막의 파상디자인은 막표면적을 더 크게 해준다. 표면적증가외에, 파상은 막표면으로부터 그 자신으로 복사열의 반사를 증가켜서, 막표면온도를 증가시키고 보다 많은 에너지를 버너로부터 복사시킨다. 이들 두 시너지효과에 의해서 보다 많은 에너지가 출력 되고 또한 보다 큰 버너효율을 갖게된다. 단지 15 % 의 표면증가로 30 % 이상의 에너지 출력 및 효율증가가 얻어진다.

Claims (6)

1. 금속섬유의 직물로 이루어진 복사 가스버너용 막(membrane)에 있어서, 막의 표면적이 상응하는 평막의 표면적보다 적어도 5 % 이상 큰 영구적인 파상의 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 복사 가스버너용 막.
2. 제 1 항에 있어서, 파상이 피치와 진폭 및 플랭크들을 갖되, 피치와 진폭은 버너작동시 열이 하나의 플랭크로부터 이웃하는 플랭크로 복사되도록 된 것을 특징으로 하는 막.
3. 제 1 또는 2 항에 있어서, 막이 이 막에 파상을 부여하는 금속스크린을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 막.
4. 제 3 항에 있어서, 직물이 금속스크린에 의해 고정되는 유연성의 비소결 직물인 것을 특징으로 하는 막.
5. 제 4 항에 있어서, 직물이 편직으로 된 것을 특징으로 하는 막.
6. 복사 가스버너의 복사력과 효율을 증가시키는 방법에 있어서,

   (a)금속섬유의 직물을 포함하고 있는 막을 형성하는 단계, 및

   (b)상응한 평막의 표면적보다 적어도 5 % 이상 큰 표면적을 갖도록 막을 파상화시키는 단계를 포함하고 있는 방법.

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