KR101142324B1 - 폐열 회수장치를 가진 도장 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도장이 끝난 피도물을 건조시키는 데 사용한 건조장치의 폐열을 회수하여 이를 도장의 전처리 공정인 약품세척공정에 공급하여 세척처리약품의 가열에 사용함으로써 전체 도장설비를 간소화하여 설비비용을 절감하며, 에너지 효율을 높이고 환경오염을 방지하는 폐열 회수장치를 가진 도장 설비를 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명의 폐열 회수장치를 가진 도장 설비는 피도물이 내부를 이동 중 건조되는 오븐과; 상기 오븐에 피도물 건조용의 열풍을 공급하는 버너 및 열풍 순환팬과; 상기 버너에서 배출되는 배기가스로부터 폐열을 회수하는 폐열회수기와; 상기 폐열회수기를 통해 가온된 고온수를 고온저장부에 저장하는 온수조와; 상기 온수조의 고온수저장부의 고온수의 목표 온도를 일정한 범위로 유지하기 위하여 마련되는 냉수공급기 및 스팀 인젝터와; 상기 오븐에 투입되는 피도물의 표면에 부착된 기름때 등의 오염물을 세정약품을 분사하여 세척하기 위한 전처리 약품 세척조와; 상기 세정약품을 상기 온수조의 고온저장부의 고온수와 열교환시켜 50~80℃로 가열시키는 열교환기;를 포함하여 구성되며, 상기 온수조는 상기 열교환기를 순환하여 온도 강하된 저온수를 저장하는 저온수저장부가 상기 고온수저장부와 격벽을 두고 분리 형성되는 구조를 가지되, 상기 격벽의 하부에 연통부가 형성되어 있어 상기 고온수 및 저온수저장부의 온수가 서로 연통부를 통해 열을 주고 받을 수 있게 구성되어 있으며, 상기 저온수저장부의 저온수가 상기 폐열회수기를 통해 가온되어 상기 고온수저장부로 순환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

폐열 회수장치를 가진 도장 설비{Painting equipment having waste heat recovery device}

본 발명은 버너 연소장치를 이용하여 피도물을 가열하여 건조시키는 도장 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버너 연소장치에서 발생한 열을 이용하여 피도물을 가열 건조시키고 배출되는 배기가스로부터 폐열을 회수하여 도장 작업의 전처리 세척 공정에 직접 활용할 수 있도록 하는 폐열 회수장치를 가진 도장 설비를 제공하는 데 있다.

자동차 차체나 자동차 부품, 가전 제품의 케이스 부재 등은 조립 공정을 거친 후 최종적으로 녹이 스는 것을 방지하거나 미려한 외관을 가지도록 도장 작업을 실시하고 있으며, 또한 도장 작업중 피도물(도장 작업이 이루어지는 대상물)에 도포한 표면 마감재, 예를 들면 페인트가 균일하고 일정 이상의 도막 조건을 갖출 수 있도록 건조 과정을 거친다.

도4 에 종래의 열풍 건조로 설비의 피도물 건조 방식을 도시 하였는데, 열풍 발생기인 가스 버너(1)가 단열 처리된 오븐(5)의 하부에 설치되어 있어, 오븐(5) 내부로 도장이 끝난 피도물(3)이 진입하여 천정 크레인의 이동을 따라 피도물(3)이 출구 측으로 이동하는 과정에서 상기 가스 버너(1)를 가동하여 연소실(2)을 가열시키면, 순환 팬(4)에 의해 가열된 연소실(2)의 외주를 따라 흘러 순환되는 공기가 열교환에 의해 가열된 후 열풍공급통로(7)를 통해 오븐(5) 내부로 열풍이 공급되어 피도물(3)에 대류 방식으로 열을 공급하여 도장층을 건조시키고, 그 후 열기를 방출함으로써 온도가 강하된 온풍이 다시 순환 팬(4)에 의해 열풍 발생기로 돌아오는 순환 방식을 반복한다. 상기 과정을 반복하여 피도물(3)을 가열하는 과정에서, 연소실(2) 내부에서 열 전달을 마친 폐가스는 연소 가스 배기 덕트(6) 를 통하여 대기중으로 배출하게 되는 데, 열교환이 끝나고 배출되는 배기 가스의 온도가 대기온에 비해 상당히 높아 에너지의 손실이 상당하다는 문제가 있다.

그런데, 일반적으로 열기관에 있어서는 배출되는 배기 가스가 가지고 있는 폐열원으로부터 폐열을 회수할 수 있는 장치의 설치가 거의 관용화되고 있으나, 본 발명의 도장물 건조 분야에 있어서 아직까지 폐열 회수 장치가 적용되어 오고 있지 않아 에너지 소모가 상당한 편이며, 또 열교환기를 설치하여 폐열을 회수하더라도 이를 공장이나 사무실의 난방이나 온수용으로 사용하는 것이 고작인 데, 이럴 경우 도장 설비 현장에서 경로가 복잡한 별도의 배관 설비 등이 필요하여 설비비가 많이 증대하는 문제가 있게 된다.

한편, 도장 작업을 끝낸 피도물(3)이 오븐(5) 내로 투입되기 전에 피도물(3)에 대한 프레스 작업 또는 선삭과 평삭 및 각종 연마라는 가공 작업을 거치게 되기 때문에 피도물(3)의 표면에는 기름 때가 묻어 있기 마련이어서, 이 기름 때를 깨끗이 세척해주지 아니하면 도장 작업을 할 수 없다. 이 때문에 도장 작업라인에 앞서 전처리 약품 세척 공정을 거치게 되는 데, 이 세척 작업을 위하여 전처리 약품세척조를 두어 탈지액과 계면활성제 및 알칼리성 약품 등을 물에 혼합하여 얻은 처리약품을 분사하여 피도물의 표면을 세척하게 된다. 그런데 상기한 처리 약품의 세척 효과는 60~85℃, 특히 바람직하기는 70~80℃에서 가장 효율적이므로, 처리 약품의 온도를 최적온도로 유지하기 위하여 별도의 버너를 사용하는 가열 장치를 약품세척조에 두고 있다.

이 때문에 설비비가 많이 들고 설비의 볼륨이 증대되며, 또 단위 장치마다 구비되는 가열장치로부터 각기 발생되는 폐열을 회수하더라도 전체적으로 에너지가 과소비되는 것을 피할 수는 없으며, 또 종래의 간접 열풍 발생 장치는 장착된 열교환기 효율의 한계 등으로 인하여 연소실(2)을 통하여 열교환 후 대기중으로 그대로 배출되는 폐열의 량이 상당하므로 개선의 필요성이 상존하고 있고, 또 일반적 폐열 회수 장치를 설치한다 하더라도 이로부터 얻은 폐열을 공장 및 사무실의 난방 및 온수용으로 사용하는 것도 많은 부대 설비가 필요하다는 문제가 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 도장이 끝난 피도물을 건조시키는 데 사용한 건조장치의 폐열을 회수하여 이를 도장의 전처리 공정인 약품세척공정에 공급하여 세척처리약품의 가열에 사용함으로써 전체 도장설비를 간소화하여 설비비용을 절감하며, 에너지 효율을 높이고 환경오염을 방지하는 폐열 회수장치를 가진 도장 설비를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 폐열 회수장치를 가진 도장 설비는 피도물이 내부를 이동 중 건조되는 오븐과; 상기 오븐에 피도물 건조용의 열풍을 공급하는 버너 및 열풍 순환팬과; 상기 버너에서 배출되는 배기가스로부터 폐열을 회수하는 폐열회수기와; 상기 폐열회수기를 통해 가온된 고온수를 고온저장부에 저장하는 온수조와; 상기 온수조의 고온수저장부의 고온수의 목표 온도를 일정한 범위로 유지하기 위하여 마련되는 냉수공급기 및 스팀 인젝터와; 상기 오븐에 투입되는 피도물의 표면에 부착된 기름때 등의 오염물을 세정약품을 분사하여 세척하기 위한 전처리 약품 세척조와; 상기 세정약품을 상기 온수조의 고온저장부의 고온수와 열교환시켜 50~80℃로 가열시키는 열교환기;를 포함하여 구성되며, 상기 온수조는 상기 열교환기를 순환하여 온도 강하된 저온수를 저장하는 저온수저장부가 상기 고온수저장부와 격벽을 두고 분리 형성되는 구조를 가지되, 상기 격벽의 하부에 연통부가 형성되어 있어 상기 고온수 및 저온수저장부의 온수가 서로 연통부를 통해 열을 주고 받을 수 있게 구성되어 있으며, 상기 저온수저장부의 저온수가 상기 폐열회수기를 통해 가온되어 상기 고온수저장부로 순환하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또 상기 고온수저장부의 온도를 검출하여 그 검출된 온도에 의해 상기 냉수공급기 또는 스팀 인젝터를 가동하여 일정 온도 범위를 유지토록 제어하는 온도 검출제어기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 페인트 도장이 끝난 피도물의 도장면을 건조시키기 위해 사용한 버너의 폐열을 회수하여 도장전의 피도물 세척공정에 사용하는 세정약품의 가열에 사용할 수 있도록 장치 시스템을 구축함으로써, 폐열의 회수 및 활용성이 크게 향상되고 장치의 구조가 콤팩트해지며, 에너지 및 설비의 효율성이 높아져 운영비를 절감하고 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있으며, 특히 온수조의 고온수저장부와 저온수저장부가 격벽을 사이에 두고 단일의 수조로 되어 있어 2개의 수조를 따로 설치하는 경우에 비해 장치의 구조가 콤팩트하고 설치공간을 크게 요하지 않으며, 더우기 그 격벽의 하부가 개방되어 있어 온수 및 그 온수의 열이 일부 상호 교류하는 구조로 구성하여 고온수와 저온수의 급격한 믹싱에 의한 온도 강하에 따른 열교환 효율 저하를 방지하면서도 적정 온도하에서의 유량 확보가 가능한 장점이 있다.

도1은 본 발명에 의한 폐열회수기를 구비한 건조로 장치를 나타낸 도면이고,
도2는 본 발명에 의한 온수조 설비의 구조를 나타낸 도면이며,
도3은 본 발명에 의한 폐열 회수장치를 가진 도장 설비의 전체 구성도를 나타낸 도면이다.
도4는 종래 기술이다.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 폐열 회수장치를 가진 도장 설비를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 폐열회수기를 구비한 건조로 장치를 나타낸 도면이고, 도2는 본 발명에 의한 온수조 설비의 구조를 나타낸 도면이며, 도3은 본 발명에 의한 폐열 회수장치를 가진 도장 설비의 전체 구성도를 나타낸 도면으로서, 도장 작업이 끝나고 건조가 요구되는 피도물(3)이 건조로인 오븐(5) 내를 지나게 되면서, 도장면의 건조가 이루어지게 되며, 이 건조작업을 위해 버너(1)(가스 또는 오일 사용)가 설치됨으로써 버너(1)가 연소되면 연소실(2) 내가 고온이 되며, 이 연소실(2)의 외주를 따라 흐르는 공기가 가열되어 120~200℃의 고온의 열풍이 송풍 팬(4)의 강제 급송에 의해 덕트(7)를 통해 오븐(5) 내로 유입되어 상기 피도물(3)을 고온의 열풍에 의해 건조시키게 된다.

상기 버너(1)의 연소 에너지는 연소실(2)의 외주를 따라 흐르는 공기를 가열시킨 후 연소 가스를 배출하는 배기 덕트(6)를 통해 외부로 배출되는 데, 상기 배기 덕트(6)의 도중에는 폐열회수기(8)가 장착되어 배출되는 배기가스의 폐열을 회수하게 되어 있으며, 상기 폐열회수기(8)는 물이 순환하는 관로(9,10)를 통해 온수조(11) 측에 연결되어 있어, 펌프(12)에 의해 상기 관로(9,10)를 통해 순환하는 물이 상기 폐열회수기(8)를 통과하여 배출되는 배기가스로부터 열을 흡수하여 고온수(약 80~85℃)가 되어 상기 온수조(11)에 저장되는 것이다.

상기 온수조(11)는 고온수저장부(13)와 저온수저장부(14)가 하부 연통부(15)를 가진 격벽(16)에 의해 구획된 단일 형태의 수조로서, 하부의 개방된 연통부(15)를 통해 일부 온수의 유통 및 열교환이 이루어지게 구성되어 있으며, 이 같은 형태의 단일 수조는 고온수 및 저온수저장부를 각기 독립적으로 설치하는 경우에 비하여 설치 장소를 작게 요하고 장치가 콤팩트하며, 하단을 통해 서서히 열교환이 이루어지므로써 고온수의 온도를 급격히 떨어뜨리는 일이 없고 고온수의 유량이 다소 부족하더라도 유량의 안정적 확보가 가능하다.

상기 온수조(11)는 열교환기(17)를 개재하여 전처리 약품 세척조(18) 측에 연결되며, 전처리 약품 세척조(18)는 약품 탱크(19)와 그 약품 탱크(19) 내의 세척처리 약품을 분사하여 도장 작업 이전의 가공 공정을 통해 기름 때 등으로 오염된 피도물(3)의 표면을 분사 세척하기 위한 분사노즐(20)을 포함하고 있다.

상기 열교환기(17)는 관로(21)를 통해 고온수저장부(13) 측으로부터 고온수가 흐르며, 동시에 상기 약품 탱크(19)로부터는 관로(22)를 통해 세척처리 약품이 순환하도록 구성되어, 상기 고온수와 상기 약품이 열교환에 의하여 온도 평형을 이루어 상기 약품은 60~80℃로 가열된 후 상기 분사노즐(20)을 통해 피도물(3) 표면에 묻어 있는 오염물을 세척하게 된다.

그리고 상기 온수조(11)의 고온수저장부(13)에는 고온수의 온도를 일정하게 유지, 예를 들면 80~90℃로 유지하기 위하여 고온수의 온도가 목표치보다 높을 경우 과열되는 것을 방지코자 냉수를 공급하는 냉수공급기(23)와, 목표치보다 온도가 낯은 경우 스팀을 공급하여 온도를 상승시키는 스팀 인젝터(24)가 구비되어 있으며, 효율적인 목표 온도를 관리하기 위하여 온도검출 제어기(25)가 마련되어 있어 상기 냉수공급기(23)와 스팀 인젝터(24)를 선택적으로 가동 제어하게 되며, 이로써 항상 일정한 온도를 유지하게 함으로써, 온수조(11)의 고온저장부(13)에 일정한 열량의 보유가 가능케 하였다.

여기서, 미설명 부호 26은 블로워이고, 부호 27은 고온수의 공급량을 제어하는 유량조절밸브, 부호 28은 산세척 탱크, 부호 29는 유체를 강제 급송하는 펌프이다.

이 같은 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

버너(1)에서 연소된 고온의 가스는 연소실(2)의 주변을 흐르는 공기를 가열하여 120~250℃의 열풍을 생성하며, 이 열풍이 송풍 팬(4)의 강제 순환에 의해 덕트(7)를 통해 오븐(5)에 들어가 피도물(3)을 건조시킨 후 온도가 강하되어(100~200℃) 다시 연소실(2) 측으로 귀환하여 연소실의 외주를 따라 흐르는 동안에 열을 흡수하여 앞선 순환 과정을 반복한다.

이때 연소가스는 배기 덕트(6)를 통해 외부로 배출되며, 도중에 폐열회수기(8)에서 물과 열교환 반응을 한다.

상기 물은 온수조(11)의 저온수저장부(14)로부터 관로(10)를 통해 공급되는 것으로서, 폐가스와의 열교환 후 온도가 80~85℃로 상승한 상태에서 관로(9)를 통해 고온수저장부(13)에 저장되어지게 된다.

이 저장된 고온수는 관로(30)를 통해 열교환기(17)를 순환하게 되며, 이때 관로(22)를 통해 약품 탱크(19)에 있는 세척처리 약품이 열교환기(17)를 순환하면서 열교환에 의해 고온수로부터 열을 흡수하여 60~80℃로 상승한 채 약품 탱크(19)에 측에 순환하게 되며, 이 같이 가온된 세척처리 약품은 분사노즐(20)을 통해 피도물(3)의 표면에 분사되어 피도물(3)의 표면에 묻어 있는 기름 때 등의 오염 물질을 세척하게 되며, 세척이 완료된 피도물(3)은 페인트를 분사하는 도장 라인에 보내져 도장된 후 상기 오븐(5)에 보내져 건조 처리되는 것이다.

상기 열교환기(17)에서 열을 공급하고 나서 저온수가 된 물은 관로(31)를 통해 상기 온수조(11)의 저온수저장부(14)로 귀환하게 되며, 이 저온수는 다시 상기 관로(10)를 통해 폐열회수기(8)를 순화하면서 열을 얻어 고온수가 된 후 다시 고온수저장부(13)와 열교환기(17)를 순환하는 과정을 반복하게 되는 것이다.

상기에서 온도검출제어기(25)에서 검출된 고온수의 온도가 설정된 목표 온도보다 낮을 때에는 상기 스팀 인젝터(24)를 작동시켜 고온의 스팀을 고온수저장부(13)에 공급하여 신속하게 목표 온도에 도달하도록 온도 보정하게 되며, 만일 검출된 온도가 목표 온도보다 높을 때에는 상기 냉각수 공급기(23)를 통해 찬 냉각수를 공급하게 되는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 본 명세서에 설명되었으며, 이는 본 발명을 수행하는데 있어 발명자에게 알려진 최선의 모드이다. 이러한 바람직한 실시예들의 변형예들이 이상의 설명으로부터 실시 가능하다는 것은 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다. 발명자들은 숙련된 기술자들이 이러한 변형예를 채용할 것을 예상하며, 발명자들도 본 발명을 이상에서 특별히 설명한 것 외에도 실시하고자 한다. 따라서, 본 발명은 적용 가능한 법에 의해 허용되는 바에 따라 첨부된 청구범위에 언급된 주제와 균등한 모든 변형예를 포함한다. 또한, 전술한 요소들의 가능한 모든 조합은 본 명세서 내에서 특별히 언급하거나 배제하지 않은 이상 본 발명에 포함될 것이다.

1: 버너 2: 연소실
3: 피도물 4: 송풍 팬
5: 오븐(건조로) 6: 배기 덕트
7: 덕트 8: 폐열회수기
9,10,22,30,31: 관로
11: 온수조 12,29: 펌프
13: 고온수저장부 14: 저온수저장부
15: 연통부 16: 격벽
17: 열교환기 18: 전처리 약품 세척조
19: 약품 탱크 20: 분사 노즐
23: 냉각수 공급기 24: 스팀 인젝터
25: 온도검출 제어기

Claims (2)

1. 피도물(3)이 내부를 이동 중 건조되는 오븐(5)과; 상기 오븐(5)에 피도물(3) 건조용의 열풍을 공급하는 버너(1) 및 열풍 송풍팬(4)과; 상기 버너에서 배출되는 배기가스로부터 폐열을 회수하는 폐열회수기(8)와; 상기 폐열회수기를 통해 가온된 고온수를 고온수저장부(13)에 저장하는 온수조(11)와; 상기 온수조의 고온수저장부의 고온수의 목표 온도를 일정한 범위로 유지하기 위하여 마련되는 냉수공급기(23) 및 스팀 인젝터(24)와; 상기 오븐(5)에 투입되는 피도물(3)의 표면에 부착된 오염물을 세정약품을 분사하여 세척하기 위한 전처리 약품 세척조(18)와; 상기 세정약품을 상기 온수조(11)의 고온수저장부(13)의 고온수와 열교환시켜 50~80℃로 가열시키는 열교환기(17);를 포함하여 구성되며, 상기 온수조(11)는 상기 열교환기(17)를 순환하여 온도 강하된 저온수를 저장하는 저온수저장부(14)가 상기 고온수저장부(13)와 격벽(16)을 두고 분리 형성되는 구조를 가지되, 상기 격벽(16)의 하부에 연통부(15)가 형성되어 있어 상기 고온수 및 저온수저장부(13)(14)의 온수가 서로 연통부(15)를 통해 열을 주고 받을 수 있게 구성되어 있으며, 상기 저온수저장부(14)의 저온수가 상기 폐열회수기(8)를 통해 가온되어 상기 고온수저장부(13)로 순환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폐열 회수장치를 가진 도장 설비.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 고온수저장부(13)의 온도를 검출하여 그 검출된 온도에 의해 상기 냉수공급기(23) 또는 스팀 인젝터(24)를 가동하여 일정 온도 범위를 유지토록 제어하는 온도검출 제어기(25)를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐열 회수장치를 가진 도장 설비.

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