KR101392722B1 - 복수 개의 도전체들로 구성된 단권 유도 장치를 구비한용광로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 하향부분(9)과 상향부분(10)으로서, 도가니를 둘러싼 파형(wave)를 형성하는 평행하지만 사선형태의 도전체들로 구성된 도가니를 포함한 용광로의 유도자와 관련되어 있다. 상기 장치는 비록 도가니의 적재물이 전기적 저항이 다른 겹쳐진 구역을 포함한다고 하더라도 도전체들이 동일한 평균 높이를 가지며 모든 도전체들이 각각의 가열 높이에 위치한 부분을 포함하여, 도전체들내부에 흐르는 전류들의 밀도가 균일하도록 한다.

용광로, 단권 유도 장치, 유도 장치, 유도자, 도전체, 도가니

Description

복수 개의 도전체들로 구성된 단권 유도 장치를 구비한 용광로{MELTING FURNACE WITH SINGLE-TURN INDUCTIVE DEVICE CONSISTING OF A PLURALITY OF CONDUCTORS}

본 발명은 복수 개의 도전체들로 구성된 유도자(inductor) 장치를 포함하고 있는 용광로에 관한 것이다.

유리 또는 다른 내화성 물질에 사용되는 용광로에 있어서, 용해통(melting bath)을 포함하는 도가니(crucible)는 필요한 열을 공급하는 하나의 폐회로(loop)로 구성되어 있는 유도자 장치에 의해 둘러싸여 있다.

이러한 하나의 폐회로로 된 구성, 즉 도가니의 하나의 원주를 따라 확장되는 구성은 수백 킬로 헤르츠의 매우 높은 주파수의 전압이 가해질 때, 상기 주파수 수치를 제한하기 위해서 필요할 수 있다. 그러나 여러 개의 폐회로들을 가지고 있고 대개 하나의 도전체로 구성되어 있는 유도자 장치들이 더욱 일반적이다. 하나의 폐회로로 된 유도자 장치는 서로 인접한 두 개의 전극(electric terminal) 사이에 하나의 연속적인 고리 모양의 도전체를 포함하거나, 대신에, 도가니의 높이 이상의 수집기(collectors)들을 통하여 연결되어 있는 양 전극 사이에 확장되는 복수 개의 평행하고 겹쳐진 도전체들을 포함한다.

용광로의 올바른 작동은 일정한 상황에서는 이루어지지 않는다. 용해되어야할 어떤 물질들은 낮은 온도에서보다 높은 온도에서 더욱 전도성이 크다. 따라서 도 1에 나타난 현상은 관찰된다.: 밀도가 불균질하고 도가니(3)에 투입된 적재물(load)(2)의 뜨거운 부분(여기서는 상부를 의미함)에 더욱 크게 향하는 전류는 도전체(1)를 통과하여 흐르고, 거기서 더욱 큰 반대전류가 흐른다. 전류 선들은 도전체(1)안에서는 참조번호가 4이며 적재물(2)에서는 참조번호가 5이다. 따라서 적재물(2)의 가장 뜨거운 부분은 여전히 더욱 중요한 가열을 하게 되는 부분이 된다. 적재물(2)에서의 전도(conduction)는 대개 온도의 균형을 맞추지 못하며 온도 불안정이 유지되며, 가장 차가운 부분에 충분한 열을 공급하는 것을 불가능하게 한다. 이러한 상황은 전류가 수집기(collector)를 떠날 때 전류가 더욱 쉽게 흐르는 도전체들로 먼저 들어가기 때문에 유도자 장치가 여기서 편의상 묘사되어 있는 하나의 도전체(1) 대신에 복수 개의 겹쳐진 평행의 도전체를 포함하고 있을 때와 같은 결과로 나타난다. 이러한 어려움은 하나의 폐회로로 된 유도자들의 사용이 제한되었다는 점에서 중요하다.

본 발명의 목적은 한 개의 폐회로로 된 유도자 특히 복수 개의 평행한 도전체들에 있어서, 균일하게 가열하는 것의 어려움을 제거하는 것에 있다. 본 발명은 도가니, 도가니를 둘러싸고 있으며 폐회로 또는 원주를 따라 확장되어 있는 복수 개의 평행한 도전체들로 구성된 유도자 장치를 포함하는 용광로와 관련되어 있으며, 평행한 도전체들은 동일한 길이의 파형(wave)으로 확장되어 있고 각각은 적어도 하나의 하향 부분과 적어도 하나의 상향 부분을 포함하고 있고, 상향 부분은 첫 번째 층에 위치하고 있으며, 하향 부분은 두 번째 층에 위치하고 있고, 상기 층들은 도가니를 기준으로 중심이 같다.

따라서 모든 도전체들은 각각 서로 다른 높이까지 그리고 녹은 적재물의 다소 뜨겁고 전도성 있는 부분의 앞에까지 확장되어 있고, 이는 전류가 상기 도전체들 통해 흐르게 하기 위한 설비를 일치시키고 결국 도전체들의 각각에 있는 전류밀도를 균일화시킨다. 만약 도전체들 모두가 도가니의 가열부분의 한계를 정하는 두 개의 동일한 극 높이들 사이에서 확장되어 있다면, 도전체들의 평균 높이는 같으므로 상기 내용은 명백하다.

US 1,872,990은 용해된 통(molten bath) 안에서 움직임과 2차적인 전류를 유발하기 위한 한 개의 도전체와 여러 개의 기울어진 폐회로로 된 장치를 설명하고 있고, US 4,471,488은 유도전력을 높이기 위한 한 개의 도전체와 여러 개의 이중 층(double-layered)의 폐회로들로 구성된 다른 장치를 설명하고 있다. 하나의 폐회로로 된 유도자들은 불리하며 종래의 특허는 상기 유도자들과는 관련이 없음이 강조된다.

간단한 구성은 만약 상향과 하향 부분들이 나선형으로 이루어져 있고 층들 사이에 간격을 두기 위하여 전도성 있는 스페이서(spacer)들로 조립되어 있다면 이루어질 수 있다. 끝으로, 빈번한 경우 도전체들이 냉각 채널들로 홈이 형성되어 있고 스페이서들을 통과할 때, 상향과 하향 부분은 끝부분이 막힌 튜브(tube)이지만, 끝부분에 인접하는 측면 오리피스(side orifice)들이 갖추어져 있다.

본 발명은 다음 도면들과 연관지어 상세하게 설명될 수 있다.

도 1은 종래의 기술과 관련된 문제점을 나타낸다.

그리고 다른 도면들은 본 발명에 대해 나타낸다.

도 2는 평면에 펼쳐진 유도자 장치에 관한 도식도이다. (단지 도전체들의 부분만이 나타나 있으며, 도전체의 개수는 각각의 경우마다 다르다.)

도 3은 서로 반대방향의 경사가 있는 두 개의 도전체 부분 사이의 이음새(bend)를 나타낸다.

도 4는 유도자 장치의 전체모양을 나타낸다.

도 1은 냉각되거나 냉각되지 않으며, 원통형의 측 벽(side wall)(6)과 하부 층(lower floor)(7)으로 이루어져 있는 도가니(3)를 나타낸다. 도전체(1)는 보통 둘러싼 액체에 의해 냉각되고 비록 표현되지 않았지만 측 벽(6)을 중심으로 링(ring)을 형성한다. 적재물(2)은 서로 다른 순간에 투입되는 원료들을 역시 포함하고 있는데, 이는 서로 다른 높이의 부분에서 서로 다른 온도가 나타나는 문제점을 보여준다. 또한 적재물(2)의 예비 가열이 가장 뜨거운 부분을 형성함에 의해 상부표면(8)에서 이루어지는 경우가 종종 발생하기도 한다. 이러한 유도 용광로는 현재 핵폐기물의 유리화(vitrification)용으로 사용하고 있다.

도 2와 도 4의 본 발명에서 각각의 도전체들은 동일한 길이의 파형(wave)으로 되어 있으며, 연속적으로 적어도 하나의 하향 부분(9)과, 적어도 하나의 상향부분(10)을 냉각수와 전기를 위한 입구 수집기(inlet collector)(11) 와 출구 수집기(outlet collector)(12)사이에 포함하고 있다. 도전체들은 원통형의 폐회로(loop)를 따라 확장되어 있다. 도전체들은 각각 상단과 하단을 포함한다. 바람직하게는, 도전체들 각각의 상단들은 동일한 상단 높이를 가지고, 도전체들 각각의 하단들은 동일한 하단 높이를 가지며, 도전체들은 이러한 상단 높이와 하단 높이 사이에서 확장되어 있다. 전기적인 손실을 과도하게 제한하기 위하여 상기 도전체들을 확장하는 것은 바람직하지 않기 때문에, 도전체들은 일반적으로 상단 높이와 하단 높이 사이에 확장되어 있는 하나의 상향 부분(10) 또는 하나의 중간 하향 부분(9)을 포함하고 있으며, 하나의 중간부분의 끝을 수집기(11 또는 12) 중 하나에 연결하는 다른 종류의 두 개의 짧은 부분들을 포함한다. 도전체들의 양 끝부분의 연결 높이는 수집기(11,12)와 동일하다. 도전체들 세트의 분포는 도 2에서 나타난 바와 같이 펼쳐진 평면에서 축(16)을 중심으로 회전 형태로 대칭을 이루고 있다. 중간 높이에 수평한 축(16)을 중심으로 한 도전체들 조직(network)의 회전은 비슷한 도전체들의 조직에 이르게 한다. 전개도는 도전체들의 부분들(9, 10)이 균일한 피치로 나선형의 형태를 가지며 확장되고 있음을 나타낸다. 하향 부분(9)과 상향 부분(10)은 구리로 이루어져 있는 등 전도성이 있고, 상기 부분들에 용접되어 있는 스페이서(spacer)(13)에 의해 연결되어 있다. 도전체들과 수집기(collector)(11,12)들은 냉각 채널(channel)들로 홈이 형성되어 있고 하향 부분(9)과 상향부분(10)은 튜브 모양(tubular)으로 되어 있다. 튜브들은 끝 부분이 막혀져 있다. 상향 부분(10)과 하향 부분(9)은 스페이서의 채널(15)의 양단과 도전체들의 채널을 연결시키기 위한 측면 구멍(14)을 가진다(도 3). 스페이서(13)의 기능은 측 벽(6)으로부터 서로 다른 공간만큼 떨어져 있으며 도가니(2)를 중심으로 둘러싸고 있으며 하나는 모든 하향부분(9)으로 이루어져 있고 다른 하나는 모든 상향부분(10)으로 이루어져 있는, 두 개의 전도층들 사이에 공간을 만드는 것이다. 따라서 서로 다른 도전체들 사이의 짧은 회로는 회피된다.

비록 본 발명은 특정한 실시형태들에 관련되어 설명되었으나, 많은 다른 변형예들과 수정예들 그리고 다른 사용예들이 당해 기술의 숙련자들에게 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 이 설명서의 특정한 설명에 의해 국한되지 않는다.

Claims (5)

1. 도가니 및,

   상기 도가니를 둘러싸고 있는 유도자 장치를 포함하고,

   상기 유도자 장치는, 냉각수를 순환시키기 위한 공통 중공 입구 수집기(common hollow inlet collector)로부터 공통 중공 출구 수집기(common hollow outlet collector)로 확장되며 동일한 길이를 가지는 복수 개의 평행한 도전체들을 포함하고,

   상기 평행한 도전체들 각각은 하나의 파형(wave)을 가지면서 한 번 감기도록 확장되고, 상향하거나 하향하는 중간 부분, 및 상기 중간 부분을 상기 공통 중공 입구 수집기 및 상기 공통 중공 출구 수집기에 각각 연결하는 2개의 짧은 부분들을 가지며,

   상기 짧은 부분들은, 상기 짧은 부분들에 연결된 상기 중간 부분이 상향하는 부분일 때 하향하는 부분이 되고, 상기 짧은 부분들은, 상기 짧은 부분들에 연결된 상기 중간 부분이 상향하는 부분일 때 하향하는 부분이 되며,

   상기 상향하는 부분은 모두 첫 번째 원형 층에서 확장되고, 상기 하향하는 부분은 모두 두 번째 원형 층에서 확장되며,

   상기 첫 번째 원형 층과 상기 두 번째 원형 층은 상기 도가니의 주위에서 서로 동심원을 형성하는 것을 특징으로 하는 용광로.
2. 제1항에 있어서,

   상기 도전체들은 중간 높이에서 대칭축을 가지고, 상기 대칭축은 상기 공통 중공 입구 수집기 및 상기 공통 중공 출구 수집기 중 하나로부터 상기 공통 중공 입구 수집기 및 상기 공통 중공 출구 수집기 중 나머지 하나로 연장되는 것을 특징으로 하는 용광로.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도전체들은 각각 상단과 하단을 포함하고,

   상기 도전체들 각각의 상단들은 동일한 상단 높이를 가지고,

   상기 도전체들 각각의 하단들은 동일한 하단 높이를 가지며,

   상기 도전체들은 각각, 상기 도가니를 가열하기 위한 공간들의 범위를 정하는 상기 상단 높이와 상기 하단 높이 사이에서 확장되는 것을 특징으로 하는 용광로.
4. 제1항에 있어서,

   상기 상향하는 부분과 상기 하향하는 부분은 나선형의 모양을 가지며,

   상기 첫 번째 원형 층에 위치하는 상기 상향하는 부분은, 전도성의 스페이서(13)를 통해, 상기 두 번째 원형 층에 위치하는 상기 하향하는 부분과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 용광로.
5. 제4항에 있어서,

   상기 도전체들은, 상기 스페이서의 채널(15)과 연결되는 채널을 이루는 홈이 형성되어 있으며,

   상기 상향하는 부분과 상기 하향하는 부분은 상기 스페이서의 채널(15)의 양단과 상기 도전체들의 채널을 연결시키기 위한 측면 구멍(14)들을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 용광로.

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