KR101714347B1 - 폐열을 이용한 고효율 용해로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄이나 구리 등의 스크랩(scrap)을 용해하는 용해로에 관한 것으로서,
내부 연소실;
상기 연소실로 외기를 공급하기 위한 급기덕트;
상기 연소실의 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트;
상기 급기덕트와 상기 배기덕트를 연결하고, 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 급기덕트로 공급하기 위한 회수덕트; 및
상기 급기덕트 또는 상기 회수덕트에 설치된 산소공급유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 고효율 용해로를 개시한다.
본 발명에 의한 고효율 용해로는 배기덕트로 배출되는 배기가스의 일부가 회수덕트를 통하여 급기덕트로 공급된 후 산소공급유닛에 의해 공급된 산소 및 외기와 함께 연소실로 공급됨으로써 배기가스의 열을 이용하여 외기를 가열하여 연소실로 공급할 수 있으며, 따라서 용해로의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 고효율 용해로는 기존에 설치된 용해로에 회수덕트 및 산소공급유닛을 추가 설치함으로써 기존에 설치된 용해로에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

Description

폐열을 이용한 고효율 용해로{High efficiency furnace using waste heat}

본 발명은 알루미늄, 구리, 철 등의 금속을 용해하는 용해로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐열을 이용하여 효율이 향상되도록 한 용해로에 관한 것이다.

알루미늄, 구리, 철 등의 금속을 용해하는 용해로는 연소실이 내화벽으로 밀폐되고, 연소실의 내부에는 코크스, 석탄, 가스, 중유 등의 연료를 연소시키기 위한 버너가 하나 이상 설치된다. 연소실의 바닥은 경사져서 그 위에서 알루미늄 용탕이 흘러 탕구를 통해 외부로 배출된다.

상기 알루미늄, 구리, 철 등의 금속재료는 주로 스크랩의 슈레이더 폐기물이 사용되기 때문에, 여러 형상의 것들이 포함된다. 따라서 투입된 금속재료는 서로 얽혀 충전되므로, 다양한 크기의 간극이 형성되어 밀도가 낮아 상기 버너의 연소 배기 가스는 별다른 저항없이 연소실을 단시간에 상승 통과하여 일측에 형성된 배기덕트를 통해 대기 중으로 방출되어 버린다. 이렇게 대기 방출된 연소 배기 가스의 온도는 고온에서 금속재료를 충분히 예열함이 없이 곧바로 대기로 방출되어 버리기 때문에, 전체의 열효율은 크게 저하된다. 나아가 연소 배기 가스는 불완전 연소 상태로 대기 방출되기 때문에, 연료 소비가 그만큼 많아진다.

특히 송풍기에 의해 연소실로 직접 공기를 투입하는 종래의 경우에는, 겨울철의 경우 차가운 공기가 직접 투입되기 때문에 열효율이 낮아지고, 60℃ 내지 80℃인 연소실 내부의 급격한 온도 하강으로 내화벽에 균열이 생기거나, 금속재료의 물성에 영향을 주는 문제점을 야기하였다.

이와 같은 문제를 해결하는 방안으로서, 대한민국 특허 공개번호 제10-2014-0139813호의 "알루미늄 용해로"에서는, 용해로 본체 하부에 통풍로를 별도 형성하여 상기 통풍로를 통과한 예열된 공기를 축열식 버너의 연소 공기로 이용하여 에너지를 절감하고자 하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이같은 하부 통풍로의 별도 형성은 용해로 자체의 구조를 전면적으로 개조해야 하고, 이로 인해 기존의 일반적인 용해로를 이용할 수 없는 문제점을 야기하였다.

한편, 또 다른 방안으로서, 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0027884호의 "폐열을 이용하는 알루미늄 용해로"에서는, 연소실 내의 일측에 별도로 연장된 장입공간을 구비하고 연소실의 고온의 배기가스가 장입공간에 있는 원재료를 용융시킴으로서 열효율을 제고하도록 하는 기술이 개시되어 있다. 나아가 상기 제10-2016-0027884호는, 배기 덕트 출구에 열교환기를 구비하고 다시 연소실 내부로 배기 가스를 순환시킴으로써 배기가스의 폐열을 한 번 더 회수하여 에너지를 절감시키고자 하였다.

그러나 상기 제10-2016-0027884호는 별도의 장입공간을 구비하기 위해서는 기존의 용해로를 전면 재설비해야 한다는 점, 열교환기가 상기 장입공간에 별도 설치되어야 한다는 점, 상기 열교환기의 구체적 구성이 불명료한 점, 기존의 용해로 자체를 그대로 이용할 수 없다는 점에서 문제가 있었다.

[문헌 1] 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0139813호(2014.12.08. 공개) [문헌 2] 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0027884호(2016.03.10. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배기가스의 열을 재사용하여 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 설치된 용해로에 용이하게 적용할 수 있는 고효율 용해로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 의한 고효율 용해로는,

내부 연소실;

상기 연소실로 외기를 공급하기 위한 급기덕트;

상기 연소실의 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트;

상기 급기덕트와 상기 배기덕트를 연결하고, 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 급기덕트로 공급하기 위한 회수덕트; 및

상기 급기덕트 또는 상기 회수덕트에 설치된 산소공급유닛;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 고효율 용해로는 배기덕트로 배출되는 배기가스의 일부가 회수덕트를 통하여 급기덕트로 공급된 후 산소공급유닛에 의해 공급된 산소 및 외기와 함께 연소실로 공급됨으로써 배기가스의 열을 이용하여 외기를 가열하여 연소실로 공급할 수 있으며, 따라서 용해로의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 고효율 용해로는 기존에 설치된 용해로에 회수덕트 및 산소공급유닛을 추가 설치함으로써 기존에 설치된 용해로에 용이하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고효율 용해로의 정면 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고효율 용해로의 정면 구성도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

'도 1'에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 고효율 용해로는 크게 연소실(100), 급기덕트(200), 배기덕트(300), 회수덕트(400) 및 산소공급유닛(500)으로 이루어진다.

연소실(100)은 내화벽에 의해 형성된 공간이다.

연소실(100)의 내부에는 코크스, 석탄, 가스, 중유 등의 연료를 연소시키기 위한 버너(burner, 800)가 설치된다. 버너(800)는 연소실(100)의 면적 등을 고려하여 둘 이상이 설치될 수 있다.

급기덕트(200)는 연소실(100)의 내부 및 외부를 연결하도록 설치되어 연소실(100)로 외기를 공급하기 위한 통로를 제공한다.

급기덕트(200)는 연소실(100)의 내부에 배치된 단부가 각 버너(800)와 인접하도록 설치된다. 연소실(100)의 외부에 배치된 급기덕트(200)에는 연소실(100)로 외기를 공급하는 제1송풍기(600)가 설치된다.

배기덕트(300)는 연소실(100)의 상측에 연소실(100)의 내부 및 외부를 연결하도록 설치되어 연소실(100)에서 발생한 배기가스를 배출하기 위한 통로를 제공한다.

배기덕트(300)는 하단부가 연소실(100)의 내부와 연결되고, 상단부가 별도의 집진설비에 연결된다.

회수덕트(400)는 급기덕트(200)와 배기덕트(300)를 연결하도록 설치되어 배기덕트(300)를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 급기덕트(200)로 공급하기 위한 통로를 제공한다.

회수덕트(400)에는 배기덕트(300)를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 급기덕트(200)로 공급하는 제2송풍기(700)가 설치된다.

산소공급유닛(500)은 급기덕트(200) 또는 배기덕트(300)에 설치되어 연소실(100)로 산소를 공급하게 된다.

산소공급유닛(500)은 도시된 바와 같이 산소저장탱크(510), 그리고 산소저장탱크(510)에서 토출되는 산소의 양을 조절하는 제어밸브(520)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 필요에 따라 별도의 산소발생장치를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 고효율 용해로에 의하면, 배기덕트(300)로 배출되는 배기가스의 일부가 회수덕트(400)를 통하여 급기덕트(200)로 공급된 후 외기와 함께 연소실로 공급됨으로써 외기가 배기가스의 열에 의해 가열될 수 있으며, 이때 외기와 배기가스가 혼합됨에 따라 저하된 산소농도는 산소공급유닛(500)에 의해 보충되어 버너(800)에서의 연소가 원활하게 이루어질 수 있다.

결국, 본 발명의 고효율 용해로는 배기가스의 일부에 외기 및 산소를 혼합하여 연소용 공기로 재사용함으로써 연소실(100)로 고온의 공기를 공급할 수 있어 용해로의 효율이 향상될 수 있다.

또한, 본 발명의 고효율 용해로는 기존에 설치된 용해로에 회수덕트(400) 및 산소공급유닛(500)을 추가 설치함으로써 기존에 설치된 용해로에 용이하게 적용할 수 있다.

이하, '도 2'를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 고효율 용해로를 설명하되, 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고, 동일한 구성요소에 대한 반복 설명은 생략하기로 한다.

'도 2'에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 고효율 용해로는,

회수덕트(400)에 설치된 전동댐퍼(motorized damper, 900);

급기덕트(200)에 설치된 산소센서(1000)와 온도센서(1100); 그리고

산소공급유닛(500)의 제어밸브(520), 전동댐퍼(900), 산소센서(1000) 및 온도센서(1100)와 연결된 컨트롤러(1200);를 더 포함하여 이루어진다.

전동댐퍼(900)는 모터의 구동에 의해 개폐동작 및 개도(開度)의 조절이 가능한 댐퍼로 이루어져 급기덕트(200)로 공급되는 배기가스의 양을 조절하게 된다.

산소센서(1000)와 온도센서(1100)는 각각 연소실(100)로 공급되는 외기(배기가스 및 산소가 혼합된 외기)의 산소농도와 온도를 감지하여 그 측정값을 컨트롤러(1200)로 전송한다.

컨트롤러(1200)는 산소센서(1000) 및 온도센서(1100)의 측정값에 따라 제어밸브(520) 및 전동댐퍼(900)의 개도를 제어하게 된다.

결국, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 다른 실시예에 의한 고효율 용해로에 의하면, 배기가스의 온도와 산소농도, 그리고 외기의 온도에 따라 연소실(100)로 공급되는 배기가스 및 산소의 양이 자동 조절됨으로써, 용해로의 운용이 용이하고, 버너(800)로 공급되는 연소용 공기가 최적의 상태로 공급될 수 있다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "고효율 용해로"를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 연소실
200 : 급기덕트
300 : 배기덕트
400 : 회수덕트
500 : 산소공급유닛
510 : 산소저장탱크
520 : 제어밸브
600 : 제1송풍기
700 : 제2송풍기
800 : 버너
900 : 전동댐퍼
1000 : 산소센서
1100 : 온도센서
1200 : 컨트롤러

Claims (3)

1. 내부 연소실(100);
   상기 연소실(100)로 외기를 공급하기 위한 급기덕트(200);
   상기 연소실(100)의 배기가스를 배출하기 위한 배기덕트(300);
   상기 급기덕트(200)와 상기 배기덕트(300)를 연결하고, 배기덕트(300)를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 급기덕트(200)로 공급하기 위한 회수덕트(400);
   상기 급기덕트(200) 또는 상기 회수덕트(400)에 설치되고, 산소저장탱크(510), 그리고 상기 산소저장탱크(510)에서 토출되는 산소의 양을 조절하는 제어밸브(520)를 포함하는 산소공급유닛(500);
   상기 회수덕트(400)에 설치된 전동댐퍼(900);
   상기 급기덕트(200)에 설치된 산소센서(1000)와 온도센서(1100); 및
   상기 제어밸브(520), 전동댐퍼(900), 산소센서(1000) 및 온도센서(1100)와 연결되고, 상기 산소센서(1000) 및 온도센서(1100)의 측정값에 따라 상기 제어밸브(520) 및 전동댐퍼(900)의 개도를 제어하는 컨트롤러(1200);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 고효율 용해로.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 급기덕트(200)에 설치되어 상기 연소실(100)로 외기를 공급하는 제1송풍기(600); 그리고
   상기 회수덕트(400)에 설치되어 상기 배기덕트(300)를 통해 배출되는 배기가스의 일부를 상기 급기덕트(200)로 공급하는 제2송풍기(700);를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐열을 이용하는 고효율 용해로.
   
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