KR102496748B1 - 전통 제철 공정용 송풍 장치 - Google Patents
전통 제철 공정용 송풍 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전통 제철 공정용 송풍 장치에 관한 것으로, 공기를 가압하여 제철로로 송풍하는 풀무와, 상기 풀무의 상부에 설치되고 모터의 회전력을 이용하여 풀무를 작동시키는 풀무구동장치 및 상기 풀무구동장치의 모터 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
풀무를 모터로 구동함으로써 일정한 송풍 패턴을 유지하거나 송풍 패턴을 의도한 대로 조절하는 것이 가능하여 전통 제철 기술의 복원 실험에 매우 유용하고, 풀무 조작 인력을 확보하는 어려움이 해소되며, 인건비가 절감된다.
풀무를 모터로 구동함으로써 일정한 송풍 패턴을 유지하거나 송풍 패턴을 의도한 대로 조절하는 것이 가능하여 전통 제철 기술의 복원 실험에 매우 유용하고, 풀무 조작 인력을 확보하는 어려움이 해소되며, 인건비가 절감된다.
Description
본 발명은 전통 제철 공정용 송풍 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전통 제철로를 이용한 제철 기술 복원 실험시 제철로에 공기를 공급하기 위해 사용되는 전통 제철 공정용 송풍 장치에 관한 것이다.
우리 나라의 철기시대는 대략 기원전(BC) 300년경부터 기원후(AD) 300년경까지의 시기로 후기 고조선으로부터 고구려, 백제, 신라 등의 고대국가 시기이다. 이 시기는 철의 생산이 국력과 직결되는 중요 사항이었으므로 각국은 양질의 철 생산에 많은 노력을 기울였다.
그런데 고대 제철 유적은 구조와 조업 특성상 원형 확인이 어렵고, 고고학적 발굴조사 성과만으로는 전통 제철 기술에 관한 정보 파악에 한계가 있다. 따라서 전통 제철 기술을 복원하고, 전통 철물 제작의 기준을 마련하기 위해서 체계적인 실험고고학적 자료 축적과 고도화된 분석 연구가 요구된다.
이에 고대의 수준 높은 제철 기술을 보다 정확하게 복원하기 위한 국가적 또는 지역적 차원의 복원 연구 사업이 지속되고 있다.
이와 관련하여, 고대 제철로 기술 복원 실험 방법에 관한 선행기술로서, 한국 등록특허공보 제10-2006432호(2019.08.05. 공고)(특허문헌 1)가 개시된 바 있다.
한편, 상기 특허문헌 1을 포함하는 종래의 전통 제철 기술 복원 실험 방법은, 제철로 내부에 공기를 주입하기 위한 송풍 장치로서 전통적인 풀무를 이용하고 있다. 풀무는 조작 방식에 따라 손풀무와 발풀무가 있으며 대형 제철로에서는 주로 발풀무를 이용한다.
이와 같은 풀무에 의한 송풍 방식은 풀무를 작동시키는 조작 인력들의 상호 호흡 및 숙련도에 따라 공정 진행 과정 및 생산된 철의 품질에 차이가 발생하므로 고대 제철 기술 복원 실험에 적합하지 못한 문제점이 있었다.
또한, 복원 실험을 다수 회 반복 진행함에 있어서, 필요 시마다 원활하게 인력을 확보하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 인건비가 크게 증가되는 문제점이 있었으며, 이와 같은 문제점은 코로나 팬데믹(Pandemic)에 의해 더욱 가중되었다.
종래의 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없을 것이다.
전술한 문제점을 해소함에 있어, 본 발명의 목적은 풀무 조작 인력의 숙련도에 관계 없이 항상 일정한 패턴의 송풍 패턴을 재현할 수 있고, 또한 필요한 경우에는 실험 의도에 맞게 송풍 패턴을 용이하게 변경할 수 있게 됨으로써 고대 제철 기술의 복원 실험에 보다 적합하고 유용한 전통 제철 공정용 송풍 장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 반복되는 실험 때마다 풀무 조작 인력을 확보해야만 하는 어려움을 해소할 수 있고, 인력 사용에 소모되는 인건비를 절감할 수 있도록 된 전통 제철 공정용 송풍 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결하고자 하는 과제는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전통 제철 공정용 송풍 장치는, 공기를 가압하여 제철로로 송풍하는 풀무와, 상기 풀무의 상부에 설치되어 풀무를 작동시키는 풀무구동장치 및 상기 풀무구동장치의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 풀무구동장치는 풀무의 양측 상단에 장착된 설치판재에 양단부가 고정된 프레임과, 프레임에 설치된 모터와, 모터의 출력축에 설치된 휠과, 휠과 상기 풀무의 가압부재를 연결하여 가압부재의 단부를 상하 방향으로 작동시키는 연결로드를 포함한다.
상기 연결로드는 휠의 일측면에 상단이 회전 가능하게 연결된 상부로드와, 상부로드의 하단과 상기 가압부재에 양단이 회전 가능하게 연결된 하부로드를 포함한다.
상기 하부로드는 상기 프레임에 설치된 가이드부재를 관통하여 수직 상하 방향으로 작동 경로가 안내된다.
상기 가압부재의 양단에 배치된 보강부재의 상면에 한 쌍의 베어링이 일체로 구비된 연결판재가 장착되고, 상기 하부로드의 하단이 힌지샤프트를 매개로 상기 베어링에 연결된다.
상기 연결판재에 상기 하부로드와 베어링의 연결부를 외부에 대해 가려주는 커버가 설치되고, 상기 하부로드는 커버에 형성된 관통홀을 통해 상기 베어링에 연결된다.
상기 모터는 동기식 기어드 모터이고, 기어박스의 양측으로 출력축이 돌출되며, 출력축의 양단부에 각각 상기 휠이 설치되며, 양측 휠은 각각의 연결로드에 의해 풀무의 가압부재에 연결된다.
상기 제어부는 모터와 모터에 전력을 공급하는 전원의 사이에 설치된 인버터 장치로서, 상기 모터로 공급되는 전압의 주파수를 조절하여 상기 모터의 회전속도를 조절할 수 있다.
상기 풀무는 직육면체 박스 형상의 함체와, 상기 함체 내부 중앙에 수직으로 설치되어 함체의 내부 공간을 좌측공간과 우측공간으로 분할하는 격벽부재와, 상기 격벽부재의 상단에 시소 운동 가능하게 설치된 가압부재와, 상기 함체의 후방벽체와 전방벽체에 형성된 상기 함체의 좌측공간과 우측공간의 각 흡기구들 및 배기구들을 포함한다.
상기 격벽부재의 상단부는 상방으로 볼록한 반원형으로 형성되고, 상기 가압부재의 하면에 상방으로 오목한 반원형 안착홈이 형성되며, 상기 가압부재의 안착홈에 격벽부재의 상단부가 삽입 안착되는 구조로 격벽구조의 상단부에 가압부재가 설치된다.
상기 함체의 전방벽체 중앙에 배기관이 관통 설치되고, 배기관의 후방 단부가 상기 격벽부재에 의해 구획되어 상기 좌측공간과 우측공간의 각 배기구들이 형성될 수 있다.
상기 함체의 전방벽체에 상기 배기구들을 포함하는 밀폐 공간을 형성하는 보조함체가 형성되고, 보조함체의 정면에 배기관이 관통 설치될 수 있다.
상기 함체의 후방벽체 내측면에 함체 내측공간의 압력이 상승하면 상기 후방벽체쪽으로 회동되어 상기 흡기구들을 차단하고, 함체 내측공간의 압력이 감소하면 함체 내측공간쪽으로 회동되어 상기 흡기구들을 개방하는 개폐부재들이 설치된다.
상기 함체의 전방벽체 외측면에 함체 내측공간의 압력이 상승하면 보조함체쪽으로 회동되어 배기구들을 개방하고, 함체 내측공간의 압력이 감소하면 상기 전방벽체쪽으로 회동되어 배기구들을 차단하는 개폐부재들이 설치된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 전통 제철 공정용 송풍 장치는, 모터 회전력을 이용하여 풀무를 작동시킴으로써 풀무 조작 인력의 숙련도에 관계 없이 항상 일정한 송풍 패턴을 재현할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 제어부에 의해 모터의 작동을 제어함으로써 송풍 패턴을 실험 목적에 따라 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 풀무의 작동이 인력에 의하지 않음으로써 반복되는 실험 때마다 풀무 조작 인력을 확보해야만 하는 어려움이 해소되고, 더불어 인건비가 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과는 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술을 가지는 사람에 의하여 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 전통 제철 공정용 송풍 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 후방에서 전방을 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 전방에서 후방을 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 가압부재의 지지부를 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구성인 풀무구동장치의 주요부 확대 사시도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 구성인 풀무의 제1실시예로서, 도 6은 좌측공간 압축 상태, 도 7은 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 구성인 풀무의 제2실시예로서, 도 8은 좌측공간 압축 상태, 도 9는 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다.
도 2는 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 후방에서 전방을 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 전방에서 후방을 바라본 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에서 가압부재의 지지부를 확대 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 구성인 풀무구동장치의 주요부 확대 사시도이다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 구성인 풀무의 제1실시예로서, 도 6은 좌측공간 압축 상태, 도 7은 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 구성인 풀무의 제2실시예로서, 도 8은 좌측공간 압축 상태, 도 9는 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다.
본 발명 본 발명에 있어 첨부된 도면은 종래 기술과의 차별성 및 명료성, 그리고 기술 파악의 편의를 위해 과장된 표현으로 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어로서, 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 기술적 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 한편, 실시예는 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적 사항에 불과하고, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니며, 권리범위는 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술적 사상을 토대로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, 어떤 구성이 어떤 구성을 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 그 외 다른 구성을 제외하는 것이 아니라 다른 구성들을 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
또한, 어떤 구성이 다른 구성에 "연결", "접속" 또는 "결합"되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결', '직접적으로 접속' 또는 '직접적으로 결합'되어 있는 경우 만이 아니라, '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 연결', '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 접속' 또는 '그 중간에 다른 구성을 개재한 채로 결합'되는 경우도 있을 수 있음을 의미한다. 반면에, 어떤 구성이 다른 구성에 "직접 연결", "직접 접속" 또는 "직접 결합"되어 있다고 할 때는, 중간에 다른 구성이 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, "전", "후", "상", "하", "좌", "우", "일 단", "타 단", "양 단" 등과 같은 방향성 용어가 사용될 때 이는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 예시적으로 사용되는 것이므로 제한적으로 해석되어서는 안 되고, "제 1", "제 2"등의 용어가 사용될 때 이는 각 구성을 구별하기 위한 용어로서 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명의 실시예의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 이하의 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 사람에게 널리 알려져 있는 사항들에 관해서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 도면에서 실시예의 설명과 관계없는 부분에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 전통 제철 공정용 송풍 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 후방에서 전방을 바라본 모습을 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에서 모터 설치 위치를 종방향으로 절개하여 전방에서 후방을 바라본 모습을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 가압부재의 지지부를 확대 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 구성인 풀무구동장치의 주요부 확대 사시도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전통 제철 공정용 송풍 장치는, 공기를 가압하여 제철로로 송풍하는 풀무(100)와, 상기 풀무(100)를 작동시키는 풀무구동장치(200) 및 상기 풀무구동장치(200)의 작동을 제어하는 제어부(300)를 포함한다. 여기서 '제철로'는 전통 제철 기술의 세부 공정인 제련, 단야, 용해 등에 이용되는 제련로, 단야로, 용해로 등을 통칭하는 용어이다.
상기 풀무(100)는 전체적으로 직육면체 박스 형상이다. 보다 구체적으로 상기 풀무(100)는 외부에 대해 격리된 공간을 형성하는 함체(110)와, 상기 함체(110)의 내부 공간을 좌측공간과 우측공간으로 분할하는 격벽부재(120)와, 상기 격벽부재(120)의 상단에 시소 운동(Seesaw motion) 가능하게 설치된 가압부재(130)와, 상기 함체(110)의 후방벽체와 전방벽체에 각각 형성된 흡기구(141,142)와 배기구(143,144)를 포함한다.
상기 함체(110)는 직사각형의 바닥판과, 바닥판의 전,후,좌,우 단부에 직립 설치되어 상호 연결되는 네 측벽으로 이루어지고, 상부는 개방되어 있다. 이 개방된 상부는 이후 설명할 가압부재(130)에 의해 차단된다.
상기 격벽부재(120)는 함체(110)의 내부 중앙에 수직으로 설치되어 함체(110)의 내부 공간을 좌측공간과 우측공간으로 균등 분할한다. 격벽부재(120)는 함체(110)의 바닥판과 전방측벽과 후방측벽에 고정된다.
상기 가압부재(130)는 함체(110) 내부 공간의 평단면적보다 조금 작은 면적을 갖는 직사각형 평판재이다. 전체적인 구조적 강성 보강을 위하여 상면에는 보강부재(131)가 설치된다.
보강부재(131)는 횡방향 및 종방향으로 배치된 다수의 직선형 목재로서 횡방향 및 종방향의 보강부재(131)들은 서로 직교하는 구조로 설치되어 격자 구조를 이루며, 이에 따라 단순 평판재인 가압부재(130)의 강성이 필요한 정도로 충분히 보강된다.
상기 가압부재(130)와 함체(110)의 내벽면 사이에는 소정 거리의 갭(G)이 존재함으로써 가압부재(130)의 시소 운동이 원활하게 이루어질 수 있도록 되어 있다.
그러나 상기 갭(G)을 통해 공기가 누설되어 가압부재(130)에 의한 압축 효율이 과도하게 저하될 경우 송풍량을 충분히 확보할 수 없으므로 가압부재(130)의 둘레를 따라 솜, 천, 가죽 등의 재질로 이루어진 시일부재(미도시)를 설치할 수 있다. 이와 같이 설치된 시일부재는 가압부재(130)의 작동을 방해하지 않으면서도 상기 갭(G)을 막아줌으로써 가압부재(130)에 의한 압축 효율을 향상시킨다.
또한 상기 격벽부재(120)의 상단부(120a)는 정면에서 보아 상방으로 볼록한 반원 형상으로 형성된다. 이에 대응하여 상기 가압부재(130)의 하면 중앙에는 전후 방향으로 상방으로 오목한 반원 형상의 안착홈(130a)이 형성된다. 따라서 상기 격벽부재(120)의 상단부(120a)가 안착홈(130a)에 삽입 안착되는 구조로 격벽부재(120)에 가압부재(130)가 설치되며, 이때 상기 상단부(120a)와 안착홈(130a)의 곡면 형상에 의해 가압부재(130)의 시소 운동이 보다 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 흡기구(141,142)는 함체(110)의 후방벽체에 형성된다. 흡기구(141,142)는 격벽부재(120)를 기준으로 함체(110)의 좌측공간과 우측공간에 각각 1개씩 형성된다. 이 중 좌측공간의 흡기구를 제1흡기구(141), 우측공간의 흡기구를 제2흡기구(142)로 지칭하기로 한다.
또한, 상기 배기구(143,144)는 함체(110)의 전방벽체에 형성된다. 배기구(143,144)는 격벽부재(120)를 기준으로 함체(110)의 좌측공간과 우측공간에 각각 1개씩 형성된다. 이 중 좌측공간의 배기구를 제1배기구(143), 우측공간의 배기구를 제2배기구(144)로 지칭하기로 한다(도 2는 송풍장치의 전면부를 뒤쪽에서 바라본 것이므로 좌측과 우측이 서로 바뀌어 표시되어 있음).
한편, 함체(110)의 전방벽체 중앙에는 풀무(100)와 제철로를 연결하는 송풍관을 연결하기 위해서 원형의 관체인 배기관(150)이 설치된다. 이때 배기관(150)의 후방 단부(함체(110)쪽 단부)가 상기 격벽부재(120)에 밀착되거나 격벽부재(120)의 전방 일부가 배기관(150)의 후방 단부 내측으로 삽입되어 배기관(150)의 후방 단부 즉, 입구가 좌,우 양측으로 구획될 수 있다(도 6 참조).
이 경우 상기 제1배기구(143)와 제2배기구(144)는 배기관(150) 후방 단부의 좌,우측 부분을 의미한다. 즉, 배기관(150)의 입구에서 제1배기구(143)는 격벽부재(120)의 왼쪽 부분을 지칭하고, 제2배기구(144)는 격벽부재(120)의 오른쪽 부분을 지칭한다.
한편, 도 1, 도 2에서 배기관(150) 주변의 판재들은 배기관(150)이 함체(110)의 전방벽체를 관통한 설치 상태가 안정적으로 유지될 수 있도록 배기관(150)을 지지해주는 지지부재(160)들이다.
또한, 상기 흡기구(141,142)와 배기구(143,144)에는 각각의 개폐부재(171,172,173,174)가 구비될 수 있다. 이들 개폐부재(171,172,173,174)의 구체적인 작동에 대해서는 이후에 설명한다.
상기 풀무구동장치(200)는 풀무(100)의 상부에 설치된다. 이를 위해 함체(110)의 좌,우 양쪽 측벽 상단에 풀무구동장치(200)를 지지하는 설치판재(180)가 설치된다.
상기 풀무구동장치(200)는 상기 양측 설치판재(180)에 양단부가 고정되는 프레임(210)과, 프레임(210)에 설치되는 모터(220)와, 모터(220)의 출력축(230)에 설치되는 휠(240)과, 휠(240)과 상기 풀무(100)의 가압부재(130)를 연결하여 가압부재(130)의 단부를 상하 방향으로 작동시키는 연결로드를 포함한다. 이때 상기 연결로드는 휠(240)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 가압부재(130)에 전달하기 위하여 상호 회동 가능하게 연결된 상부로드(250)와 하부로드(260)로 이루어진다.
상기 프레임(210)은 구조적 강성 확보를 위해 금속 재질의 직선형 각재들로 제작된다. 또한 풀무(100)의 상부에 설치되어 작동되어야 하므로 경량인 것이 유리하다. 따라서 예를 들어 알루미늄 재질의 각관이나 프로파일을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 프레임(210)은 동일한 구조의 전방프레임과 후방프레임의 2중 구조로 이루어진다. 전방프레임과 후방프레임 각각은 상부수평부재(211)와 하부수평부재(212)가 상하 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 각각의 양단이 양측 수직부재(213)에 연결되고, 수직부재(213)는 풀무(100)의 전후 방향으로 배치되는 베이스부재(214)에 장착되는 구조로 이루어진다.
상부수평부재(211)와 하부수평부재(212)의 중간 부분에는 상하 방향의 제1연결부재(215)가 설치되어 강도가 보강된다.
상기 베이스부재(214)는 풀무(100)의 설치판재(180)에 견고하게 고정된다.
또한 전방프레임과 후방프레임의 사이는 다수의 제2연결부재(216)로 연결되어 프레임(210) 전체의 강성이 보강될 수 있도록 되어 있다.
상기 모터(220)는 상부수평부재(211)의 양측부에 각각 설치된다(더 정확히는 전방프레임과 후방프레임의 상부수평부재(211)를 연결하는 제2연결부재(216)의 상면에 장착됨). 상기 모터(220)는 감속 기어박스가 일체로 구비된 기어드 모터(Geared Motor)로서 출력축(230)은 기어박스의 양쪽 방향(즉, 풀무(100)의 전후 방향)으로 돌출되어 있다.
또한 상기 모터(220)는 동기식 전동기로서 공급 전원의 주파수가 일정하면 회전속도가 일정하게 유지되고 저속에서의 효율이 우수한 특성을 가진다. 따라서 공급 전원의 주파수를 조절함으로써 운전 속도를 조작하기 용이하므로 저속 상태에서 일정한 속도로 작동되는 풀무(100)의 구동 모터로 사용하기에 적합할 뿐만 아니라 회전 속도를 조절하여 풀무(100)의 작동 패턴을 조절함으로써 송풍 패턴을 의도한대로 조절하기가 용이하다.
상기 출력축(230)의 양단부에는 휠(240)이 각각 설치된다. 휠(240)의 일측면에는 힌지샤프트(S1)을 매개로 상부로드(250)의 상단이 회전 가능하게 연결되고, 상부로드(250)의 하단에는 힌지샤프트(S2)를 매개로 하부로드(260)가 회전 가능하게 연결된다.
상기 하부로드(260)는 하부수평부재(212)에 장착된 가이드부재(270)를 관통하는 구조로 설치됨으로써 상하 방향으로 정확하게 승강 작동되도록 되어 있다.
상기 하부로드(260)의 하단은 상기 가압부재(130)의 양측 단부에 회전 가능하게 연결된다. 가압부재(130)의 양측 단부에 위치한 보강부재(131)의 상면에는 금속 재질의 연결판재(280)가 고정 장착된다.
상기 연결판재(280)에는 한 쌍의 베어링(281)이 고정 설치되며, 상기 하부로드(260)의 하단부를 관통한 힌지샤프트(S3)가 상기 베어링(281)의 내륜에 삽입 설치된다.
상기 연결판재(280)에는 상기 하부로드(260)과 베어링(281)의 연결 부분을 외부에 대해 가려주는 커버(282)가 설치될 수 있다. 커버(282)는 상판의 양측부에 단차(높이차)를 두고 하판이 연결된 형상으로서 양측 하판이 상기 연결판재(280)의 상면에 고정된다. 이때 연결판재(280)를 가동부재(130)의 보강부재(131)에 고정시키는 볼트를 함께 이용하여 커버(282)를 연결판재(280)에 장착할 수도 있다.
또한 커버(282)의 상판에는 관통홀(282a)이 형성되어 하부로드(260)가 통과할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이 커버(282)가 구비됨으로써 외부 물체에 의한 충격으로부터 베어링(281)을 보호하고, 하부로드(260)와 가압부재(130) 연결 부분의 외관이 깔끔하게 보이도록 할 수 있다.
풀무구동장치(200)의 작동은 다음과 같다.
상기 모터(220)가 작동되면 상기 휠(240)이 회전되고, 이에 상부로드(250)를 매개로 하부로드(260)가 상하 방향으로 작동되며, 따라서 하부로드(260)에 연결된 가압부재(130)의 단부가 상하로 작동된다. 도 1과 같이 가압부재(130)의 양단부에 상기 설명한 바와 같은 모터(220), 휠(240), 상부로드(250), 하부로드(260)가 동일하게 설치되며, 이때 양측 모터(220)의 회전 속도는 동일하고, 장치 조립시 양측 하부로드(260)의 승강 방향은 서로 반대가 되도록 세팅된다. 따라서 가압부재(130)의 시소 운동이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 제어부(300)는 전원(400)과 모터(220) 사이에 설치된다. 제어부(300)는 모터(220)로 공급되는 전원의 주파수 즉, 공급 전압의 주파수를 가변시키는 인버터(Inverter) 장치로서 주파수 가변 조절을 위한 조작레버를 구비한다. 따라서 송풍장치 운전자(실험을 진행하는 사람)는 제어부(300)의 조작레버를 조작하여 입력 전압의 주파수를 조절함으로써 상기 모터(220)의 회전속도를 조절할 수 있다.
모터(220)의 회전속도에 따라 풀무(100)의 작동 속도가 변화되므로 상기 제어부(300) 조작에 의해 제철로에 공기가 공급되는 송풍 패턴을 다양하게 변화시킬 수 있다.
상기와 같이 풀무구동장치(200)에 의해 풀무(100)가 작동되면 풀무(100)의 배기관(150)으로 공기가 토출되고, 토출된 공기는 배기관(150)에 연결된 송풍관을 통해 제철로로 공급되어 목탄(숯)의 연소 및 철광석의 환원에 이용된다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일 구성인 풀무(100)의 제1실시예로서, 도 6은 좌측공간 압축 상태, 도 7은 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다. 이 실시예는 제1흡기구(141)와 제2흡기구(142)가 함체(110)의 후방벽체에 형성되고, 제1배기구(143)와 제2배기구(144)는 배기관(150)의 후방 단부가 격벽부재(120)에 의해 좌우로 구획되어 형성된 실시예이다.
상기 제1흡기구(141)와 제2흡기구(142)에는 그 각각을 개폐하는 개폐부재(171,172)가 설치된다. 개폐부재(171,172)는 가죽 등의 가볍고 유연한 재질로 제작되고, 함체(110) 후방벽체의 내측면에 설치되어 함체(110) 내부의 압력 상태에 따라 작동된다. 상기 개폐부재(171,172)들은 함체(110)의 내부 압력이 증가할 때 후방벽체쪽으로 회동되어 제1흡기구(141)와 제2흡기구(142)를 차단하고, 함체(110)의 내부 압력이 감소할 때 함체(110)의 내부 공간쪽으로 회동되어 제1흡기구(141)와 제2흡기구(142)를 개방한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 가압부재(130)의 왼쪽 단부가 하강하면, 함체(110)의 좌측공간이 압축됨으로써 제1개폐부재(171)가 후방벽체쪽으로 회동되어 제1흡기구(141)가 닫히고, 이때 함체(110)의 우측공간은 가압부재(130)가 상승하여 압력이 감소됨으로써 제2개폐부재(172)가 내측공간쪽으로 회동되면서 제2흡기구(142)가 열린다.
따라서 함체(110)의 좌측공간의 공기는 제1배기구(143)와 배기관(150)을 통해 배출되고, 우측공간에는 제2흡기구(142)를 통해 외기가 유입된다. 이때 가압부재(130) 하강에 의해 좌측공간의 압력이 크게 상승하여 좌측공간의 공기가 배기관(150)으로 매우 빠른 속도로 빠져 나가게 되며, 따라서 배기관(150) 내부의 압력이 낮아서 좌측공간으로부터 배기관(150)을 통해 배출되는 공기가 제2배기구(144)를 통해서 우측공간으로 역류하지 않는다.
반대로 도 7과 같이 가압부재(130)의 오른쪽 단부가 하강하면, 상기 도 6의 경우와 반대의 작용에 의해 제1개폐부재(171)가 열려서 함체(110)의 좌측공간에는 공기가 충진되고, 제2개폐부재(172)가 닫혀서 우측공간의 공기는 제2배기구(144)와 배기관(150)을 통해서 배출된다.
도 8과 도 9는 본 발명의 일 구성인 풀무의 제2실시예로서, 도 8은 좌측공간 압축 상태, 도 9는 우측공간 압축 상태를 도시한 작동 상태도이다. 이 실시예는 제1흡기구(141)와 제2흡기구(142)는 상기 제1실시예와 동일하게 형성되고, 제1배기구(143)와 제2배기구(144)가 함체(110)의 전방벽체에서 격벽부재(120)의 좌우 양측에 각각 형성되며, 배기구(143,144)들의 전방에 함체(110)의 내부 공간과는 구별되는 다른 밀폐 공간을 형성하는 보조함체(190)가 형성되고, 보조함체(190)의 정면에 배기관(150)이 관통 설치된 구조를 가진다.
상기 배기구(143,144)들에는 각각 제3개폐부재(173)와 제4개폐부재(174)가 구비된다. 이들 제3개폐부재(173)와 제4개폐부재(174)는 전방벽체의 외측면에 설치되어 함체(110) 내측공간의 압력이 상승할 때 보조함체(190)쪽으로 회동되어 해당 배기구(143,144)를 개방하고 내측공간의 압력이 감소할 때 함체(110)의 전방벽체쪽으로 회동되어 해당 배기구(143,144)를 차단해주는 방식으로 작동된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 가압부재(130)의 왼쪽 단부가 하강하고 오른쪽 단부가 상승하면, 함체(110)의 좌측공간에서는 공기가 압축되면서 제1개폐부재(171)는 닫히고 제3개폐부재(173)는 열린다. 따라서 좌측공간의 공기가 제1배기구(143)와 배기관(150)을 통해 배출되고, 함체(110)의 우측공간에서는 압력이 감소되면서 제2개폐부재(172)가 열리고 제4개폐부재(174)는 닫힌다. 따라서 제2흡기구(142)를 통해 우측공간으로 외기가 유입되며 이때 제4개폐부재(174)에 의해 제2배기구(144)가 차단됨으로써 우측공간의 공기가 제2배기구(144)를 통해 빠져나가는 것이 확실하게 방지되어 우측공간의 공기 충진이 보다 원활하게 이루어진다. 또한 좌측공간으로부터 배출되는 공기가 우측공간으로 역류하여 유입되는 것이 확실하게 차단됨으로써 좌측공간의 공기 배출 효율이 향상된다.
반대로 도 9와 같이, 가압부재(130)의 왼쪽 단부가 상승하고 오른쪽 단부가 하강하면, 함체(110)의 좌측공간에서는 압력이 감소되면서 제1개폐부재(171)가 열리고 제3개폐부재(173)는 닫히며, 우측공간은 압축에 의해 압력이 상승함으로써 제2개폐부재(172)가 닫히고 제4개폐부재(174)는 열린다
따라서, 제1흡기구(141)를 통해 좌측공간으로 외기가 유입되고, 우측공간의 공기는 제2배기구(144)와 배기관(150)을 통해 배출된다.
이때 제3개폐부재(173)에 의해 제1배기구(143)가 차단됨으로써 좌측공간의 공기가 제1배기구(143)를 통해 빠져나가는 것이 확실하게 방지되어 좌측공간의 공기 충진이 보다 원활하게 이루어진다. 또한 우측공간으로부터 배출되는 공기가 좌측공간으로 역류하여 유입되는 것이 확실하게 차단됨으로써 우측공간의 공기 배출 효율이 향상된다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전통 제철 공정용 송풍 장치는, 모터를 이용하여 풀무를 작동시킴으로써 풀무 조작 인력의 숙련도에 관계 없이 항상 일정한 송풍 패턴을 재현할 수 있게 되고, 제어부에 의해 모터의 작동을 제어하여 송풍 패턴을 실험 목적에 따라 용이하게 변경할 수 있음으로써 전통 제철 기술 복원 실험에 보다 유용한 효과가 있다.
또한, 동일한 이유에 의해 풀무 조작 인력이 필요 없게 되므로 실험을 실시할 때마다 풀무 조작 인력을 확보할 필요가 없으며, 따라서 인건비가 절감되는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 기초로 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해해야 한다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 이하 기술할 청구범위에 의하며, 상술한 발명의 구체적 내용을 토대로 정해져야 할 것이다.
본 발명은 전통 제철 공정용 송풍 장치에 관한 것으로, 전통 제철 기술과 관련된 산업 분야에 이용 가능하다.
100 : 풀무 110 : 함체
120 : 격벽부재 130 : 가압부재
131 : 보강부재 141 : 제1흡기구
142 : 제2흡기구 143 : 제1배기구
144 : 제2배기구 150 : 배기관
160 : 지지부재 171 : 제1개폐부재
172 : 제2개폐부재 173 : 제3개폐부재
174 : 제4개폐부재 180 : 설치판재
190 : 보조함체
200 : 풀무구동장치 210 : 프레임
211 : 상부수평부재 212 : 하부수평부재
213 : 수직부재 214 : 베이스부재
215,216 : 연결부재 220 : 모터
230 : 출력축 240 : 휠
250 : 상부로드 260 : 하부로드
270 : 가이드부재 280 : 연결판재
281 : 베어링 282 : 커버
G : 갭 S1,S2,S3 : 힌지샤프트
120 : 격벽부재 130 : 가압부재
131 : 보강부재 141 : 제1흡기구
142 : 제2흡기구 143 : 제1배기구
144 : 제2배기구 150 : 배기관
160 : 지지부재 171 : 제1개폐부재
172 : 제2개폐부재 173 : 제3개폐부재
174 : 제4개폐부재 180 : 설치판재
190 : 보조함체
200 : 풀무구동장치 210 : 프레임
211 : 상부수평부재 212 : 하부수평부재
213 : 수직부재 214 : 베이스부재
215,216 : 연결부재 220 : 모터
230 : 출력축 240 : 휠
250 : 상부로드 260 : 하부로드
270 : 가이드부재 280 : 연결판재
281 : 베어링 282 : 커버
G : 갭 S1,S2,S3 : 힌지샤프트
Claims (14)
- 공기를 가압하여 제철로로 송풍하는 풀무와;
상기 풀무의 상부에 설치되어 풀무를 작동시키는 풀무구동장치 및;
상기 풀무구동장치의 작동을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 풀무구동장치는 풀무의 양측 상단에 장착된 설치판재에 양단부가 고정된 프레임과, 프레임에 설치된 모터와, 모터의 출력축에 설치된 휠과, 휠과 상기 풀무의 가압부재를 연결하여 가압부재의 단부를 상하 방향으로 작동시키는 연결로드를 포함하며,
상기 모터는 동기식 기어드 모터이고, 기어박스의 양측으로 출력축이 돌출되며, 출력축의 양단부에 각각 상기 휠이 설치되며, 양측 휠은 각각의 연결로드에 의해 풀무의 가압부재에 연결되고,
상기 제어부는 모터와 모터에 전력을 공급하는 전원의 사이에 설치된 인버터 장치로서, 상기 모터로 공급되는 전압의 주파수를 조절하여 상기 모터의 회전속도를 조절할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 연결로드는 휠의 일측면에 상단이 회전 가능하게 연결된 상부로드와, 상부로드의 하단과 상기 가압부재에 양단이 회전 가능하게 연결된 하부로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 하부로드는 상기 프레임에 설치된 가이드부재를 관통하여 수직 상하 방향으로 작동 경로가 안내되는 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 가압부재의 양단에 배치된 보강부재의 상면에 한 쌍의 베어링이 일체로 구비된 연결판재가 장착되고, 상기 하부로드의 하단이 힌지샤프트를 매개로 상기 베어링에 연결된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 연결판재에 상기 하부로드와 베어링의 연결부를 외부에 대해 가려주는 커버가 설치되고, 상기 하부로드는 커버에 형성된 관통홀을 통해 상기 베어링에 연결된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 풀무는 직육면체 박스 형상의 함체와, 상기 함체 내부 중앙에 수직으로 설치되어 함체의 내부 공간을 좌측공간과 우측공간으로 분할하는 격벽부재와, 상기 격벽부재의 상단에 시소 운동 가능하게 설치된 가압부재와, 상기 함체의 후방벽체와 전방벽체에 형성된 상기 함체의 좌측공간과 우측공간의 각 흡기구들 및 배기구들을 포함하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 격벽부재의 상단부는 상방으로 볼록한 반원형으로 형성되고, 상기 가압부재의 하면에 상방으로 오목한 반원형 안착홈이 형성되며, 상기 가압부재의 안착홈에 격벽부재의 상단부가 삽입 안착되는 구조로 격벽구조의 상단부에 가압부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 함체의 전방벽체 중앙에 배기관이 관통 설치되고, 배기관의 후방 단부가 상기 격벽부재에 의해 구획되어 상기 좌측공간과 우측공간의 각 배기구들이 형성된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 함체의 전방벽체에 상기 배기구들을 포함하는 밀폐 공간을 형성하는 보조함체가 형성되고, 보조함체의 정면에 배기관이 관통 설치된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 9에 있어서,
상기 함체의 후방벽체 내측면에 함체 내측공간의 압력이 상승하면 상기 후방벽체쪽으로 회동되어 상기 흡기구들을 차단하고, 함체 내측공간의 압력이 감소하면 함체 내측공간쪽으로 회동되어 상기 흡기구들을 개방하는 개폐부재들이 설치된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치. - 청구항 12에 있어서,
상기 함체의 전방벽체 외측면에 함체 내측공간의 압력이 상승하면 보조함체쪽으로 회동되어 배기구들을 개방하고, 함체 내측공간의 압력이 감소하면 상기 전방벽체쪽으로 회동되어 배기구들을 차단하는 개폐부재들이 설치된 것을 특징으로 하는 전통 제철 공정용 송풍 장치.
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| KR1020220112428A KR102496748B1 (ko) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | 전통 제철 공정용 송풍 장치 |
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| KR1020220112428A KR102496748B1 (ko) | 2022-09-05 | 2022-09-05 | 전통 제철 공정용 송풍 장치 |
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| KR102006432B1 (ko) | 2019-03-06 | 2019-08-05 | 대한민국 | 고대 제철로 복원 실험 방법 |
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2022
- 2022-09-05 KR KR1020220112428A patent/KR102496748B1/ko active IP Right Grant
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