KR19990072169A

KR19990072169A - 기류로

Info

Publication number: KR19990072169A
Application number: KR1019980704523A
Authority: KR
Inventors: 마모루 마츠오
Original assignee: 토무라 히사요시; 닛폰화네스코교 가부시기가이샤
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1999-09-27
Also published as: JPH09178354A; US6109914A; JP3719616B2; CA2241628A1; WO1997024571A1; TW328109B; EP0871004A1; KR100293836B1

Abstract

본 발명은 기류로에 관한 것이며 고온의 강순환류를 저동력으로 생산할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 로외에서 순환기체를 가열하는 열원(3A)(3B)과 로내(18)의 연소가스를 로외로 꺼내어 다시 다른 장소로부터 로내(18)로 환류시키는 로외순환계로(4)를 갖추고 있다. 그리고 이 로외순환계로(4)는 가열실(2)로의 순환기류 출입구(9A)(9B)부분에 각각 축열체(5A)(5B)를 갖춤과 동시에 순환팬(6)을 가지고, 순환팬(6)의 흡입구측과 토출구측중 어느 한쪽의 축열체(5A)(5B)에 각각 선택적으로 번갈아 연통시키는 유로변환장치(7) 및 양 축열체(5A)(5B) 사이의 구간에서 기류의 가스성상을 바꾸기 위한 열제거 혹은 희석을 행하는 열제거수단(8)을 가지며, 유로변환수단(7)에 의해 주기적으로 기류가 흐르는 방향을 반전하는 고온강순환류(10)를 로내(18)에 형성하도록 하고 있다.

Description

기류로

종래 알루미늄이나 세라믹 등과 같은 매우 복사율이 적은 재료 또는 부피가 적은 피가열물의 경우 복사열을 가해도 열을 취할 수 없거나 균일하게 열을 가하는 것이 어렵기 때문에 대류전열에 의한 가열이 행해진다. 이 대류전열에 있어서는 기류의 속도가 전열을 지배하므로 로내에 기류를 강제적으로 순화시키는 기류로가 연구되고 있다. 예를들어 도 11과 같은 기류로가 사용되어 피가열물의 가열이 행해지고 있다. 이 기류로는 배치식으로서 로(101)의 양측벽에 연소실(102)과 배기실(103)을 접속하고 또한 이들 사이에 열풍순환팬(104)과 덕트(105)로 구성되는 로외순환로(106)를 갖추며, 배기실(103)에서 연소배기가스의 일부를 꺼내어 다시 연소실(102)내로 복귀시키는 순환기류를 형성하도록 하고 있다. 이 기류로의 경우 연소실(102)내에서 불꽃에 의해 가열된 기류가 로내(107)를 피가열물의 반송방향과 직교하는 방향으로 통과하여 배기실(103)로 유출하는 동안에 피가열물(W)을 가열하고, 배기실(103)에 도입되는 순환기류의 일부를 배기함과 동시에 나머지를 덕트(순환로)(105)에 도입하여 강제적으로 순환시키고 있다.

또 도 12에 도시하는 것과 같이 여러개의 존(107a,···107e)을 구성한 연속식 기류로의 경우 도 12에 도시하고 있지 않지만 도 11에 도시하는 것과 같은 연소실(102)과 배기실(103)이 로체(101)의 양측벽에 마련되고 각 존마다 로내를 가로지르는 순환기류가 형성되도록 마련되고 있다. 그리고 워크반입구(108)에 인접하는 존(107a)에는 배기구(110)가 마련되어 각 존(107a···107e)에서 발생한 기류증열을 위한 연소가스를 집합시켜 한곳에서 배기하도록 마련되어있다.

그러나 강순환류를 일으키는 에너지는 기류의 유량과 압력에 의해 결정되기 때문에 열풍상태에서 강제순환시키는 종래의 기류로에 의하면 얻어지는 강순환에는 한계가 있다. 즉 압력은 유속의 제곱에 비례하기 때문에 유속을 높이고자하면 압력을 유속의 제곱에 비례하여 높이지 않으면 안된다. 그러나 압력이 제곱으로 증가하면 순환팬(106)의 동력이 극단으로 증가하기 때문에 토출압력을 높게할 수 없어 순환량이 제한된다. 즉 큰 강순환류가 형성되기 어렵다. 또 고온의 열풍을 대상으로 하고자 하면 내열성의 날개나 팬축의 냉각이 필요하게 되며 고장도 많기 때문에 종래에는 고온의 열풍에 견딜 수 있는 팬이 존재하지 않고, 고온열풍을 순환시키는 것은 곤란했었다. 이로인해 종래의 기류로에서 로외순환할 수 있는 가스온도는 650℃정도가 한계이기 때문에 로온도을 높여 전열효율을 개선할 수 없었다. 따라서 전열량을 크게할 수 없고 배치식 기류로의 경우에는 가열처리시간이 걸리는 문제가 있으며 연속기류로의 경우에는 로길이가 길어지는 문제가 있었다.

또 열원으로서 버너를 사용할 경우 650℃정도 이하의 비교적 저온의 기류의 고유속화는 불꽃온도를 낮추어 열소실을 초래할 염려가 있다. 따라서 종래의 기류로에 의하면 순환기류의 순환효과가 불충분하며 로의 콤팩트화나 고성능화를 달성할 수 없다는 문제를 갖고 있었다.

또한 연속식 기류로의 경우 배기온도를 저하시키기 위해 로 끝부분이 워크반입구(108)쪽에 설정된다. 이 때문에 각 존(107a···107e)에서의 증열을 위해 발생된 연소가스는 전량이 로 끝부분에 모여 배기구(110)에서 배출되는 것으로부터 존내 온도가 연소가스의 흐름에 있어서 상류측이 되는 존(도 12위 오른쪽)의 영향을 받아 로온도의 독립성을 유지할 수 없다. 로온도는 피가열물(W)의 반출구(109)쪽이 높고 반입구(108)쪽이 낮아 가장 열을 필요로 하는 피가열물 반입구(108)의 존(107a)의 온도를 높일 수 없다. 즉 피가열물 반입구측 배기구(110)쪽의 로내온도를 높게하여 승온을 빠르게 하고자 해도 높은 온도상태에서 가스가 배출되기 때문에 에너지 낭비가 되며 그와같은 고온의 배기가스를 대기중에 방출하는 것은 주변환경에 악영향을 준다. 따라서 입구쪽의 온도를 높게하지 않고 서서히 따뜻하게 할 수 밖에 없으며 그 결과 로길이가 길어 쓸데없이 연료를 많이 사용하게 된다. 또한 배기온도를 낮게한다고 해도 여전히 온도가 높아 충분히 낮다고 할 수 없기 때문에 열효율이 나쁘다.

또한 기류의 흐름방향이 일정하기 때문에 피가열물(W)의 좌우(기류의 흐름방향의 앞쪽과 안쪽)에서 균일가열이 불가능하다. 덧붙여서 연속식 기류로의 경우 인접하는 존에 체류하는 피가열물과의 사이에서의 복사에 의한 열주고받음으로 피가열물의 반송방향의 상류측과 하류측 사이에서도 온도차가 발생한다. 즉 같은 피가열물 또는 같은 트레이에 탑재되어있는 피가열물이 그 상류측에 있는 보다 고온의 피가열물로부터 복사열을 받는 반면, 하류측의 저온의 피가열물에는 열을 빼았기기 때문에 온도차가 발생하게 된다. 이러한 점에서 균일가열이 곤란했었다.

본 발명은 전열성능이 높은 기류로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 고온 또한 다량의 순환류를 저동력으로 확보할 수 있는 기류로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 로내 전역에서 높게 또한 균일한 온도의 기류를 형성할 수 있는 기류로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기류로(氣流爐)에 관한 것이다. 다시 상세히 설명하면 본 발명은 순환기류를 일단 로외로 꺼내고 나서 다시 로내로 증속하여 복귀시키고, 공급되는 기류보다도 상당히 큰 볼륨의 순환기류(본 명세서에서는 이를 강순환류라 칭함)를 형성하는 기류로에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 기류로의 실시의 일예를 도시하는 원리도.

도 2는 본 발명의 기류로의 다른 실시의 일예를 도시하는 원리도.

도 3은 본 발명의 기류로의 또 다른 실시의 일예를 도시하는 원리도.

도 4는 도 3의 기류로의 종단면 구조를 도시하는 도면으로

(A)는 간막이문을 갖는 타입

(B)는 간막이판을 갖는 타입을 나타낸다.

도 5는 순환팬 흡입구의 기류평형온도와 순환기류의 열제거도 차와의 관계를 축열체의 온도효율과의 관계로 도시하는 그래프.

도 6은 순환팬 흡입구의 기류평형온도와 희석공기율과의 관계를 축열체의 온도효율과의 관계로 도시하는 그래프.

도 7은 본 발명을 연속식 기류로에 적용한 실시예를 도시하는 원리도.

도 8은 연속식 기류로에 사용되는 트레이의 일예를 도시하는 사시도.

도 9는 도 7의 연속식 기류로에 의한 로내온도 분포도.

도 10은 도 12의 종래의 연속식 기류로에 의한 로내온도 분포도.

도 11은 종래의 기류로의 일예를 도시하는 원리도.

도 12는 종래의 연속식 기류로의 일예를 도시하는 원리도.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 기류로는 로의 양측벽에 각각 배치되어 로내에 분사되기 전의 순환기류를 가열하는 열원을 갖춘 가열실과, 이들 가열실을 연결하여 로내의 순환기류를 로외로 꺼내어 다시 로내로 환류시키는 로외순환계로를 갖추도록 하고 있다. 그리고 또한 로외순환계로는 가열실의 순환기류 출입구의 근처에 각각 마련된 축열체와, 순환팬과, 순환팬의 흡입구측과 토출구측을 어느한쪽의 축열체에 각각 선택적으로 번갈아 연결시켜 축열체에 대한 기류의 흐름방향을 변환하는 유로변환장치와, 양 축열체 사이의 구간에서 순환기류의 가스성상을 바꾸기 위한 열제거(拔熱) 혹은 희석을 행하는 열제거수단을 갖추고 있다. 그리고 본 발명의 기류로는 유로변환장치의 주기적인 변환에 의해 기류의 흐름방향을 반전하는 고온강순환류를 로내에 형성하도록 하고 있다.

이 경우 로내를 통과하여 피가열물의 가열에 사용된 후의 기류의 일부는 순환팬에 의해 발생하는 부압에 의해 로외순환계로로 뽑아냄과 동시에 순환팬으로 승압된 후 다시 로내로 고속으로 분사된다. 이 때 순환기류는 로외순환계로의 흡입측에서 그 현열(顯熱)이 축열체에 빼앗기는 것에 의해 저온이 된다. 그리고 저온상태가 된 순환기류는 순환팬에 의해 승압된 후 반대측의 축열체를 통과하여 거기서의 직접열교환에 의해 다시 고온으로 되고나서 로내로 분사된다. 따라서 저온용 순환팬을 사용하여 로내에 고온의 강순환류를 형성할 수 있다. 즉 로외의 열풍순환계로를 순환하는 동안의 순환기류는 저온으로 되기 때문에 순환팬을 대형화(능력을 높이는 것)할 수 있고, 토출유량을 크게하여 강순환류의 생성을 가능하게 한다. 그리고 대류전열에 있어서는 기류의 유속이 큰만큼 전열량은 크고 빨리 가열처리할 수 있기 때문에 종래 1000℃이상의 소성온도가 요구되어 불가능하게 생각되었던 세라믹 등의 기류소성이나 또한 부피가 작은 피가열물이라도 균일하게 가열할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 기류로에 의하면 순환기류가 고유속으로 흐르기 때문에 그 모멘텀에 따라 가열공간의 넓은 영역에 있어서 순환량을 지금까지보다도 상당히 증가시킬 수 있고, 강순환류를 형성하여 전열량의 증대를 꾀할 수 있다. 그러나 순환기류의 증가와 고온화가 대류전열량의 증가를 초래하므로 로의 콤팩트화 또는 가열처리시간의 단축이 가능하다.

또 본 발명의 기류로에 의하면 기류방향이 주기적으로 반전하기 때문에 로내온도의 균일화에 의해 로내온도차가 작아지고 로구조물에 대한 열스트레스를 작게함과 동시에 피가열물을 균일하게 가열할 수 있다. 또 고온강순환류의 흐름방향이 주기적으로 반전하기 때문에 로내온도 분포를 보다 균일화할 수 있어 피가열물의 가열군이 적어진다.

한편 로외순환계로내에서는 열제거수단에 의한 열제거 또는 희석에 의해 순환기류의 가스성상의 변경이 행해지고, 평형온도의 상승이 방지된다. 여기서 순환기류의 열제거에 의한 평형온도 및 복귀입구온도는 다음 식 1에 의해 표시된다.

순환기류의 열제거에 의한 평형온도

t_c: 평형온도 ℃

t_h: 순환기류(꺼내는 입구)온도 ℃

t_l: 순화기류(복귀입구) 온도 ℃

△t: 순환기류의 열제거온도차 ℃

η_t: 축열기의 온도효율

이 순환팬 흡입구의 기류평형온도 t_c는 순환기류의 열제거온도차 △t와 축열체의 온도효율에 지배되고, 예를들어 순환기류를 꺼내는 입구온도 t_h가 1000℃의 경우에는 도 5와 같은 관계에 있다. 또 순환기류의 희석에 의한 평형온도 및 복귀입구온도는 다음식 2에 의해 표시된다.

순환기류의 희석에 의한 평형온도

t_c: 평형온도 ℃

t_h: 순환기류(꺼내는 입구)온도 ℃

t_l: 순화기류(복귀입구) 온도 ℃

t_o: 대기온도 ℃

△G: 희석공기량 Nm³/h

G :순환기류량 Nm³/h

η_t: 축열기의 온도효율

이 순환팬 흡입구의 기류평형온도 t_c는 순환기류로의 희석공기량△G과 축열체의 온도효율에 지배되고, 예를들어 순환기류를 꺼내는 입구온도 t_h가 100℃, 대기온도 t_o가 20℃인 경우에는 도 6에 도시하는 관계에 있다. 이리하여 로외순환계로 내에서의 적량의 열제거 또는 희석에 의한 가스성상의 변경에 의해 평형온도의 상승이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

여기서 상술한 열제거수단은 로외순환계로의 가열실의 순환기류 출입구에 각각 설치된 양 축열체 사이에 있으면 특별히 설치장소에 한정을 받는 것은 아니지만 유로변환장치와 순환팬의 흡입측사이에 배치되어있는 것이 바람직하다. 이 경우 순환팬으로 흘러들어오는 순환기류가 보다 저온으로 되고 순환팬에 가하는 손실이 적어짐과 동시에 기류의 순환량을 보다 늘릴 수 있다. 또 열제거수단은 예를들어 공기나 배기가스 등의 소량의 희석용 기체를 순환기류에 주입하는 것, 열교환기, 가열설비의 재료 예열부 등을 열제거수단에 이용하는 것, 또는 양 축열체 사이의 유로의 보온효과를 낮게하는 것 예를들어 보온재를 얇게하거나 보온성에 떨어지는 보온재의 사용 등에 의해 구성된다.

또한 본 발명의 기류로에 있어서 열원으로서는 각종 버너나 래디언트튜브버너, 전기히터 등의 열원이 사용가능하지만 그 중에서도 버너, 특히 축열체를 갖추고 이 축열체를 통해 연소용 공기의 공급 혹은 순환기류의 배기를 행하는 2기에서 한조의 버너를 번갈아 연소시키는 축열형 버너시스템을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 피가열물의 가열에 사용된 후의 순환가스의 일부가 배치될 때에 그 현열이 축열체에 회수되기 때문에 다시 상당히 높은 열효율로 연소용 공기의 예열에 사용되고, 로내로 복귀되기 때문에 순환기류의 온도를 높게해도 그 열을 회수하여 주변환경에 악영향을 미치지 않는 정도의 저온으로 하고나서 배출할 수 있어 높은 열효율을 유지할 수 있다.

또 본 발명의 기류로는 피가열물이 반송되는 방향으로 여러개의 존에 구획된 연속식 기류로로서 각 존마다 상기 가열실과 로외순환계로를 배치하고, 주기적으로 기류가 흐르는 방향을 반전하는 고온강순환류를 각존마다 형성하도록 하고 있다. 이 경우 각 존마다 독립하여 순환기류가 형성되는 것에 의해 열이 순환하기 때문에 다른 존의 기류온도에 영향을 주지않는다. 이 때문에 각 존마다 순환기류의 온도 및 순환량을 존내의 피가열물의 재료 등에 합하여 가장 적절한 열량이 부여되도록 설정할 수 있으며 전열의 최적화를 도모하면서 로의 콤팩트화 등의 합리화와 동시에 에너지감소를 실현할 수 있다. 또한 각 존마다 고온의 강순환기류가 형성되기 때문에 로온도의 독립성을 유지하면서 전열량의 증대를 도모할수 있다. 특히 피가열물 반입구 근처의 존의 기류온도가 피가열물 배출구 근처의 존의 기류온도 보다도 높은 경우에는 가장 열을 필요로 하는 피가열물 반입구의 존의 온도가 높아져 피가열물의 승온이 빨라진다. 따라서 순환기류의 고온화와 더불어 가열로의 로길이를 대폭으로 짧게할 수 있어 열설비 원가가 대폭으로 저감되게 된다.

덧붙여서 피가열물을 반송하는 트레이의 전후에는 그보다도 앞쪽의 트레이상의 피가열물에서의 복사열과 뒤쪽의 트레이상의 피가열물로의 복사열을 차단하는 간막이판을 마련하는 것이 바람직하다. 이 경우 트레이의 간막이판에 의해 인접하는 존의 피가열물 사이의 복사에 의한 열의 주고받음의 방지와 존의 독립성이 유지된다. 따라서 피가열물의 전후 또는 동 트레이상의 앞쪽의 피가열물과 뒤쪽의 피가열물 사이의 온도차가 발생하는 것을 방지함과 동시에 각 존마다 기류온도의 설정이 가능해진다.

다음 본 발명의 구성을 도면에 도시하는 실시예를 기초로 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명을 배치식 기류로에 적용한 일실시예를 나타낸다. 이 기류로는 로(1)와, 로(1)의 양 측벽에 접속된 가열실(2)(2)과, 이들 가열실(2)내에서 순환기류(30)를 가열하여 증열시키는 열원으로서의 버너(3A),(3B) 및 증열된 고온의 기류를 로내(18)를 통과시켜 반대측의 가열실(2)로 꺼낸 후에 다시 분사측의 가열실(2)안으로 환류시키는 로외순환계로(4)로 주로 구성되어있다. 열원으로서는 본 실시예의 경우 번갈아 연소하는 한쌍의 버너(3A)(3B)에 의해 구성되는 축열형 버너시스템이 채용되고 있다. 로외순환계로(4)는 열원용 버너(3A)(3B)의 변환에 따라 주기적으로 기류의 흐름방향을 반전하는 고온강순환류(10)를 로내(18)에 형성하도록 마련되어있다. 이 로외순환계로(4)의 순환기류 출입구(9A)(9B)는 가열실(2)의 상부에 배치되고 있다. 그리고 로외순환계로(4)에서 분사되는 순환기류가 가열실(2)내에서 소정온도까지 가열승온되고 나서 로내(18)로 뿜어져나오도록 마련되어있다. 순환기류(30)는 양측의 연소실(2)(2)과 로외순환계로(4)를 거쳐 피가열물(W)의 반송방향과 직교하는 방향으로 로내(18)를 통과하는 고온강순환류(10)를 형성한다.

한편 축열형 버너시스템은 각각 축열체(11A)(11B)를 갖는 한쌍의 버너(3A)(3B)를 유로변환수단(12)을 통해 공기공급계(13) 또는 배기계(14)에 선택적으로 번갈아 접속하고 한쌍의 버너(3A)(3B)의 한쪽을 연소시키고 있는 동안에 정지중인 다른쪽에서 피가열물(W)의 가열에 사용한 후의 연소가스를 배출시키도록 이루어진다. 각 버너(3A)(3B)는 예를들어 로(1)의 양 측벽에 설치된 가열실(2)의 각각의 정상부에 고정되어있고 번갈아 작동한다. 또한 도면중의 부호 16은 연료노즐이다.

축열체(11A)(11B)는 버너바디 또는 이와 다른 모양의 케이싱 등에 수납되어 버너(3A),(3B)에 짜 넣여져 있다. 이 축열체(11A)(11B)는 통과하는 배기가스와의 사이에서 열교환을 행하여 배열을 회수함과 동시에 회수한 열로 연소용 공기를 예열한다. 각 버너(3A)(3b)의 축열체(11A)(11B)는 덕트(15)(15)를 통해 사방밸브(12)의 4개의 포트중 2개의 포트(서로 연통되지 않는 위치관계에 있는 2개의 포트)에 접속되고 있다. 또 사방밸브(12)의 나머지 2개의 포트에는 공기공급계(13) 및 배기계(14)가 각각 접속되고 있다. 따라서 각 버너(3A)(3B) 및 축열체(11A)(11B)는 어느한쪽의 버너 및 축열체가 공기공급계(13)에, 다른쪽의 버너 및 축열체가 배기계(14)에 접속되고 있고 그 접속관계는 사방밸브(12)의 변환에 따라 변환된다.

한편 로외순환계로(4)는 각 가열실(2)(2)의 순환기류 출입구(9A)(9B)에 가까운 부분에 각각 설치된 축열체(5A)(5B)와, 순환팬(6)과, 이 순환팬(6)의 흡입구측과 토출구측을 축열체(5A)(5B)의 어느한쪽에 각각 선택적으로 번갈아 연결시켜 축열체(5A)(5B)에 대한 기류의 흐름방향을 변환하는 유로변환장치(7)와, 기류의 가스성상을 바꾸기 위한 열제거 혹은 희석을 행하는 열제거수단(8) 및 이들을 연결하는 덕트(32)로 구성되며, 유로변환장치(7)의 주기적인 변환에 의해 축열체(5A)(5B)를 통한 일부의 연료가스를 뽑아내는 것과 재공급을 번갈아 행하게 하고 기류의 흐름방향을 주기적으로 반전하는 고온강순환류(10)를 로내(18)에 형성하도록 하고 있다.

여기서 열원용 버너(3A)(3B)에 사용되는 축열체(11A)(11B)도 또한 로외순환계로(4)에 배치되는 축열체(5A)(5B)도 비교적 압력손실이 낮은 데 비해 열용량이 크기 때문에 내구성이 높은 구조 및 재료의 사용 예를들어 많은 셀구멍을 갖는 벌집형상의 세라믹제 통모양의 사용이 바람직하다. 예를들어 배기가스와 같은 1000℃ 전후의 고온유체와 연소용 공기와 같은 20℃ 전후의 저온유체와의 열교환에는 코디라이드나 뮬라이트 등의 세라믹재료의 압출성형에 의해 제조되는 벌집형상의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또 벌집형상의 축열체는 코디라이드, 뮬라이트 이외의 세라믹 예를들어 알루미늄이나 세라믹이외의 소재 예를들어 내열강 등의 금속 또는 세라믹과 금 속의 복합체 예를들어 포라스한 골격을 갖는 세라믹의 기공안에 용융한 금속을 자발침투시키고, 그 금속의 일부를 산화 또는 질화시켜 세라믹화하여 기공을 완전히 메운 Al₂O₃- Al 복합체, SiC-Al₂O₃-Al 복합체 등을 이용하여 제작해도 좋다. 또한 벌집형상은 본래 6각형의 셀(구멍)을 의미하고 있지만 본 명세서에서는 본래의 육각형 뿐만아니라 사각형이나 삼각형의 셀을 무수히 뚫은 것을 포함한다. 또한 일체로 성형하지 않고 관 등을 묶는 것으로 벌집형상의 축열체를 얻도록 해도 좋다. 그러나 축열체(5A)(5B)(11A)(11B)의 형상도 특히 벌집형상에 한정되지 않고 평판형상이나 파판(波板)형상의 축열재료를 통형상의 케이싱내에 방사형상으로 배치하거나 파이프형상의 축열재료를 축방향으로 유체가 통과하도록 통형상의 케이싱내에 충진한 것으로 해도 좋다. 또는 격벽에 의해 주방향으로 2실로 구획형성되고, 축방향으로 유체가 통과가능하도록 한 통형상 케이싱을 준비하며 이들 각 실에 구형상, 짧은 관, 짧은 봉, 가는조각, 너겟형상, 망형상 등의 축열재료 덩어리를 충진하는 것에 의해 구성된 것이라도 좋다.

또 순환팬(6)의 흡입측과 유로변환장치(7) 사이에는 열제거수단(8)으로서의 희석공기주입구(8a)가 마련되어있다. 이 희석공기주입구(8a)에서는 축열체(5A)(5B)의 온도효율에 알맞는 열제거가 실시될 수 있도록 상온(常溫)의 공기가 주입된다. 이 경우 설비전체의 열효율이 다시 상승한다. 이 상온의 공기의 주입에 의한 열제거량은 상술한 식 1에 의해 표시된다.

이 순환팬 흡입구의 기류평형온도(t_c)는 순환기류로의 희석공기량 △G과 축열체의 온도효율에 지배되며 예를들어 순환기류를 꺼내는 입구온도(t_h)가 1000℃이고 대기온도가 20℃인 경우에는 도 6에 도시하는 관계에 있다. 그래서 평형온도의 상승이 일어나지 않도록 하기 위해 로외순환계로(4)내에서 적량의 희석에 의한 가스성상의 변경이 행해지고 있다. 통상, 축열체(5A)(5B)의 온도효율이 80∼90% 정도의 경우에는 희석율은 0.1∼0.25의 범위로 설정된다. 순환기류를 꺼내는 입구온도(th)가 1000℃에 있어서 희석율 △G/G = 0의 온도효율이 ηt=0.9의 축열기를 이용하고, △G/G = 0.1로 희석했을 때의 평형온도 t_c, 온도효율 η_t, 복귀입구의 순환기류온도 t_l을 구하면 < t_c= 380℃, η_t= 0.855, t_l= 910℃이 된다.

이상과 같이 구성된 기류로에 의하면 다음과 같이 하여 로내에 고온의 강순환류를 실현할 수 있다.

열원을 구성하는 한조의 축열형버너(3A)(3B)를 번갈아 연소하고 가열실(2)내에서 불꽃(17)을 형성하여 로를 향하는 순환기류(30)의 증열을 도모한다. 예를들어 버너(3A)를 작동시킬 경우에는 버너(3A)측을 연소용 공기공급계(13)에 접속하도록 사방밸브(12)를 변환하고 또한 한쪽의 연료제어밸브(31A)를 열며 다른쪽의 연료제어밸브(31B)를 닫는다. 이에 따라 공급되는 연소용 공기는 축열체(11A)를 통과하면서 배기가스온도에 가까운 온도 예를들어 800∼1000℃ 정도로 예열된 후 각 버너슬롯트내에 흘러들어가 각 연료노즐(16)에서 분사된 연료와 혼합되어 연소한다. 한편 배기계에 접속되고 있는 버너(3B)측에서는 로내(18)를 통과한 후의 가스(순환기류(30)와 연소가스)의 일부가 배출된다. 이 때 배기가스의 열은 축열체(11B)에서 회수된다. 그리고 버너(3A)측이 작동을 개시하고나서 예를들어 60초 이내의 단시간, 바람직하게는 20초 정도 또는 그 이하의 단시간이 경과하면 사방밸브(12)가 변환됨과 동시에 이에 연동하여 연료제어밸브(31A)(31B)의 한쪽이 닫히고 다른쪽이 열린다. 이에 따라 버너(3B)측에 연소용 공기 및 연료가 공급되어 연소를 개시하는 한편 버너(3A)가 동작하지않는 대기상태가 된다. 이 때 버너(3B)측으로 공급되는 연소용 공기는 배기가스의 열로 가열된 축열체(11B)로 예열되어 상당히 고온(예를들어 800∼1000℃정도)이 된다.

통상 고유속의 순환기류(30)의 흐름이 불꽃(17)에 충돌하면 불꽃온도를 낮추어 불꽃의 소실을 초래하지만 순환기류(30)의 온도가 연료의 자기착화온도보다도 고온으로 되기때문에(배기가스 온도에 가까운 고온) 착화포인트에서의 온도가 그렇게 낮아지지 않아 착화성에 뛰어나고 불꽃이 안정되며 불꽃이 꺼지는 경우가 없다.

다음 버너(3A) 및 버너(3B)는 순환기류(30)의 유로변환장치(7)와 동기하여 소정시간마다 번갈아 작동하고, 상당히 고온의 연소용 공기를 이용하여 번갈아 연소를 반복하며 가열에 의해 소비된 만큼의 순환기류(30)의 증열을 도모한다.

동시에 로내(18)에서 가열실(2)로 유출된 순환기류(30)는 순환팬(6)에 의해 발생하는 부압에 의해 로외순환계로(4)로 유인되고, 순환팬(6)으로 승압된 후 다시 가열실(2)에서 로내(18)로 고속으로 분사되며 로내(18)에 고온의 강순환류(10)를 형성한다. 이 때 순환기류(30)는 로외순환계로(4)의 순환기류 출입구(9B)의 축열체(5B)를 거쳐 그 현열을 축열체(5B)에 버리고 저온이된다. 또한 열제거수단(8)에 의해 보다 저온으로 된다. 그리고 저온상태에서 순환팬(6)에 도입되고 승압된 후 반대측의 축열체(5A)를 통과하여 로내(18)로 분사된다. 이 때 순환기류(30)는 축열체(5A)(또는 5B)에 있어서 직접열교환에 의해 다시 고온이 된다. 따라서 1000℃전후 또는 그 이상의 고온의 순환기류(30)는 로외순환계로(4)를 흐를때에는 200℃ 또는 그 이하의 저온이 되며 다시 로내(18)로 복귀될 때에는 상술한 고온상태로 복귀된다.

고온이며 또한 고속의 강순환류(10)는 가열공간이 넓은 영역에 있어서 기류순환량을 지금까지보다도 상당히 증가시킬 수 있다. 이에 따라 로내(18)를 흐르는 가스의 유량은 투입된 공기 및 연료의 양에 순환기류(30)의 가스량을 추가한 것이 되고, 순환기류량의 증대에 따라 로내(18)의 가스유동이 심해지며, 로내가스혼합의 촉진이나 대류전열량의 증가가 일어나 로내온도차(로내 각곳에서의 분위기의 온도차)가 해소되어 온도분포는 균일화된다.

또한 가스순환율이 증가하면 연소가스의 열용량의 증가를 위해 전열량이 증대한다. 즉 대류전열에 있어서는 기류의 속도가 전열을 지배하기 때문에 순환기류량이 증가하면 전열효율을 상당히 개선한다. 또한 강순환기류(10)의 방향이 주기적으로 반전하기 때문에 로내에서의 기류의 온도가 보다 균일화되어 가열군이 없어진다. 또한 가스순환율의 증가와 함께 로내최고온도(로내온도는 기류온도와 로벽온도에 의해 형성되는 분위기온도이다.)는 역비례하여 저하하지만 로내 평균온도는 거의 저하하지 않고 로내최고온도는 로내평균온도에 다가가 로내온도분포는 평균화된다.

따라서 본 발명의 기류로에서는 순환기류(30)의 증열을 위한 연소에 의해 온도상승분을 300∼500℃로 작게억제할 수 있고, 연소량을 적게할 수 있다.

또 상술한 실시예는 본 발명의 적당한 실시의 일예이지만 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에 있어서 여러 가지로 변형실시가 가능하다. 예를들어 본 실시예에 있어서는 축열체(11A)(11B)를 갖추는 2기로 한조의 버너(3A)(3B)를 번갈아 연소시키는 축열형 버너시스템을 열원으로 하는 실시예에 적용한 경우에 대해 설명했지만 이에 특별히 한정되지는 않는다. 열원으로서는 예를들어 전기히터나 래디언트튜브버너 또는 산소연소버너나 그 외의 버너등이 사용가능하다. 여기서 전기히터나 래디언트튜브버너와 같은 수십초의 단시간에 변환이 불가능한 열원인 경우에는 양 가열실(2)(2)의 열원은 상시 ON상태로 한다. 이 경우에 있어서도 발생하는 열은 로외순환경로(4)의 축열체(5A)(5B)에 회수되어 순환기류의 가열에 사용되기 때문에 낭비되는 경우가 없다.

또 열제거수단(8)에 대해서도 특정한 것에 한정되는 것은 아니고 예를들어 도 2와 같이 순환기류에서 직접열을 꺼내는 수단을 채용해도 좋다. 이 기류로는 열제거수단(8)으로서 열교환기(8b)를 사용한 것이다. 이 경우 열교환에 의해 순환기류의 성상을 바꾸어 상술한 식 2 및 도 5에 도시하는 관계가 성립하도록 한 것이다.

또 도시하지 않지만 열제거수단(8)은 로외순환계로(4)의 양 축열체(5A)(5B)사이에 유로의 보온효과를 낮게할 것, 예를들어 보온재를 얇게하거나 보온성에 떨어지는 저가의 보온재의 사용 등에 의해서도 구성할 수 있다. 이 경우 열의 이용효율은 저하하지만 설비적으로는 보온재의 사용량이 적어지거나, 저가의 보온재사용에 의해 설비원가를 내릴 수 있다는 이점이 있다.

또한 도 3 및 도 4에 다른 실시예를 도시한다. 이 기류로는 가열부(18′)의 상류측에 예열부(8c)를 마련하고, 이 예열부(8c)를 열제거수단(8)으로 이용한 것이다. 이 경우 가열부(18')와 예열부(8c)의 사이에 간막이문(19)을 마련하여 2실로 구획하고, 양 실(18')(8c) 사이에서 순환기류의 출입이 직접 일어나지 않도록 마련되어있다. 그리고 유로변환장치(7)와 순환팬(6)과의 사이에 가열설비(1')의 예열부(8c)를 접속하고 피가열물(W)의 예열에 의해 열제거시키는 것이다. 이 가열설비(1')의 가열부(18')에는 열원용 버너(3)와 로외순환계로(4)가 접속되고, 고온의 강순환류(10)가 형성되고 있다.

또 예열부(8c)와 가열부(18')에는 각각 피가열물 반입구(22)와 그것을 개폐하는 삽입문(20) 또한 반출구(23)와 그것을 개폐하는 꺼내는 문(21)이 마련되어있다.

또한 도 4의 (B)와 같이 피가열물(W)을 올려놓는 트레이의 전후에 간막이판(24)을 마련하여 이 간막이판(24)을 간막이문(19)으로 대용할 수도 있다.

또 도 7에 본 발명을 연속식 기류로에 적용한 실시예를 도시한다. 이 연속식 기류로(1")는 한 번에 가열하는 단위량의 피가열물(W)을 탑재하여 반송하는 트레이(25)를 하나씩 수용하는 정도 크기의 존(18a)(18b)(18c)으로 간이 막혀지고 각 존(18a)(18b)(18c)마다 예를들어 도 1 또는 도 2에 도시하는 것과 같은 열원(3)과 로외순환계로(4)가 갖추어져있다. 각 존(18a)(18b)(18c)의 경계부분에는 본 실시예의 경우 약간 로내로 돌출하는 간막이벽(26)이 마련되고, 피가열물(W)을 탑재하는 트레이(25)의 단부사이에 실질적으로 간이 막혀져있다. 트레이(25)는 도 8과 같은 로내를 가로지르는 것과 같이 피가열물(W)의 반송방향과 직교하는 방향으로 통과하는 기류의 흐름을 방해하지 않도록 채널재를 격자형상으로 조합한 것으로 구성되어있다. 그리고 그 앞면과 뒷면(피가열물의 반송방향과 직교하는 면)에는 각각 간막이판(24)(24)이 마련되어있다. 이 간막이판(24)은 복사열을 차폐할 수 있는 재료, 예를들어 알루미늄, 스테인레스, 세라믹, 스틸 등으로 구성된다. 이 간막이판(24)은 앞쪽과 뒤쪽의 트레이(25)에 올려놓여진 피가열물(W)과의 사이에서 복사열의 주고받음을 행하지 않도록 차단되어 양 옆의 피가열물(W)(W)의 영향을 받지않도록 하고 있다. 또한 이 간막이판(24)은 존(18a)(18b)(18c)마다 기류가 흐르는 통로를 실질적으로 구획하고, 기류순환을 확정하여 존의 독립성을 유지한다.

한편 도시하지 않지만 각 존(18a)(18b)(18c)에는 각각 가열실과 열원이 되는 축열형 버너시스템과, 로외순환계로가 마련되고 각 존(18a)(18b)(18c)마다 순환기류의 증열과 증속이 필요에 따라 제어된다. 또한 각 존(18a)(18b)(18c)마다 증열을 위해 발생한 연소가스는 열회수되고나서 배기되기 때문에 로온도의 독립성이 유지된다. 그래서 로온도는 도 9와 같이 가장 열을 필요로하는 피가열물 반입측 근처의 존(존 1)이 높고, 반출측 근처의 존(존 3)이 가장 낮아지도록 제어된다. 이 경우 피가열물(W)을 급격히 가열승온시킬 수 있기 때문에 로 길이를 짧게할 수 있고 종래형태의 거의 1/2∼2/3으로 할 수 있다. 예를들어 도 12와 같은 종래의 기류로에 의하면 5존의 길이였던 것이 3존의 길이에서 같은 온도로 또한 균일하게 가열할 수 있다.

또 이 연속식 기류로의 경우에 있어서도 각각 따로 재료 예열설비를 마련하고, 이 재료예열부에 각 존으로부터의 순환기류를 도입하여 기류에서 열제거하는 것이 행해지는 경우도 있다.

Claims

로외열원에서 가열한 순환기류를 로내로 도입하여 피가열물을 가열하는 기류로에 있어서, 로의 양 측벽에 각각 배치되어 로내로 분사되기 전의 순환기류를 가열하는 열원을 갖춘 가열실과, 이들 가열실을 연결하여 로내의 순환기류를 로외로 꺼내어 다시 로내로 환류시키는 로외순환계로를 갖추며 또한 이 로외순환계로는 상기 가열실의 순환기류 출입구의 근처에 각각 갖추어진 축열체와, 순환팬과, 상기 순환팬의 흡입구측과 토출구측중 어느한쪽의 상기 축열체에 각각 선택적으로 번갈아 연결시켜 상기 축열체에 대한 기류가 흐르는 방향을 변환하는 유로변환장치와, 양 축열체 사이의 구간에서 순환기류의 가스성상을 바꾸기 위한 열제거 혹은 희석을 행하는 열제거수단을 가지고, 상기 유로변환장치의 주기적인 변환에 의해 기류의 흐름방향을 반전하는 고온강순환류를 상기 로내에 형성하는 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항에 있어서,

상기 기류로는 피가열물이 반송되는 방향으로 여러개의 존으로 구획된 연속기류로로서, 각 존마다 상기 가열실과 로외순환계로를 배치하고 주기적으로 기류가 흐르는 방향을 반전하는 고온강순환류를 각 존마다 형성하는 것을 특징으로 하는 기류로.
제 2항에 있어서,

피가열물을 반송하는 트레이의 전후에는 그보다도 앞쪽의 트레이상의 피가열물로부터의 복사열과 뒤쪽의 트레이상의 피가열물로의 복사열을 차단하는 간막이판을 마련한 것을 특징으로 하는 기류로.
제 2항에 있어서,

피가열물 반입구 근처의 존의 기류온도가 피가열물 반출구 근처의 존의 기류온도보다도 높은 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열원은 축열체를 갖추고 이 축열체를 통해 연소용 공기의 공급 혹은 순환기류의 배기를 행하는 2기로 한조의 버너를 번갈아 연소시키는 축열형 버너시스템인 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열제거수단은 상기 유로변환장치와 순환팬의 흡입측과의 사이에 배치되어있는 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열제거수단은 소량의 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열제거수단은 열교환기인 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열제거수단은 재료 예열부로서 이 재료 예열부에서 순환기류의 열제거를 행하는 것을 특징으로 하는 기류로.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 열제거수단은 양 축열체 사이의 유로의 보온을 얇게하는 것에 의해 구성되어있는 것을 특징으로 하는 기류로.