KR20000016917A - 파상의버너막 - Google Patents

Abstract

복사가스버너의 막이 금속섬유의 직물(18)을 포함한다. 막은 그 표면이 비교평막의 표면적보다 적어도 5 % 큰 표면적을 갖도록 영구파상을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 파상의 진폭과 주기는 버너작동시 열이 파상의 플랭크(24', 24")로부터 반사되며 플랭크로 복사되도록한다. 그 결과 복사출력 및 복사효율이 증가된다.

Description

파상의 버너막{UNDULATED BURNER MEMBRANE}

본 발명은 복사가스버너용 막과 복사가스버너의 복사력출력을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 막은 금속섬유의 직물(fabric)을 포함한다.

이러한 금속섬유막은 공지된 기술로, 이들은 복사버너가 신속하게 가열 및 냉각되게 한다.

예를들면, WO-A-95/27871 호는 복사가스버너용 금속섬유막을 기술하고 있는바, 막은 가열 및 냉각시 열팽창 및 수축을 용이하게 하도록 다수의 연속하는 사각형 다공존으로 분할되어 있다.

본 발명의 목적은 복사버너의 복사력출력을 증가시키는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 복사버너의 복사효율을 증가시키는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 반사기의 사용없이 복사버너의 복사력 출력 및 복사효율을 증가시키는 간단한 수단을 제공하는 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따른 복사버너 개략도

본 발명에따라서 복사가스버너용 막이 제공되는바, 이 막은 금속석유의 직물로 구성되되, 그 표면적이 비교평막(comparable flat membrane)의 표면적보다 적어도 5 %, 바람직하게는 적어도 10 % 크도록 영구파상(permanent undulation)을 갖는 표면을 갖는다.

용어 "금속섬유" 는 US-A-4,930,199 에 기술된 것처럼 압연된 금속호일의 상변부를 연삭하거나, US-A-3,379,000 에 기술된 것처럼 다발인발기술(bundled drawing technique)을 사용하여 제조될 수 있다. 금속섬유는 2-150 ㎛, 바람직하게는 40-80 ㎛ 범위의 등가직경을 갖는다. 섬유의 등가직경은 실제섬유의 직경과 동일단면을 갖는 가상의 원형 섬유의 직경이다. 금속섬유는 열충격과 고온에 견딜수 있는 조성을 갖는것이 바람직하다. 이를위해 금속섬유는 최소량의 알루미늄과 크롬을 포함한다. 특히 EP-Bl-0157 432 에 기술된 FeCrAlY 섬유는 매우 적합하다. 금속섬유는 예를들면 부직포웨브, 편직, 직포(woven or wound)직물이나 메쉬 형태 또는 나선상으로 및 대각선상으로 교차로 감긴 (cross-wound) 금속섬유 필라멘트 형태로 연속하는 다공섬유 직물을 형성하도록 가공된다.

용어 "영구파상(permanent undulation)" 은 버너가 작동중이든 아니든 관계없이 모든형태의 파상 또는 파동형을 의미한다. 이는 일방향으로만 피크라인이 생기고 그 수직방향으로는 그렇지 않은 일차원 파상 및 서로다른 두방향으로 피크점이 생기는 이차원파상 모두를 의미한다. 복사가스버너는 이 막이 금속프레임에 고정되게 한다. 용어 "비교평막" 은 동일칫수 프레임에 고정되며 평평한 표면을 갖는 막을 의미한다. "평" 막의 상대적으로 작은 만곡(bulging)은 작동상태하에서 허용되나, 이 작은 만곡에도 불구하고 여전히 평막으로 불린다.

어느정도 함입부를 갖는 세라믹 막을 갖는 복사버너는 US-A-1,731,053 에서 공지되어 있다. 그러나 이들 함입부의 기능은 불꽃 안정성을 증가시키고 불꽃의 퇴행이동(retrograde movement)를 방지하는 것이다. 세라믹 막을 갖는 복사버너와 금속섬유의 직물을 포함하는 막을 갖는 복사버너간의 큰 차이는, 금속섬유의 직물의 경우 불꽃안정성의 문제가 막의 구형에 관계없이 이미 해결되었다는 것이다. 따라서 평막의 경우는 불꽃불안정의 문제는 존재하지도 않는다.

본 발명의 막의 파상은 버너작동시 열이 제 1 플랭크(flank)에서 인접 플랭크로 복사되며 그 플랭크에서 다시 제 1 플랭크등으로 반사되어서 막의 온도가 올라가도록 하는 피치와 진폭을 갖는다. 어떤 물체에 의해 방출되는 복사량은 온도의 네제곱에 비례하므로, 막의 온도상승은 본 발명에따른 막을 갖는 버너의 복사출력을 크게 증가시킨다. 따라서 가스버너의 복사력 출력은 막표면 증가뿐만아니라 막온도 증가에 의해서도 증가된다.

본 발명의 실시예에서, 버너막은 막에 파상을 부여하고 금속섬유의 가요성 직물을 지지하는 천공금속스크린을 포함한다. 이 직물은 비소결직물이 바람직하며 편직구조가 가장바람직하다. 이러한 편직구조는 온도가 급상승되는 장점을 갖는다. 이 직물은, 예를들면, 용접스폿(welding spots)수단에 의해 스크린에 고정될 수 있다.

본 발명에따라서, 복사가스버너의 효율과 복사력출력을 증가시키는 방법이 제공되는바, 이 방법은 (a) 막에 금속섬유의 직물을 제공하는 단계 (b) 비교평막의 표면적보다 적어도 5 %, 바람직하게는 적어도 10 % 큰 표면적을 갖도록 막을 파상화시키는 단계로 구성된다.

실시예

이하 첨부도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예가 설명될 것이다.

제 1 도는 본 발명에따른 복사가스버너(10)의 단면을 나타낸다. 가스혼합물을 위한 유입관(12)은 스테인레스강이나 세라믹으로 만들어지는 하우징(13)에 고정된다. 천공강판형태의 분배수단(14)이 가스혼합물을 가능한한 버너의 활성면상으로 분배시킨다. 스테인레스강에 천공(도시되지 않음)시킨 사전성형 스크린(16)은 막에 파상형태를 부여한다. FeCrAlY 섬유와 편직구조물(18)이 막(16)에 스폿용접되며 스크린(16)의 파상을 취한다. 파상은 등간격 이격되어 있으며 그사이에 플랭크(24)를 갖는 밸리(20)와 피크(22)형태를 갖는다. 예를들면, 피크의 높이는 5-10 ㎜, 피크사이의 간격은 25-40 ㎜ 범위가 될 수 있다. 화살표(26)로 나타낸것처럼, 열은 좌측플랭크(24')에서 우측플랭크(24") 및 역으로 복사되며 우측플랭크(24")와 충돌한 열은 인접한 좌측플랭크(24')로 다시 반사될 수 있다. 이같은 전후반사로 막 온도가 상승하며, 이는 복사버너출력을 증가시킨다.

비교

본 발명에따른 파상막을 갖는 버너가 평막을 갖는 비교버너와 비교되었다. 파상막과 평막을 갖는 버너모두 불꽃은 동일하며 150 ㎜ 의 폭과 200 ㎜ 의 길이를 갖는다. 버너는 6740 와트(23000 Btu/hr) 의 열입력과 8499 와트(29000 But/hr)의 열입력으로 10 % 과잉공기하에서 착화되었다. 비교를위해 사용된 장비는 다음과 같다 :

- TESTO-350 시리즈 휴대용 가스분석기 ;

- K 타입 열전대를 포함하는 온도측정장치 및 YOKOGAWA LR 4100 시리즈의 연속온도기록계

- 버너면에 평행하게 정확히 6 인치(약 150 ㎜)에 위치된, 강산화 강(ε=0.9)로 만들어진 흑체평판(230 ㎜ × 300 ㎜)

- 연료와 공기유동률을 제어하기위한 로타메터와 압력게이지

프로판과 압축공기가 실험에 사용되었다. 타입 K 열전대는 흑체판 중심온도와 버너중심에 해당하는 온도를 측정하기위해 흑체판 뒷편중심에 위치되었다. 열전대는 방의 공기류변화와 온도의 결과로 그 위치에서의 분위기로의 대류로 인한 열손실을 최소화하기위해 판 뒤에 용접된 0.5 인치 × 0.5 인치 ×1 인치(= 12.75 ㎜ × 12.75 ㎜ × 25.5 ㎜) 봉강으로 피복되었다. 10 % 과잉공기와 같은 정확한 조건을 얻기위해 특별히 주의를 기울였다. 흑체는 시험조건이 버너에서 달성될때까지 1 인치두께(= 25.5 ㎜) 세라믹판으로 복사열로부터 절연되었다. 일단 시험조건이 달성되면, 절연세라믹판은 벗겨지고 버너는 즉시 복사열에 노출되었다. 온도기록계가 연속으로 온도와 시간을 축으로 기록된다. 일단 온도가 정상상태에 도달하면, 연료프로판의 유동이 중단되고 공기가 버너를 냉각시키기위해 유동된다. 정상상태 및 최대 또는 정상상태 온도에 도달하는 시간은 기록된 자료로부터 추출된다. 버너온도는 두곳에서 측정된다. 첫번째는 TESTO 350 시리즈 휴대용 가스분석기를 사용하여 버너표면 중심으로부터 0.5 인치(= 12.75 ㎜)에 위치된다. 두번째 온도는 MINOLTA-CYCLOPS 339 시리즈 적외선온도계를 사용하여 버너표면 중심에서 측정되었다.

복사출력 및 복사효율은 다음의 이론적인 모델을 사용하여 실험데이타로부터 유도된다.

이때 - ｑ₁₂는 버너표면과 흑체판표면사이에서 교환된 순 복사에너지 ;

- ε₁은 버너표면의 복사능으로 0.68 의 상수로 가정 ;

- ε₂는 흑체의 복사능으로 0.90 과 같음 ;

- σ 는 스테판-볼츠만상수로 5.67 × 10^-8W/㎡ K⁴과 같음 ;

- T₁과 T₂는 막표면과 흑체의 온도 ;

- F₁₂는 다음식으로 주어주는 형상인자 ;

이때 W1 = L1/L, W2 = L2/L 로서

- L1, L2 는 표면들의 길이이고 L 은 표면들간의 간격임.

복사버너효율은 막과 흑체의 표면간 교환된 복사에너지와 버너총효율은 대략 0.8 로 가정한 열입력에 기초하여 계산되었다.

복사효율은 η = ｑ₁₂/(0.8 × ｑ_input)으로 정의되며, 이때 ｑ_input은 열입력 또는 연료 칼로리값 입력이다. 데이타가 아래표에 요약되어 있다.

표 :

본 발명에따른 버너막의 파상디자인은 막표면적을 더 크게해준다. 표면적증가외에, 파상은 막표면으로부터 그 자신으로 복사반사를 증가시키며 이는 막표면온도를 증가시켜서 보다 많은 에너지가 버너로부터 복사된다. 이들 두가지의 공동효과는 보다 많은 에너지 출력 및 보다 큰 버너효율이 되게한다. 단지 15 % 의 표면증가로 30 % 이상의 에너지 출력 및 효율증가가 얻어졌다.

Claims (6)

1. 금속섬유의 직물을 포함하는 복사가스버너용 막에 있어서, 막의 표면적이 비교평막의 표면적보다 적어도 5 % 크도록 막이 영구파상의 표면을 가짐을 특징으로 하는 복사가스버너용 막.
2. 제 1 항에 있어서, 파상이 하나의 피치와 진폭 및 플랭크들을 갖되, 피치와 진폭은 버너작동시 열이 플랭크의 하나로부터 이웃하는 플랭크로 복사되도록 함을 특징으로 하는 막.
3. 제 1 또는 2 항에 있어서, 막이 이 막에 파상을 부여하는 금속스크린을 또한 포함함을 특징으로하는 막.
4. 제 3 항에 있어서, 직물이 금속스크린에의해 고정되는 가용성 비소결 직물임을 특징으로 하는 막.
5. 제 4 항에 있어서, 직물이 편직구조인것을 특징으로 하는 막.
6. (a) 금속섬유의 직물을 포함하는 막을 제공하는 단계, (b) 비교평막의 표면적보다 적어도 5 % 큰 표면적을 갖도록 막을 파상화시키는 단계로 구성됨을 특징으로하는 복사가스버너의 복사력출력과 효율을 증가시키는 방법.