KR20030006748A

KR20030006748A - 도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법 및 그방법을 이용한 연소장치

Info

Publication number: KR20030006748A
Application number: KR1020010042638A
Authority: KR
Inventors: 김소중
Original assignee: 김소중
Priority date: 2001-07-14
Filing date: 2001-07-14
Publication date: 2003-01-23

Abstract

가열로의 챔버와 연통된 화구에 가연성 개스를 공급하기 위한 노즐유니트와, 가연성 개스와 공기를 강제 혼합시켜 주기 위하여 노즐유니트에 강제적으로 공기를 송풍시켜 주기 위한 송풍유니트를 포함하는 구성에 의해 개스와 공기 혼합을 적절하고 용이하게 조절토록 하여 완전 연소에 의한 개스소비량 절감 및 열효율을 향상을 도모할 수 있는 개스버너 연소방법과 연소장치 및 그 연소장치를 이용한 도자조형물 소성가열용 가마.

Description

도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법 및 그 방법을 이용한 연소장치{A method for burning gas burner of burning furnace for pottery moulder and burning apparatus using the same}

본 발명은 도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법 및 그 방법을 이용한 연소장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기와나 도자기 등과 같은 도자조형물은 점토나 고령토와 같은 흙으로 날조형물을 제조하여 일차적으로 건조시킨 다음, 일정한 강도와 표면 조도 및 칼라를 지니도록 가열 소성하는 과정을 거치게 된다. 이러한 도자조형물이나 세라믹의 가열 소성은 가연성 개스를 연소시켜 열을 가하게 되는 소위, 불가마와 같은 가열로를 주로 이용하고 있다.

종래의 도자조형물 소성용 가열로는 통상 버너 연소장치가 대기압을 이용하여 가연성 개스를 연소하도록 되어 있는 소위, 벤츄리형 버너(ventury type burner)가 주로 이용된다. 즉, 도 1을 참조하면, 종래 가열로(10)의 버너 연소장치(13)는 도시된 바와 같이 도자조형물(1)이 장입되는 챔버(11)의 하방부에 구비된 화구(12)에 노즐유니트(13a)가 설치되고, 그 노즐유니트(13a)에 개스탱크(G)와 연결된 개스공급관(13b)이 연결된 구성을 가진다. 이러한 구성에 따르면, 화구(12)로 공급되는 개스 흐름으로 인하여 주위 공기가 자연스럽게 빨려 들어 개스와 혼합된 상태에서 연소하도록 되어 있다.

상기한 바와 같이 대기압을 이용한 연소방식을 채용하고 있는 종래의 불가마 또는 가열로는 일정한 공기를 끌어 들이기 위하여 고압으로 개스를 공급해야 하므로, 개스소비량이 증가할 뿐만 아니라 개스와 공기가 각각 사용되는 양이 대략 10%와 90%로 불균형한 상태로 혼합되며 그 조절이 용이하지 않아 불완전 연소에 의해 열효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 비교적 고온에서 연소가 되므로, 온도 상승 속도가 늦어져 가열로 내부의 상부와 하부 온도 편차가 많아 장입된 도자성형물의 품질에 악영향을 미치는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 가열로의 벤츄리형 버너 연소장치가 가지는 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강제송풍에 의해 개스와 공기 혼합을 적절하고 용이하게 조절함으로써 완전 연소에 가깝도록 하여 개스소비량을 절감함과 동시에 열효율을 향상시킬 수 있는 도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 강제송풍에 의해 개스와 공기 혼합을 적절하고 용이하게 조절함으로써 완전 연소에 가깝도록 하여 개스소비량을 절감함과 동시에 열효율을 향상시킬 수 있는 도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공기 강제 혼합방식을 이용한 개스버너 연소장치를 채용하여 저온 연소와 온도 상승 속도를 일정한 상태로 유지함으로써 온도 편차를 최소화하고, 가동시간을 단축시킴과 동시에 도자성형물의 품질안정을 도모할 수 있는 도자성형물 소성가열용 가마를 제공하고자 함이다.

도 1은 종래 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법 및 연소장치를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법 및 연소장치를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 구성도,

도 3은 도 2의 요부를 발췌하여 도시해 보인 개략적 사시도,

도 4는 도 2에 도시된 연소장치를 발췌하여 도시해 보인 개략적 단면 구성도,

도 5는 도 4에 도시된 연소장치의 노즐 외관을 발췌하여 도시해 보인 개략적 횡단면도,

도 6은 도 4에 도시된 연소장치의 그물망 내관을 발췌하여 도시해 보인 개략적 단면 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...도자조형물 10...가열로(가마)

11...챔버 12...화구

13...버너 연소장치 100...버너 연소장치

110...노즐유니트 111...개스공급관

112...노즐 외관 112a...제1노즐홀

113...노즐 내관 113a...제2노즐홀

113b...나선형 와류형성 가이드 113c...플랜지부

114...화구관 120...송풍유니트

121...송풍관 122...에어 챔버

123...그물망 내관 A...송풍기

G...개스탱크

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 도자조형물 소성가열용 가마의 개스버너 연소방법은, 챔버에 도자조형물을 장입하고, 상기 챔버와 연통되도록 개구된 화구를 통하여 가연성 가스를 공급 연소하여 화염을 방사함으로써 상기 도자조형물을 가열 소성하는 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스연소방법에 있어서, 상기 화구로 가연성 개스를 공급하는 단계와; 상기 가연성 개스에 공기를 강제로 혼합시키기 위한 송풍단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의한 도자조형물 소성가열용 가마의 개스연소방법에 방법에 있어서, 상기 개스와 공기를 와류 형성에 의해 혼합시키는 것이 바람직하며, 상기 송풍단계에서 공급되는 공기를 상기 화구를 통해 전달되는 화염의 복사열에 의해 가열시켜 공급하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 도자조형물 소성가열용 가마의 버너 연소장치는, 챔버와 연통된 화구에 설치되는 가열로의 버너 연소장치에 있어서, 상기 화구에 가연성 개스를 공급하기 위한 노즐유니트와; 상기 가연성 개스와 공기를 강제 혼합시켜 주기 위하여 상기 노즐유니트에 강제적으로 공기를 송풍시켜 주기 위한 송풍유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 도자조형물 소성가열용 가마는, 도자조형물이 장입되는 챔버와 연통되는 화구에 설치되어 가연성 가스 연소에 의한 화염 방사를 통해 상기 도자조형물을 가열 소성하기 위한 버너 연소기를 포함하는 도자조형물의 소성가열용 가마에 있어서, 상기 버너 연소기는,

상기 화구에 가연성 개스를 공급하기 위한 노즐유니트와; 상기 가연성 개스와 공기를 강제 혼합시켜 주기 위하여 상기 노즐유니트에 강제적으로 공기를 송풍시켜 주기 위한 송풍유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 노즐유니트는, 개스공급관과; 상기 개스공급관과 연통되는 제1노즐홀을 가지는 노즐 외관과; 상기 제1노즐홀과 통하는 제2노즐홀을 가지고 상기 노즐 외관의 내부에 설치되는 노즐 내관과; 상기 노즐 외관과 노즐 내관의 선단부를 지지하여 상기 화구에 연통되도록 설치되는 화구관;을 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

그리고, 상기 노즐 내관은 양단부에 외경이 확장된 플랜지부를 가지며, 그 플랜지부가 상기 노즐 외관의 내주면에 밀착되도록 결합되어 상기 노즐 외관과 상기 노즐 내관 사이에 개스가 충전되도록 밀폐된 실린더형 공간부가 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 노즐 내관의 내주면에는 적어도 하나 이상의 나선형 와류형성 가이드가 구비된 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 송풍유니트는, 송풍기에 연결된 송풍관과, 상기 송풍관과 상기 노즐유니트의 사이에 설치되는 에어챔버를 포함하며, 상기 에어챔버는 상기 송풍관에서 공급되는 공기가 일시적으로 충전되도록 수용하여 상기 화구에서 연소되는 화염의 복사열을 이용하여 가열시켜 주도록 구성된 것이 바람직하다.

상기 송풍관의 내부에는 벽체가 그물망으로 형성된 내관이 설치되며, 그 그물망 내관이 송풍 공기의 흐름을 간섭하여 풍량과 풍속을 조절하도록 구성된 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 가열로의 버너 연소장치를 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면 본 발명에 의한 공기 강제 혼합형 버너 연소장치(100)는, 가열로(10)의 챔버(11)와 연통되도록 개구된 화구(12)에 가연성 개스를 공급하기 위한 노즐유니트(110)와, 상기 가연성 개스와 공기를 강제 혼합시켜 주기 위하여 상기 노즐유니트(110)에 강제적으로 공기를 송풍시켜 주기 위한 송풍유니트(120)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 노즐유니트(110)는 예컨대 LPG와 같은 가연성 개스가 충전된 개스탱크(G)에 연결되도록 설치되는 개스공급관(111)과, 그 개스공급관(111)과 연통되는 제1노즐홀(112a)을 가지는 노즐 외관(112)과, 상기 제1노즐홀(112a)과 통하는 제2노즐홀(113a)을 가지고 상기 노즐 외관(112)의 내부에 설치되는 노즐 내관(113)과, 상기 노즐 외관(112)과 노즐 내관(113)의 선단부를 지지하여 상기 화구(12)에 연통되도록 설치되는 화구관(114)을 포함한다.

상기 제1노즐홀(112a)과 상기 제2노즐홀(113a)은 각각 상기 노즐 외관(112)과 상기 노즐 내관(113)의 실린더형 벽체 중앙부의 일측에 형성되며, 상기 개스공급관(111)은 상기 노즐 외관(112) 및 노즐 내관(113)과 직교하는 방향으로 설치된다.

상기 노즐 내관(113)은 도시된 바와 같이 양단부에 외경이 확장된 플랜지부(113c)를 가지며, 그 플랜지부(113c)가 상기 노즐 외관(112)의 내주면에 밀착되도록 결합되어 상기 노즐 외관(112)의 내주면과 상기 노즐 내관(113)의 외주면 사이에 개스가 충전되도록 밀폐된 실린더형 공간부(s)가 형성된다.

상기 실린더형 공간부(s)는 상기 노즐 외관(112)의 제1노즐홀(112a)을 통해 유입되는 개스를 일시적으로 수용하는 버퍼의 역할을 함에 따라 상기 노즐 내관(113)의 제2노즐홀(113a)로 공급되는 개스의 공급속도와 공급량을 조절하는 기능을 가진다.

그리고, 상기 노즐 내관(113)의 내주면에는 복수의 나선형 와류형성 가이드(113b)가 구비되는데, 상기 나선형 와류형성 가이드(113b)는 도 5에 예시된 바와 같이 상기 노즐 내관(113)의 내주면이 함몰 형성된 스크류형태로 가공할 수있다. 상기 나선형 와류형성 가이드(113b)는 상기 노즐 내관(113)으로 유입되는 개스와 공기를 와류로 형성하여 균일하게 혼합시켜 주는 기능을 가진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 나선형 와류형성 가이드(113b)는 비록 도면으로 예시하지는 않았으나 상기 노즐 내관(113)의 내주면이 돌출 형성된 스크류형태로 가공할 수도 있으며, 또한 별도의 스크류형 가이드 구조물을 설치할 수도 있다.

상기 송풍유니트(120)는, 송풍기(A)에 연결된 송풍관(121)과 상기 노즐유니트(110)와 상기 송풍관(121)의 사이에 연결되도록 설치되는 에어챔버(122)를 포함한다.

상기 송풍관(121)의 내부에는 송풍 공기의 흐름을 간섭하여 풍속과 풍량을 조절함과 동시에 공기 유입시 발생되는 소음을 흡수하기 위한 수단으로서, 그물망 내관(123)이 설치된다.

상기 그물망 내관(113)은 도 6에 도시된 바와 같이 실린더형 그물망(123a)의 몸체에 복수의 바아형 프레임부재(123b)가 등간격으로 배치되도록 지지되며, 양단부에는 지지링(123d)이 설치된 구조를 가진다.

상기 바아형 프레임부재(123b)는 중공형의 구조를 가지는 것으로서, 중공부에는 흡음재(123c)가 내장되어 있다.

상기 에어챔버(122)는 상기 송풍관(121)과 상기 노즐 내관(113)에 비해 큰 내경을 가지는 공기충전실로서, 상기 송풍관(121)에서 공급되는 차가운 공기가 일시적으로 충전되도록 머무르게 하여 상기 화구관(114)의 주위를 통해 하방부로 전달되는 화염의 복사열에 의해 일정한 온도로 가열 상승시켜 주는 기능하게 된다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 가열로의 버너 연소장치의 작용에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 공기 강제 혼합형 버너 연소장치(100)에 따르면, 예컨대 LPG와 같은 가연성 개스가 충전된 개스탱크(G)에 연결된 개스공급관(111)을 통하여 상기 제1노즐홀(112a)과 상기 실린더형 공간부(s) 및 상기 제2노즐홀(113a)을 거쳐 노즐 내관(113)으로 가연성 개스가 공급되기 시작함에 따라 송풍기(A)가 연동적으로 작동하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기한 개스 공급과 송풍 과정은 예컨대, 메인콘트롤러(미도시)의 조작에 의한 시퀀스제어 또는 오퍼레이터의 수동조작 등 통상적인 버너 연소장치의 작동과 실질적으로 동일하게 행할 수 있으며, 송풍기(A)의 작동과 개스공급 시점은 그 순서에 구애받지 않는다.

상기 송풍기(A)의 작동에 의해 공기가 송풍관(121)을 통해 에어챔버(122)에 공급된다. 이때, 상기 송풍관(121)으로 급속하게 유입되는 공기는 그 내부에 설치된 그물망 내관(123)에 의해 간섭되어 풍속이 완화됨과 동시에 균일하게 분포되는 상태를 유지하게 된다. 또한, 공기의 급속 유입시 발생되는 소음은 상기 그물망 내관(113)의 바아형 프레임부재(123b)에 내장된 흡음재(123c)에 의해 흡수되어 방음되도록 되어 있다.

상기 송풍관(121)을 통하여 유입되는 차가운 공기는 상기 에어챔버(122)에 이르러 아주 짧은 시간동안 충전된 상태로 머무르게 된다. 이때, 상기 화구관(114)의 주위를 통해 하방부로 전달되는 화염의 복사열이 차가운 공기를 일정한 온도로 가열하여 더운 공기로 전환시켜 준다. 이로써, 화구(12)로 차가운 공기가 유입됨에 따라 불완전연소나 폭음 발생 등을 배제시킬 수가 있게 된다.

한편, 상기 노즐 내관(113)으로 유입된 개스와 공기는 상기 나선형 와류형성 가이드(113b)에 의해 와류로 형성됨에 따라 상호 균일한 혼합비로 혼합되게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 노즐 내관(113)에서 혼합된 개스와 공기의 이용량은

각각 50%씩으로, 대략 1 : 1의 혼합비를 이루는 상태에서 상기 화구(12)로 공급되므로 완전연소가 가능하여 안정된 불꽃과 열효율을 높일 수가 있다.

다음 [표 1]은 기존의 벤츄리형 버너 연소장치와 본 발명에 의한 공기 강제 혼합형 버너 연소장치를 도자기 가마와 세라믹 가마에 적용해 본 결과에 따른 상대적인 특성 차이를 비교하여 나타내 보인 것이다.

구 분	기존 벤츄리형 연소장치	본 발명에 의한 연소장치
1. 연 소 성	불완전 연소	완전 연소
2. 개스 공급 압력	준저압(0.1-0.4㎏/㎝)	저압(280㎜AQ)
3. 조형물의 품질	도자기 혼탁	도자기 맑고 깨끗함
4. 개스 소비량	많음	적음(기존의 40%정도절감)
5. 열 량	낮다	높다
6. 가마 가동시간	길다(12HR)	짧다(9HR)
7. 내부 온도 편차	상하온도 편차 많음	상하온도 편차 거의 없음
8. 고온 연소성	온도상승 속도 늦음	온도상승 속도 일정
9. 온도 전달성	늦음	빠름
10. 공기 취입 방법	대기압	강제송풍

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 가열로의 버너 연소장치에 따르면, 다음과 같은 작용효과를 얻을 수가 있다.

첫째, 강제송풍방식에 의해 가연성 개스와 공기를 적절한 상태로 혼합시켜 줌으로써 실질적으로 완전연소를 실현하여 개스소비량을 절감함과 동시에 열효율을 대폭적으로 향상시킬 수가 있다.

둘째, 비교적 저온 연소가 가능하여 온도 상승 속도와 열전달 속도를 높일 수 있으므로, 가열로의 가동시간을 단축시킴과 동시에 가열로 내부의 온도 편차를 줄여 도자성형물의 품질안정을 도모할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

Claims

챔버에 도자조형물을 장입하고, 상기 챔버와 연통되도록 개구된 화구를 통하여 가연성 가스를 공급 연소하여 화염을 방사함으로써 상기 도자조형물을 가열 소성하는 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스연소방법에 있어서,

상기 화구로 가연성 개스를 공급하는 단계와;

상기 가연성 개스에 공기를 강제로 혼합시키기 위한 송풍단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스연소방법.
제1항에 있어서, 상기 개스와 공기를 와류 형성에 의해 혼합시키는 것을 특징으로 하는 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스연소방법.
제1항에 있어서, 상기 송풍단계에서 공급되는 공기를 상기 화구를 통해 전달되는 화염의 복사열에 의해 가열시켜 공급하는 것을 특징으로 하는 도자조형물의 소성가열용 가마의 개스연소방법.
도자조형물이 장입되는 챔버와 연통되는 화구에 설치되어 가연성 가스 연소에 의한 화염 방사를 통해 상기 도자조형물을 가열 소성하기 위한 개스버너 연소기를 포함하는 도자조형물의 소성가열용 가마에 있어서, 상기 개스버너 연소기는,

상기 화구에 가연성 개스를 공급하기 위한 노즐유니트와; 상기 가연성 개스와 공기를 강제 혼합시켜 주기 위하여 상기 노즐유니트에 강제적으로 공기를 송풍시켜 주기 위한 송풍유니트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.
제4항에 있어서, 상기 노즐유니트는,

개스탱크에 연결된 개스공급관과;

상기 개스공급관과 연통되는 제1노즐홀을 가지는 노즐 외관과;

상기 제1노즐홀과 통하는 제2노즐홀을 가지고 상기 노즐 외관의 내부에 설치되는 노즐 내관과;

상기 노즐 외관과 노즐 내관의 선단부를 지지하여 상기 화구에 연통되도록설치되는 화구관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.
제5항에 있어서, 상기 노즐 내관은 양단부에 외경이 확장된 플랜지부를 가지며, 그 플랜지부가 상기 노즐 외관의 내주면에 밀착되도록 결합되어 상기 노즐 외관과 상기 노즐 내관 사이에 개스가 충전되도록 밀폐된 실린더형 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.
제5항에 있어서, 상기 노즐 내관의 내주면에는 적어도 하나 이상의 나선형 와류형성 가이드가 구비된 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.
제4항에 있어서, 상기 송풍유니트는,

송풍기에 연결된 송풍관과, 상기 송풍관과 상기 노즐유니트의 사이에 설치되는 에어챔버를 포함하며, 상기 에어챔버는 상기 송풍관에서 공급되는 공기가 일시적으로 충전되도록 수용하여 상기 화구에서 연소되는 화염의 복사열을 이용하여 가열시켜 주도록 된 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.
제8항에 있어서, 상기 송풍관의 내부에는 벽체가 그물망으로 형성된 내관이 설치되며, 그 그물망 내관이 송풍 공기의 흐름을 간섭하여 풍량과 풍속을 조절하도록 된 것을 특징으로 하는 도자성형물의 소성가열용 가마.