KR20130067238A - 이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트 - Google Patents

이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 형성된 상층; 및 제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 형성된 하층을 포함하고, 상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 하층과 연결되거나, 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 상층과 연결되거나, 또는 상층 및 하층을 연결하는 추가의 결합사를 포함하며, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사는 내열성 금속 섬유를 포함하는 이중직 금속 섬유 직물, 및 이와 같은 금속 섬유 직물을 포함하는 표면 연소 매트에 관한 것이다.
본 발명의 이중직 금속 섬유 직물로 된 표면 연소 매트는 두꺼운 두께로 인하여 넓은 TDR을 구현할 수 있으며, 구체적으로 저부하 및 고부하 영역에 걸쳐 열량과 부하를 적절하게 조절할 수 있고, 두꺼운 두께로 인하여 표면 연소 매트 하의 냉각 영역이 충분히 확보되고 연소 시 매트 하부의 온도를 낮게 유지할 수 있으므로 버너 내부로의 열 전달 및 버너의 과열이 방지될 뿐만 아니라 매트에 의한 열량 손실이 최소화되어 버너의 효율이 개선되고 부품의 손상이 방지될 수 있다.

Description

이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트{DOUBLE WEAVE METALLIC FIBER FABRIC AND SURFACE COMBUSTION MET USING THE SAME}
본 발명은 이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 신축성이 우수하고 단위 면적 당 두께가 두꺼운 이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용하여 제도된 열량 조절 및 부하 조절 능력이 우수하며 열 손실 및 팽창이 방지되는 표면 연소 매트에 관한 것이다.
도 1에는 표면 연소 버너의 일반적인 구조와 이에 사용되는 표면 연소 미디어인 금속 섬유 매트에서의 연소 현상을 나타내었다. 도 1에 나타난 바와 같이, 연료와 공기가 예비 혼합된 가스, 즉 예혼합 가스가 버너의 분배 구조를 통하여 금속 섬유 매트 후단으로부터 균일하게 분포되어 금속 섬유 매트로 공급되며, 예혼합 가스는 금속 섬유 매트를 통과하여 매트의 상부에서 표면 연소 된다. 이때 금속 섬유 매트의 상부는 연소 영역이 되고, 하부는 연소되기 직전의 차가운 예혼합 가스가 지나가면서 냉각 영역을 유지하게 되어 금속 섬유 매트가 과열되지 않고 약 900 내지 1,000℃ 정도의 일정한 표면 온도를 유지할 수 있도록 한다.
한편, 이러한 금속 섬유 매트의 두께가 얇으면 냉각 영역이 또한 얇아지기 때문에 매트 상부의 열이 매트 후면으로 전달되어 금속 섬유 후면에 위치하는 버너의 내부 부품, 예를 들어, 분배 판 등에서 열 변형 등이 발생하게 된다. 또한, 금속 섬유 매트는 팽팽하게 당겨진 상태로 제직되기 때문에 버너의 연소 열에 의해 팽창되며, 이 때 매트의 열 팽창으로 인하여 매트가 상부 방향으로 볼록하게 솟아 분배 판과 이격되는 현상이 발생될 수 있다. 이러한 현상이 반복적으로 진행되면 매트의 변형 및 내부 부품이 손상되는 문제가 발생한다.
이러한 표면 연소 버너용 금속 섬유 미디어는 일반적으로 금속 섬유 얀을 제직 또는 편직한 직물 또는 편물과 같은 천의 형태로 제작되며, 보다 구체적으로는 매트 형태로 제작된다.
예를 들어, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 단중직 직물 매트는 제작이 쉽고, 재직 패턴의 변경이 용이하며, 제작 비용이 적게 드는 장점이 있다. 그러나, 금속 섬유 얀의 굵기에는 한계가 있으며, 1인치 내에 배치할 수 있는 경사 및 위사의 수가 제한되므로 다양한 두께, 단위 면적 당 중량, 공기 투과도 및 열량 조절을 구현하기 어려운 문제가 있다.
종래의 단중직 매트는 이론적으로 최대발열: 최소발열 비(TDR)가 10:1 이상인 연소 영역에서 적용 가능하며, 버너 단독으로 외부에서 사용될 경우 구현이 가능하지만, 실제 열교환기, 피가열체, 로 내부 등 시스템의 일부로 적용될 경우 상기 TDR 영역이 3:1 내지 5:1 정도로 줄어들게 된다. 따라서 단중직 매트의 경우 실제 연소 영역에 따라 저부하용 또는 고부하용으로 사양을 결정하여 설계 및 제조된다.
한편, 편물 매트는 두께가 두꺼우면서도 공기 투과도를 높게 유지할 수 있어 넓은 연소 부하 변동율을 구현할 수 있으며 신축성이 우수하므로, 콘덴싱 보일러, 온수기 등과 같은 고효율, 친환경 에너지 기기의 연소 시스템에 널리 적용되고 있으나, 편물은 제조 비용이 고가인 문제가 있다.
한편, 경사와 위사를 한 번씩 교차하여 제직된 단중직 직물은 경사와 위사가 교차하는 부분에 도 3에 나타낸 바와 같이 염공이 형성된다. 이러한 염공의 형상 및 치수에 의해 직물의 기공도가 결정되며, 이는 직물이 사용되는 표면 연소 미디어의 연소 효율과 관련된다. 촘촘하게 제직된 단중직 직물, 즉 밀도가 높은 직물은 염공 및 통기도가 저조하여 표면 연소 미디어로 사용하기에 부적합하다. 반면, 헐겁게 제직된 단중직 직물, 즉 밀도가 낮은 직물은 경사 및 위사가 움직여서 제직 후 염공의 형상 및 크기가 일정하게 유지되지 않으며, 따라서 도 4에 나타낸 바와 같이, 염공의 형상 및 크기의 불균일이 발생할 수 있고, 장력 완화로 인한 얀의 구부러짐 문제 등이 발생하며, 이로 인하여 표면 연소 미디어에서의 연소 효율이 저하된다.
낮은 밀도, 예를 들어, 800g/㎡의 단중직 직물 두 장을 겹쳐서 1,600g/㎡의 직물로 제조하는 경우에, 염공이 균일하고 일정하게 되도록 두 장의 직물을 겹치는 것은 거의 불가능하다. 구체적으로, 도 5에 나타낸 바와 같이, 두 장의 단중직 직물을 겹치는 경우에, 얀의 움직임으로 인한 염공의 형상 및 크기의 불균일, 장력 완화로 인해 얀이 구부러지는 문제 등이 발생하며, 따라서 우수하고 균일한 통기성을 확보하도록 두 장의 단중직 직물을 겹치는 것은 실질적으로 불가능하다.
이와 같이, 단중직 직물을 겹쳐서 2겹의 직물로 제조하는 경우에는 상기와 같이 염공이 어긋나고, 얀 끼리 겹치는 부분 등으로 인하여 염공 및 기공도가 불균일하게 되므로, 이러한 직물을 표면 연소 미디어로 사용하는 경우에, 일부분은 적염이 그리고 일부분은 청염이 형성되어 화염이 불균일하게 발생되며, 이로 인하여 매트의 표면 온도 차이가 발생하는 결과 매트가 변형되며, 연소 효율 및 연소 시스템의 가열 효율이 떨어진다.
따라서, 이러한 문제를 극복할 수 있는 내열성 이중직 금속 섬유 직물 및 이를 이용한 표면 연소 매트가 제공되는 경우 관련 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
이에 본 발명의 한 측면은 종래의 단중직 매트에 비하여 단위 면적 당 두께가 두꺼운 이중직 금속 섬유 직물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면은 상기와 같은 이중직 금속 섬유 직물을 이용하여 열량 조절, 부하 조절 및 연소 효율이 우수한 표면 연소 매트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 형성된 상층; 및 제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 형성된 하층을 포함하고, 상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 하층과 연결되거나, 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 상층과 연결되거나, 또는 상층 및 하층을 연결하는 추가의 결합사를 포함하며, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사는 내열성 금속 섬유를 포함하는 이중직 금속 섬유 직물이 제공된다.
상기 내열성 금속 섬유는 철-크롬-알루미늄계 합금인 것이 바람직하다.
상기 내열성 금속 섬유는 직경이 20 내지 80㎛인 것이 바람직하다.
상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사는 1m 당 0.5 내지 1.5g의 중량을 갖는 내열성 금속 섬유의 다발로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 내열성 금속 섬유의 다발은 120 내지 250 가닥의 내열성 금속 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사는 16 내지 30 가닥의 상기 내열성 금속 섬유의 다발을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사는 굵기가 일정한 것이 바람직하다.
상기 이중직 금속 섬유 직물은 두께가 2mm 내지 3.5mm인 것이 바람직하다.
상기 이중직 금속 섬유 직물은 단위 면적 당 1000 내지 3000g의 중량을 갖는 것이 바람직하다.
상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사 중 적어도 하나 이상은 0.3 내지 50mm 간격으로 요철을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 이중직 금속 섬유 직물은 기공도가 89% 내지 91%인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기와 같은 본 발명의 금속 섬유 직물을 포함하는 표면 연소 매트가 제공된다.
상기 표면 연소 매트의 밀도는 1000g/m2 내지 2000g/m2인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 이중직 금속 섬유 직물은 단중직 직물에 비하여 단위 면적 당 두께가 두꺼우면서도 단중직 직물에 필적하는 단위 무게 당 중량, 및 공기 투과도를 갖는다. 따라서, 본 발명의 이중직 금속 섬유 직물로 된 표면 연소 매트는 두꺼운 두께로 인하여 넓은 최고 발열: 최소 발열 비(TDR)를 구현할 수 있으며, 구체적으로 저부하 내지 고부하 영역 모두에 걸쳐서 열량 및 부하를 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 두꺼운 두께로 인하여 표면 연소 매트 하의 냉각 영역이 충분히 확보되고 연소 시 매트 하부의 온도를 낮게 유지할 수 있으므로 버너 내부로의 열 전달 및 버너의 과열이 방지될 뿐만 아니라 매트에 의한 열량 손실이 최소화되어 버너의 효율이 개선되고 부품의 손상이 방지될 수 있다.
도 1은 표면 연소 버너의 구조 및 표면 연소 미디어인 매트에서의 연소 현상을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 단중직 직물의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 단중직 직물의 평면도를 나타낸 것이다.
도 4는 불균일한 염공 및 장력 완화로 인한 얀의 구부러짐을 보여주는 종래의 단중직 직물의 평면도이다.
도 5는 종래 단중직 직물을 겹친 경우의 평편도를 나타낸 것이다
도 6은 본 발명의 일 구현에 의한 이중직 직물 제직에 사용되는 조직도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 구현에 의한 이중직 금속 섬유 직물의 사시도를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 구현에 의한 이중직 직물의 평면도를 나타낸 것이다.
도 9 및 10은 본 발명의 일 구현에 의한 이중직 직물의 측단면도를 나타낸 것이다.
도 11은 표면 연소 매트의 후면 온도 분포 측정에 사용되는 장치의 개략도를 나타낸 것이다.
도 12는 발열량에 따른 실시예 1(이중직 매트)과 비교예 1(단중직 매트)의 직물로 이루어진 표면 연소 매트의 후면 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 종래의 단중직 직물에 비하여 단위 면적 당 두께가 두꺼우면서도 중량 및 공기 투과도는 종래의 단중직 직물에 필적하는 금속 섬유로 직조된 이중직 직물이 제공된다. 본 발명에 의한 이중직 금속 섬유 직물은 또한 종래의 금속섬유 편직물에 필적하는 우수한 신축성을 가질 뿐만 아니라, 염공의 크기 및 형태가 균일하고 일정하다.
보다 상세하게, 본 발명에 의하면 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 형성된 상층; 및 제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 형성된 하층을 포함하고, 상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 하층과 연결되거나, 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 상층과 연결되거나, 또는 상층 및 하층을 연결하는 추가의 결합사를 포함하며, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 내열성 금속 섬유를 포함하는 이중직 금속 섬유 직물이 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 이중직 직물의 구조는 상층 및 하층의 두 층이 이들을 구성하는 경사 및/또는 위사에 의해 결합되거나, 또는 별도의 결합사에 의해 결합되어 두 직물층이 결합된 상태로 제직된 직물을 말하며, 이중직 직물은 당해 기술 분야에 알려진 제직법에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 본 발명에 의한 이중직 직물의 구조 및 제직 방법이 특정한 방법으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명의 일 구현예에 의한 이중직 금속 섬유 직물은 도 6의 조직도에 따라 단일 공정으로 제직될 수 있다. 한편, 상기 도 6의 조직도에 따라 예시적으로 제직된 이중직 직물의 사시도를 도 7에, 상부 평면도를 도 8에, 그리고 측단면도를 도 9 및 10에 각각 나타내었다. 본 발명의 이중직 금속 섬유 직물은 도 7 내지 10에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상층 및 하층이 이들의 경사 및/또는 위사, 또는 추가의 결합사에 의해 결합된 두 층을 갖는 단일한 직물로 제직될 수 있다.
구체적으로, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이중직 금속 섬유 직물은 두 층의 경사(혹은 위사)의 위, 아래를 위사(혹은 경사)가 동시에 걸쳐서 제직되고, 이와 동시에 결합사는 위사(혹은 경사)에 의해 함께 걸쳐진 2층의 경사(혹은 위사)에서 상층 경사(혹은 위사)와 하층 경사(혹은 위사)를 위사(혹은 경사)의 짜임과 어긋나게 걸치도록 교차하여 제직될 수 있다.
편의상, 본 명세서에서는 경사와 위사를 구별하여 기재하였으나, 경사 및 위사는 서로 대체가 가능한 것으로, 이들을 바꾸어 상술한 바와 같이 이중직 직물로 제직할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 결합사는 별도의 결합사이거나 또는 위사 및/또는 경사의 일부일 수 있으며, 상기한 바와 같이 제직함으로서 상층과 하층이 결합된 이중직 금속 섬유 직물이 제직될 수 있으며, 그 결과 제직된 직물은 도 8에 나타난 바와 같이 염공이 균일한 크기, 배열 및 간격으로 형성될 수 있다. 따라서, 이러한 이중직 직물을 표면 연소 매트로 사용하는 경우에는 우수한 통기성 및 연소 효율을 획득할 수 있다.
본 발명의 이중직 금속 섬유 직물을 구성하는 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 내열성 금속 섬유를 포함하며, 바람직하게는 내열성 금속 섬유로 이루어진다.
상기 내열성 금속 섬유는 내열성을 갖는 금속의 섬유라면 특히 제한되지 않으나, 바람직하게는 철-크롬-알루미늄계 합금인 어떠한 종류의 페크랄로이(Fecralloy) 합금으로된 금속 섬유가 사용될 수 있다. 상기 철-크롬-알루미늄계 합금은 예를 들어, 크롬(Cr) 18-27중량%, 알루미늄(Al) 3-7중량%, 바람직하게는 5-7중량%, 및 잔부 철(Fe)을 포함할 수 있다.
나아가, 상기 철-크롬-알루미늄계 합금은 지르코늄(Zr), 이트륨(Y) 등과 같은 추가의 금속 성분을 0.05-0.5중량%, 바람직하게는 0.1~0.3중량% 추가로 포함할 수 있다.
한편, 상기 내열성 금속 섬유는 스테인레스 스틸(stainless steel) 금속 섬유, 구체적으로는 스테인레스 스틸 316L 금속 섬유가 사용될 수도 있다.
상기 내열성 금속 섬유는 직경이 20 내지 80㎛인 것이 바람직하며, 20 내지 50 ㎛인 것이 보다 바람직하다. 상기 내열성 금속 섬유의 직경이 20㎛ 미만인 경우 섬유의 직경이 너무 작아 강도에 문제가 있으며, 80㎛를 초과하는 경우 한 가닥의 얀(Yarn)을 이루는 섬유의 가닥 수가 적어지므로 얀(Yarn)을 만들 수 없는 문제가 있다.
나아가, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 1m 당 0.5 내지 1.5g의 중량을 갖는 내열성 금속 섬유의 다발로 이루어진 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.5g 내지 1.0g의 중량을 갖는 내열성 금속 섬유의 다발로 이루어진다.
상기 내열성 금속 섬유 다발이 길이 1m당 1.5g를 초과하여 굵어지면, 매트가 두꺼워지고, 단위 면적당 중량이 증가하고, 금속 재질 특성상 재직이 어렵고, 공기 투과도가 떨어지며, 저부하 영역에서의 사용이 어려워진다. 또한, 매트의 공기 투과도가 떨어지므로 저압, 저유량을 사용하는 적염 모드의 적용 가능 영역이 좁아진다.
반면, 내열성 금속 섬유 다발이 길이 1m 당 0.5g 미만으로 가늘어지면, 기계적 강도가 떨어지고, 공기 투과도가 너무 높아져서 연소 미디어 혹은 매트로 적용하기 어려워진다. 또한, 예혼합 가스 연소 시 화염 홀더(flame holder) 역할을 하는 영역이 좁아져 화염 부상 우려가 있으며, 특히 고부하 영역에서의 사용이 어려워진다.
상기 내열성 금속 섬유의 다발은 120 내지 250 가닥의 내열성 금속 섬유를 포함하는 것이 바람직하며, 120 내지 200 가닥의 내열성 금속 섬유를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 내열성 금속 섬유의 다발이 120 가닥 미만의 내열성 금속 섬유를 포함하는 경우에는 얀(Yarn)을 구성하는 금속 섬유의 수가 적어져서 (Yarn)의 형성 및 강도에 문제가 있고 250 가닥을 초과하는 내열성 금속 섬유를 포함하는 경우에는 통기성이 저하되고 연소 시 부하 변동 폭이 좁아지므로 원활한 가스 분출에 문제가 있다.
나아가, 상기 제1경사, 제2경사, 제1위사, 제2위사 및 연결사를 포함하는 얀은 각각 16 내지 30 가닥의 상기 내열성 금속 섬유의 다발을 포함하는 것이 바람직하며, 20 내지 25 가닥의 상기 내열성 금속 섬유의 다발을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
얀이 16 가닥 미만의 내열성 금속 섬유의 다발을 포함하는 경우에는 제조 시 얀(Yarn) 사이의 간격이 너무 넓어지므로 기공의 크기가 커져서 결과적으로 연소에 문제가 있을 수 있고, 30 가닥을 초과하여 포함하는 경우에는 얀(Yarn) 사이의 간격이 너무 좁아지므로 연소가 발생하지 못하는 문제가 있다.
한편, 상기 제1경사, 제2경사, 제1위사, 제2위사 및 연결사를 포함하는 얀은 굵기가 일정한 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 이들의 굵기는 동일한 것이다.
이들은 금속 섬유 사이의 기공에서의 가스 연료의 분출, 차압 및 연소 효율 등을 고려하여, 연사 혹은 가연사로 제조될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 3~5 turns/m으로 꼬아서 제조할 수 있다.
본 발명에 의한 상기 이중직 금속 섬유 직물은 두께가 2mm 내지 3.5mm인 것이 바람직하며, 2.5 내지 3.0mm인 것이 보다 바람직하다. 상기 이중직 금속 섬유 직물의 두께가 2mm 미만인 경우에는 너무 얇아 연소 시 변형 가능성이 있고 통기도가 너무 높아지므로 정상적인 연소에 문제가 있을 수 있으며, 두께가 3.5 mm를 초과하는 경우에는 두께가 너무 두껍고 통기도가 낮아져서 부하 변동 폭이 좁아지므로 가스 분출에 문제가 발생할 수 있다.
나아가, 상기 이중직 금속 섬유 직물은 1000g/㎡ 내지 3000g/㎡의 중량을 갖는 것이 바람직하며, 1000g/㎡ 내지 2000g/㎡의 중량을 갖는 것이 보다 바람직하다. 상기 이중직 금속 섬유 직물이 1000g/㎡ 미만의 중량을 갖는 경우에는 제조 시 얀(Yarn) 사이의 간격이 너무 넓어지므로 기공의 크기가 커져서 연소에 문제가 있을 수 있으며, 3000g/㎡을 초과하는 중량을 갖는 경우에는 얀(Yarn) 사이의 간격이 너무 좁아지므로 연료 가스가 분출되지 못하여 연소가 발생하지 못하는 문제가 있다.
상기 제1경사, 제2경사, 제1위사, 제2위사 및 연결사 중 적어도 하나 이상은 0.3 내지 50mm 간격으로 요철을 형성하는 것이 바람직하며, 간격으로 요철을 형성하는 것이 보다 바람직하다.
상기 요철의 형성이 0.3mm 미만의 간격으로 이루어지는 경우에는 많은 요철 형상으로 인한 금속 섬유 사이의 증대된 마찰력으로 인하여 안정적인 연신이 어려워지는 문제가 있으며, 50mm를 초과하는 간격으로 형성되는 경우에는 금속 섬유 사이의 마찰력 및 얽힘성이 충분하지 않으므로 금속 섬유가 빠질 수 있는 문제가 있다.
본 발명의 이중직 금속 섬유 직물은 단위 면적 당 두께가 종래의 단중직 직물에 비하여 두껍고 우수한 신축성을 갖는다. 따라서, 금속 섬유 매트로 적용 시 필요에 따라 저부하 내지 고부하의 전체 영역에 걸쳐서 열량을 적합하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 직물의 변형 및 열 손실을 방지할 수 있다. 또한, 두 층의 직물이 단일한 제직 공정에서 결합된 상태로 제직될 수 있으므로 균일한 크기 및 형태의 염공이 획득될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상술한 바와 같은 본 발명의 금속 섬유 직물을 포함하는 표면 연소 매트가 제공되며, 바람직하게는 본 발명의 금속 섬유 직물로 이루어진 표면 연소 매트가 제공된다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 이중직 금속 섬유 직물은 기공도가 89% 내지 91%인 것이 바람직하다. 상기 이중직 금속 섬유 직물은 기공도가 89% 미만인 경우 부하 변동 폭이 좁아지는 문제가 있으며, 기공도가 91%를 초과하는 경우에는 통기도가 너무 높아지므로 정상적인 연소에 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 의한 상기 표면 연소 매트는 상층 및 하층이 연결되어 단일한 직물로 형성된 것으로 단중직 매트에 비하여 두껍지만, 단중직 직물에 필적하는 단위 무게 당 중량 및 공기 투과도를 갖는다.
본 발명의 이중직 금속 섬유 직물로 된 표면 연소 매트는 두꺼운 두께로 인하여 버너 연소 시 매트 하부의 냉각 영역을 충분히 확보할 수 있으므로 표면 연소 매트 하부로의 열 전달량이 감소되고, 따라서 버너 내부로 전달되는 열량이 감소된다. 이에 따라, 버너의 열 손실 및 이로 인한 버너 내부 부품의 열 변형이 감소되고 연소 효율이 향상될 뿐만 아니라, 이중직 금속 섬유 직물의 우수한 신축성으로 인하여 연소로 인한 표면 연소 매트의 변형이 방지될 수 있다.
즉, 본 발명의 이중직 직물은 단중직 직물에 비하여 두께가 두껍기 때문에 예비 혼합된 가스가 금속 섬유 매트를 통과하는 경로가 도 10에 나타낸 바와 같이 단중직 직물에 비하여 길고 복잡하며, 2회에 걸쳐 금속 섬유 구간을 통과하게 되므로, 예혼합 가스가 금속 섬유 부분을 통과하는 경우에 난류가 발생되며 가스의 유속이 낮아지게 된다. 유속이 낮아지게 되면 가스는 금속 섬유 직물을 통과하는 동안 가스(연료)의 완전 연소에 필요한 연소 시간을 확보할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 이중직 직물로 된 표면 연소 매트는 단중직 직물로 된 표면 연소 매트에 비하여 고부하 연소에 적합할 뿐만 아니라, 이중직 직물은 냉각 영역이 충분히 확보되기 때문에 저부하 연소에서도 연소 불안정성으로 인한 역화의 위험이나 과열로 인한 내부 부품의 손상이 감소하게 된다. 따라서, 이중직 직물로 된 표면 연소 매트는 단중직 직물로 된 표면 연소 매트보다 높은 고부하 출력을 낼 수 있고, 더 낮은 저부하에서도 안정적인 연소가 가능하므로 단중직 매트에 비하여 더 넓은 TDR 영역의 구현이 가능하다.
나아가, 단중직 직물로 된 표면 연소 매트는 금속 섬유 직물 전체가 적열되는 적염모드 시에 금속 섬유 매트의 열 팽창에 의하여 매트에 변형이 생겨 분배 판과 이격이 발생하게 되어 매트와 분배 판 사이의 이상 연소 현상이 발생하고 분배 판이 파손될 수 있다. 그러나, 이중직 직물로 된 금속 섬유 매트는 적염 모드 시에도 분배 판과 접촉하고 있는 하부 층의 매트가 충분히 냉각되므로 변형이 발생하지 않으며, 이중직 직물의 상층과 하층이 결합사에 의해 결합되어 있으므로 변형이 발생된다 하더라도 분배 판과 이격되지 않는다. 따라서, 정상 연소 조건에서 거의 변형을 일으키지 않는 구조적 특징을 가지게 된다. 따라서 이중직 직물로 된 표면 연소 매트는 저부하 영역에서 과열로 인한 매트 변형과 분배 판 파손 및 이로 인한 역화의 위험이 단중직 직물로 된 표면 연소 매트에 비하여 거의 없기 때문에 더 낮은 저부하 영역에서의 연소가 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 이중직 직물은 상층 및 하층에 걸친 위사 및/또는 경사 금속 섬유 다발들의 많은 꺽음 부위의 존재에 의해 신축성이 좋다. 이러한 이중직 직물의 우수한 신축성으로 인하여 연소 시 금속 섬유 매트의 좌측 및 우측 방향으로 발생되는 팽창 및 수축이 흡수되어 열팽창으로 인하여 표면 연소 매트가 볼록하게 솟아오르는 변형 및 이로 인한 금속섬유 미디어와 후면의 분배 판의 이격 현상 및 부품 손상이 방지된다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 직물의 제조
실시예 1
길이 방향으로 30mm 간격의 요철이 형성된 직경 40㎛의 금속 섬유 200 가닥으로 이루어진 금속섬유 얀을 경사, 위사 및 결합사로 이용하여 도 6에 나타낸 조직도에 따라 도 7 내지 9에 나타낸 이중직 직물로 제직하였다.
상기 금속 섬유는 크롬 22중량%, 알루미늄 5.5중량% 및 잔부 철(Fe)을 포함한다. 얀의 굵기는 1m 당 1.0g이였으며, 경사, 위사 및 결합사는 20 가닥의 금속 섬유의 다발을 포함하도록 하였다. 상기 제조된 이중직 직물의 단위 면적 당 중량은 1,600 g/㎡, 두께는 2.2mm, 다공성은 89.5% 였다.
비교예 1
도 2과 같은 단중직으로 제직한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 단중직 직물을 제조하였다. 상기 제조된 단중직 직물의 단위 면적 당 중량은 1,600 g/㎡, 두께는 1.7mm, 다공성은 87.8% 였다.
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 직물의 특성을 표 1에 비교하여 나타내었다.
실시예 1 바교예 1
중량(g/㎡) 1,600 1,600
두께(㎜) 2.2 1.7
다공성(%) 89.5 87.8
섬유 직경 40㎛ 40㎛
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 이중직 직물은 비교예 1의 단중직 직물에 비하여 두꺼울 뿐만 아니라 우수한 다공성을 갖는다.
2. 물성 평가
도 11은 표면 연소 매트의 후면 온도 분포 측정에 사용되는 장치의 개략도를 나타낸 것으로, 이러한 장치를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1의 직물을 표면 연소 매트로 적용한 경우 발열량에 따른 표면 연소 매트 후면의 온도 분포를 측정하였다.
보다 상세하게, 본 실험에 이용된 장치는 도 11에 도시된 바와 같이 발열량을 조절하기 위한 버너 콘트롤러, 송풍기, 유입된 가스의 양을 측정하기 위한 가스 유량계, 분배판의 온도를 측정하기 위해 분배판의 후면에 부착된 써모커플(thermocouple) 및 써모커플에 기록된 온도를 기록하는 데이터 기록 장치가 구비된다. 도 11에 나타낸 바와 같은 장치의 분배판 앞에 실시예 1 및 비교예 1의 직물을 표면 연소 매트로 적용하였다.
그 후, 버너 콘트롤러에 의해 송풍기 RPM을 변화시킴으로써 발열량을 조절하여 연소 부하가 2,000 kcal/hr 내지 23,000 kcal/hr가 되도록 하였다. 한편, 상기 연소부하 범위에 따른 표면 연소 매트 후면의 온도 분포를 측정하였다. 표면 연소 매트 후면의 온도 분포는 분배판의 온도로서 측정하였으며, 이 때 써모커플을 사용하였다. 발열량에 따라 측정된 표면 연소 매트의 온도 결과를 도 12에 그래프로 나타내었다. 본 실험에서 연료 가스로는 LNG를 사용하였다. LNG 가스는 비례 제어 밸브를 사용하여 송풍기의 RPM에 따라 공연비를 1.3 ~ 1.4 이내에서 유지하며 연소 부하 대비 분배판 후단 온도 변화량을 측정하였다.
도 12의 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 금속 섬유 이중직 직물을 이용한 표면 연소 매트는 비교예 1의 직물에 비하여 두꺼운 두께로 인하여 냉각 영역이 충분히 확보되므로 표면 연소 매트 후면으로의 열 전달이 차단되며, 표면 연소 매트 후면에서 비교예 1의 직물이 사용된 표면 연소 매트보다 낮은 온도를 나타내었다. 이로부터, 표면 연소 매트에 의한 열 손실 및 후면으로의 열 전달로 인한 버너 부품 손상 방지 및 연소 열에 의한 매트의 변형이 방지됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 경사 및 제1 위사를 제직하여 형성된 상층; 및
    제2 경사 및 제2 위사를 제직하여 형성된 하층을 포함하고,
    상기 제1 경사 및 제1 위사 중 적어도 일부가 하층과 연결되거나, 제2 경사 및 제2 위사 중 적어도 일부가 상층과 연결되거나, 또는 상층 및 하층을 연결하는 추가의 결합사를 포함하며,
    상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 내열성 금속 섬유를 포함하는 이중직 금속 섬유 직물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내열성 금속 섬유는 철-크롬-알루미늄계 합금인 이중직 금속 섬유 직물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내열성 금속 섬유는 직경이 20 내지 80㎛인 이중직 금속 섬유 직물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 1m 당 0.5 내지 1.5g의 중량을 갖는 내열성 금속 섬유의 다발로 이루어진 이중직 금속 섬유 직물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 내열성 금속 섬유의 다발은 120 내지 250 가닥의 내열성 금속 섬유를 포함하는 이중직 금속 섬유 직물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를 포함하는 얀은 16 내지 30 가닥의 상기 내열성 금속 섬유의 다발을 포함하는 이중직 금속 섬유 직물.
  7. 제4항에 있어서, 상기 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사를포함하는 얀은 굵기가 일정한 이중직 금속 섬유 직물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이중직 금속 섬유 직물은 두께가 2mm 내지 3.5mm인 이중직 금속 섬유 직물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이중직 금속 섬유 직물은 단위 면적(㎡) 당 1000 내지 3000g의 중량을 갖는 이중직 금속 섬유 직물.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 경사, 제2 경사, 제1 위사, 제2 위사 및 연결사 중 적어도 하나 이상은 0.3 내지 50mm 간격으로 요철을 형성하는 이중직 금속 섬유 직물.
  11. 제1항에 있어서, 상기 이중직 금속 섬유 직물은 기공도가 89% 내지 91%인 이중직 금속 섬유 직물.
  12. 재1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 금속 섬유 직물을 포함하는 표면 연소 매트.
  13. 제12항에 있어서, 상기 표면 연소 매트의 밀도는 1000g/m2 내지 2000g/m2인 표면 연소 매트.
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