KR960003691Y1 - 다공성 원판형 전열전환체를 부착한 복사관 - Google Patents

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KR960003691Y1
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포항종합제철 주식회사
조말수
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Abstract

내용 없음.

Description

다공성 원판형 전열전환체를 부착한 복사관
제1도는 본 고안에 따른 복사관에 장착되는 다공성 원판형 전열전환체(傳熱轉換體)를 도시한 사시도.
제2도는 본 고안에 따른 복사관(Radiant tube)의 단면도.
제3도는 본 고안과 종래기술에 따른 복사관의 온도 분포를 비교한 그래프도.
제4도는 종래기술에 따른 복사관의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 전열전환체 2a : 구멍
11 : 복사관 13 : 버너(Burner)
14 : 열교환기 16 : 후단부
본 고안은 제철소의 연속소둔로(Continuous Annealing Furnace)에 사용되는 복사관(Radiant tube)에 관한 것으로, 보다 상세히는 열교환기의 전방측에 다공성 원판형 전열전환체를 장착하여 온도 편차를 방지하고 연소효율을 향상시키도록 된 복사관에 관한 것이다.
일반적으로 연속소둔로에 사용되는 복사관(10)은 제4도에 도시된 바와 같이, 'U'는 'W'자형의 관으로서 관의 양끝단에 버너(13)의 열교환기(14)가 부착되어 있으며, 연소가스에 의해서 열교환기(14)에서 가열된 연소용공기와 기체연료(COG, Coke Oven Gas)가 버너(13)에서 연소되고 이에 따라 발생된 화염 및 고온의 연소가스에 의해 복사관(11)이 가열되며, 이때, 발생된 연소가스는 최종적으로 열교환기(14)를 거쳐 배출되는 구조로 되어 있다. 상기와 같은 복사관(11)의 온도 분포를 측정해 보면 복사관(11)의 전단부(15)와 후단부(16)의 온도 편차가 200-250℃에 달해 가열 온도의 불균일에 따른 복사관의 변형 및 수명단축, 소재의 품질불량 등의 문제가 발생되는 것이다.
이러한 결점을 보완하기 위해서 일본국 특허청(日本國特許廳) 발행 공개실용신안공보(公開實用新案公輔)의 소(昭)63-173613을 살펴보면 복사관 후 단부에 통상(筒狀)의 통기성고체(通氣性固體)를 설치하여 전열전환체로 사용하는 방안이 제시된 바 있으나, 이러한 방안의 적용시 전열전환체의 구조 및 형상이 복잡하여 재작 및 설치가 어려울 뿐 아니라, 특히 압력손실의 증가로 버너에서 발생된 연소가스의 원활한 배출이 곤란하기 때문에 버너의 연소효율이 떨어지는 문제가 발생되는 것이다.
본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 전, 후 단부의 온도 편차를 감소시켜 복사관의 변형을 최소화하고, 그에 따른 열효율 및 내구성을 향상시키도록 된 다공성 원판형 전열전환제를 부착한 복사관을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 후 단부의 열교환기 전방측에 일정두께의 세라믹(Ceramics) 재질의 다공성 원판형 전열전환제를 삽입시킴으로서 상기 전열전환체의 복사열에 의해서 전, 후 단부의 온도 편차를 감소시키도록 된 복사관을 마련함에 의한다.
이하, 본 고안을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.
본 고안의 복사관(1)의 후단부의 열교환기(13) 전방 내측면에 제1도에 도시된 바와 같이 다공성 원판형 절연전환체(2)가 장착되는 바, 이는, 두께가 10-15mm이고, 그 재질이 알루미나(Alumina), 뮬라이트(Mullite), 코디어라이트(Cordierlite) 등의 세라믹(Ceramics) 재질인 다공성 벌집형(Honeyconb type) 다공판으로 이루어져서 다수개의 관통구멍(2a)을 갖추며, 복사관(11)의 내경 보다 다소(4mm) 적은 원형판(園形板)으로 이루어진다. 이는 복사관(11)으로부터 열교환기(14)를 취외(取外)시킨 후 복사관(11) 내부에 삽입시킴으로서 간단히 복사관(11) 내에 장착된다.
미설명부호(7)는 노벽, (8)은 열전대이다.
상기와 같이 구성된 본 고안의 전열전환체(2)는 먼저 제작 및 설치가 매우 간단하다는 장점과 벌집형(Honeycomb)의 다공판으로 되어 있어 고온의 연소가스가 쉽게 통과되어 압력손실이 적고 재질이 세라믹으로서 고온 및 부식, 열충격에 매우 강한 특성을 가지고 있다.
여기서 본 고안의 전열전환체(2)의 역할을 살펴 보면 다음과 같다. 먼저 복사관(11) 내에서의 전열현상을 살펴보면 고온의 연소가스가 보유하고 있는 열량은 연소가스의 온도와 복사관(11) 표면의 온도차에 의해 기체와 고체 간의 복사의 형태로 복사관(11)에 전달되게 된다. 이를 식으로 나타내면 아래의 (P1)식과 같으며 여기서 Q는 단위 면적당 전달되는 열량이고 Tg는 연소가스의 온도, Ts는 복사관(1) 표면의 온도이고 ε은 복사율(Emissivity)로 연소가스의 경우 0.1-0.3 정도로서 비교적 작은 값을 나타낸다.
Q = σε(Tg4- Ts4) …………………… (P1)
단, 여기서 σ는 스테판 볼쯔만(Stefan-Boltzmann) 상수
다음으로 복사판(11)의 후단부(16)에 전열전환체(2)를 설치하였을 경우의 전열현상을 살펴 보면 먼저 고온의 연소가스가 다공성의 전열전환체(2)를 통과하면서 연소가스와 거의 같은 온도(Tg)까지 전열전환체(2)를 가열시키며, 가열된 전열전환체(2)의 온도와 복사관(11) 표면의 온도차에 의하여 고체 간의 복사의 형태로 전열전환체(2)와 복사관 후단부(16) 사이에 전열이 이루어지게 된다. 이를 식으로 나타내면 아래의 (P2)식과 같으며 여기서 Q'는 단위 면적당 전달되는 열량이고 Tg는 전열전환체(2)의 온도, Ts는 복사관(11) 표면의 온도이고, ε'은 복사율(Emisivity)로서 전열전환체의 경우 0.7 - 0.8 정도의 값을 나타낸다.
Q' = σε'(Tg4- Ts4) …………………… (P2)
단, 여기서 σ는 스테판 볼쯔만(Stefan-Boltzmann) 상수
여기서 (P1)식과 (P2)식을 비교하면 ε' 가 ε에 비해 약 4배 이상 큰 값을 가지므로 Q' 또한 Q에 비해 4배 정도 큰 값을 갖게 된다. 즉 전열전환체(2)를 설치한 경우 설치 전에 비해 복사관 후단부(16)에 있어 연소가스로부터 복사관(11)으로 4배 이상의 열량이 전달되게 되며 따라서 복사관 후단부(16)의 온도가 높아지게 된다.
이에 따라 복사관(11) 전, 후단의 온도 편차가 감소하게 되며, 복사관(11) 전체의 방출열량이 증가됨으로서 복사관(11)의 열효율이 향상되는 효과가 발생하게 된다. 또한 전열전환체(2)를 통과하면서 연소가스가 보유하고 있는 열을 전열전환체(2)에 전달함으로서 연소가스의 온도가 낮아져 배기 가스 손실열량이 감소되므로 복사관(11) 전체의 열효율이 향상되게 된다. 실제로 이러한 본 고안과 종래기술을 열실험로에서 시험한 결과 제3도에 나타난 바와 같이 전열전환체(2) 설치 전에 비해 전열전환체(2)의 설치후 복사관 후단(16)의 온도는 약 23.6℃ 상승하였으며 배기가스 온도는 약 24.2℃ 하락한 것으로 나타났고, 복사관(11) 전, 후단의 온도편차 약 10% 감소와 더불어 열효율이 1.3% 향상되는 효과가 관측되었다.
상기에서와 같이, 본 고안에 따라서 전열전환체(2)를 부착한 복사관(11)의 경우 전열전환체(2)가 연소가스에 의해서 가온되고, 전열전환체(2)의 온도와 복사관(11)의 표면의 온도차에 의하여 고체 사이의 복사전열이 이루어짐으로서, 기존 전열전환체(2)가 미 부착된 복사관(11)에 비하여 복사관(11)전후단의 온도편차가 감소함으로서 피열물에 균일한 가열이 가능하여 제품 품질이 향상되고, 복사관(11)의 수명이 연장되며, 배기가스 온도가 하락됨으로서 열효율이 향상되는 장점이 있다. 또한, 금속제의 복잡한 형상의 전열전환체를 사용할 경우 압력손실이 커져 배기가스의 원할한 배출이 어렵고 전열전환체의 부식 등에 의한 단수명화, 설치의 복잡성 등이 문제가 되지만, 본 고안에서는 세라믹 재질의 다공성 원판형 전열전환체(2)를 사용함으로서 이러한 문제점을 해결하여 설치가 간단하고 부식이나 열충격에 강하여 압력손실과 복사관(11) 전, 후단의 온도편차가 적고 열효율이 높은 복사관(11)을 얻게 되는 것이다.
이러한 전열전환체(2)를 부착한 복사관은 연속소둔라인(Continuous Annealing Line), 연속아연도금라인(Continuous Galvanizing Line) 등의 간접식 열처리로에서 사용됨으로서 열효율을 크게 향상시키고, 설비의 내구성을 확보시키는 것이다.

Claims (1)

  1. 제철소의 연속소둔로(Continuous Annealing Furnace)에 사용되는 U형 또는 W형의 복사관에 있어서, 후단부의 열교환기(14) 전방측에는 세라믹 재질의 다공성 원판형 전열전환체(2)가 삽입되고, 상기 전열전환체(2)의 복사전열에 의해서 전, 후단부의 온도편차를 감소시키도록 구성됨을 특징으로 하는 복사관.
KR2019930028496U 1993-12-18 1993-12-18 다공성 원판형 전열전환체를 부착한 복사관 KR960003691Y1 (ko)

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