KR101560714B1 - 수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수냉식화격자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스토커식 소각로를 이용한 폐기물 처리공정에서의 폐기물 완전연소를 위한 수냉식화격자의 제작공정(및 구조) 개선을 통해 제품제작의 효율성과 냉각효율의 기능성이 동시에 향상될 수 있도록 한 수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 수냉식화격자는, 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로, 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자에 있어서, 투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 가진 금속 판체이되, 길이방향 일단부가 "⊃"자형으로 절곡됨으로써 하측으로 개방된 공간이 마련되는 베이스바디; 상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 공간부를 차폐하도록 일측 선단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버; 및, 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 상호 간의 조립 및 접합에 따라 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 사이로 상기 화상면의 냉각을 위한 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 마련되는 냉각유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자{PRODUCTION METHOD OF WATER COOLING TYPE FIRE GRATE, AND STRUCTURE PRODUCED USING THE SAME}

본 발명은 수냉식화격자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스토커식 소각로를 이용한 폐기물 처리공정에서의 폐기물 완전연소를 위한 수냉식화격자의 제작공정(및 구조) 개선을 통해 제품제작의 효율성과 냉각효율의 기능성이 동시에 향상될 수 있도록 한 수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자에 관한 것이다.

생활폐기물(domestic waste, municipal waste, 生活廢棄物 / 이하 "폐기물"이라 함)은, 대부분 가정에서 배출되는 폐기물로 폐기물관리법(법률 제13038호)에서는 사업장폐기물 외의 폐기물로 정의된다. 2008년 환경부 통계자료에 따르면 하루 52,072톤(1.04kg/인·일)의 폐기물이 발생하고 있으며, 소각, 매립 및 재활용으로 처리되고 있다.

그러나, 매립지 확보의 어려움으로 매립비율은 감소하고 있고 매립지의 수명을 연장할 수 있는 소각비율은 증가하고 있는 추세이다. 또한, 각 지자체에서는 지속적으로 폐기물 소각시설의 설치를 추진하여 소각시설이 점차 증가하는 실정이다. 현재, 국내에서 운영 중인 폐기물 소각시설은 35개소로 하루 12,710톤(t)을 소각할 수 있다.

한편, 소각시설에 반입되는 폐기물은 쓰레기종량제, 생산자책임재활용제도, 분리수거, 음식물쓰레기 반입금지 등 폐기물 관리정책의 변화로 인하여 성상(性狀)이 변화하게 되었다. 특히, 음식물쓰레기 분리로 인해 수분함량이 감소하였고 그에 따라 발열량이 증가하였다.

반면, 전국의 폐기물 소각시설 중 2000년 이전에 가동한 소각시설은 대부분의 발열량 설계치가 2,300kcal/kg 이하이다. 이는, 소각시설 설치 당시 폐기물의 발열량이 낮았기 때문으로 여겨진다. 그러나, 현재 폐기물은 고발열량화로 연평균 2,794kcal/kg까지 증가한 실정이어서, 기존 설계치와 큰 차이를 보여 소각시설에 여러 가지 문제가 야기되어 왔다.

예컨대, 고발열량 폐기물은 소각로의 열부하(heat load, 熱負荷)를 증가시켜 소각로 및 후단설비의 손상을 일으켜 잦은 보수를 필요로 하게 된다. 또한, 소각능력이 저하되어 낮은 가동률을 초래하는 관계로 설비구조 보완으로 소각능력 개선을 통한 설비의 안정적 운영이 필요한 상황이다.

한편, 소각로를 이용한 폐기물 처리방식은, 폐기물의 종류와 처리량 등에 따라 스토커식(Stoker) 소각로, 회전식(Rotary kiln) 소각로, 유동층(Fluidized bed) 소각로, 액상분무(Liquid injection) 소각로로 분류된다. 이중, 스토커식 소각로는 폐기물을 화격자(fire grate, 火格子) 위에 펼쳐놓고 소각하는 방식으로 건설이 용이하고 저발열량에서부터 고발열량을 가진 폐기물까지 폭넓게 소각할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 전술한 다른 여러 가지 처리방식에 비하여 많은 폐기물량을 처리할 수 있어 대형 소각로에 많이 이용된다. 국내에서는 폐기물 처리에서 상기 스토커식 소각로가 일반적으로 이용되는바, 고온 및 고열을 이용한 폐기물 연소 중 과열된 화격자의 냉각은 연소공기로 화격자를 냉각시키는 공냉식과, 냉각수 순환으로 화격자를 냉각시키는 수냉식이 있다.

상기 공냉식화격자는, 연소공기에 의한 냉각효율의 한계로 냉각기능이 부족하여 화격자의 손상(고온 부식)이 빨라 제품 내구성에 큰 영향을 미치는 문제가 발생한다. 이와 달리, 상기 수냉식화격자는 냉각수를 지속적으로 순환시켜 표면(화상면) 온도를 일정하게 유지시킬 수 있어 내구성 저하의 억제 및 이를 통한 제품의 수명연장을 도모하는 장점이 있다.

이러한 기술적 사상을 기반으로 하여, 대한민국공개특허 제10-2006-0126127호에서는, 고온의 연소온도 상태에서 폐기물을 소각하면서 연소가스로부터 발생되는 오염물질을 최소함과 아울러 이동식 수냉자켓이나 수냉튜브 방식을 상용한 경우 화격자 자체 이동에 따른 마모 및 수냉관로의 파열 등을 방지할 수 있도록 하는 고정식 수냉화격자가 개시된바 있다.

그러나, 종래 기술에 따른 고정식 수냉화격자는, 화격자 내부에 설치된 격판을 따라 냉각수가 지그재그로 단순 순환되도록 함을 통해 상기 화격자의 화상면(grate surface)을 냉각하게 된 구조를 이룬 것이어서, 냉각수의 순환효율이 떨어져 소각로 설비에서 필요로 하고자 하는 만큼의 냉각효율을 뒷받침하지 못해 왔다.

이에 결국, 기존 공냉식화격자에서 나타나는 고온 부식에 따른 화격자 손상 및 그로 인한 제품의 수명단축으로 소각설비의 전체 수명을 저하시키는 결과를 가져와, 해당 화격자는 물론 소각설비 유지보수에 막대한 비용증대 및 국부적인 불완전 연소로 폐기물 처리과정 중에 발생하는 배기가스 내 오염물질의 제어에도 큰 방해요소가 되는 문제점을 일으켜 왔다.

더욱이, 전술한 여러 문제점들로 인하여, 화격자를 400℃이하로 냉각함이 용이치 않아 고온 부식에 강한 고가의 내열주강인 니켈크롬강(nickel-chrome steel)을 화격자의 주요 소재로 채용할 수밖에 없게 되는 제작상의 기술적 제한으로, 소각설비의 건설비용 증가는 물론이거니와 폐기물 처리비용 상승의 경제적 부담을 더욱 가중시키는 폐단을 유발해 왔다.

대한민국공개특허 제10-2006-0126127호(공개일자 : 2006. 12. 07.)

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화격자 구조를 베이스바디와 크로스커버로 구분(분리)하여 주조시의 잔재물(주말사) 제거(탈리)가 용이토록 함에 더해, 고온과 고열에 직접적인 영향을 받는 베이스바디와 그렇지 않은 크로스커버의 소재를 서로 달리함을 통해 재료비는 절감하면서도 제품의 기능성과 내구성은 크게 향상될 수 있도록 하는 수냉식화격자 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 베이스바디와 크로스커버 사이로 냉각수 순환을 위한 냉각유로가 마련되도록 하되, 상기 냉각유로에서의 냉각수 이동 흐름이 유입, 순회, 유출 순의 패턴을 형성토록 하고 이동압력의 변화가 유발되도록 하여 냉각수 체류시간 및 순환수량이 충분히 확보될 수 있도록 하는 수냉식 화격제를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로, 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자 제작방법에 있어서, 주조법으로, 투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 갖되 개방된 공간이 하측으로 마련되도록 일단부가 "⊃"자형으로 절곡된 금속 판체형의 베이스바디를 제작하는 제1단계; 주조법으로, 상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 공간부를 차폐하도록 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버를 제작하는 제2단계; 및, 상기 제1단계 및 상기 제2단계로 제작된 상기 베이스바디와 상기 크로스커버를 상호 연계조립 후, 용접법으로, 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 상호 간의 밀착부위를 접합시켜 일체화하는 제3단계;를 포함한다.

또한, 상기 제1단계로 제작되는 상기 베이스바디는, 폐기물 연소시 발생하는 고온 및 고열에 견딜 수 있는 고내열 내마모강(SCH11~SCH22종)을 소재로 한다.

더하여, 상기 제2단계로 제작되는 상기 크로스커버는, 고온 및 고열에 직접 영향을 받지않는 특성을 감안하여, 내열 내마모강(SCH01~SCH02종)으로 상기 베이스바디와 소재를 달리한다.

이와 함께, 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로, 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자에 있어서, 투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 가진 금속 판체이되, 길이방향 일단부가 "⊃"자형으로 절곡됨으로써 하측으로 개방된 공간이 마련되는 베이스바디; 상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 공간부를 차폐하도록 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버; 및, 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 상호 간의 조립 및 접합에 따라 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 사이로 상기 화상면의 냉각을 위한 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 마련되는 냉각유로;를 포함한다.

또한, 상기 베이스바디는, 상기 화상면을 가진 평판부와, 상기 평판부의 길이방향 일단으로부터 "⊃"자형으로 절곡됨으로써, 상기 크로스커버의 수직 말단을 떠받쳐 지지하는 한편, 상기 크로스커버의 연계조립 및 접합시 밀폐된 공간부가 내측에 마련되도록 한 절곡부와, 상기 평판부의 폭방향 양단으로부터 하향 절곡되어, 상기 평판부의 하측 공간과 상기 절곡부 내측 공간의 양단을 동시에 가려 막는 복수의 측벽부가 형성되고, 상기 화상면과 대응하는 상기 평판부의 하면 중앙에는, 상기 냉각유로를 복수로 구획하여 냉각수의 이동 흐름이 구분되도록 하는 격벽이 길이방향을 따라 돌출형성되되, 상기 절곡부 내벽면에 미치지 않도록 미리 정한 부위에서 끊김으로써 상기 격벽에 의해 양방향으로 분할된 상기 냉각유로 내 복수의 공간을 연통하는 다른 공간이 더 형성되도록 한다.

더하여, 상기 냉각유로는, 상기 격벽 돌출에 따른 분할로, 냉각수의 유입 및 유입 직후의 초기 흐름을 안내하는 제1유도존과, 상기 제1유도존으로부터의 냉각수 이동 흐름을 유출 흐름 전 순회 이동 흐름으로 이어주는 제2유도존과, 상기 제2유도존의 냉각수 순회 흐름을 유출 직전의 흐름 및 유출의 최종 흐름으로 안내하는 제3유도존으로 각각 구분 마련된다.

또한, 상기 크로스커버는, "ㄱ"자형으로 길이방향 일단이 절곡되는 한편, 냉각수의 출입을 위한 통공이 수평부 선단 인접 부위에 관통형성되고, 편평도 향상과 휨변형 억제의 강도 증대와 아울러, 상기 격벽에 의해 분할된 상기 냉각유로 내의 각 공간에서 냉각수가 복수의 루트로 균질화된 이동 흐름이 형성되도록 한 내측리브가 수평부의 상면에 길이방향을 따라 돌출형성되며, 강도의 추가 보강을 위한 외측리브가 상기 내측리브와 대향하는 상기 수평부의 하면에 길이방향을 따라 더 돌출형성된다.

더하여, 상기 평판부에는, 상기 절곡부와 대향하는 타측의 상기 화상면으로부터 소정높이 돌출형성되어, 다른 화격자의 위치설정 및 유동방지를 위한 하나 이상 복수의 위치결정돌기가 일정간격마다 배치되고, 상기 절곡부에는, 상기 위치결정돌기를 내재수용 구속하게 된 하나 이상 복수의 돌기수용홈이 최말단 평판부 하면에 일정간격마다 형성된다.

또한, 상기 격벽의 끝단부에는, 상기 냉각유로를 통과하는 냉각수의 압력상승 및 압력완화 작용을 유발하도록 "T"자형으로 확장된 가이드부가 형성된다.

더하여, 상기 통공은, 상기 냉각유로 내부로 냉각수가 유입될 수 있도록 관통된 유입공과, 상기 유입공을 통해 유입된 냉각수가 순회 흐름 이후 최종 배출될 수 있도록 관통된 유출공으로 조합된다.

또한, 상기 내측리브에는, 냉각수의 이동 흐름을 제어하는 만곡부가 끝단부로부터 외측으로 굴절되고, 상기 측벽부의 내벽면과 상기 가이드부 끝단 사이 공간을 균등 분할하는 위치에 배치됨으로써, 냉각수가 통과시 편류 현상이 유발되지 않도록 한다.

더하여, 상기 가이드부의 각 모서리 내측부는, 냉각수 이동 흐름의 변동으로 발생할 수 있는 와류 현상을 방지케 된 라운드형태의 만곡면으로 이루어진다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자는, 베이스바디와 크로스커버로 서로 분리된 구조의 달성으로 주조시 잔재물제거가 용이함에 따른 제작공정의 효율성을 극대화하는 한편 각 부품의 이용특성을 감안한 소재의 차별을 통해 생산단가를 낮추고 더 나아가 단기적인 측면으로는 소각설비 건설비용을 절감하고 장기적인 측면으로는 소각설비의 유지보수 및 운영시 소요되는 경비를 크게 절감할 수 있게 되는 효과를 가져다준다.

또한, 상기 베이스바디와 크로스커버의 상호 접합으로 그들 내부에 마련되는 냉각유로에서의 냉각수 이동 흐름(유입, 순회, 유출)이 구체적이고 효율적으로 형성됨으로써, 폐기물을 연소시키는 과정에서 과열된 표면(화상면)의 온도를 낮추는 열흡수력이 충분함에 따른 고온 부식을 방지하여 제품의 내구성이 증대되도록 하는 효과를 나타낸다.

이와 함께, 전술한 바와 같은 각종 효과 달성에 따른 화격자 불량 초래의 문제점을 해결하여, 유지보수의 인력감축 및 시간단축을 통한 소각설비 운영에 안정성을 도모하고 해당업체에서 열망하는 소각설비의 운용시간 장기화를 통한 경제적 이익추구와 더불어 소각시에 발생하는 유해가스 발생억제 등등 폐기물 처리와 관련된 산업의 발전은 물론이거니와 친환경산업을 선도하는데 크게 기여할 수 있는 아주 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 수냉식화격자 제작방법을 단계적으로 나타낸 블럭도.
도 2 내지 도 3b 본 발명에 따른 수냉식화격자의 결합관계 및 구성관계를 나타낸 분해사시도 및 측단면도와 저면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서, 베이스바디의 구조를 나타낸 측단면도와 저면도.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서, 크로스커버의 구조를 나타낸 저면도와 측면도 및 배면도.
도 6은 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서, 베이스바디와 크로스커버 조립결합으로 내부에 마련된 냉각유로를 예시적으로 나타낸 예시도.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 수냉식화격자의 실시 예를 나타낸 사용상태도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선, 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명에 따른 수냉식화격자 제작방법을 단계적으로 나타낸 블럭도이고, 도 2 내지 도 3b 본 발명에 따른 수냉식화격자의 결합관계 및 구성관계를 나타낸 분해사시도 및 측단면도와 저면도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서 베이스바디의 구조를 나타낸 측단면도와 저면도이고, 도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서 크로스커버의 구조를 나타낸 저면도와 측면도 및 배면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 수냉식화격자에 있어서 베이스바디와 크로스커버 조립결합으로 내부에 마련된 냉각유로를 예시적으로 나타낸 예시도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 수냉식화격자의 실시 예를 나타낸 사용상태도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수냉식화격자 제작방법은, 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자의 제작방법에 있어서, 주조법(Casting Process, 鑄造法)으로, 투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 가지며, 개방된 공간이 하측으로 마련되도록 일단부가 "⊃"자형으로 절곡된 금속 판체형의 베이스바디를 제작하는 제1단계(S100)와, 주조법으로, 상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 공간부를 차폐(遮蔽)하도록 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버를 제작하는 제2단계(S200)와, 상기 제1,2단계(S100)(S200)로 제작된 상기 베이스바디와 크로스커버를 상호 연계조립 후, 용접법(welding process, 熔接法)으로, 상기 베이스바디와 크로스커버 상호 간의 밀착부위를 접합시켜 일체화하는 제3단계(S300)를 포함한다.

상기 제1단계(S100)를 통해 제작되는 베이스바디는, 연소실로 투입되는 폐기물이 수평으로 평탄한 화상면에 놓인 상태로 연소될 때 발생하는 고온 및 고열에 견딜 수 있도록 한 고내열 내마모강(SCH11~SCH22종)을 소재로 채용함으로써, 과열에 의한 제품의 변형이 방지되도록 함이 바람직하다.

상기 제2단계(S200)를 통해 제작되는 크로스커버는, 고온 및 고열에 직접적인 영향받지 않는 특성을 감안하여, 상기 베이스바디의 소재와 다른 내열 내마모강(SCH01~SCH02종)을 소재로 채용함이 바람직하다.

이는, 고가의 재료인 고내열 내마모강(SCH11~SCH22종)의 채용으로 인한 생산원가 및 판매단가 상승(cost-up)의 원인을 해결함과 더불어, 냉각수 순환을 위한 냉각유로가 형성된 내부구조의 복잡함으로 주조법을 이용한 제품의 제작이 난해하고 주조시의 잔재물 제거 즉, 주물사(molding sand, 鑄物砂) 탈리(elimination, 脫離)가 용이토록 하기 위함이다.

상기 제3단계(S300)는, 상기 제1,2단계(S100)(S200)를 통해 분리형으로 각각 별도로 제작된 상기 베이스바디와 크로스커버를 연계조립한 상태에서의 용접(welding)을 통해 상호 일체로 접합시켜 단일체로 만들기 위한 공정으로, 상기 크로스커버를 베이스바디의 하측에 위치시켜 서로 밀착하게 된 부위를 용접하는 것으로 그 공정을 완료할 수 있으며, 이에 따라 상기한 베이스바디와 크로스커버 사이 내부공간에는 냉각수의 순환이 이루어질 수 있는 밀폐된 내부공간이 마련된다.

이와 함께, 전술한 제작방법으로 제작되는 본 발명에 따른 수냉식화격자(A)는, 도 2 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 연소실 내부로 투입된 고형 폐기물이 놓이는 화상면을 가진 금속 판체이되, 길이방향 일단부가 "⊃"자형으로 절곡됨으로써 하측으로 개방된 공간이 마련되는 베이스바디(1)와, 상기 베이스바디(1)의 하부를 차폐토록 길이방향 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 크로스커버(2)와, 상기 베이스바디(1)와 크로스커버(2) 상호 간의 조립 및 접합에 따라 그들 사이로 화상면의 냉각을 위한 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 마련되는 냉각유로(3)를 포함한다.

베이스바디(1)는, 소각로 내 스토커에 다수개가 일정하게 배열장착된 상태로 폐기물을 교반시켜 완전연소가 이루어지도록 하는 기능수행을 위한 것으로, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 폐기물이 놓일 수 있는 수평으로 평탄한 화상면(10)을 가진 평판부(11)와, 상기 평판부(11)의 길이방향 일단으로부터 "⊃"자형으로 절곡됨으로써 상기 크로스커버(2)의 수직 말단을 떠받쳐 지지하는 한편 크로스커버(2)의 연계조립 및 접합시 밀폐된 공간부가 내측에 마련되도록 한 절곡부(12)와, 상기 평판부(11)의 폭방향 양단으로부터 하향 절곡되어 상기 평판부(11)의 하측 공간과 상기 절곡부(12) 내측 공간의 양단을 동시에 가려 막는 복수의 측벽부(13)가 형성된다.

상기 평판부(11)에는, 상기 절곡부(12)와 대향하는 타측의 화상면(10)으로부터 소정높이 돌출형성됨으로써, 연속으로 적치되는 다른 화격자의 위치설정 및 스토커 가동시 적치된 다른 화격자의 좌,우 유동을 방지하기 위한 하나 이상 복수의 위치결정돌기(111)가 일정간격마다 배치된다.

또한, 상기 위치결정돌기(111)와 대향하도록 하면으로부터 하향 돌출된 부위의 내측 모서리에는, 상기 크로스커버(2)의 수평 말단을 끼워맞춤할 수 있는 제1단턱(112)이 형성됨이 바람직하다.

더하여, 상기 화상면(10)과 대응하는 하면 중앙에는, 상기 냉각유로(3)를 복수로 구획하여 냉각수의 이동 흐름이 구분되도록 하는 격벽(113)이 길이방향을 따라 돌출형성되되, 상기 절곡부(12) 내벽면에 미치지 않는 미리 정한 부위에서 끊긴다. 이는, 상기 격벽(113)의 양방향으로 나뉜 복수의 공간을 서로 연통하는 제3의 다른 공간이 더 마련되도록 함으로써 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 하기 위함이다.

더불어, 상기 격벽(113)의 마감 끝단부에는, 양측으로 확장되는 "T"자형을 이룸으로써 상기 냉각유로(3)에서 유입 이후의 이동 흐름을 갖는 냉각수의 압력상승 및 이후의 유출 이동 흐름의 압력완화 작용을 유발하여, 냉각수의 체류시간을 늘리고 순환수량을 확보함을 통해 상기 베이스바디(11)의 냉각을 위한 열흡수가 충분토록 하는 가이드부(113-1)가 형성된다.

또한, 양측으로 확장된 "T"자형을 이룸에 따른 각 모서리 내측부는, 냉각수 이동 흐름의 급격한 변동으로 발생할 수 있는 와류(turbulence, 渦流) 현상을 방지케 된 라운드형태의 만곡면(113-11)(113-12)으로 이루어진다.

이와 함께, 상기 절곡부(12)에는, 상기 위치결정돌기(111)를 내재수용하여 구속할 수 있게 된 하나 이상 복수의 돌기수용홈(121)이 최말단 평판부 하면에 일정간격마다 형성되고, 상기 돌기수용홈(121)이 형성된 평판부의 상끝단에는 상기 크로스커버(2)의 타측 끝단을 끼워맞춤할 수 있는 제2단턱(122)이 형성된다.

그리고, 상기 측벽부(13)에는, 화격자의 지지를 위해 스토커에 구비되는 지지바(b)를 둘러 감싸는 샤프트수용홈(131)이 상기 절곡부(12)의 대향측에 형성되고, 상기 절곡부(12)와 샤프트수용홈(131) 사이 중간에는 서로 이웃하는 다른 화격자들로의 냉각수 공급을 위해 구비되는 냉각수공급호스의 통과배치를 위한 절개홈(132)이 형성되며, 상기 절개홈(132)을 기준으로 양측에는 다른 화격자들의 밀착조립을 위한 볼트와 너트를 체결시킬 수 있는 조립공(133)이 각각 관통형성된다(도 7 참조).

크로스커버(2)는, 상기 베이스바디(1)의 하부를 마감하도록 접합되어 베이스바디(1)의 하측에 상기 냉각유로(3)가 마련되도록 하기 위한 것으로, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, "ㄱ"자형으로 길이방향 일단이 절곡되는 한편, 냉각수의 출입을 위한 통공(2a)이 수평부 선단 인접 부위에 관통형성되고, 편평도(oblateness) 향상과 휨변형(bending deflection) 억제의 강도 증대와 아울러 상기 격벽(113)으로 분할된 냉각유로(3) 내의 각 공간에서 냉각수가 복수의 루트(rote)로 균질화(homogenization, 均質化)된 이동 흐름을 형성할 수 있도록 한 내측리브(21)가 수평부 상면에 길이방향을 따라 돌출형성되며, 상기 내측리브(21)와 대향하는 수평부 하면에는 강도의 추가 보강을 위한 외측리브(22)가 길이방향을 따라 더 돌출형성된다.

또한, 상기 통공(2a)에는, 상기 베이스바디(1)의 냉각을 위해 순환되는 냉각수를 다른 화격자로 이어주기 위한 공급호스를 연결할 수 있는 튜브커플러(23)가 더 체결조립됨이 바람직하다.

여기서, 상기 통공(2a)은, 상기 냉각유로(3) 내로 냉각수가 유입될 수 있도록 관통된 유입공(2a-1)과, 상기 유입공(2a-1)을 통해 유입된 냉각수가 내부에서 순회 흐름을 이어간 후 최종 배출될 수 있도록 관통된 유출공(2a-1)의 조합으로 이루어진다.

그리고, 상기 내측리브(21)에는, 상기 격벽(113)의 가이드부(113-1)와 마찬가지로 냉각수의 이동 흐름을 제어하는 만곡부(211)가 끝단부로부터 외측으로 굴절되는바, 상기 만곡부(211)가 상기 베이스바디(1)의 측벽부(13) 내면과 상기 가이드부(113-1) 끝단 사이 공간을 균등 분할하는 위치에 배치됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 베이스바디(1)의 측벽부(13)로부터 내측리브(21)까지의 횡면적(crosssectional, c-1)과 상기 내측리브(21)와 가이드부(113-1) 만곡면(113-11)(113-12)까지의 횡면적(c-2)이 서로 동일케 되어 냉각수 통과시 편류(channeling, 偏流) 현상이 유발되지 않도록 한다.

냉각유로(3)는, 상기 베이스바디(1)와 크로스커버(2) 사이 내부공간에서 상기한 베이스바디(1)를 냉각시키기 위한 냉각수의 이동 흐름을 유입과 순회 그리고 유출의 흐름으로 이어가고 냉각수의 체류시간과 순환수량을 충분히 유지시켜 냉각효율이 향상되도록 하기 위한 것으로, 도 3b 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 베이스바디(1)의 격벽(113) 돌출에 따라 분할되되, 냉각수의 유입 및 유입 직후의 초기 흐름을 안내하는 제1유도존(31)과, 상기 제1유도존(31)으로부터의 냉각수 이동 흐름을 유출 흐름 전 순회 이동 흐름으로 이어주는 제2유도존(32)과, 상기 제2유도존(34)의 냉각수 순회 흐름을 유출 직전의 흐름 및 유출의 최종 흐름으로 안내하는 제3유도존(33)으로 이루어진다.

상기와 같은 구성으로 되는 본 발명에 따른 수냉식화격자(A)의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 스토커식 소각로(800)는, 폐기물을 투입을 위한 호퍼(810)가 상부에 마련되고, 연소실(820) 내에서 소각된 폐기물 배출을 위하는 배출구(830)가 하부에 마련되며, 상기 연소실(820)의 하부에는 호퍼(810)에 의해 연소실(820) 내부로 투입된 폐기물이 놓인 채로 완전연소되도록 하는 기능수행을 위한 본 발명의 수냉식화격자(A)가 배치된다.

이러한 본 발명의 상기 수냉식화격자(A)는, 상기 스토커(810)에 의해 왕복 이동하면서 그 위에 놓인 폐기물을 배출구(830)로 운반시키게 되며, 운반되는 폐기물은 상기 배출구(830)로 이송되는 도중 연소실(820) 내부에서 발생한 화염의 복사열에 의하여 완전연소되고, 남은 소각재는 배출구(830)를 통해 최종 배출되는 것이다.

그 과정 중, 본 발명의 상기 수냉식화격자(A)의 베이스바디(1)가 복사열(고온 및 고열)과 더불어 폐기물이 연소되는 과정에서 생성되는 열원(heat source, 熱源)으로 인해 과열되는데, 이렇게 과열된 상기 베이스바디(1)는 크로스커버(2)에 체결조립한 튜브커플러(23)에 연결된 공급호스로부터 공급되어 상기 베이스바디(1)와 크로스커버(2) 사이에 마련된 냉각유로(3)를 통과하는 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.

보다 자세하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기한 공급호스로부터 공급된 냉각수는 상기 튜브커플러(23)가 체결조립된 유입공(2a-1)을 거쳐 상기 냉각유로(3)로 진입하는 것이며, 이렇게 진입된 냉각수는 냉각유로(3)의 제1유도존(31)을 따르는 이동 흐름으로 상기 제2유도존(32)에 의해 순회 이동 흐름을 이어가고 상기 제3유도존(33)을 따르는 이동 흐름으로 유출공(2b-2)에 체결조립된 튜브커플러(23)를 통해 외부로 진출되는 것이다.

이때, 냉각수가 상기 제1유도존(31)을 따라 이동하는 과정에서 상기 크로스커버(2)의 내측리브(21)에 의해 복수의 루트를 형성함으로써 흐름의 균질화가 가능한 것이며, 상기 제1유도존(31)을 통과하는 과정에서 상기 베이스바디(1)의 격벽(113) 끝단에 형성된 가이드부(113-1)의 만곡면(113-11)(113-12)과 상기 내측리브(21) 끝단에 형성된 만곡부(211)에 의해 이동 흐름의 방향이 완만하게 유도됨에 따라 와류 현상이 방지된다.

반면, 상기 가이드부(113-1)의 형성으로 제1유도존(31)의 종료지점의 횡면적이 협소해진 관계로 냉각수의 이동 흐름이 더디게 되고, 그로 인한 압력의 상승으로 냉각수의 체류시간과 순환수량이 충분히 확보된다.

이어서, 상기 제1유도존(31)을 통과한 냉각수는 상기 제2유도존(32)을 거쳐 상기 제3유도존(33)으로 진입하게 되는바, 상기 가이드부(113-1)에 의해 횡면적이 협소한 제3유도존(33)의 시작지점을 통과하는 냉각수 이동 흐름의 가속으로 압력완화가 이루어짐으로써, 냉각수의 순환효율이 향상된다.

정리하자면, 상기 냉각유로(3)를 분할하도록 된 상기 제1,2,3유도존(31)(32)(33)들에 의해, 냉각수의 체류시간 및 순환수량의 확보와 더불어 순환효율의 향상이 가능케 되는 작용으로 상기 베이스바디(1)의 화상면(grate surface)을 효과적으로 냉각할 수 있게 되는 것이다.

결국, 본 발명에 따른 수냉식화격자 제작방법 및 이에 의해 제작된 수냉식화격자는, 상기 베이스바디(1)와 크로스커버(2)로 서로 분리되는 화격자의 구조변경으로 주조시의 잔재물제거가 용이함에 따른 제작공정의 효율성을 극대화할 수 있으면서도 각 부품의 기능적 특성을 감안한 소재의 구분을 통해, 제품의 생산단가는 물론 소각설비 건설에 소요되는 비용을 크게 절감하는 효과를 거둘 수 있는 것이다.

아울러, 상기 베이스바디(1)와 크로스커버(2)의 상호 접합으로 그들 내부에 마련되는 상기 냉각유로(3)에서의 냉각수 이동 흐름이 유입, 순회, 유출로 구체적이고 효율적으로 이루어짐으로써, 폐기물을 연소시키는 과정에서 과열된 베이스바디(1)의 화상면(10) 온도를 낮추는 열흡수력이 충분함에 따라 화격자의 고온 부식을 방지하여 제품의 내구성이 증대되도록 하는 효과를 거둘 수 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정과 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

A : 화격자, 1 : 베이스바디, 2 : 크로스커버
2a : 통공, 2a-1 : 유입공, 2a-2 : 유출공
3 : 냉각유로, 10 : 화상면, 11 : 평판부
12 : 절곡부, 13 : 측벽부, 21 : 내측리브
22 : 외측리브, 23 : 튜브커플러, 31 : 제1유도존
32 : 제2유도존, 33 : 제3유도존, 111 : 위치결정돌기
112 : 제1단턱, 113 : 격벽, 113-1 : 가이드부
113-11, 113-12 : 만곡면, 121 : 돌기수용홈, 122 : 제2단턱
131 : 샤프트수용홈, 132 : 절개홈, 133 : 조립공
211 : 만곡부, S100 : 제1단계, S200 : 제2단계
S300 : 제3단계

Claims (12)

1. 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로, 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자 제작방법에 있어서,
   주조법으로, 투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 갖되 개방된 공간이 하측으로 마련되도록 일단부가 "⊃"자형으로 절곡된 금속 판체형의 베이스바디를 제작하는 제1단계;
   주조법으로, 상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 베이스바디의 상기 개방된 공간을 차폐하도록 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버를 제작하는 제2단계; 및,
   상기 제1단계 및 상기 제2단계로 제작된 상기 베이스바디와 상기 크로스커버를 상호 연계조립 후, 용접법으로, 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 상호 간의 밀착부위를 접합시켜 일체화함으로써 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 사이에, 상기 화상면의 냉각을 위한 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 하는 냉각유로를 형성하는 제3단계;를 포함하고,
   상기 제1단계는,
   상기 베이스바디가,
   상기 화상면을 가진 평판부와,
   상기 평판부의 길이방향 일단으로부터 "⊃"자형으로 절곡됨으로써, 상기 크로스커버의 수직 말단을 떠받쳐 지지하는 한편, 상기 크로스커버의 연계조립 및 접합시 밀폐된 공간부가 내측에 마련되도록 한 절곡부와,
   상기 평판부의 폭방향 양단으로부터 하향 절곡되어, 상기 평판부의 하측 공간과 상기 절곡부 내측 공간의 양단을 동시에 가려 막는 복수의 측벽부를 형성하도록 하고,
   상기 화상면과 대응하는 상기 평판부의 하면 중앙에는, 상기 냉각유로를 복수로 구획하여 냉각수의 이동 흐름이 구분되도록 하는 격벽이 길이방향을 따라 돌출형성되되, 상기 절곡부 내벽면에 미치지 않도록 미리 정한 부위에서 끊김으로써 상기 격벽에 의해 양방향으로 분할된 상기 냉각유로 내 복수의 공간을 연통하는 다른 공간을 더 형성하도록 제작되는 것을 특징으로 하는 수냉식화격자 제작방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1단계로 제작되는 상기 베이스바디는, 폐기물 연소시 발생하는 고온 및 고열에 견딜 수 있는 고내열 내마모강을 소재로 함을 특징으로 하는 수냉식화격자 제작방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2단계로 제작되는 상기 크로스커버는, 고온 및 고열에 직접 영향을 받지않는 특성을 감안하여, 내열 내마모강으로 상기 베이스바디와 소재를 달리함을 특징으로 하는 수냉식화격자 제작방법.
   
4. 스토커식 소각로 연소실 내부에 장착된 상태로, 상기 연소실로 투입되는 폐기물을 교반시켜 완전연소되게 하는 기능수행을 위한 수냉식화격자에 있어서,
   투입 폐기물이 놓이는 편평한 화상면을 가진 금속 판체이되, 길이방향 일단부가 "⊃"자형으로 절곡됨으로써 하측으로 개방된 공간이 마련되는 베이스바디;
   상기 베이스바디 하부에 연계접합되어 상기 베이스바디의 상기 개방된 공간을 차폐하도록 일단부가 "ㄱ"자형으로 절곡된 금속 판체형의 크로스커버; 및,
   상기 베이스바디와 상기 크로스커버 상호 간의 조립 및 접합에 따라 상기 베이스바디와 상기 크로스커버 사이로 상기 화상면의 냉각을 위한 냉각수의 유입, 순회, 유출의 이동 흐름이 이어지도록 마련되는 냉각유로;를 포함하고,
   상기 베이스바디는, 상기 화상면을 가진 평판부와,
   상기 평판부의 길이방향 일단으로부터 "⊃"자형으로 절곡됨으로써, 상기 크로스커버의 수직 말단을 떠받쳐 지지하는 한편, 상기 크로스커버의 연계조립 및 접합시 밀폐된 공간부가 내측에 마련되도록 한 절곡부와,
   상기 평판부의 폭방향 양단으로부터 하향 절곡되어, 상기 평판부의 하측 공간과 상기 절곡부 내측 공간의 양단을 동시에 가려 막는 복수의 측벽부가 형성되고,
   상기 화상면과 대응하는 상기 평판부의 하면 중앙에는, 상기 냉각유로를 복수로 구획하여 냉각수의 이동 흐름이 구분되도록 하는 격벽이 길이방향을 따라 돌출형성되되, 상기 절곡부 내벽면에 미치지 않도록 미리 정한 부위에서 끊김으로써 상기 격벽에 의해 양방향으로 분할된 상기 냉각유로 내 복수의 공간을 연통하는 다른 공간이 더 형성되도록 함을 특징으로 하는 수냉식화격자.
   
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,
   상기 냉각유로는, 상기 격벽 돌출에 따른 분할로, 냉각수의 유입 및 유입 직후의 초기 흐름을 안내하는 제1유도존과,
   상기 제1유도존으로부터의 냉각수 이동 흐름을 유출 흐름 전 순회 이동 흐름으로 이어주는 제2유도존과,
   상기 제2유도존의 냉각수 순회 흐름을 유출 직전의 흐름 및 유출의 최종 흐름으로 안내하는 제3유도존으로 각각 구분 마련됨을 특징으로 하는 수냉식화격자.
   
7. 제4항에 있어서,
   상기 크로스커버는, "ㄱ"자형으로 길이방향 일단이 절곡되는 한편,
   냉각수의 출입을 위한 통공이 수평부 선단 인접 부위에 관통형성되고,
   편평도 향상과 휨변형 억제의 강도 증대와 아울러, 상기 격벽에 의해 분할된 상기 냉각유로 내의 각 공간에서 냉각수가 복수의 루트로 균질화된 이동 흐름이 형성되도록 한 내측리브가 수평부의 상면에 길이방향을 따라 돌출형성되며,
   강도의 추가 보강을 위한 외측리브가 상기 내측리브와 대향하는 상기 수평부의 하면에 길이방향을 따라 더 돌출형성됨을 특징으로 하는 수냉식화격자.
   
8. 제4항에 있어서,
   상기 평판부에는, 상기 절곡부와 대향하는 타측의 상기 화상면으로부터 소정높이 돌출형성되어, 다른 화격자의 위치설정 및 유동방지를 위한 하나 이상 복수의 위치결정돌기가 일정간격마다 배치되고,
   상기 절곡부에는, 상기 위치결정돌기를 내재수용 구속하게 된 하나 이상 복수의 돌기수용홈이 최말단 평판부 하면에 일정간격마다 형성됨을 특징으로 하는 수냉식화격자.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 격벽의 끝단부에는, 상기 냉각유로를 통과하는 냉각수의 압력상승 및 압력완화 작용을 유발하도록 "T"자형으로 확장된 가이드부가 형성됨을 특징으로 하는 수냉식화격자.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 통공은, 상기 냉각유로 내부로 냉각수가 유입될 수 있도록 관통된 유입공과,
    상기 유입공을 통해 유입된 냉각수가 순회 흐름 이후 최종 배출될 수 있도록 관통된 유출공으로 조합됨을 특징으로 하는 수냉식화격자.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 내측리브에는, 냉각수의 이동 흐름을 제어하는 만곡부가 끝단부로부터 외측으로 굴절되고,
    상기 측벽부의 내벽면과 상기 가이드부 끝단 사이 공간을 균등 분할하는 위치에 배치됨으로써, 냉각수가 통과시 편류 현상이 유발되지 않도록 함을 특징으로 하는 수냉식화격자.
    
12. 제9항에 있어서,
    상기 가이드부의 각 모서리 내측부는, 냉각수 이동 흐름의 변동으로 발생할 수 있는 와류 현상을 방지케 된 라운드형태의 만곡면으로 이루어짐을 특징으로 하는 수냉식화격자.

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