KR20100061683A - 마모성 플레이트를 포함하는 액냉식 화격자 플레이트와 그러한 플레이트로 제조된 계단형 화격자 - Google Patents

Abstract

액냉식 화격자 플레이트는 캐리어 및 구동 구성 내에 배치 가능하고 액체가 통과할 수 있으며, 상부에 마모성 플레이트가 장착되는 별도의 냉각체(K)를 구비하는 캐리어 및 구동 구성을 포함한다. 냉각체(K)는 직사각형 튜브 섹션(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26)과 프로파일형 섹션(27)에 의해 형성되는 용접형 구성으로, 상기 구성은 리세스(28, 29, 30)를 가교하는 직사각형 튜브 섹션(23, 24, 25, 26)을 제외한 전체 연장부에 걸쳐 연장되는 연속적인 긴 리세스(28, 29, 30)를 형성한다. 캐리어 및 구동 구성은 함께 용접되는 평평한 강제부(鋼製部)로 형성된 리브형 형상이며, 구동 유닛(15)이 유압식 실린더 피스톤 유닛을 에워싸고, 이 유압식 실린더 피스톤 유닛은 직사각형 튜브(18) 내부에 수용되며, 직사각형 튜브는 상기 리브형 형상에서 터널형 구멍에 변위 가능하게 안내된다. 마모성 플레이트와 냉각체(K) 사이에는 고도의 열전도성을 갖는 연성 실리콘 호일(31)이 클램핑되며, 이는 양호한 열전달을 보장한다. 이러한 방식으로, 작동중에 마모성 플레이트는 이 마모성 플레이트가 아래에 배치되는 냉각체(K)에 의해서 냉각된다는 점에서 항시 비임계적인 온도 범위로 유지되는 것이 보장된다. 상기 화격자 플레이트는 제조하기가 훨씬 용이하고 저렴한데, 그 이유는 별도의 냉각체(K)의 사용으로 인해 용접 작업이 현저히 감소되며 덜 복잡하기 때문이다.

Description

마모성 플레이트를 포함하는 액냉식 화격자 플레이트와 그러한 플레이트로 제조된 계단형 화격자{LIQUID-COOLED GRATE PLATE COMPRISING WEAR PLATES AND STEPPED GRATE MADE OF SUCH GRATE PLATES}

본 발명은 마모성 플레이트를 포함하는 액냉식 화격자(grate) 플레이트와 그러한 플레이트로 제조된 계단형 화격자에 관한 것이다.

과거에, EP 0 621 449에 개시되어 있는 것과 같은 액냉식 화격자 플레이트는, 계단 형식으로 서로 중첩되도록 배치됨으로써 계단형 화격자를 형성하도록 조립되는 쓰레기 소각용 액냉식 화격자를 위해 사용되었다. 각각의 층계는 불을 때우고 화격자 상에 위치되는 소각할 재료를 위한 이송 동작을 이루기 위해 전체 화격자의 연장 방향으로 전후 방향으로 변위될 수 있다.

이러한 액냉식 화격자 플레이트는 강으로 이루어지며, 이러한 강은 두께가 대략 10 내지 12 mm이고, 경사지며, 이때 냉각수, 적절한 오일과 같은 냉각제 또는 특정 성분과 혼합된 냉각제가 흐를 수 있는 빈 공간이 형성되도록 2개의 쉘 절반부로 함께 용접된다. 표면을 위해서, 예컨대 하독스 강(Hardox steel)이 사용되는데, 그 이유는 이 하독스 강이 종래의 강보다 훨씬 경질이고, 따라서 내마모성이 보다 높기 때문이다. 그러나, 하독스 강은 또한 온도에 민감하며, 대략 280 ℃를 상회하는 온도에서는 연성이 된다. 하독스 강의 경도 약화를 방지하기 위해서는, 하독스 강이 280 ℃ 이하에서만 경질인 상태로 유지되기 때문에 하독스 강의 온도를 대략 280 ℃ 미만으로 유지해야 하므로 용접 부위로부터 계속해서 열을 소산시키도록 수조에서 용접이 실시된다. 용접후에, 화격자 플레이트는 교정되어야 하는데, 그 이유는 용접 동안에 국부적인 영역에서 고온이 발생되어 화격자 플레이트에 큰 온도 구배가 발생함으로써 용접 공정으로 인해 화격자 플레이트가 불가결하게 응력을 받게 되기 때문이다. 종래 기술로부터, 캐스케이드(cascade) 형상으로 적층된 화격자 플레이트가 서로 접촉하는 화격자 플레이트 상면의 부위에 별도의 마모성 플레이트를 마련하는 것이 공지되어 있으며, 마모성 플레이트의 전진 이동으로 인해 마모가 일어난다. 필요하다면 마모성 플레이트가 교환될 수 있기 때문에, 화격자 플레이트의 베이스 본체는 여전히 사용될 수 있다. 마모성 플레이트는, 예컨대 베이스 본체 상에 직접 배치될 수 있으며, 베이스 본체에 용접될 수도 있고, 또한 나사 연결부에 의해 베이스 본체에 체결될 수도 있다.

본 명세서에서 언급되는 해결책에서는, 마모성 플레이트가 냉각 화격자 플레이트 상에 직접 배치된다. 거시적으로 이러한 마모성 플레이트는 냉각 화격자 플레이트와 동일 평면으로 지지되지만, 마모성 플레이트로부터 냉각 화격자 플레이트로의 열전달은 매우 제한되는 것으로 확인되었다. 따라서, 그러한 이유로 아래에 위치되는 냉각 화격자 플레이트의 액냉은 효과적이지 않다. 미시적으로 마모성 플레이트의 저면뿐만 아니라 냉각 화격자 플레이트의 상면도 평평하지 않기 때문에, 복수의 작은 공기 간극이 형성되고, 미시적으로 플레이트들은 단지 점접촉하거나 실제적으로 작은 융기 구역에서만 상하로 지지되며, 단지 이 작은 융기 구역에서만 밀접하게 접촉하고, 그 결과 효율적인 열전달은 이러한 부위에서만 일어나는 반면, 그 외의 부위에서는 공기 간극이 절연 효과를 갖는다.

전술한 이러한 구성에서, 액체가 통과하여 흐르는 화격자 플레이트는 화격자 계단을 형성하고, 이 화격자 계단의 상면에는 마모성 플레이트가 마련된다. 그러한 화격자 플레이트의 제작은 매우 노동 집약적인데, 그 이유는 이 제작 공정이 판금 부분으로 이루어진 화격자 플레이트를 방수식으로 조립하기 위해서 다수의 방수성 용접 시임(seam)을 필요로 하기 때문이다. 액냉식 화격자 플레이트를 통해 연소물에 주요 공기를 공급하는 것이 가능하게 하기 위해서, 파이프 섹션이 화격자 플레이트의 내부에 용접되고, 화격자 플레이트를 저부로부터 상부까지 관통한다. 각각의 개별 파이프 섹션은 조립체가 내(耐)누설성이 되는 것을 보장하기 위해 화격자 플레이트의 베이스와 커버 플레이트에 매우 주위 깊게 용접되어야 한다. 이러한 용접 작업은 매우 정교하고 복잡하다. 따라서, 이러한 방식으로 제작된 화격자 플레이트는 결함이 있는 상태로 피니싱(finishing)되기 쉬우며, 누설이 검출된 경우에 보수가 어렵다. 그러한 화격자 플레이트의 수리는 역시 매우 복잡하고, 따라서 비용이 많이 든다. 추가로, 다수의 용접 시임은 피니싱 동안에 변형을 유발하며, 이로 인해 후속하는 화격자 플레이트의 교정이 필요하고, 이때 이러한 교정 공정은 화격자 플레이트가 어떠한 부위에서 누설이 발생되는 위험을 수반한다.

따라서, 본 발명의 목적은 각각의 화격자 플레이트가 온도에 민감하지 않은 저가의 철 또는 강으로 제작되지만, 여전히 요구되는 내마모성을 제공하고, 각각의 화격자 플레이트에는 교환 가능한 마모성 플레이트가 설치되는 것인 액냉식 화격자 플레이트와 이러한 화격자 플레이트로 이루어진 화격자를 형성하는 것이다. 그러나, 이러한 화격자 플레이트는 물에 노출되는 매우 적은 개수의 용접 시임을 포함하는 허용 오차(fault tolerant) 구성을 갖고, 종래의 구성보다 훨씬 더 간단하고 비용 효율적인 제작과 있을 수 있는 보수를 가능하게 하는 한편, 과열시에도 치수적으로 안정한 상태로 유지된다. 이와 동시에, 이러한 화격자 플레이트는, 추가된 마모성 플레이트에도 불구하고 냉각 작용이 단지 근소하게만 제한되도록 마모성 플레이트로부터 액냉식 화격자 플레이트로의 현저히 개선된 열전달을 허용하는 것으로 생각된다.

이러한 목적은 캐리어 및 구동 구성과, 이 캐리어 및 구동 구성에 삽입될 수 있고, 액체가 통과해 흐를 수 있으며 상부에 마모성 플레이트가 장착되는 별도의 냉각체를 포함하는 액냉식 화격자 플레이트에 의해 달성된다. 상기 목적은 또한 화격자 계단 당 하나 이상의 화격자 플레이트를 포함하는 액냉식 계단형 화격자에 의해 달성되는데, 이러한 화격자 계단들은 중첩되며, 하나 걸러 하나씩 이동 가능하도록 구성되며, 화격자 계단 당 복수 개의 화격자 플레이트가 포함되는 경우, 서로 이웃하여 위치되는 결합 화격자 플레이트의 캐리어 및 구동 구성은 함께 나사 결합된다.

본 발명은 도면에 기초하여 보다 상세히 설명되며, 본 발명의 기능이 설명된다.

본 발명에 따른 화격자 플레이트는 물에 노출되는 매우 적은 개수의 용접 시임을 포함하는 허용 오차 구성을 갖고, 종래의 구성보다 훨씬 더 간단하고 비용 효율적인 제작과 있을 수 있는 보수를 가능하게 하는 한편, 과열시에도 치수적으로 안정한 상태로 유지된다. 이와 동시에, 이러한 화격자 플레이트는, 추가된 마모성 플레이트에도 불구하고 냉각 작용이 단지 근소하게만 제한되도록 마모성 플레이트로부터 액냉식 화격자 플레이트로의 현저히 개선된 열전달을 허용한다.

도 1은 각각의 화격자 플레이트의 캐리어 구성을 보여주는 도면이고,
도 2는 각각의 캐리어 플레이트의 구동 구성을 포함하는 캐리어 구성을 보여주는 도면이며,
도 3은 화격자 플레이트의 액냉식 냉각체를 보여주는 도면이고,
도 4는 내부에 냉각체가 삽입되고, 상부에 열전도성 호일이 배치된 캐리어 및 구동 구성을 보여주는 도면이며,
도 5는 내부에 냉각체가 삽입되고, 열전도성 호일을 클램핑하는 것에 의해 상부에 마모성 플레이트가 설치된 캐리어 및 구동 구성을 보여주는 도면이고,
도 6은 내부에 횡방향 리브가 없는 대안의 캐리어 및 구동 구성을 보여주는 도면이며,
도 7은 전방 마모성 플레이트에 나사 결합하기 위해 전방에 구멍을 포함하는 대안의 냉각체를 보여주는 도면이고,
도 8은 내부에 도 7에 따른 냉각체가 삽입된 도 6에 따른 캐리어 및 구동 구성을 보여주는 도면이며,
도 9는 내부에 냉각체가 삽입되고, 마모성 플레이트가 열전도성 호일을 클램핑하면서 상부에 설치된 캐리어 및 구동 구성을 보여주는 도면이고,
도 10은 내부에 냉각체가 삽입되고, 마모성 플레이트가 열전도성 호일을 클램핑하면서 상부에 설치된 캐리어 및 구동 구성의 저면도이며,
도 11은 함께 나사 결합되고 각기 별도의 내부 냉각체를 갖는 2개의 결합 화격자 플레이트 각각으로 이루어진 2개의 화격자 웹을 갖는 액냉식 계단형 화격자를 횡방향으로 관통한 단면도이고,
도 12는 2개의 화격자 웹을 갖는 액냉식 계단형 화격자의 중앙 플랭크를 횡방향으로 관통한 단면도이며,
도 13은 2개의 화격자 웹을 갖는 액냉식 계단형 화격자의 측부 플랭크를 횡방향으로 관통한 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 각각의 화격자 플레이트의 캐리어 구성은 구조용 강으로 제조된 카커스(carcass)를 형성한다. 이러한 카커스는 서로 용접되는 수개의 강재 시트(1 내지 10)로 제작된다. 상세히 말하자면, 플레이트 평면에 대해 수직으로 배치되는 측벽(1, 2)와, 이 측벽과 평행하게 배치되는 리브 부재(3, 4, 5, 6)는 그 후방측이 후방벽(7)에, 그 전방측이 각도 프로파일(8)에, 그리고 그 중앙부가 수평 방향 중앙 플레이트(9)에 함께 용접된다. 리브 부재(3, 4, 5, 6)는 냉각체를 삽입하기 위한 공간이 형성되도록 계단형 상부 에지를 가지며, 이때 냉각체는 이들 리브(3, 4, 5, 6)와 중앙 플레이트(9) 상에 지지된다. 이 중앙 플레이트(9) 상에, 상부 에지가 모든 수직 부분(1, 2, 3, 4, 5, 6)의 상부 에지와 동일 평면으로 종결되는 연결 스트립(10)이 배치된다. 각도 프로파일(8)의 전방 에지에 체결 스트립(11)이 용접되고, 상기 체결 스트립에는 마모성 슈(13)를 체결하기 위한 보어(12)가 마련되는데, 상기 마모성 슈는 도시한 바와 같이 U자형상의 프로파일을 가지며, 이 마모성 슈에 의해 화격자 플레이트는 화격자에 설치된 후에 궁극적으로 아래에 있는 화격자 플레이트의 상면 상에 지지된다. 카커스의 일측면에서는 후방 진입형 터널형 구멍(14)을 볼 수 있는데, 이 구멍은 구동 요소를 삽입하는 데 사용된다.

도 2에는 구동 유닛(15)이 설치된 상태의 캐리어 구성이 도시되어 있다. 이러한 구동 유닛(15)은 유압식 실린더 피스톤 유닛(16)을 포함하며, 도 2에서는 피스톤 로드의 단부에 있는 이 유닛의 러그(17)를 볼 수 있다. 이 러그(17)는 화격자 플레이트 구성의 카커스에 있는 핀에 견고하게 연결된다. 유압식 실린더 피스톤 유닛(16)은 직사각형 튜브(18) 내부에 보호되도록 수용되며, 이 직사각형 튜브에 견고하게 연결된다. 직사각형 튜브(18)의 후방 단부에서는 보어(19)가 분명히 드러나며, 상기 보어에 의해 이 직사각형 튜브(18)와 내부 실린더 피스톤 유닛(16)이 화격자 하위 구조에 견고하게 연결된다. 실린더 피스톤 유닛(16)의 피스톤 로드를 연장시킬 때, 이에 따라 카커스는 고정 직사각형 튜브(18)에 의해 전방으로 가압된다. 따라서, 직사각형 튜브(18)는 클리어런스가 거의 없이 구멍(14)에서 안내된다. 그러나, 이 직사각형 튜브(18)와 구멍(14) 사이에는 어떠한 특별한 힘도 작용하지 않는데, 그 이유는 화격자 플레이트가 그 후방 저면 상에서 화격자 하위 구조에 있는 롤러 상에 개별적으로 지지되기 때문이다.

도 3에는 화격자 플레이트의 액냉식 냉각체(K)가 도시되어 있으며, 상기 냉각체는 장착 모듈로서 별도로 제작된다. 따라서, 냉각체(K)는 별도의 구성이며, 가능한 범위 내에서 표준 구성 요소로 구성된다. 예컨대, 긴 직사각형 튜브 섹션(20, 21, 22)이 사용될 수 있는데, 이러한 긴 직사각형 튜브 섹션은 교차 연결에 의해 짧은 용접용 삽입 직사각형 튜브 섹션(23, 24, 25, 26)으로부터 서로 용접되어, 구불구불한 냉각 흐름이 생성되도록 냉각체를 형성한다. 냉각 파이프 섹션(27)은 화격자 플레이트의 전방면에서 테이퍼지고, 전용 용접 구성을 필요로 한다. 그러나, 이러한 냉각체 구성은 용접용 삽입 미로형 내부 채널을 갖는 종래의 수냉식 화격자 플레이트에 비해 용접 시임 길이의 일부만을 갖는다. 결국, 냉각체를 통해 주요 공기를 전달하기 위한 다수의 구멍이 배제될 수 있는데, 그 이유는 본 발명의 구성의 냉각체는 서로 평행하게 배치되고, 전체적으로 실제적으로 냉각체 전체 길이에 걸쳐 연장되는 연속적인 리세스(28, 29, 30)를 포함하기 때문이다. 냉각체의 후방측의 저부에서 중앙 구역에는 공급 포트(43)와 복귀 포트(44)가 설치된다. 냉각제는 공급 포트(43)에서부터 시작하여 화살표로 나타낸 바와 같이 이 냉각체의 내부를 거쳐 궁극적으로 복귀 포트(44)를 통해 냉각체 밖으로 흘러나간다.

도 4에 도시한 바와 같이, 이러한 냉각체(K)는 캐리어 및 구동 구성의 카커스에 간단히 삽입되며, 냉각체는 카커스 내부에서의 특정 체결을 요구하는 일 없이 임의의 방식으로 카커스에 억지로 끼워넣어진다. 냉각체는 리브(3, 4, 5, 6) 상에 지지되며, 냉각체의 중앙부는 본 도면에서는 볼 수 없지만 중앙 플레이트(9) 상에 지지된다. 냉각체(K)의 공급 포트(43)와 복귀 포트(44)는 캐리어 구성의 카커스로부터 하향 돌출하며, 냉각 호스가 이들 포트에 연결된다. 작동 동안에 액체가 냉각체(K)를 통과하여 흐른다. 대부분의 경우, 냉각제는 단순히 물이겠지만, 오일 또는 특정 성분과 혼합된 오일도 또한 냉각제로서 사용될 수 있다. 도 3에 이미 도시한 바와 같이, 냉각제는 화격자 플레이트의 전체 표면을 가로질러 효율적으로 굽이쳐 흐르고, 이에 따라 화격자 플레이트의 표면으로부터 열을 소산시킨다. 이하에서는, 소정 치수가 주어지는데, 이 치수는 구성과 상황에 따라 변동할 수 있으며, 이 치수로 구성이 제한되지는 않는다. 예컨대, 시간 당 7 ㎥의 냉각제가 그러한 화격자 플레이트를 통과하도록 송출되며, 냉각제의 온도는 작동중에 공급 및 복귀 사이에서 단지 대략 2 ℃만큼만 상승한다. 이러한 최소 온도 상승은, 우선 유체가 냉각체(K)의 일측방 절반부를 통과하여 흐른 다음, 단지 나머지 절반부만을 통과하여 흐르는 것이 중요하지 않다는 것을 명확히 한다. 그러나, 냉각체가, 주요 공기가 아래로부터 화격자 플레이트를 통과하게 하는 리세스(28, 29, 30)을 포함한다는 것은 중요하다. 이러한 방식으로, 주요 공기를 냉각체 내부를 통해 전달하기 위한 복수 개의 관통 파이프 섹션에서의 용접을 배제할 수 있다. 그 후, 열전도성 호일(31)이 이 냉각체 전반에 걸쳐 넓게 배치되며, 이 전도성 호일은 리세스(28, 29, 30) 위에 지지되는 절결부를 갖는다. 도면은 이러한 열전도성 호일(31)의 일부를 보여주고 있지만, 열전도성 호일의 전개는 전체 냉각체 표면을 덮는다. 열전도성 호일은, 예컨대 구리 또는 알루미늄과 같은 연성 금속 또는 복수 개의 연성 금속으로 이루어진 합금으로 형성된다. 이러한 열전도성 호일에 대한 대안으로서 또는 이러한 열전도성 호일에 추가하여, 열전도성 페이스트가 사용될 수 있다. 그러한 열전도성 페이스트는, 예컨대 전자 산업에 있어서의 반도체들을 열적으로 연결하고 냉각하기 위해 사용되지만, 열전도성 페이스트는 또한 본 명세서에서는 상기 목적에 적합한데, 그 이유는 열전도성 페이스트가 최대 1300 ℃까지 사용될 수 있기 때문이다.

도 5에는 내부에 냉각체가 삽입되고, 상부에 마모성 플레이트(32, 33)가 장착된, 즉 이 열전도성 호일이나 열전도성 페이스트를 클램핑함으로써 웨지(wedge) 또는 기브(gib)에 의해 상부에 리벳팅되거나 부착된 캐리어 및 구동 구성이 도시되어 있다. 필요한 내마모성을 지닌 화격자 플레이트 구성을 제공하기 위해, 표면은 카커스 구성을 위해 사용될 수 있는 종래의 구조용 강보다 훨씬 경질이어야 한다. 해결책은 소각할 재료와 접촉하게 되는 화격자 플레이트의 상면에 적어도 하나의 별도의 마모성 플레이트(32)를 설치하는 것과, 전방 테이퍼에 전방 마모성 플레이트(33), 그러나 유리하게는 복수 개의 그러한 마모성 플레이트(32, 33)를 설치하는 것으로, 이때 마모성 플레이트는 설치와 또한 교체가 보다 용이하다. 충분히 경질이고 기계적 내성이 있으며, 아래의 냉각체로부터의 냉각에 의해 그 경도에 악영향을 주지 않는 온도로 유지될 수 있는 임의의 재료가 이러한 마모성 플레이트(32, 33)를 위한 재료로서 적합하다. 특히, 예컨대 하독스 강이 마모성 플레이트(32, 33)를 위한 구조용 재료로서 적합하다. 이러한 마모성 플레이트(32, 33)는 유체가 통과하여 흐를 수 있는 냉각체와 최상의 가능한 열접촉을 이룬다(이점이 매우 중요함). 예컨대, 두께가 5 내지 10 mm인 마모성 플레이트(32, 33)가 유체가 통과하여 흐를 수 있는 냉각체(K) 상에 배치되고, 냉각체에 적극적으로 또는 비적극적으로 나사 결합되거나, 리벳팅되거나, 부착되거나, 접착된다. 나사 헤드(34)가 마모성 플레이트 표면과 동일 평면이 되도록 대응 구멍이 마모성 플레이트(32, 33)에 마련된다. 마모성 플레이트(32, 33)로부터 액냉식 냉각체(K)로의 양호한 열전도를 보장하기 위해, 적절한 열전도성 재료가 마모성 플레이트(32, 33)와 액냉식 냉각체(K) 사이에 삽입되고, 이들 사이에 클램핑된다. 이러한 재료는 평평하지 않은 구역 모두를 보완하고 마모성 플레이트(32, 33)와 냉각체의 밀접하게 꼭 들어맞는 기계적 연결과 열접합을 이루려는 목적을 갖고 있다. 예컨대, 냉각체 상면과 또한 전방으로 테이퍼진 전방면을 덮는 고도의 열전도성을 갖는 연성 실리콘 호일이라고 부르는 것이 열전도성이 우수한 재료라는 것이 입증되었다. 그러한 연성 실리콘 호일은 열전도성 세라믹으로 채워짐으로써 연성이고 고도의 열전도성을 갖는 실리콘으로, 엄청난 탄성을 나타낸다. 이러한 실리콘 호일은 상이한 공차와, 하우징 또는 냉각체까지 긴 거리에 걸친 2개의 연결 부재의 평평하지 않은 구역에 기인하는 열을 소산시키는 데 매우 적합한 것으로 입증되었다. 이러한 점에 있어서, 베이스 재료로서의 실리콘의 장점 모두가 제공되며, 즉 높은 온도 내성, 화학적 내성 및 높은 유전 강도가 제공되기는 하지만, 마지막 특성은 본 출원에 있어서 중요한 것은 아니다.

연성 실리콘 호일의 높은 압축성으로 인해, 평평하지 않은 넓은 면적과 공차를 갖는 열원과 방열체가 이상적으로 서로 열접합된다. 그 형상이 조절되는 실리콘 재료의 우수한 능력으로 인해, 접촉면이 확대되고 열접합이 현저히 향상된다. 이 과정에서 인가되는 압력은 낮으며, 추가적으로 매우 높은 탄성이 기계적 댐핑을 제공한다. 그러한 연성 실리콘 호일은 그 열특성으로 인해 지금까지 SMD 인쇄 회로 기판 상의 전자 부품에서 사용하기 위한 이상적인 열적 해결책으로서 채용되어 왔다. 그러한 연성 실리콘 호일은 독일 오버하힝 데-82041 라이파이젠알레 12아에 소재하는 Kunze Folien GmbH(www.heatmanagement.com)로부터 입수 가능하며, 이 회사가 고도의 열전도성을 갖는 연성 실리콘 호일 KU-TDFE로서 시판중이다. 0.05 mm, 1 mm, 2 mm 및 3mm로 두께가 상이한 실리콘 호일이 이용 가능하다. 이러한 호일 재료의 열전도성은 2.5 W/mk이며, 이 호일 재료는 -60 ℃ 내지 +180℃의 온도 범위에서 사용될 수 있다. 따라서, 쓰레기 소각용 화격자의 화격자 플레이트에 있는 냉각체(K)와 마모성 플레이트(32, 33) 사이에서 사용하는 것이 가능한데, 그 이유는 수냉식 화격자 플레이트는 항상 70 ℃ 미만의 온도로 유지되기 때문이다.

경질의 마모성 플레이트(32, 33)의 사용을 위해, 이 마모성 플레이트의 열부하 레벨을 초과하지 않는 것이 중요하다. 마모성 플레이트의 제작을 위해 사용되는 내고온성 강은 대략 최대 400 ℃까지 그 경도를 유지한다. 액냉식 냉각체에 의해 제공되는 냉각에 의해, 마모성 플레이트의 작동 온도는 통상 대략 50 ℃로 유지된다. 그러나, 이러한 목적을 위해서는 마모성 플레이트(32, 33)로부터 냉각체(K)로의 충분한 열전달이 보장되어야 한다. 이것은 전술한 바와 같이 연성 실리콘 호일을 클램핑하는 것에 의해 가능하다는 것이 명확하다. 연성 실리콘 호일(31)은 정확한 끼워맞춤(precise fit)에 의해 냉각체 상에 배치되고, 이 연성 실리콘 호일 상에 마모성 플레이트(32, 33)가 배치된다. 마모성 플레이트에는 슬롯(45)이 마련되며, 이때 이 슬롯은 주요 공기가 아래에서부터 캐리어 카커스와 리세스(28, 29, 30)를 상향 통과하여 이 슬롯을 통해 흐를 수 있도록 리세스(28, 29, 30) 위에서 냉각체(K)에 지지되게 된다. 마모성 플레이트(32, 33)는 삽입 열전도성 호일을 클램핑하면서 냉각체 상에서 동일 평면으로 지지되는 것이며, 나사 결합에 의해 카커스의 저면에 장착되고, 마모성 플레이트는 또한 냉각체의 테이퍼진 정면 앞에 지지되는 것이며, 마찬가지로 아래에 연성 실리콘 호일을 클램핑하면서 나사 결합에 의해 화격자 플레이트 카커스에 장착된다. 이러한 방식으로, 소각할 재료에 면하는 화격자 플레이트의 상면과 정면 전체는, 바람직하게는 하독스 강으로 형성되는 마모성 플레이트(32, 33)로 구성된다.

마모성 플레이트(32, 33)는 캐리어 구성, 즉 화격자 플레이트 카커스에 장착된다. 장착을 위해서, 예컨대 나사 연결부가 적합하다. 나사는 냉각체(K)에 있는 리세스(28, 29, 30)를 통해 안내된다. 이때, 마모성 플레이트(32, 33)는 적절한 절결부를 갖는 연성 실리콘 호일(31)을 클램핑하면서 냉각체에 장착되며, 이때 잠금 너트가 화격자 플레이트 카커스 저면 상에서 조여진다. 이러한 방식으로, 최적 열전달이 보장된다. 실험을 통해, 연성 실리콘 호일을 사용함으로써, 그러한 연성 실리콘 호일이 부재할 때에 비해 열전달이 최대 5배까지 향상된다는 것이 증명되었다. 나사 연결부에 대한 대안으로서, 마모성 플레이트(32, 33)는 또한 리벳에 의해 체결될 수도 있고, 예컨대 그 단부 구역에 크로스 슬롯을 지닌, 접시머리(contersunk head)를 갖는 핀이 사용된다. 이때 유일하게 요구되는 것은 해머를 사용하여 웨지를 측방향으로 이 슬롯 내로 구동하는 것이다. 상기 연결은 웨지의 반대쪽을 해머로 가격하는 것에 의해 용이하게 해제될 수 있는데, 이는 큰 잠금 너트를 푸는 것보다 훨씬 빠르게 이루어진다.

실리콘 호일 또는 연성 실리콘 호일 대신에, 연성 금속 또는 연성 금속 합금으로 형성된 열전도성 호일을 사용하는 것 또한 가능하다. 구리 또는 알루미늄은 그러한 연성 금속의 예이며, 추가로 열을 매우 잘 전도한다. 그러한 열전도성 호일은 그 연성으로 인해 마찬가지로 마모성 플레이트(32, 33)와 아래에 위치되는 냉각체 사이에 클램핑되기에 적합하고, 마모성 플레이트와 냉각체의 표면 구조에 대해 놓인다. 전술한 모든 것은 수냉식 화격자의 측부 플랭크(plank)를 설치하는 것에 대해서도 유사하게 적용된다. 이러한 측부 플랭크는 또한 기존에 수냉식 중공형 본체로 제작되었다.

도 6에는 내부에 횡방향 리브가 없는 대안의 캐리어 및 구동 구성이 도시되어 있다. 이 캐리어 및 구동 구성은 마찬가지로 테이퍼진 경사 전방벽(48), 수직 중앙벽(45) 및 마찬가지로 수직 후방벽(7)을 사용하여 카커스를 형성하도록 함께 용접되는 측벽(1, 2)을 포함한다. 전방벽(48)에는, 냉각체와 마모성 플레이트를 체결하는 데 사용되는 구멍(49)이 마련된다. 일측면에는 뒤에서부터 구동 유닛(15)을 위한 리세스(14)가 마련된다. 도 7에는 이 카커스와 결합되는 냉각체(K)가 도시되어 있으며, 이 경우 상기 냉각체는 전방면(47)에, 전방 마모성 플레이트가 냉각체(K)의 이 정면(47)에 체결될 수 있도록 나사가 관통하여 배치되는 구멍(46)을 특별한 특징부로서 갖는다. 도 8에는 내부에 도 7에 따른 냉각체가 삽입된, 도 6에 따른 캐리어 및 구동 구성이 도시되어 있다. 냉각체(K)는 정확한 끼워맞춤에 의해 카커스에 삽입될 수 있다. 그 후, 열전도성 호일이 냉각체의 상면에 배치된다. 냉각체에 의해 형성되는 리세스(28, 29)는 덮이지 않은 상태로 유지된다. 도 9에는, 내부에 냉각체가 삽입되고 마모성 플레이트(32, 33)가 열전도성 호일을 클램핑하면서 상부에 장착된 이 캐리어 및 구동 구성이 도시되어 있으며, 상기 마모성 플레이트는 카커스를 하향 관통하여 카커스의 저면으로 안내되는 나사(34)에 의해 장착된다. 도 10에는 내부에 냉각체가 삽입되고 마모성 플레이트가 열전도성 호일을 클램핑하면서 상부에 장착된 이 캐리어 및 구동 구성이 저면도로 도시되어 있다. 본 도면에서는 구동 유닛(15)이 분명히 드러나며, 구동 유닛에는 유압식 피스톤 실린더 유닛이 수용되고, 본 도면에서는 유압식 피스톤 실린더 유닛의 말단 고정 러그(50)와, 또한 연장 가능한 피스톤의 전방 단부에 있는 대향 러그(17)가 분명히 드러난다. 추가로, 공급 튜브(43) 및 복귀 튜브(44)와, 또한 마모성 플레이트를 전방에 고정하는 나사(34)가 분명히 드러난다.

도 11에는 2개의 화격자 웹[R(=우측) 및 L(=좌측)]이 내부에 별도의 냉각체를 갖는 화격자 플레이트(P)로 구성된 액냉식 화격자를 횡방향으로 관통한 단면도가 도시되어 있다. 2개의 화격자 웹(R, L)은 화격자 웹(R)과 화격자 웹(L) 양자를 위한 스토킹 플랭크를 형성하는 중앙 플랭크(37)로부터 분리되어 있다. 화격자의 외측 에지에는, 측부 플랭크(35, 36)가 마련된다. 하나 걸러 한개의 회격자 계단의 화격자 플레이트(P)는 이동 가능하고 중앙 플랭크(37)와 측부 플랭크(35, 36)를 따라 드로잉 시트 플레이트에 대해 수직으로 전후방으로 슬라이딩하도록 구성된다. 그 결과, 이들 측방 플랭크(35, 36)와, 또한 중앙 플랭크(37)가 마모되게 된다. 표면 상에서, 마찬가지로 연성의 열전도성 호일을 클램핑하면서 플랭크(35, 36, 37)에 장착되는 마모성 플레이트를 사용함으로써, 소망하는 열소산을 크게 악화시키는 일 없이 마모 문제에 대한 명쾌한 해결책을 제공하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 마모성 플레이트가 장착된 화격자를 업그레이드하기 위해, 단지 마모성 플레이트만을 교체해야 하는데, 이는 화격자 플레이트와 플랭크 모두를 교체하는 것보다 신속하고 보다 비용 효율적이다. 그 결과, 액냉식 화격자가 소각할 재료와 접촉하게 되는 경우와 또한 액냉식 화격자가 슬라이딩 마찰로 인해 마모되게 되는 경우에는 언제나, 액낵싱 화격자에 교환 가능한 마모성 플레이트가 설치된다. 그러나, 이와 동시에 액냉으로 인한 냉각 작용이 거의 손상되지 않기 때문에, 모든 장점이 여전히 유효하다.

도 12에는 도 6으로부터의 중앙 안내 플랭크(37)의 확대도가 도시되어 있다. 이 경우, 마모성 플레이트(39)는 2개 부분으로 구성되며, 이들 2개 부분은 지점(38)의 중앙에서 상부가 결합된다. 마모성 플레이트는 접시머리 나사(40)에 의해 양측부로부터 플랭크(37)에 고착되는데, 마모성 플레이트느 그 자체 사이에 삽입 열전도성 호일(31)이 클램핑된다. 하부 구역에서는, 냉각체(K)에 의해 냉각되고 그 상면에 마찬가지로 마모성 플레이트(32)가 장착되는 화격자 플레이트(P)가 중앙 플랭크(37) 상에서 마모성 플레이트(39)에 대해 지지된다.

도 13에는 도 6으로부터의 측방 안내 플랭크(35)가 확대도로 도시되어 있다. 이 예에서, 마모성 플레이트(41)는 플랭크(35) 둘레에서 어느 정도 당겨진다. 마모성 플레이트는 이 마모성 플레이트 아래에 열전도성 호일(31)을 클램핑하고, 이 예에서 마모성 플레이트는 2개의 접시머리 나사(42)에 의해 플랭크(35)에 나사 결합된다. 마모성 플레이트(41)의 하부 구역에는, 냉각체(K)에 의해 냉각되고, 그 상부에 마찬가지로 마모성 플레이트(32)가 장착되는 화격자 플레이트(P)가 마모성 플레이트(41)에 대해 지지된다.

연성 열전도성 호일(31)을 포함하는 것과 함께, 캐리어 및 구동 구성, 내부에 삽입되고 리세스(28, 29, 30)가 마련되는 별도의 냉각체(K), 및 상부에 장착되는 마모성 플레이트(32, 33)를 포함하는 이러한 화격자 구성의 장점은 다음과 같다. 보수 관리 목적을 위해, 각각의 화격자 플레이트(P) 또는 화격자 계단을 더 이상 제거하거나 교체할 필요는 없지만, 대신에 단지 화격자 플레이트(P) 상의 마모성 플레이트(32, 3; 39, 41)와 측방 경계를 정하는 플랭크(35, 37) 상의 마모성 플레이트만이 교체되며, 이에 따라 화격자 플레이트는 항시 적소에 유지된다. 그 작동 온도가 50 ℃ 내지 70 ℃이고, 기계적 마모가 없는 경우, 철로 제작된 화격자 플레이트(P)와 플랭크는 수년 또는 심지어는 수십년간 지속된다. 화격자 플레이트 상의 단지 하나의 마모성 플레이트(32, 33)만을 교체해야 하는 데에는 종래의 중공형 화격자 플레이트 전체를 교체하는 비용의 일부의 비용이 든다. 추가로, 마모성 플레이트(32, 33; 39, 41)를 교체하는 것은 화격자 플레이트 전체를 교체하는 것보다 훨씬 신속하게 수행되며, 관련 작업이 안전하다. 화격자 플레이트 전체를 교체해야 하는 경우, 냉각 회로가 중단되어야만 하며, 냉각제는 플레이트로부터 배수되어야 한다. 이때, 리프팅 장치를 사용하여 비교적 큰 힘을 들여 화격자로부터 각각의 화격자 플레이트를 들어올린다. 비교적 복잡한 제작 방법으로 교체 플레이트를 새롭게 제작해야 한다. 그러나, 단지 하나의 마모성 플레이트(32, 33; 39, 41)만을 교체해야 하는 경우, 액냉식 플레이트를 배수할 필요는 없다. 단지 화격자 플레이트 저면 상의 너트만을 풀어야하고, 그 후 마모성 플레이트(32, 33)를 화격자로부터 들어올려 교환할 수 있다. 신규의 접시머리 나사가 사용되고, 신규의 마모성 플레이트가 다시 화격자 플레이트에 장착된다. 이것은 화격자의 측방 액냉식 플랭크(35, 37)에도 동일하게 적용된다. 따라서, 마모성 플레이트(32, 33; 39, 41)를 교체하는 것은 화격자 계단 전체의 교체보다 수배 신속하게 수행되고, 지금까지 요구되었던 신규한 액냉식 화격자 플레이트의 제작은 실제적으로 완전히 제거된다. 추가로, 삽입 열전도성 호일로 인해, 열분배가 현저히 개선된다. 따라서, 열은 도처에서 균일하게 화격자 표면, 즉 마모성 플레이트로부터 소산되며, 마모성 플레이트는 그 전체 표면에 걸쳐 매우 균일하게 가열된다. 액냉식 중공형 본체 구성 형태의 종래의 화격자 플레이트와 비교했을 때, 공기 슬롯의 개수와 구성은 내부에 냉각체가 삽입되고 상부에 마모성 플레이트가 장착되는 화격자 플레이트와 동일하게 유지될 수 있다. 슬롯은 냉각체에 있는 리세스 위에 간단히 배치되어야 한다. 냉각제를 위한 공급 포트와 복귀 포트의 위치 설정도 또한 동일하게 유지될 수 있다. 추가로, 화격자 플레이트의 냉각 단면, 중량 및 형상과, 또한 구동부를 위한 체결 지점은 동일하게 유지될 수 있다. 그 결과, 화격자 플레이트는 어려움 없이 기존의 화격자 웹을 개장하는 데 알맞게 된다. 따라서, 본 명세서에서 설명한 구성의 장점은 매우 자명하다.

지금까지 실시된 실험은 다음과 같이 이루어졌다. 기존의 화격자 플레이트의 상측부를 35,000 내지 45,000 작동 시간 동안 사용한 후에 벽 두께는 대략 4 mm로 감소된다. 따라서, 화격자 플레이트 전체를 폐기하고 교체해야 한다. 이와 대조적으로, 본 발명의 화격자 플레이트에서는 단지 마모성 플레이트만을 이러한 작동 시간 후에 교체해야 한다. 캐리어 및 구동 구성은 화격자를 유지할 수 있다. 마모성 플레이트를 교체하는 데 드는 비용은 화격자 플레이트 전체를 교체하는 데 드는 기존의 비용의 일부이다. 그 결과, 이러한 화격자 플레이트는 동일한 중량을 가지면서 수배 더 긴 서비스 수명을 약속한다. 마모성 플레이트가 없는 종래 구성에 비해, 표면 온도는 단지 15 ℃만큼만 상승한다. 이러한 신규한 화격자 플레이트에 의해 작동 신뢰성이 향상되는데, 그 이유는 내부의 냉각체가 극심한 열영향에 의해서도 손상되지 않기 때문이다. 주요 공기를 공급하기 위해 용접용 삽입 관통 파이프가 더 이상 존재하지 않기 때문에, 누설 가능성은 존재하지 않는다. 이러한 신규의 화격자 플레이트는 종래의 화격자 플레이트를 이용하여 치수 적합성을 갖도록 제작될 수 있으며, 따라서 필요하다면 종래의 화격자 플레이트를 개별적으로 교체할 수 있다.

K : 냉각체
1, 2 : 측벽
3, 4, 5, 6 : 리브 부재
7 : 후방벽
8 : 각도 프로파일
9 : 중앙 플레이트
15 : 구동 유닛
20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 : 직사각형 튜브 섹션
28, 29, 30 : 리세스
31 : 열전도성 호일
32, 33, 39, 41 : 마모성 플레이트
35, 36, 37 : 플랭크

Claims (9)

1. 구동 가능한 캐리어 구성을 포함하고, 이 캐리어 구성에 삽입 가능하며 액체가 통과하여 흐를 수 있는 별도의 냉각체와, 이 냉각체 상에 장착되는 화격자 플레이트(grate plate)를 더 포함하는 액냉식 계단형 화격자 요소에 있어서,
   액체가 통과하여 흐를 수 있는 삽입 가능한 냉각체(K)는 누설 방지 중공형 본체 구성이고, 적어도 하나의 연속적인 리세스(28, 29, 30)를 형성하며, 이 리세스는 거의 냉각체의 종방향 연장부 전체에 걸쳐 연장되고, 화격자 플레이트는 주요 공기 슬롯(45)을 갖는 마모성 플레이트(32)로서 구성되며 열접촉에 의해 냉각체(K)에 장착될 수 있고, 화격자 플레이트는 캐리어 구성에 나사 결합될 수 있으며, 주요 공기 슬롯(45)은 냉각체(K)의 리세스(28, 29, 30) 위에서 지지되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
2. 제1항에 있어서, 액체가 통과하여 흐를 수 있는 삽입 가능한 상기 냉각체(K)는 직사각형 튜브 섹션(20, 21, 22, 23, 24, 25, 26)과 프로파일형 섹션(27)으로 이루어진 용접형 구성이고, 상기 용접형 구성은, 리세스(28, 29, 30)를 가교하는 직사각형 튜브 섹션(23, 24, 25, 26)을 제외한 냉각체(K)의 종방향 연장부 전체에 걸쳐 연장되는 적어도 하나의 연속적인 리세스(28, 29, 30)를 형성하며, 화격자 플레이트는 주요 공기 슬롯(45)을 갖는 마모성 플레이트(32)로서 구성되고 열접촉에 의해 냉각체(K) 상에 장착될 수 있으며, 화격자 플레이트는 캐리어 구성에 나사 결합될 수 있고, 주요 공기 슬롯(45)은 냉각체(K)의 리세스(28, 29, 30) 위에서 지지되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캐리어 구성은 함께 용접되는 평평한 강제부(鋼製部)로 이루어진 카커스(carcass)이고, 구동 구성(15)이 유압식 실린더 피스톤 유닛(16)을 에워싸며, 이 실린더 피스톤 유닛(16)은 상기 카커스에서 터널형 구멍(14)에 변위 가능하게 지지되는 직사각형 튜브(18)의 내부에 수용되는 한편, 피스톤 단부는 핀에 의해 카커스에 연결되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액냉식 계단형 화격자 요소는 강으로 형성된 복수 개의 마모성 플레이트(32, 33)를 포함하며, 이 마모성 플레이트는 냉각체(K) 상에 적절하게 지지되는 열전도성 호일(31) 또는 열전도성 페이스트를 클램핑하면서 나사, 부착 또는 리벳 연결에 의해 액냉식 냉각체(K)에 장착되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액냉식 계단형 화격자 요소는 강으로 형성된 복수 개의 마모성 플레이트(32, 33)를 포함하며, 이 마모성 플레이트는 냉각체(K) 상에 적절하게 지지되는 열전도성 호일(31) 또는 열전도성 페이스트를 클램핑하면서 액냉식 냉각체(K)에 장착되고, 나사(34)가 마모성 플레이트(32, 33)의 저부로부터 냉각체에 있는 리세스(28, 29, 30)를 통해 하향 안내되며, 이때 잠금 너트에 의해 캐리어 요소의 카커스에 대해 장착되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 고도의 열전도성 호일(31)은 주로 실리콘을 포함하며, 연성 실리콘 호일(31)인 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 고도의 열전도성 호일은 하나 이상의 연성 금속 또는 이러한 연성 금속의 합금을 포함하는 연성 금속 호일인 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자 요소.
8. 서로 이웃하게 배치된 화격자 계단마다 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 액냉식 계단형 화격자 요소를 포함하는 액냉식 계단형 화격자로서, 상기 액냉식 계단형 화격자 요소는 서로 중첩되고 하나 걸러 하나씩 이동 가능하게 구성되며, 화격자 계단 당 복수 개의 계단형 화격자 요소가 존재하는 경우, 서로 이웃하게 배치된 결합 계단형 화격자 요소의 캐리어 구성은 함께 나사 결합되는 것인 액냉식 계단형 화격자.
9. 제8항에 있어서, 상기 액냉식 계단형 화격자의 표면, 즉 액냉식 계단형 화격자 요소의 표면과 측부 플랭크(plank)(35, 36)의 표면, 그리고 또한 복수 개의 화격자 웹이 서로 이웃하게 배치된 경우에 중앙 플랭크(37)의 표면에는 마모성 플레이트(39, 41)가 장착되며, 동일한 이 마모성 플레이트가 나사 연결부(40, 42) 또는 리벳에 의해 화격자 플레이트(P) 또는 중앙 플랭크(37)와 측부 플렝크(35, 36)에 연결되는 것을 특징으로 하는 액냉식 계단형 화격자.

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