KR100427961B1 - 사탕수수분쇄장치및방법 - Google Patents

Abstract

사탕수수를 분쇄하여 액즙을 추출하기 위한 장치는 대향된 분쇄 롤을 가지며 이중 적어도 하나의 분쇄 롤은 액즙 채널이 형성되어 있으며 이 액즙 채널은 액즙이 채널내로 유입된 후 버개스에 의해 일시적으로 막힌다. 롤이 더 회전되면 줄기 블랭킷으로부터 트랩된 액즙을 제거하며 그런 후 버개스 플러그는 채널의 상부 외측으로 스크레이프되어 액즙이 배출되도록 한다. 액즙은 줄기 블랭킷으로부터 배출되고 그에 재흡수되지 않는다. 액즙 이동의 효율은 개선된다. 다른 효율 개선은 줄기 블랭킷이 일반적으로 수직방향으로 이동하도록 서로의 위에 위치된 쌍으로된 분쇄 롤을 구비함으로써 얻어진다.

Description

사탕수수 분쇄 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CRUSHING SUGAR CANE}

설탕 액즙은 줄기를 분쇄 롤러사이에서 분쇄함으로써 사탕수수로부터 제거된다. 줄기는 초기에 약 20 내지 50㎝의 짧은 길이[빌릿(billet)으로 지칭됨]로 잘려지거나, 또는 미세하게 쪼개진 형태로 조각 내어 진다. 그 후 빌릿 또는 조각난 줄기는 다수의 이격된 밀(mill)내에서 분쇄된다.

공지된 유형의 밀은 서로 인접한 2개의 하부 롤 및 상부 롤로 구성되고 롤 샤프트의 중심이 삼각형을 형성하는 배열로 되는 3롤 밀이다. 이러한 배열에 있어서, 사탕수수 또는 버개스의 블랭킷(blanket)은 대체로 수평하거나 또는 약간 경사진 방식으로 롤을 관통하고 분쇄 처리 도중 액즙이 추출된다.

다른 유형의 공지된 밀은 사탕수수가 롤사이에서 수평으로 이동하도록 서로역회전하는 한 쌍의 롤러를 사용한다.

때때로, 밀은 주 분쇄 롤 또는 제 1 롤의 전방에 하나 또는 그 이상의 추가 롤을 갖는다. 이러한 추가 롤은 압축된 사탕수수 또는 버개스의 블랭킷을 주 분쇄 롤로 밀어내도록 위치한다. 이렇게 구성할 경우, 추가 롤이 보통 줄기 또는 버개스로부터 약간의 액즙을 짜내지만, 이는 부차적인 것이며 이러한 롤의 주된 기능은 줄기 또는 버개스를 분쇄 롤에 가압하는 것이다.

사탕수수가 공장에서 분쇄될 경우, 줄기는 다수의 독립된 밀을 통과한다. 각각의 밀은 전술된 2롤, 3롤, 4롤 또는 그 이상의 롤 배열로 구성된다. 사탕수수는 더 분쇄되도록 하나의 밀로부터 다음 밀로 이송된다.

모든 종래 밀의 공통적인 특징은 하측 롤이 분쇄물로부터 대부분의 설탕 액즙을 배수하도록 기능한다는 것이다. 이는 주로 추출된 설탕 액즙이 중력의 영향하에서 하부 롤로 이동하게 하는 중력 효과 때문이다. 그러나, 상부 롤이 또한 분쇄 롤이며, 추출된 설탕 액즙이 또한 수평으로 이동하는 버개스 줄기의 블랭킷의 상부에 쌓인다.

이러한 액즙을 추출하기 위해, 설탕 액즙이 통과할 수 있고 롤의 각각의 단부 면으로부터 배수될 수 있는 개구가 상부 롤에 때때로 제공된다. 그러한 롤은 "로터스(lotus)" 롤로서 공지되어 있다.

줄기 또는 버개스의 분쇄 효율을 개선하기 위해, 맞물림형 효과(meshing-type effect)를 형성하도록 상부 롤 및 하부 롤에 홈을 형성하는 것이 공지되어 있다.

하부 롤에 있어서, 액즙 배수를 촉진하기 위해 롤내의 각각의 홈 또는 매 제 2 또는 제 3 홈에 약 25㎜의 깊이로 추가적인 액즙 홈을 내는 것이 공지되어 있다. 액즙 홈은 액즙이 분쇄물로부터 흘러나오는 통로를 제공한다.

그러나, 이러한 것의 단점은 액즙이 롤의 방향과 반대로 후방으로 흐른다는 것이다. 롤 표면 운동에 대한 설탕 액즙의 이러한 역류는 액즙 추출의 효율을 떨어뜨린다. 액즙과 접촉하는 롤 표면의 마찰 저항이 액즙의 흐름을 지연시킨다. 롤 표면 속도가 증가함에 따라 이러한 방해 효과가 증가한다. 그러므로 액즙의 역류가 멈추고 액즙이 롤과 함께 전방으로 운반되는 지점까지 표면 속도가 증가함에 따라 액즙 홈의 유익한 이점은 흐름 지연에 의해 제한되고 전부 소멸될 수도 있다.

용량이 롤 길이, 롤 직경 및 롤 속도와 직접 관련되므로, 이러한 효과가 또한 밀의 용량을 상당히 제한한다.

종래의 밀에서 롤 속도를 약 300㎜/sec 이상으로 증가시키면 추출 효율은 급격히 감소될 수 있다.

버개스를 제거하기 위해 깊게 관통하는 스크레이퍼를 롤의 전방 홈내로 위치시키는 시도가 행해졌지만, 이는 버개스가 액즙을 재흡수하게 하여 추출 효율에서의 감소를 가져오는 좋지 못한 결과를 가져왔다.

사탕수수가 하나의 밀에서 다음 밀로 이송될 때, 줄기 블랭킷은 하나의 밀로부터 배출될 때 또한 다음 밀에 의해 압축되고 분쇄되기 전에 팽창하는 경향이 있다.

다음 밀에서의 설탕 액즙 추출의 효율을 개선하기 위해, 사탕수수 블랭킷이팽창할 때 사탕수수 블랭킷에 물 또는 희석한 액즙을 첨가하는 것이 공지되어 있으며, 이러한 처리는 "흡수(imbibition)"로서 공지되어 있다.

2롤 밀내의 이러한 단계에서 물 또는 희석한 액즙을 첨가하는데 있어서의 단점은 사탕수수 블랭킷이 또한 반압축된(semi-compressed) 형태로 될 필요가 있다는 것이다. 그러므로 압력 슈트가 각각의 분쇄 단계 사이에 위치된다. 버개스가 수평방향으로 이송되는 다음 단계로 버개스를 이송하기 위해 필요한 구동력의 결과로서 압력 슈트는 사탕수수 블랭킷 또는 버개스를 반압축된 형태로 유지한다.

그러나, 버개스를 반압축된 형태로 유지함으로써, 버개스는 완전히 팽창하지 않으며, 따라서 흡수는 전체적으로 성공적이지 못하다.

흡수액이 반압축된 버개스에 첨가될 때, 버개스가 반압축된 조직으로 유지되지 않는다면 버개스는 가능한 한 많은 액체를 흡수하지 못할 뿐만 아니라, 버개스가 수평하거나 또는 약간 경사진 각도로 이송되기 때문에, 흡수액은 버개스 블랭킷의 상부에 분무되거나 또는 첨가되고 블랭킷으로 용이하게 침투하지 않는다. 중력 효과가 분무되거나 첨가된 액체가 쉽게 떨어지고 흡수되지 않게하므로 액체를 버개스 블랭킷의 바닥에 분무하거나 첨가하는 것을 일반적으로 불가능하다.

현존하는 밀에 있어서 또 다른 단점은 사탕수수의 하향흐름 이동과 반대인 설탕 액즙의 상향흐름으로 인한 악영향이다. 예를 들면, 하나의 롤이 다른 롤의 위에 있는 종래의 3롤 밀 또는 2롤 밀에 있어서, 사탕수수 또는 버개스는 대체로 수평한 통로(이 통로는 특정 영역에서 약간 경사질 수 있음)를 따라 이동한다. 큰 압력이 분쇄 롤 사이에서 사탕수수에 가해질 경우, 설탕 액즙은 롤의 면 위로 상측으로 이동하는 경향이 있으며 따라서 설탕 액즙이 줄기로부터 효과적으로 분리되지 않는다. 또한 액즙의 상향흐름이 롤을 미끄럽게 함으로써 버개스에 대한 롤의 그립(grip)을 감소시킨다. 이러한 효과는 밀을 통하는 사탕수수 또는 버개스의 실질적인 수평 이동에 기인한다.

현존하는 밀 장치의 또 하나의 단점은 임의의 롤 쌍에 기계적 결함이 있을 경우, 결함있는 단계가 우회될 수 없으므로 전체 텐덤(tandem)이 작동을 중지해야 한다는 것이다.

현존하는 밀 장치의 또 하나의 단점은 한 쌍의 롤의 공급 단부가 버개스가 롤에 의해 인입되기 시작하는 단면적이 되는 공급 영역(feed zone)을 상당히 작게 갖는다는 것이다. 사탕수수 또는 버개스가 롤내로 자체 공급되는 공급 영역은 가능한 한 큰 것이 바람직하다. 공급 롤이 공급 영역의 단면적을 증가시키는 것으로 공지되어 있지만 이는 장치 비용을 상당히 증가시킨다.

종래의 밀의 또 하나의 단점은 허용할 수 있는 수준의 액즙 추출을 제공하기 위해 필요한 다수의 롤로 인해 많은 전력이 소비된다는 것이다.

사탕수수를 분쇄하는데 사용되는 분쇄 롤의 설계 및 제조에 많은 주의가 기울여졌다.

분쇄기 롤은 사탕수수 산업분야에 널리 공지되어 있으며 액즙로부터 설탕의 정화, 증발 및 결정화 전에 사탕수수로부터 사탕수수 액즙을 추출하는 사탕수수 분쇄 밀에 광범위하게 사용된다.

줄기로부터 설탕 액즙 추출의 효율을 개선하기 위한 많은 연구 및 개발이 수행되어 왔다. 효율은 분쇄기 롤의 구동에 필요한 전력 소비, 사탕수수 스루풋 및 줄기로부터의 설탕 액즙의 추출 효율에서 측정된다.

추출 효율은 분쇄기 롤의 외주에 홈을 형성함으로써 또한 외주의 뒤에 액즙 배출 채널을 제공함으로써 향상될 수 있는 것으로 공지되어 있다. 이러한 롤의 예는 종래의 롤러를 예시하는 특허 문헌 및 하기의 특허 문서, 즉 오스트레일리아 특허 출원 제 74784/81 호, 제 84046/82 호, 제 34686/84 호 및 제 10914/88 호와, 미국 특허 제 3,536,002 호, 제 4,077,316 호, 제 4,220,288 호, 제 4,378,253 호, 제 4,168,660 호, 제 4,420,863 호 및 제 4,804,418 호와, 영국 특허 출원 제 2,025,260 호와, 프랑스 특허 제 2,251,622 호 및 제 2,569,608 호와, 독일 특허 제 2,716,666 호, 제 2,657,232 호 및 제 3,427,418 호에 개시되어 있다.

액즙 채널은 롤의 내부에서 또한 롤의 외주 또는 분쇄 표면의 바로 뒤에서 종방향으로 연장된다. 액즙 채널은 롤에 형성된 일반적으로 비교적 작은 직경의 튜브이다. 이 튜브는 당해 분야에 공지된 바와 같이 롤의 표면과 유체 연통하며, 액즙 채널의 기능은 분쇄되는 재료로부터의 액체 분리를 향상하는 것이다. 액즙 채널은 서로 연결되어 있지 않으며 상당히 많은 수의 평행 연장 개별 액즙 채널이 롤의 전체 둘레로 연장된다.

액즙 채널은 액즙이 채널을 통해 액즙이 그 다음 처리를 위해 운반되는 출구로 흐를 수 있도록 출구와 연통한다. 필요하다면 출구는 밸브와 결합될 수 있다. 출구는 롤러의 양 측면 또는 단지 일 측면에 제공될 수 있다. 출구는 롤러의 측면과 미끄럼 및 밀봉 결합되어 있어, 롤러가 회전할 때 개별 액즙 채널은 출구를 따라 통과하게 된다. 출구가 롤러 전체 둘레에 연장되는 것이 가능하지만, 출구는 롤러의 측면의 일 부분만을 따라 연장되는 것이 보다 일반적이며, 이 경로 부분이 액즙이 액즙 채널내로 통과하는 곳이 된다.

분쇄 효율은 롤의 직경을 증가시킴으로써 향상되는 것으로 공지되어 있다. 그러나, 종래의 3롤, 4롤, 5롤 및 6롤 밀의 설계 및 기하하적 형태는 롤의 직경을 롤 길이의 약 1/2로 제한한다. 이러한 길이대 직경비는 용량, 추출 효율 및 롤 중량 사이의 합리적인 타협점을 제공하는 것으로 발견되었다.

롤러의 효율을 향상하기 위한 종래의 사고 및 착상은 외주 홈 형상을 변경하고, 롤러내에 배수 채널을 제공하고, 롤러에 배압(back pressure)을 제공하고, 롤러사이의 갭을 감소시키는 것이다.

발명의 요약

본 발명은 사탕수수로부터 액즙을 추출하기 위한 사탕수수 분쇄 장치 및 방법에 관한 것으로, 전술한 단점을 극복할 수 있거나 또는 일반인들에게 유용하거나 또는 상업적인 선택을 제공할 수 있다.

일 형태에 있어서, 본 발명은 사탕수수로부터 액즙을 추출하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 줄기가 분쇄되는 한 쌍의 역회전 롤로서, 상기 롤 중의 적어도 하나는 롤 둘레에 연장되고 설탕 액즙이 흐를 수 있는 외주 액즙 채널을 가지고, 상기 채널은 상기 채널의 하측 부분이 액즙을 보유하도록 자유로이 남게되면서 버개스의 밀봉 플러그가 채널의 상부에 형성될 수 있도록 구성되는, 상기 한 쌍의역회전 롤과, 액즙이 분쇄된 줄기 블랭킷과 접촉하지 않는 위치에서 채널로부터 액즙이 배수되도록 상기 버개스의 플러그를 제거하는 버개스 플러그 제거 수단을 포함한다.

다른 형태에 있어서, 본 발명은 사탕수수로부터 액즙을 추출하기 위한 방법에 관한 것으로, 한 쌍의 이격된 역회전 롤러사이에서 줄기를 분쇄하는 단계로서, 상기 줄기는 롤러사이를 통과하고 분쇄될 때 대체로 수직방향으로 이동하는, 상기 분쇄 단계와, 추출된 액즙을 롤러 중의 적어도 하나의 롤러상의 액즙 채널내로 통과시키는 단계와, 개방된 상기 채널을 상기 롤러의 분쇄 영역내의 밀집된 버개스의 층으로 밀봉하는 단계와, 상기 밀봉된 채널을 분쇄 영역으로부터 액즙 수집 영역내로 이동시키기 위해 롤러를 회전시키는 단계와, 상기 채널을 배수하기 위해 상기 버개스를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 장치 및 방법은 만족할 만한 수준의 액즙 추출을 제공하며 적은 전력 소비 및 보다 단순한 형태를 갖는다.

역회전 롤은 다양한 직경 및 길이로 될 수 있고, 다양한 재료로 제조될 수 있으며, 전형적인 재료는 주철이다.

사탕수수 또는 버개스가 롤사이에서 실질적으로 수직방향으로 통과하도록 롤은 전형적으로 나란한 관계가 되며 회전축은 수평이 된다.

롤은 롤이 역회전 할 때 롤 표면이 사탕수수 또는 버개스를 분쇄할 수 있도록 이격되어 있다. 하나 또는 양 롤이 분쇄를 촉진하기 위해 홈이 파일 수 있다.

적어도 하나의, 바람직하게는 양 롤이 사탕수수 또는 버개스가 롤사이에서분쇄될 때 액즙을 수집하는 액즙 채널을 갖는다.

액즙 채널은 액즙의 액즙 채널로의 유입과 채널로부터의 액즙의 방출을 용이하게 하기 위해 롤 둘레에 적절히 연장되는 것이 바람직하다.

액즙 채널은 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 액즙 채널의 일 형태는 롤내의 홈의 기부내에 보다 큰 채널 부분내로 개방되어 있는 폭이 좁은 좁아진 부분을 갖는 "병 형상(bottle-shaped)"이 될 수도 있다. 좁아진 부분은 줄기 또는 버개스가 액즙 채널내로 통과하는 것을 제한하거나 방지하는데 도움이 된다.

또 하나의 형태에 있어서, 액즙 채널은 평행한 측벽을 갖는 실질적으로 U자형이 될 수 있으며, 이 채널은 종래의 롤에서의 홈보다 큰 깊이를 갖는다. 사탕수수 또는 버개스가 상부 위를 통과하거나 또는 단지 부분적으로 채널내로 통과하지만 전체적으로 채널을 채우지 않는다.

또 하나의 형태에 있어서, 롤 중 적어도 하나는 홈의 바닥에 개구가 형성되는 종래의 방식으로 홈이 형성될 수 있고 개구는 롤사이의 분쇄 영역으로부터 액즙을 이송하도록 내부 액즙 채널과 연통한다.

또 하나의 형태에 있어서, 본 발명은 롤의 전체 중량을 손상하지 않고서 종래기술에서보다 상당히 큰 직경을 가질 수 있는 밀 롤을 포함한다. 이로 인해 롤이 크레인에 의해 제거될 수 있으면서도 최대 안전 작업 하중내에서 양호하게 작동한다. 보다 큰 직경의 롤을 구비함으로써, 줄기가 롤에 의해 물리고 롤사이로 강제되는 입구 위의 영역인 공급 영역이 증가된다.

그러므로 보다 큰 직경의 롤은 용량을 감소시키는 일 없이 길이에서 보다 짧게 될 수 있다. 또한, 보다 큰 직경의 롤과 연관된 보다 큰 공급 영역 면적으로 인해 보다 높은 수준의 섬유 밀도가 롤의 분쇄 영역에서 얻어질 수 있으므로 보다 많은 추출이 일어날 수 있다.

밀 롤은 제 1 길이의 중앙 허브 부분과, 허브 부분으로부터 외측으로 연장되고 제 1 길이보다 상당히 작은 두께를 갖는 환형 웨브 부분과, 재료와 연마 접촉하기에 적합한 외주 림 부분을 구비할 수 있다.

상기 형태로 밀 롤을 구비함으로써, 롤은 종래의 고체 롤에 비해 훨씬 적은 체적의 재료를 가지며 따라서 제조비용이 싸다.

또한, 롤의 중량이 상당히 감소될 수 있어서 롤은 크레인의 작업 하중에 의해 요구되는 중량 한계내에 있으면서도 지금까지 보다 큰 직경 및/또는 보다 긴 길이를 가질 수 있다. 이는 분쇄 용량 및 액즙 추출에서의 실질적인 증가를 가져올 수 있다.

롤의 허브는 중심 보어를 가질 수 있고 이를 통해 롤이 샤프트에 장착될 수 있다. 샤프트는 다소 종래의 형태일 수 있으며 공지된 밀 롤에 장착하기 위해 종래에 사용되는 강 샤프트를 포함할 수 있다.

롤 자체는 임의의 편리한 재료로부터 형성될 수 있다. 통상적으로 밀 롤은 사탕수수 분쇄에 있어서 효과적이라고 공지된 특수 등급의 주철로 제조되며, 따라서 롤은 이와 유사한 재료로 제조될 수 있다. 롤이 강, 다른 금속 또는 합금 혼합물(alloy blends)로 제조될 수 있다. 롤의 외주면은 홈이 파질 수 있으며 이 홈은 설탕 분쇄에 이미 공지되고 사용되는 홈과 유사하다. 홈은 내마모성 재료를 코팅또는 침착시키는 임의의 공지된 방법에 의해 단단한 표면이 형성되거나 보호될 수 있다.

롤의 외면에는 개구가 형성될 수 있으며 개구로 인해 추출된 설탕 액즙이 개구를 통해 롤내에 위치한 액즙 배수 채널로 통과할 수 있다.

허브는 제 1 길이를 가지며, 이 길이는 허브를 샤프트에 단단히 부착시키기에 충분하다. 허브 길이는 물론 변할 수 있고 밀 롤 자체의 소망의 길이 및/또는 밀 롤의 직경에 의해 대체로 결정된다.

외주 림 부분은 사탕수수와 마모 접촉하는 외면을 갖는다. 림 부분은 추출된 설탕 액즙을 이송하기 위한 내부 채널을 가질 수 있다. 림 부분은 길이를 가지며, 허브 부분에서와 같이, 길이는 밀 롤의 소망의 길이 및/또는 밀 롤의 직경에 적합하게 변할 수 있다. 그러나, 림 부분의 길이는 허브 부분의 길이와 대체로 동일한 것이 바람직하다.

환형 웨브 부분은 림 부분과 허브 부분 사이에서 연장되며 이 두 부분을 서로 연결하도록 기능한다. 웨브 부분은 롤이 대칭이도록 허브 부분과 림 부분을 따라 대략 중간에 위치되는 것이 바람직하다.

밀 롤에서의 중량 감소를 위해, 웨브 부분은 허브 부분의 길이보다 상당히 작은 두께를 가지며, 웨브 부분은 허브 부분의 길이의 적어도 반 또는 반보다 작은 두께를 갖는 것이 바람직하다.

허브 부분의 두께가 웨브 부분의 두께와 비슷하고 림 부분이 또한 허브 부분의 두께와 대략 동일하거나 또는 약간 얇은 것이 또한 바람직하다.

본 발명의 또 하나의 형태는 공지된 밀의 많은 단점이 한 쌍의 대향된 롤을 갖고 사탕수수 또는 버개스가 한 세트의 롤로부터 다음 세트의 롤로 이동할 때 대체로 수직한 경로를 따라 이동하도록 밀이 서로의 위에 배열되는 밀 시스템을 제공함으로써 극복될 수 있거나 또는 적어도 감소될 수 있다.

그러므로, 또 하나의 형태에 있어서, 본 발명은 사탕수수와 같은 액체 함유 재료로부터 액체를 추출하는 밀에 관한 것으로, 이 밀은 재료가 통과할 수 있는 대향된 분쇄 롤의 다수의 쌍을 포함하며, 대향된 롤의 다수의 쌍은 재료가 한 쌍의 롤의 방출 단부로부터 하측의 한 쌍의 롤의 공급 단부까지 대체로 수직한 경로를 따르도록 서로의 위로 이격되고 대체로 수직한 방출 단부를 갖는다.

바람직하게는, 롤은 공급 단부가 방출 단부에서와 같이 실질적으로 수직이 되도록 배열된다.

수직 공급 단부를 구비함으로써, 사탕수수 또는 버개스가 공급되는 단면적이 증가한다. "공급 영역(feed zone)"으로 지칭될 수 있는 지금까지 가능했던 것보다 큰 단면적으로부터 사탕수수 또는 버개스의 증가된 양에 의해 보다 큰 압축 및 향상된 액즙 추출이 단일 한 쌍의 롤로부터 얻어질 수 있다.

분쇄 롤은 그 회전축이 수평 또는 거의 수평 평면이 되게 배열되는 것이 바람직하다. 소망한다면, 대향된 롤의 각각의 쌍은 공급기 롤, 긴 슈트, 에이프런 공급기 또는 공급 영역내의 버개스의 밀도를 증가시킬 수 있는 다른 장치와 결합될 수 있으며, 이들 장치는 공지되어 있다.

수평 또는 거의 수평 평면상의 롤로부터 수직 방출됨으로써, 한 세트의 롤로부터 다음 세트의 롤까지 버개스의 공급은 상당히 단순화된다. 통상, "흡수(imbibition)"로 공지된 처리에서 버개스로의 액즙의 역방향 흐름 첨가를 갖는 4개, 5개 또는 6개의 분쇄 단계가 사용될 수 있다.

상기 대향된 롤 쌍의 수직 방출 단부는 하측 롤 쌍의 공급 단부 위로 수직으로 연장되는 것이 바람직하다.

이는 타워형(tower type) 배열을 형성하도록 서로의 위에 실질적으로 수직으로 롤의 쌍을 구비함으로써 달성될 수 있다.

이러한 배열에 있어서, 컨베이어, 엘리베이터 또는 압력 공급 슈트는 더 이상 필요하지 않다. 그러므로 수직 배열은 롤이 각각의 단계 사이에 중간 이송기 또는 엘리베이터를 갖는 롤이 수평으로 배열되는 종래의 시스템에 비해 기계적으로 훨씬 단순하게 될 수 있다.

수직 배열 또는 롤 쌍을 구비하고 각각의 단계 사이에 압력 슈트를 필요로 하지 않음으로써, 버개스는 지금가지 가능한 것 보다 더 팽창할 수 있으며 따라서 흡수 처리가 훨씬 더 효율적이 된다.

수직 배열의 또 하나의 장점은 흡수액이 버개스 블랭킷의 양 측면에 첨가될 수 있고 양 측면에 의해 흡수될 수 있다는 것이다. 이는 버개스가 버개스 블랭킷 상측면 상에 약간 분무만 될 수 있는 압력 슈트 배치와 대조되는 것이다.

수직 배치에서의 또 하나의 장점은 임의의 롤 쌍에 기계적인 결함이 있을 지라도, 서비스를 위해 간단하게 빼내어 질 수 있으며 이렇게 되면 버개스 블랭킷은 중력의 영향으로 자연적으로 결함있는 롤 세트 아래의 롤 세트로 통과할 수 있다.이는(한 세트의 롤이 없음에도 불구하고) 밀이 계속해서 작동할 수 있다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이, 중력 보조 시스템을 가짐으로써, 한 세트의 롤의 방출 단부로부터 빠져나오는 버개스는 흡수액의 혼합을 향상하기 위해 완전히 감압될 수 있다. 압축된 버개스의 덩어리를 보다 작은 입자로 감소시키는 것을 더 향상시키기 위해 기계적 교반기 및 액체 제트의 사용과 같은 다른 단계가 취해질 수 있다.

전술한 바와 같은 "타워(tower)" 밀 형태의 또 하나의 장점은 종래의 밀에 비해 작은 설치 면적을 필요로 한다는 것이다.

실시예에 있어서, 한 쌍의 나란한 수평 롤에는 각각의 롤내에 반경방향 및 축방향 구멍이 제공된다. 분쇄시, 액즙은 구멍을 통해 흐르며 버개스로부터 만족할 만하게 분리된다. 구멍이 롤의 기부에 다다를 때 액즙의 상당한 부분이 구멍 밖으로 흐르는것으로 관찰되었다.

다른 실시예에 있어서, 롤은 각각의 원주 홈의 기부내에 폭이 좁은 일주(一周) 슬롯(full circumference narrow slot)을 구비하도록 변형된다. 슬롯은 대략 12mm의 치수의 보다 큰 폭까지 개방되고 반경방향 내측으로 축방향 구멍의 내측 에지까지 이어진다. 일주 슬롯으로 인해 개별 반경방향 슬롯에 비해 압축 영역(분쇄 영역)내에서의 액즙의 내측방향 흐름에 대한 훨씬 큰 단면적이 제공되고 롤의 바닥으로의 액즙의 배수에 대한 훨씬 큰 단면적이 제공된다.

폭이 좁은 입구가 버개스의 유입을 제한하기 위해 제공되고, 발산부가 실제로 들어온 버개스 입자의 제거를 촉진하기 위해 제공된다. 롤의 닙에 물린 후 팽창 영역으로 들어가는 버개스로의 액즙의 역 배수는 슬롯의 폭이 좁은 부분에 의해 방지될 것이다.

일주 액즙 채널이 있는 상기 롤이 성능에서의 현저한 향상을 제공한다. 액즙의 상향 흐름은 거의 없으며 액즙 대부분이 롤의 바닥으로 하향으로 통과한다.

또 다른 실시예에 있어서, 롤은 종래의 주철 재료를 사용해 제조되고 종래의 가공으로 홈이 형성된다. 이로 인해 롤에 내측 발산 일주 액즙 채널을 제공하기 위해 사용되는 방법에 비해 제조 비용이 감소된다.

종래의 주철 롤에 있어서, 액즙 채널은 대략 5㎜ 폭과 50㎜ 깊이의 평행 슬롯으로서 형성되었다. 액즙 채널이 종래의 바닥 공급 롤러에 공지되어 있지만, 종래의 액즙 채널은 상기에 주어진 깊이 대 직경비를 갖지 않으며, 이 비율은 채널로부터 액즙의 배수를 제공하도록 선택된다.

개방 슬롯의 액즙 채널을 제공함으로써, 분쇄 영역을 지난 후에 발생하는 채널로부터 팽창 영역으로 들어가는 버개스로의 액즙의 상당한 재흡수가 있을 것으로 생각되었다.

그러나, 기대한 바와는 달리, 성능에서의 감소가 거의 없거나 전혀 없는 것으로 관찰되었다. 즉, 채널이 개방 슬롯임에도 불구하고 액즙은 버개스내에 상당히 재흡수되지 않았다. 큰 폭의 평행 채널 롤로부터 수집된 액즙은 전술된 폭이 좁은 입구 채널 롤내에 수집된 액즙과 대략 동일했다.

이론적으로 지지되지는 않지만, 액즙 채널은 채널의 상측 부분으로 가압되는 버개스에 의해 밀봉되는 것 같다. 이러한 사실은 팽창 영역내에서 버개스의 블랭킷이 2개의 부분으로 쪼개지고, 각각의 부분이 롤의 홈이 형성된 표면에 부착됨을 주목함으로써 뒷받침된다. 버개스는 강하게 밀집되어 있으며 침투성 측정은 이렇게 강하게 밀집된 상태에서의 버개스는 상당히 불침투성이어서 채널로부터 액즙을 재흡수 할 수 없음을 보여준다. 그러므로 채널내의 액즙은 스크레이퍼를 통과할 때까지 불침투성 버개스의 "플러그(plug)"에 의해 일주 액즙 채널내로 구속된다.

본 발명의 특히 유용한 특징은 액즙 흐름을 사탕수수 또는 버개스의 블랭킷과 동일한 방향으로 함으로써 액즙의 방출 흐름을 향상시키는 것이다.

종래의 롤에 있어서, 롤 속도에서의 증가는 추출 효율을 급격히 감소시킨다. 롤이 실질적으로 수평 배열로 위치될 수 있어 2개의 롤에 의한 액즙 배수의 동등한 분할 및 롤 운동과 동일한 방향으로의 채널내의 액즙 흐름이 나타나게 되는 본 발명의 장치에 의해 상기의 제한은 전혀 부여되지 않는다.

표 1은 액즙 추출을 종래의 밀과 본 발명의 실시예에 따른 롤에 대한 롤 속도의 백분율로서 나타낸다.

[표 1]

종래의 롤(수평 공급)
속도(단위:㎜/s)	액즙 추출(단위:％)
142	66.5
181	62.6
210	62.5
291.5	60.0
311	60.8

본 발명의 롤(수직 공급)
속도(단위:㎜/s)	액즙 추출(단위:％)
153	74.2
203	73.3
303	72.7

상기 표 1에 있어서, 양 밀은 준비된 사탕수수를 미세하게 분쇄했다. 종래의 밀에 대한 압축비는 3.5이며 본 발명에 따른 밀에 대한 압축비는 3.1이었다. 압축비가 커질 수록 액즙 추출이 보다 양호하게 된다. 이 결과는 본 발명에서의 개선된 액즙 배수의 명확한 이점을 나타낸다. 액즙 추출은 낮은 압축비에서 명확히 높을 뿐만 아니라 고속에서의 악영향도 훨씬 적게 표시된다.

용량이 롤 속도와 직접 관련되므로, 고속에서의 작동 능력은 본 발명의 중요한 특성이 된다. 용량은 또한 롤 길이 및 직경과 직접 관련된다. 본 발명에 있어서, 거의 표준적인 기하 형태의 2개의 롤이 이 2개의 롤이 종래의 롤 속도의 약 2배로 작동할 경우 종래의 5롤 또는 6롤 밀과 대략 동일한 용량을 갖는 것으로 발견되었다. 2개의 롤로 감소시킴으로써 제조 및 설치비용에서 실질적인 절약을 달성하게 된다.

본 발명의 또 다른 이점은 2개의 롤에 의한 액즙 배수의 동등한 분할로서, 이는 대부분의 액즙이 하측 롤로부터만 방출되는 종래의 분쇄기와 대조되는 것이다.

본 발명의 요지가 되는 밀과 공지된 통상의 장치 사이에 또 다른 비교가 이루어졌으며, 그 결과가 표 2 로 주어진다. 준비된 줄기가 설탕 공장으로부터 수집됨과 동시에 공장의 제 1 밀로부터의 버개스 방출이 표본으로 추출되었다. 이 밀은 종래의 6롤 분쇄기이다. 통상의 밀과 본 출원의 요지가 되는 밀 양자로부터의 준비된 줄기와 버개스가 분석되었고 폴(pol) 추출이 동일한 압축비 범위에서 비교되었다. 임의의 제 1 밀상의 폴 추출이 액즙 추출보다 다소 높다(2개의 실험 유닛사이의 사전 비교에 대한 기준이 됨). 폴은 자당(sucrose)의 측정 수단이 된다.

[표 2]

종래의 밀(수평 공급)
압축비	폴 추출(단위:％)
3.6	69.0
3.7	65.1
3.9	72.0
4.0	70.8
4.1	74.4

본 발명의 밀(수직 공급)
압축비	폴 추출(단위:％)
3.2	75.4
3.4	72.3
3.5	78.7
3.7	79.1
3.8	80.0
4.4	81.3

한 쌍의 수평방향으로 대향되는 롤로 구성되는 본 발명의 밀이 동일한 압축 범위내의 추출 성능에서 명확한 장점을 나타낸다. 종래의 밀에서 공통적인 문제가 되는, 액즙이 롤을 회전 가능하게 지지하는 베어링내로 들어가는 문제는 본 발명의 롤의 기부로부터의 액즙 배수로 인해 회피된다. 밀 위생 또한 개선된다.

또한, 본 발명의 밀에 의한 전력 소비는 종래의 6롤, 5롤, 4롤 및 3롤 밀에 의해 분쇄되는 줄기의 톤당 소비되는 전력보다 실질적으로 작다. 5롤 및 6롤 밀은 2개의 압력 공급기 플레이트와 마찰 저항을 통해 에너지를 흡수하는 턴 바(turn bar)를 갖는다. 압력 공급기 플레이트 및 턴 바는 롤 표면내의 각진 홈으로부터 밀집된 버개스를 제거하는 스크레이퍼를 갖는다. 실제로는, 모든 롤이 스크레이퍼를 가져야 하므로 각각의 추가 롤에 대해 추가되는 스크레이퍼로부터 추가적인 에너지 소모가 있다.

본 발명의 독특한 깊은 액즙 채널로부터 버개스의 제거로 인해 신규한 스크레이퍼 및 지지 장치가 개발되었다.

2단계의 버개스 스크레이핑의 사용이 바람직하다. 제 1 단계에서, 스크레이퍼는 방출 슈트의 선단 에지를 형성한다. 종래의 스크레이퍼는 강 판으로 제조되고 롤내의 각진 홈과 부합하도록 절단된 치형을 갖는다. 버개스가 홈의 기부에 꽉채워지는 경우, 스크레이퍼 치형은 과도한 마모를 받는다. 본 발명에 있어서, 버개스 및 액즙은 동일한 방향(버개스는 홈의 각진 부분에 있고 액즙은 내측 평행 채널내에 있음)으로 이동한다. 빽빽하게 밀집된 버개스를 관통해 절단함으로써 가해지는 마모 없이 버개스가 느슨하게 밀집된 아래로부터 버개스를 들어올리기 위해서는 스크레이퍼가 평행 섹션에 너무 깊숙히 관통해야 하는 것이 아니라 선단의 치형점에 의해 약간 관통하는 것이 바람직하다. 각각의 평행 홈내에 스프링 강 또는 다른 적합한 재료로 된 블레이드를 갖는 개선된 스크레이퍼가 개발되었다. 블레이드는 적절하게 형성된 치형을 갖는 스크레이퍼 플레이트상에 지지된다. 그러나 이 플레이트의 기능은 블레이드에 의해 느슨하게 된 버개스를 방출 슈트내로 이동시키는 것이다. 그러므로 블레이드는 플레이트 부분의 전방으로 돌출한다. 팁이 롤의 닙에 가까이 위치될 수 있다. 블레이드는 플레이트내의 슬롯내에 또는 다른 적절한 수단에 의해 유지된 교체 가능한 요소일 수 있다.

제 2 스크레이퍼는 얕은 액즙 홈을 청소하기 위해 사용되는 스크레이퍼와 유사하다. 그러나 스크레이퍼가 수직으로 걸리도록 스크레이퍼를 위치시킴으로써 또한 적절한 형상의 블레이드를 사용함으로써, 스크레이퍼가 측방향 이동이 자유롭고 홈 내외측으로의 이동이 자유롭도록 둥글게 되거나 또는 모양이 형성된 바상에 장착될 수도 있다. 이러한 방식으로 장착된 스크레이퍼 블레이드는 롤의 운동 및 방출하는 버개스의 작은 외력에 의해 홈내에 유지된다.

본 발명은 줄기 또는 버개스(bagasse; 사탕수수의 설탕을 짜고 난 찌끼)로부터의 설탕 액즙(sugar juice)의 배수 및 분리를 개선하기 위한 사탕수수 분쇄 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 실시예는 하기의 도면을 참조하여 기술될 것이다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 밀 롤의 종단면도,

도 2는 제 2 실시예에 따른 밀 롤의 종단면도,

도 3은 도 2의 밀 롤의 단부도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 타워 밀을 도시하는 것으로 조정가능한 봉합 슈트와 상호 연결된 이중 대향 롤의 수직한 일 세트를 도시하는 도면,

도 5는 샤프트에 부착된 일 실시예에 따른 밀 롤의 단면도.

도 1을 참조하면, 단일 롤의 종단면이 도시되어 있다. 롤은 통상적인 수단에 의해 중앙 샤프트(2)상에 장착된 평행 원형 플레이트(1)로 구성된다. 이 플레이트는 반경방향 내측으로 폭이 좁은 일주 슬롯(5)에 수렴하고 그 후 폭이 넓은 일주 채널(6)로 발산하는 각진 일주 홈(angled full circumference groove)(8)을 형성한다. 채널(6)은 축방향 구멍(9)과 교차한다. 경질의 거친 코팅(7)이 각진 홈의 팁 및 플랭크에 도포될 수 있다. 작동시, 액즙을 함유한 줄기 또는 버개스는 대향 수평 롤에 의해 홈내로 가압된다. 빽빽하게 밀집한 버개스는 각진 홈 부분(8)으로 구속된다. 액즙은 일주 채널을 통해 반경방향 내측 및 아래로 또한 반경 방향 구멍을 통해 외측으로 자유로이 흐른다. 실제로 최소의 저항 경로가 아래를 향하며 사실상 축방향 구멍을 통해 어떠한 액즙도 흐르지 않는다.

도 2는 제조에 비용이 적게 들고, 청소하기가 용이하며, 개선된 액즙 배수를 제공하는 분쇄기 롤의 제 2 형태의 종단면을 도시한다. 롤은 중앙 샤프트(12)에 적절하게 부착되는 쉘의 형태로 고형 주철, SG 철, 강 또는 다른 적절한 재료로 된 하나 또는 그 이상의 피스(10)로 제조될 수 있다. 일주하는 각진 홈(13)이 쉘내에 형성된다. 일주 평행 채널(14)이 각각의 홈의 기부에 형성된다. 작동시, 버개스는 수평방향으로 대향된 다른 롤의 작용에 의해 각진 홈(13) 및 평행 채널(14)의 외측 부분내로 빽빽하게 밀집된다. 액즙은 평행 액즙 채널(14)을 통해 반경방향 내측 및 아래로 자유로이 이동하고 롤의 기부로부터 자유로이 유출한다.

도 3은 롤(10)의 일주하는 각진 홈 및 평행 액즙 채널의 중간 면을 절단한 축방향 단면을 도시한다. 제 1 및 제 2 스크레이퍼 및 액즙 수집 트레이의 단면이 또한 도시되어 있다. 스크레이퍼가 밀집된 버개스를 각진 홈(13) 및 평행 액즙 채널(14)의 외측 부분으로부터 이동시킨다. 블레이드(15)는 블레이드의 선단 팁이 임의의 빽빽하게 밀집된 버개스보다 깊게 평행 액즙 채널(14)을 관통하도록 위치된다. 롤 및 버개스가 하향으로 운동함에 따라, 블레이드(15)는 버개스를 우측, 즉 홈의 외측 및 방출 슈트내로 밀어낸다. 액즙은 일주 채널(14)에서 롤의 기부로 자유로이 배수되어 액즙 수집 트레이(16)내로 방출된다. 블레이드(15)는 평행 액즙 채널(14)의 폭에 비해 약간 얇다. 블레이드(15)는 헐거운 버개스를 버개스 방출 슈트내로 지향시키는 각진 상부를 갖는 플레이드(17)에 의해 지지된다.

도 4를 참조하면, 수직 타워 밀(20)이 도시되어 있다. 타워 밀(20)은 대향된 역회전 롤의 5쌍(21, 22, 23, 24, 25)으로 구성된다. 각각의 롤 쌍(21, 22, 23, 24, 25)은 줄기 블랭킷(26)이 통과하고 분쇄되는 2개의 역회전 롤로 구성된다. 사탕수수 빌릿, 분쇄된 줄기 또는 조각난 줄기는 종래의 공급 호퍼에 의해 롤러의 상측 세트(21)내로 공급된다. 롤러로부터의 액즙은 분사 펌핑에 의해 이전의 슈트로 재순환된다. 롤러는 다양한 유형일 수 있지만 도 2 및 도 3의 배수 롤인 것이 바람직하다. 실시예에 있어서, 대향된 롤의 각각의 쌍은 개별 구동 장치에 의해 구동된다. 줄기 블랭킷이 롤의 각각의 세트를 수직으로 통과함으로써 수평으로 이동하는 즐기 블랭킷에 비해 다양한 장점이 제공된다.

도 5를 참조하면, 주철로 제조되고 회전 가능한 샤프트(52)에 장착되는 사탕수수 밀 롤(50)이 도시되어 있다. 롤은 샤프트(52)에 대해 회전 운동하지 않도록 장착된다.

롤은 허브 부분(51), 허브 부분(51)보다 상당히 작은 두께를 갖는 외측으로 연장하는 웨브 부분(56) 및 림 부분(57)을 갖는다. 림 부분(57)에는 당해 분야에 공지된 형태의 홈(53)이 형성된다. 림 부분에는 추출된 설탕 액즙을 이송하는 종방향 액즙 채널(54)과 연통하는 개구 및/또는 슬롯이 형성되어 있다.

롤이 웨브 부분(56)의 비교적 얇은 벽 구조 때문에 존재하는 2개의 큰 중량감소 환형 공간(58)을 가짐을 알 수 있다. 이러한 공간이 롤의 중량을 상당히 감소시켜 롤이 지금까지 가능한 것보다 상당히 길어질 수 있거나, 또는 훨씬 큰 직경을 가질 수 있다.

이로 인해 보다 효율적인 분쇄 용량 및 액즙 추출이 가능하다.

본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 다른 변경 및 변형이 기술된 실시예에 행해질 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (8)

1. 사탕수수로부터 액즙을 추출하는 장치에 있어서,

   줄기가 분쇄되는 롤 사이에 분쇄 영역을 갖는 한 쌍의 역회전 롤로서, 상기 롤 중의 적어도 하나는 상기 롤 둘레에 연장되고 설탕 액즙이 흐를 수 있는 외주 액즙 채널을 갖고, 상기 채널은 사용시 버개스(bagasse)의 밀봉 플러그가 채널의 상측 부분에 형성되고 채널의 하측 부분은 액즙을 보유하도록 자유로이 남게되도록 구성되는, 상기 한 쌍의 역회전 롤과,

   상기 액즙이 분쇄된 줄기 블랭킷과 접촉하지 않는 위치에서 상기 액즙이 상기 채널로부터 배수되도록 상기 버개스가 상기 분쇄 영역을 통과한 후 상기 버개스의 플러그를 제거하는 버개스 플러그 제거 수단을 포함하는

   액즙 추출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 롤이 상기 줄기가 롤 사이에서 실질적으로 수직방향으로 통과하도록 배열되어 양 롤로부터 액즙 배수가 가능한

   액즙 추출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 양 롤이 상기 외주 액즙 채널과 상기 버개스 플러그 제거 수단을 갖는

   액즙 추출 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 액즙 채널이 평행한 측벽을 갖는 실질적으로 U자형 채널이며, 상기 액즙 채널이 종래의 롤의 홈보다 큰 깊이를 갖는

   액즙 추출 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 액즙 채널이 넓은 채널 부분으로 개방되는 좁은 목 부분을 갖는

   액즙 추출 장치.
6. 밀에 있어서,

   사탕수수가 통과하고 분쇄되는 다수 쌍의 이격된 역회전 롤로서, 상기 롤은 줄기가 상기 롤 사이에서 실질적으로 수직방향으로 통과하도록 배열되고, 상기 롤 쌍의 적어도 일부는 상기 롤 둘레에 연장되고 설탕 액즙이 흐를 수 있는 외주 액즙채널을 갖고, 상기 채널은 버개스의 밀봉 플러그가 상기 채널의 상측 부분내에 형성되고 상기 채널의 하측 부분은 액즙을 보유하도록 자유로이 남게되도록 구성되는, 상기 다수 쌍의 역회전 롤과,

   상기 액즙이 상기 분쇄된 줄기 블랭킷과 접촉하지 않는 위치에서 상기 액즙이 상기 채널로부터 배수되도록 상기 버개스의 플러그를 제거하는 버개스 플러그 제거 수단을 포함하는

   밀.
7. 사탕수수로부터 액즙을 추출하는 방법에 있어서,

   한 쌍의 이격된 역회전 롤 사이에서 줄기를 분쇄하는 단계와,

   추출된 액즙을 상기 롤 중의 적어도 하나상의 액즙 채널내로 통과시키는 단계와,

   개방된 상기 채널을 상기 롤의 분쇄 영역내의 밀집된 버개스의 층으로 밀봉하는 단계와,

   상기 밀봉된 채널을 상기 분쇄 영역으로부터 액즙 수집 영역으로 이동시키기 위해 상기 롤을 회전시키는 단계와,

   상기 채널이 배수되도록 분쇄 후 상기 채널내의 밀집된 상기 버개스를 제거하는 단계를 포함하는

   액즙 추출 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 줄기가 대체로 수직방향으로 이동하는

   액즙 추출 방법.