KR100585192B1 - 튜브 실링 시스템의 핫 에어 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합성수지의 튜브에 내용물을 충진 및 실링하여 포장하는 시스템에서 핫 에어를 발생시켜 튜브의 단부에 가하는 장치에 관한 것으로, 레귤레이터와 솔레노이드 밸브의 특정한 에어 공급부, 히팅부, 교축파이프, 노즐부 및 배기부 등을 포함하는 것으로 구성되어 있다. 본 발명의 장치는 다량의 핫 에어를 저압의 상태로 균일하게 노즐을 통해 튜브의 단부 내면에 공급할 수 있어서 노즐을 통한 균일한 분사가 가능하며, 예를 들어 60 m/m과 같은 큰 직경의 튜브도 처리할 수 있다. 또한, 특정한 흡입식 배기부를 장착하는 경우에는, 핫 에어가 튜브의 단부를 가열할 때의 가열 방식을 직접방식이 아닌 주로 간접방식으로 변화시켜 튜브 홀더의 변형없이 안정적인 가열작업을 신속히 수행할 수 있다. 더불어, 노즐의 엔드링을 특정한 형상으로 제작함으로써, 계속적인 튜브의 가열작업에도 불구하고 오염없이 안정적인 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 효과를 발휘한다.

Description

튜브 실링 시스템의 핫 에어 발생장치 {Hot Air-generating Apparatus In Tube Sealing System}

도 1a는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫 에어 공급장치와 유체 흐름에 대한 모식도이고, 도 1b는 장치의 일부 구성요소들의 조립상태의 모식도이다;

도 2는 도 1의 핫 에어 발생장치에 사용된 교축파이프의 평면도 및 수직단면도이다;

도 3a∼3e는 도 1의 핫 에어 발생장치의 노즐부를 구성하는 본체, 엔드링, 체결구 및 다공판 각각에 대한 모식도들과 이들이 조립된 상태의 모식도이다;

도 4a 및 4b는 도 1의 핫 에어 발생장치의 배기부의 분해 및 조립상태의 모식도들이고, 도 4c는 도 4b의 A에 대한 확대도이다;

도 5는 본 발명의 장치에 있어서 노즐을 통해 핫 에어가 분사될 때의 유체 흐름을 나타낸 모식도이다.

도면의 주요 부호에 대한 설명

100: 핫 에어 발생장치 200: 에어 공급부

300: 히팅부 400: 교축파이프

500: 노즐부 600: 배기부

700: 튜브

본 발명은 합성수지의 튜브에 내용물을 충진 및 실링하여 포장하는 시스템에서 핫 에어를 발생시켜 튜브의 단부에 가하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 특정한 에어 공급부를 포함하고 있어서 노즐을 통해 균일한 핫 에어를 튜브의 단부에 가할 수 있는 등의 특징을 가진 핫 에어 공급장치를 제공한다.

화장품, 생활용품 등에 많이 사용되는 내용물 충진 튜브는, 일반적으로, 대략 원통형의 합성수지 성형물에 내용물을 충진하고 그것의 단부에 핫 에어(hot air)를 공급하여 반용융 상태로 만든 후 상호 접착하여 실링하고 실링의 잔여부위를 절단하여 마무리를 행하는, 이른바 튜브 실링 시스템에 의해 제조되고 있다. 튜브 실링 시스템은 이러한 일련의 공정을 실행할 수 있는 여러 장치들의 조합으로 이루어져 있으며, 그 중의 하나가 실링하려는 튜브의 단부에 핫 에어를 공급하여 상기 단부를 반용융 상태로 만드는 핫 에어 발생장치이다.

통상 핫 에어 발생장치는 공급된 에어를 고온으로 가열하는 히팅부, 고온의 핫 에어를 튜브의 단부 내면에 공급하는 노즐부 및 사용된 에어가 대기중으로 배출되기 위한 배기부 등으로 구성되어 있다.

그러나, 종래의 핫 에어 발생장치는 몇가지 문제점을 가지고 있다.

첫째, 다량의 핫 에어가 저압의 상태로 공급되어야 튜브의 단부가 균일하게 가열될 수 있지만, 종래의 핫 에어 장치는 그렇지 못하여, 튜브의 외벽에 열변형이 유발되고 그로 인해 가열된 부위가 주름지거나 함몰되는 문제점을 발생시킨다.

둘째, 핫 에어 장치의 노즐부에서 노즐의 단부인 엔드링(end-ring)이 튜브를 가열한 후 그것으로부터 이탈될 때, 반용융 상태로 변화된 튜브의 내벽을 긁으면서 이탈하게 되므로, 튜브 내벽의 일부 성분이 탄화물로 엔드링 상단에 잔재되어 추후 가열 과정에 악영향을 끼치며 튜브를 오염시키는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결할 수 있는 핫 에어 공급장치를 제공하는 것이다.

구체적으로, 본 발명의 첫 번째 목적은 다량의 핫 에어를 저압의 상태로 균일하게 노즐을 통해 튜브의 단부에 공급할 수 있는 핫 에어 공급장치를 제공하는 것이다. 특히, 이러한 구성에 의해 직경이 매우 큰 튜브, 예를 들어 60 m/m인 튜브의 실링도 행할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 노즐을 통해 분사된 핫 에어가 별도의 배기장치를 통해 배출되게 함으로써, 핫 에어가 튜브의 단부를 가열할 때의 가열 방식을 직접 방식이 아닌 간접방식으로 변화시켜 튜브 홀더의 변형없이 안정적인 가열 작업을 수행할 수 있는 핫 에어 공급장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 노즐의 엔드링를 특정한 형상으로 제작함으로써, 계속적인 튜브의 가열작업에도 불구하고 오염없이 안정적인 작업을 계속적으로 수 행할 수 있는 핫 에어 공급장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핫 에어 공급장치는,

공급관으로 통해 공급되는 5∼10 bar의 에어를 0.3∼1 bar로 감압시키면서 유량을 증가시키는 레귤레이터(regulator), 상기 레귤레이터에 연속하여 상기 공급관 직경의 1.5∼3 배 직경의 도관으로 에어를 배출하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 포함하는 것으로 구성된 에어 공급부;

상기 에어 공급부로부터 공급된 에어를 가열하여 핫 에어를 생성하는 히팅부;

상기 히팅부로부터 공급되는 핫 에어를 압축 및 팽창시켜 고른 유체 흐름을 유발하는 교축파이프;

상기 교축파이프로부터 공급된 핫 에어를 튜브의 단부(단부 내벽)에 분사하는 노즐부; 및

튜브의 단부에 분사된 핫 에어를 공기중으로 배출하는 배기부를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명의 핫 에어 발생장치는 특정한 에어 공급부와 교축파이프로 인해 다량의 핫 에어가 저압의 상태로 튜브의 단부에 균일하게 가해질 수 있으므로 튜브의 고른 가열작업을 수행할 수 있다.

상기 에어 공급부의 레귤레이터는, 예를 들어, Φ10의 공급관으로부터 도입 되는 5∼10 bar, 바람직하게는 6∼8 bar의 에어를 상기와 동일한 직경의 도관에 0.1∼3 bar, 바람직하게는 0.5∼0.7 bar로 감압시켜 제공하는 장치라면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 레귤레이터로부터 제공되는 에어를 압력을 균일하게 유지하면서 레귤레이터 도관 직경의 1.5∼3 배 직경, 예를 들어, Φ20 도관으로 배출하는 장치라면 특별히 제한되지 않는다. 따라서, 상기와 같은 구성의 에어 공급부를 거침으로써, 다량의 에어가 저압의 상태로 공급될 수 있다.

또한, 상기 교축파이프는 히팅부에서 생성된 핫 에어가 그것을 통과할 때 압축 및 팽창을 거치면서 균일한 유체 분포로 노즐부로 이동할 수 있게 하여 준다. 그러한 교축파이프는 바람직하게는, 전체적으로 원통형 형상의 관상장치로서, 그것의 중간부위는 히팅부와 연결된 유입구 내경의 20∼70%인 좁은 내경을 가지고 있고, 노즐부와 연결된 배출구 내경은 상기 유입구 내경의 60∼100%이면서 동시에 중간부위의 내경보다 큰 구조로 되어 있다. 상기 내경들의 비율은 균일한 유체 분포를 얻기 위한 적정한 범위를 정의하고 있다. 따라서, 그러한 범위를 넘어서는 구성은 소망하는 목적을 달성하기 어렵게 된다.

바람직하게는, 상기 노즐부에서 측면을 향하도록 형성되어있는 다수의 배출기공("노즐")들의 바로 아래에 위치하는 역삼각형 엔드링은 그것의 외주면이 라운드 처리되어 있어서, 튜브의 단부가 상기 엔드링으로부터 이탈될 때 그것의 직진도를 향상시킬 뿐만 아니라 가열된 튜브의 잔재가 엔드링의 상단에 누적되는 것을 방지하여 준다.

종래의 핫 에어 공급장치에서 배기부가 특별한 구성없이 노즐부에 연결된 도관의 형태였던 것과는 달리, 본 발명의 장치에서는, 바람직하게는, 노즐부로부터 분사되는 핫 에어를 위쪽 방향으로 빨아들일 수 있도록 구성되어 있다. 따라서, 노즐을 통해 분사되는 핫 에어는 U 자형의 유체 흐름을 보임으로써, 튜브의 단부, 정확하게는 단부 내벽에 직접 가해지지 않고 간접적으로 가해지며 그로 인해 튜브의 단부 내벽에 대한 충격량이 줄어들게 된다. 그러한 간접 가열방식은 특히 내경이 큰 튜브 및 두께가 얇은 튜브의 가열에 바람직하다.

이하, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫 에어 공급장치를 도면을 참조하여 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 명세서에 첨부된 도면들은 각 부품들의 결합 및 작동관계를 더욱 명시적으로 표현하기 위하여 필요에 따라 투시도로 표현되어 있다.

도 1a에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 핫 에어 공급장치와 유체의 흐름에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 1b에는 그 중 히팅부, 노즐부, 배기부 등의 조립상태가 도시되어 있다. 도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명의 핫 에어 공급장치(100)는 레귤레이터(210)와 솔레노이드 밸브(220)를 포함하고 있는 에어 공급부(200), 히팅용 니크롬 와이어(도시하지 않음)가 내장되어 있는 히팅부(300), 교축파이프(400), 노즐부(500), 및 배기부(600)가 순차적으로 연결되어 있는 구성으로 이루어져 있다. 에어 발생기(도시하지 않음)로부터 생성된 에어는 제 1 도관(230)을 통해 레귤레이터(210)로 유입되고 그것에 의해 감압된 에어는 제 2 도 관(232)을 통해 솔레노이드 밸브(220)로 유입된다. 제 1 도관(230)이 예를 들어 Φ10 및 7 bar(에어 압력)일 때, 제 2 도관(232)은 예를 들어 Φ10 및 0.5∼0.7 bar로 되며, 솔레노이드 밸브(220)로부터 배출되는 에어를 히터부(300)로 안내하는 제 3 도관(234)은 예를 들어 Φ20 및 0.5∼0.7 bar가 된다. 따라서, 에어 공급부(200)에 의해 다량의 유체가 저압의 상태로 히터부(300)에 도입된다.

도 2에는 도 1의 핫 에어 발생장치(100)에 사용된 교축파이프(400)의 평면도 및 수직 단면도가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 교축파이프(400)는 전체적으로 원통 구조의 본체(410)로 이루어져 있고, 중앙부(430)의 내경(R2)는 히터부(도 1의 300)에 연결되는 유입구(420)의 내경(R1)보다 작으며, 노즐부(도 1의 500)에 연결되는 배출구(440)의 내경(R3)은 중앙부(430)의 내경(R2)보다 작다. 이들 내경들(R1, R2, R3)의 크기 관계는 앞서 설명한 바와 동일하다. 따라서, 핫 에어가 교축파이프(400)를 통과하면서 압축과 팽창을 거치게 된다. 구체적으로는, 작은 내경(R2)을 통과하면서 유속 상승 및 압력 강하가 일어나고 다시 큰 내경(R3)을 거치면서 유속 저하 및 압력 상승이 일어나게 되어, 최종적으로 배출구(440)로 나올 때에는 균일한 유체 분포를 나타내게 된다.

도 3a 내지 도 3e에는, 도 1의 핫 에어 발생장치(100)에 사용된 노즐부(500)를 구성하는 본체(510), 본체(510)의 하단에 장착되는 엔드링(520), 엔드링(520)을 본체(510)에 장착하는 체결구(530), 본체(510)의 상단에 장착되는 다공판(540), 및 이들이 조립된 상태의 모식도가 각각 도시되어 있다.

우선, 도 3a를 참조하면, 본체(510)는 내경이 아래쪽으로 향해 순차적으로 작아지는 구조로 되어 있고, 그것의 하단부(512)에는 다수의 노즐들(514)이 측면을 향해 고르게 천공되어 있다. 따라서, 핫 에어는 아래쪽으로 이동하면서 압축된 후 노즐들(514)을 통해 측면으로 배출된다.

도 3b 및 3c를 참조하면, 엔드링(520)은 측면에서 보았을 때 귀두 모양의 역삼각형 형상으로 이루어져 있고, 체결구(530)가 삽입되기 위한 체결홈(522)이 중앙에 형성되어 있다. 엔드링(520)의 외주면(524)은 가열작업 중에는 튜브(도 5 참조)의 내면과 접하게 되고 가열작업의 종료시에는 튜브의 내면을 따라 상승(정확하게는 튜브의 하강에 의해 상승)하게 된다. 외주면(524)은 튜브 내면을 따라 상승할 때, 직진도를 향상시키고 그것의 상단에 반용융된 튜브의 잔재가 남지 않도록 라운드 처리되어 있다. 체결구(530)는 원기둥형 본체(532)의 상부에 나사선이 형성되어 있는 체결단부(534)가 형성되어 있어서 다공판(도 3e의 540)과 결합되게 된다. 체결구(530)의 하단은 본체(532)보다 큰 직경의 하단부(536)를 가지고 있어서 엔드링(522)을 안정적으로 지지하게 된다.

도 3d를 참조하면, 다공판(540)은 중앙과 외주면을 따라 다수의 관통 구멍들(542)이 형성되어 있어서, 교축파이프(도 1의 400)로부터 유입되는 핫 에어가 노즐로 향할 때 이를 적절히 분할하게 된다. 다공판(540)은 노즐 본체의 상단부(도 3a의 516)에 장착된다.

이들 부품들이 상호 조립된 상태가 도 3e에 도시되어 있다.

도 4a 내지 4c에는 도 1의 핫 에어 발생장치(100)에 사용된 배기부(600)를 구성하는 부품들의 수직단면도, 조립상태도, 및 부분확대도가 각각 도시되어 있다. 배기부(600: 이하에서는 "배기장치"로 표현함)는, 원통형의 배기관(610), 배기관(610)과 진공발생관(630)을 체결하기 위한 고정 너트(620), 소켓(640)과 결합되어 진공을 발생시키는 진공발생관(630), 배기용 가압 에어가 측면으로 유입되고 노즐을 통해 분사된 핫 에어가 하부로부터 유입되는 소켓(640)으로 구성되어 있다. 도 4c에서 보는 바와 같이, 진공발생관(630)의 하단 내면(632)은 완만하게 테이퍼되어 있고 소켓(640)에 결합되었을 때, 이들의 결합 부위에는 미세한 틈(642)이 존재한다. 따라서, 소켓(640)의 측면 유입구(도 4a의 644)로부터 가압된 에어("배기용 가압 에어")가 공급되면, 배기용 가압 에어는 진공발생관(630)의 하단(632)과 소켓(640) 사이에 형성된 미세한 틈(642)을 통해 배기장치의 내부로 이동하게 되는데, 이 때 갑작스러운 팽창으로 인해 압력 강하가 일어난다. 따라서, 배기용 가압 에어가 배기관(610)을 따라 상승하면서 소켓(640)의 내부에 발생한 큰 압력 강하는, 소켓(640)로부터 핫 에어 유입(흡입)의 구동력(driving force)으로 작용하게 된다.

그 결과, 도 5에서와 같이, 노즐들(514)을 통해 분사되는 핫 에어는 배기장치(600)로 부터의 강한 흡입 구동력에 의해 U 자형 유체 흐름을 유발하게 된다. 일반적으로, 고르게 분사된 대유량의 핫 에어라 하더라도, 튜브의 직경이 큰 경우에는 튜브의 내측면에 가해지는 유량에 차이가 생겨서 작업처리 속도, 즉, 튜브의 가열처리 속도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 그러나, 도 5에서와 같은 U 자형 유체 흐름은, 노즐로부터 분사된 핫 에어가 튜브(700) 내측면의 3∼4 ㎝ 구간은 직접 가열하고 그 상부면은 유체의 흐름에 의해 간접 가열하면서 배기되므로, 열손실 을 최소화하면서 열효율을 배가시킬 수 있다. 본 발명자의 실험에 따르면, 60 ㎜ 튜브를 열처리함에 있어서, 30 개/분의 처리속도가 본 발명의 배기장치(600)의 장착에 의해 60 개/분으로 크게 향상될 수 있음을 확인하였다. 또한, 핫 에어가 튜브(700)의 내면의 직접 분사되지 않고 주로 간접적으로 접촉하게 되므로, 튜브 홀더(도시하지 않음)의 지나친 가열에 따른 튜브(700)의 변형 등을 방지할 수 있다.

본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

본 발명의 핫 에어 공급장치는 다량의 핫 에어를 저압의 상태로 균일하게 노즐을 통해 튜브의 단부 내면에 공급할 수 있어서 노즐을 통한 균일한 분사가 가능하며, 예를 들어 60 m/m과 같은 큰 직경의 튜브도 처리할 수 있다. 또한, 필요에 따라 흡입식 배기부를 장착하고 있어서, 핫 에어가 튜브의 단부를 가열할 때의 가열 방식을 직접방식이 아닌 간접방식으로 변화시켜 튜브 홀더의 변형없이 안정적인 가열작업을 수행할 수 있다. 더불어, 노즐의 엔드링을 특정한 형상으로 제작함으로써, 계속적인 튜브의 가열작업에도 불구하고 오염없이 안정적인 작업을 연속적으로 수행할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims (5)

1. 튜브 실링 시스템에 있어서,

   공급관으로 통해 공급되는 5∼10 bar의 에어를 0.3∼1 bar로 감압시키면서 유량을 증가시키는 레귤레이터(regulator), 상기 레귤레이터에 연속하여 상기 공급관 직경의 1.5∼3 배 직경의 도관으로 에어를 배출하는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 포함하는 것으로 구성된 에어 공급부;

   상기 에어 공급부로부터 공급된 에어를 가열하여 핫 에어를 생성하는 히팅부;

   전체적으로 원통형 형상의 관상장치로서, 그것의 중간부위는 히팅부와 연결된 유입구 내경의 20~70%인 좁은 내경을 가지고 있고, 노즐부와 연결된 배출구 내경은 상기 유입구 내경의 60~100%이면서 동시에 중간부위의 내경보다 큰 구조로 되어 있어서, 상기 히팅부로부터 공급되는 핫 에어를 압축 및 팽창시켜 고른 유체 흐름을 유발하는 교축파이프;

   상기 교축파이프로부터 공급된 핫 에어를 튜브의 단부(단부 내벽)에 분사하는 노즐부; 및

   튜브의 단부에 분사된 핫 에어를 공기중으로 배출하는 배기부;

   를 포함하는 것으로 구성되어 있는 핫 에어 발생장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐부에서 측면을 향하도록 형성되어있는 다수의 배출기공("노즐")들의 바로 아래에 위치하는 역삼각형 엔드링은 그것의 외주면이 라운드 처리되어 있는 것을 특징으로 하는 핫 에어 발생장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 배기부는 노즐로부터 분사되는 핫 에어를 U 자형의 유체 흐름을 유발할 수 있도록 위쪽 방향으로 흡입 구동력을 제공할 수 있도록 구성되어 있는 핫 에어 발생장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 배기부는 원통형의 배기관, 상기 배기관과 하기 진공발생관을 체결하기 위한 고정 너트, 하기 소켓과 결합되어 진공을 발생시키는 진공발생관, 및 배기용 가압 에어가 측면으로 유입되고 노즐을 통해 분사된 핫 에어가 하부로부터 유입되는 소켓을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 상기 진공발생관의 하단 내면이 소켓에 결합되었을 때 이들의 결합 부위에는 미세한 틈이 존재하도록 구성되어 있어서, 소켓의 측면 유입구로부터 가압된 에어("배기용 가압 에어")가 공급되면, 상기 배기용 가압 에어가 상기 미세한 틈을 통해 배기장치의 내부로 이동하면서 발생한 압력 강하가 상기 소켓의 하부로부터 핫 에어 흡입을 위한 구동력으로 작용하는 것을 특징으로 하는 핫 에어 공급장치.

Images