KR100702320B1

KR100702320B1 - 압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체

Info

Publication number: KR100702320B1
Application number: KR1020060012862A
Authority: KR
Inventors: 이상훈; 김준선
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-03-30

Abstract

본 발명은 압출기 배럴과 히터의 결합방법에 관한 것이다. 본 발명은 히터의 내경이 배럴의 외경보다 작도록 제작하는 단계와, 상기 배럴의 외부 원주를 따라 상기 히터의 내경부 형상에 대응하는 외경을 갖는 홈을 형성하는 단계와, 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 외경에 끼워질 수 있도록 상기 배럴 및 히터를 가열하여 열팽창 시키는 단계와, 상기 배럴을 상기 히터에 끼워 상기 배럴의 홈에 상기 히터를 일치시키는 단계와, 상기 히터 및 배럴을 냉각함으로써, 상기 히터가 수축하는 힘에 의해 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 홈의 외경에 압축력을 가하면서 결합하도록 하는 단계를 포함하는 압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체를 제공한다. 이러한 본 발명에 의하면, 히터와 배럴의 접촉 면적을 증가시킴으로써 압출기의 구동 시에도 열전달 효율을 향상시키는 것이 가능하다.

압출기, 배럴, 히터, 핀

Description

압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체{Coupling Method and the assembly for Barrel and Heater in Extruder}

도 1은 종래의 배럴이 히터와 결합된 상태를 나타내는 사시도,

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도,

도 3은 도 2에서 압출기 구동시의 히터와 배럴의 결합상태를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 압출기 배럴과 히터의 결합방법의 각 과정을 나타내는 흐름도,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 배럴이 히터와 결합된 상태를 나타내는 단면도,

도 6은 종래의 배럴이 히터와 결합된 경우에 열전달 정도를 나타내는 도면,

도 7은 본 발명에 의해 배럴이 히터와 결합된 경우에 열전달 정도를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2, 12...배럴 4, 14...히터

13...홈

본 발명은 압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압출기의 배럴과 히터와의 접속면적을 증가시켜 열전달 효율을 향상시키는 압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 압출기는 호퍼를 통해 공급된 원료를 배럴 내부의 스크류에 의해 이송하면서 적정 온도로 가열 용융시키고, 다이를 통해 압출하게 된다. 이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 배럴(2)의 외부에는 히터(4)가 결합되어 내부를 따라 이송되는 원료를 가열하게 된다. 이와 같이 배럴에 의해 원료를 냉각하는 방법으로는 공랭식과 수냉식이 알려져 있는데, 일반적으로 냉각의 효율과 경제성을 고려하여 공랭식이 널리 사용된다.

도 1에 도시된 핀타입 히터(Fin type Heater)(4)는 배럴(2)의 외부에 결합되어, 공랭식 방법에 의해 배럴(2)의 내부를 따라 이송하는 원료를 적정한 온도로 가열하거나, 또한 원료가 오버 히팅되는 경우에는 핀에 의해 원료를 냉각하는 역할을 하게 된다.

도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다. 종래에는 이와 같이 배럴(2)의 외부에 히터(4)를 결합하는 경우, 히터(4)를 용이하게 결합할 수 있도록 히터(4)의 내경을 배럴(2)의 외경보다 크게 제작하여 상온에서 결합하게 된다. 따라서, 압출기의 구동 시에 배럴(2) 및 히터(4)가 가열되면, 히터(4)의 열팽창에 의해 도 3과 같이 히터(4)의 내경이 커지게 되어 히터(4)가 배럴(2)에서 이격되어, 히터 (4)와 배럴(2)의 접촉 면적이 줄어들어 열전달 효율이 현저하게 나빠지는 문제점을 수반한다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 히터와 배럴의 접촉 면적을 증가시킴으로서 압출기의 구동 시에도 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 압출기 배럴과 히터의 결합방법 및 결합 구조체를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 압출기의 배럴에 히터를 결합하는 방법은, 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 외경보다 작도록 제작하는 단계와, 상기 배럴의 외부 원주를 따라 상기 히터의 내경부 형상에 대응하는 외경을 갖는 홈을 형성하는 단계와, 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 외경에 끼워질 수 있도록 상기 배럴 및 히터를 가열하여 열팽창 시키는 단계와, 상기 배럴을 상기 히터에 끼워 상기 배럴의 홈에 상기 히터를 일치시키는 단계와, 상기 히터 및 배럴을 냉각함으로써, 상기 히터가 수축하는 힘에 의해 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 홈의 외경에 압축력을 가하면서 결합하도록 하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 배럴 및 상기 히터는, 상기 배럴 및 상기 히터의 작업온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 이상으로 가열되어, 상기 히터의 내경을 상기 배럴에 형성된 홈의 외경에 대응하도록 한 다음 결합될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압출기 배럴과 히터의 결합 구조체는, 압출용 배럴과, 상기 배럴의 외경 보다 작은 크기의 내경을 가지는 히터와, 상기 배럴의 외부 원주를 따라 상기 히터의 내경부 형상에 대응하도록 형성되는 홈을 포함하고, 상기 히터와 배럴을 가열하여 열팽창시켜서 상기 히터의 내경을 상기 배럴에 끼워 상기 홈에 일치시킨 후 냉각하는 것에 의해 상기 히터의 내경이 수축하면서 상기 배럴의 홈의 외경에 압축력을 가하는 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 압출기 배럴과 히터의 결합 구조체.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 압출기 배럴과 히터의 결합방법을 나타내는 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 압출기 배럴과 히터의 결합방법은, 히터의 내경이 배럴의 외경보다 작도록 제작하는 단계(S410)와, 배럴의 외부 원주를 따라 히터의 내경부 형상에 대응하는 외경을 가지는 홈을 형성하는 단계(S420)와, 배럴 및 히터를 소정 온도로 가열하는 단계(S430)와, 배럴에 히터를 결합하는 단계(S440)와, 히터 및 배럴을 냉각하는 단계(S450)들을 포함한다. 이하, 각 단계들을 구체적으로 살펴본다.

도 5는 본 발명에 의해 히터(14)와 배럴(12)이 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

작업자는 우선 히터(14)의 내경이 배럴(12)의 외경에 비하여 더 작도록 히터(14)와 배럴(12)을 제작하게 된다(S410). 이와 같이 제작을 하게 되면, 상온에서는 히터(14)의 내경이 배럴(12)의 외경에 비하여 작기 때문에 결합을 할 수가 없으며, 후술하는 바와 같이 배럴(12) 및 히터(14)를 가열하여 열팽창을 시킨 다음에 결합을 할 수 있게 된다. 이에 대해서는 이후에 상세히 설명한다.

배럴(12) 및 히터(14)를 제작한 다음, 작업자는 먼저 배럴(12)의 외부 원주를 따라 홈(13)을 형성한다(S420). 구체적으로, 홈(13)은 배럴(12)의 외부에 결합되는 히터(14)의 내경부의 형상에 대응하는 형상을 갖도록 형성된다. 따라서, 후술하는 바와 같이 히터(14)를 배럴(12)에 결합하는 경우에, 히터(14)가 배럴(12)에 형성된 홈(13)에 삽입되어 결합되도록 한다.

배럴(12)의 외부 원주를 따라 홈(13)을 형성한 다음, 작업자는 배럴(12) 및 히터(14)를 소정 온도로 가열한다(S430). 일반적으로 히터(14)와 배럴(12)은 이종 재질로 제작되며, 히터(14)의 열전달 효율을 향상시키기 위하여, 히터(14)는 배럴(12)에 비하여 열팽창 계수가 높은 재질로 제작된다. 따라서, 히터(14)와 배럴(12)을 동일한 온도로 가열하더라도, 히터(14)의 열팽창 계수가 더 높으므로 히터(14)가 열팽창을 더 많이 하게 된다. 즉, 가열에 의한 히터(14) 내경의 팽창량(확장량)이 배럴(12)의 외경의 팽창량(확장량)에 비해 더 크게 된다. 이는 가열 후 상온으로 냉각하는 경우 히터(14) 내경의 수축량이 배럴(12)의 외경의 수축량에 비해 더 크다는 것과 같은 의미이다. 본 발명에 따른 결합방법에서, 작업자는 히터(14)와 배럴(12)을 작업 온도 이상으로 가열하여, 히터(14)가 열팽창에 의해 팽창하여, 그 내경이 배럴(12)의 외경에 끼워져서 홈(13)까지 진입할 수 있도록 한다. 한편, 히터(14) 및 배럴(12)을 가열하는 경우, 작업자는 바람직하게 히터(14) 및 배럴(12)의 작업 온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 이상으로 히터(14) 및 배럴(12)을 가열하게 된다. 히터(14) 및 배럴(12)을 작업 온도보다 10 내지 20 ℃ 이상으로 가열하여 히터(14)의 내경과 홈(13)의 외경을 서로 동일하게 하고 결합하게 되면, 압출기(미도시)의 구동 시에 히터(14)와 배럴(12)이 작업 온도로 가열되더라도, 열팽창에 의해서도 서로 이격되는 일없이 접촉한 상태를 그대로 유지하게 된다.

히터(14) 및 배럴(12)을 가열을 한 다음, 도 5에 도시된 바와 같이 작업자는 배럴(12)의 홈(13)에 히터(14)를 결합하게 된다(S440). 이 경우, 히터(14)의 내경은 가열에 의해 배럴(12)의 외경에 끼워질 수 있도록 열팽창 되었으므로, 작업자는 용이하게 결합할 수 있게 된다.

히터(14)를 배럴(12)의 홈(13)에 일치시킨 상태로 결합한 다음, 후속하여 작업자는 가열된 히터(14)와 배럴(12)을 냉각하게 된다(S450). 히터(14)와 배럴(12)을 냉각하게 되면, 전술한 바와 같이 히터(14)의 열팽창 계수가 더 크므로, 히터(14)의 냉각에 의한 수축율이 배럴(12)에 비하여 더 크게 된다. 따라서, 전술한 가열과정(S430)에 의해 서로 동일하게 된 히터(14)의 내경과 홈(13)의 외경에서, 냉각에 의해 히터(14)의 내경이 홈(13)의 외경에 비해 더 많은 수축을 하게 된다. 이에 의해, 히터(14)는 수축하면서 배럴(12)에 형성된 홈(13)에 압축력을 가하게 되고, 이에 의해 히터(14)는 배럴(12)의 홈(13)에 견고하게 삽입되어 고정된다. 또한, 히터(14)와 배럴(12)을 작업 온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 이상으로 가열하여 결합하고 상온까지 냉각하게 되므로, 이후 히터(14)와 배럴(12)이 작업 온도에 도달하여 히터(14)의 내경과 홈(13)의 외경이 열팽창을 하더라도 서로 동일한 상태를 유지하여, 히터(14)가 배럴(12)에서 이격되는 현상은 발생하지 않는다. 즉, 히터(14)는 배럴(12)에서 이격되지 않고 접촉한 상태를 그대로 유지하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 압출기를 구동시켜 배럴과 히터의 온도가 상승하더라도 배럴과 히터의 접촉상태를 그대로 유지할 수 있게 된다.

도 5는 전술한 방법에 의해 결합된 압출기 배럴과 히터의 결합구조를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이 상온에서 히터(14)는 배럴(12)의 홈(13)에 삽입되어 결합되며, 가열 후 상온까지 냉각하는 과정에서 히터(14)는 수축하면서 배럴(12)의 홈(13)에 압축력을 가하면서 견고하게 고정된다.

한편, 본 발명에 따른 압출기 배럴과 히터의 결합구조에서처럼, 온도 차이가 나는 두 매체 사이의 열전달량은 아래와 같은 수학식 1로 표현된다.

상기 수학식 1에서, Q는 두 매체 사이의 열전달량을 나타내며, k는 열전달 계수를 나타내고, A는 두 매체의 접촉 면적을 나타내며, △T와 △x는 각각 두 매체 사이의 온도차이와 거리를 나타낸다. 결국, 두 매체의 온도차이가 일정하다면, 두 매체 사이의 접촉 면적이 증가하고, 거리가 가까워질수록 열전달량은 증가하게 된다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배럴과 히터의 결합구조에서처럼, 배럴(12)에 홈(13)을 형성하고 히터(14)를 결합하게 되면, 히터(14)와 접촉하는 홈(13)의 측면에 의해 히터(14)와 배럴(12)의 접촉 면적이 증가하게 되며, 또한 배럴(12)의 두께가 얇아짐에 따라 거리가 가까워지게 된다. 이에 의해 배럴(12)을 통한 열전달량은 증가하게 되며, 배럴(12) 내부를 따라 이송되는 원료를 더욱 용이하게 가열하거나, 또는 냉각할 수 있게 된다. 이러한 결과는 도 6 및 도 7에서 확인할 수 있다.

도 6은 종래의 히터(4)와 배럴(2)의 결합구조를 가열하는 경우에 열분포도를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 의한 히터(14)와 배럴(12)의 결합구조를 가열하는 경우에 열분포도를 나타내는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 배럴(2)과 히터(4)의 결합구조에서는 접촉 면적이 히터(4)의 하면에 국한되고, 압출기의 구동 시에 히터(4)가 열팽창에 의해 배럴(2)에서 이격된다. 따라서, 히터(4)와 배럴(2) 사이의 열전달 효율이 떨어지게 되어, 히터(4)에서 발산될 열이 배럴(2)의 내부까지 충분히 전달되지 못한다.

이에 반하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 결합구조에서는 배럴(12)의 홈(13)에 히터(14)가 결합되므로, 히터(14)와 배럴(12)의 접촉 면적이 히터(14)의 하면뿐만 아니라, 히터(14)의 일부 측면으로 확대된다. 또한, 배럴(12)의 두께가 얇아지므로, 종래 결합구조에 비하여 히터(14)에서 발산된 열은 배럴(12)을 통해서 배럴(12)의 내부로 용이하게 전달되어, 배럴(12) 내부를 따라 이송되는 원료를 가열하게 된다.

비록, 본 발명의 도면에서는 히터에 의해 배럴을 가열하는 경우를 예를 들어 설명하였지만, 이러한 설명은 가열하는 경우뿐만 아니라 배럴 내부를 냉각하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압출기 배럴과 히터의 결합방법은 배럴에 홈을 형성하고 히터와 배럴을 결합함으로써, 히터와 배럴의 접촉 면적을 증가시키는 동시에 거리를 감소시킴으로써, 열전달 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 히터와 배럴을 작업 온도에 비하여 가열한 상태를 서로 결합하게 됨으로써, 냉각에 의한 수축력에 의해 견고하게 결합할 수 있으며, 또한 작업 시에 가열이 되어도 히터와 배럴이 열팽창에 의해 서로 이격되는 것을 방지할 수 있다.

Claims

압출기의 배럴에 히터를 결합하는 방법에 있어서,

상기 히터의 내경이 상기 배럴의 외경보다 작도록 제작하는 단계와,

상기 배럴의 외부 원주를 따라 상기 히터의 내경부 형상에 대응하는 외경을 갖는 홈을 형성하는 단계와,

상기 히터의 내경이 상기 배럴의 외경에 끼워질 수 있도록 상기 배럴 및 히터를 가열하여 열팽창 시키는 단계와,

상기 배럴을 상기 히터에 끼워 상기 배럴의 홈에 상기 히터를 일치시키는 단계와,

상기 히터 및 배럴을 냉각함으로써, 상기 히터가 수축하는 힘에 의해 상기 히터의 내경이 상기 배럴의 홈의 외경에 압축력을 가하면서 결합하도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출기 배럴과 히터의 결합방법.
제1항에 있어서,

상기 배럴 및 상기 히터를 상기 배럴 및 상기 히터의 작업온도에 비하여 10 내지 20 ℃ 이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 압출기 배럴과 히터의 결합방법.
압출용 배럴과,

상기 배럴의 외경 보다 작은 크기의 내경을 가지는 히터와,

상기 배럴의 외부 원주를 따라 상기 히터의 내경부 형상에 대응하도록 형성되는 홈을 포함하고,

상기 히터와 배럴을 가열하여 열팽창시켜서 상기 히터의 내경을 상기 배럴에 끼워 상기 홈에 일치시킨 후 냉각하는 것에 의해 상기 히터의 내경이 수축하면서 상기 배럴의 홈의 외경에 압축력을 가하는 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 압출기 배럴과 히터의 결합 구조체.