KR100744329B1 - 용융가능한 재료를 가열하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱과 같은 용융가능한 재료가 주조 장치나 압출 장치와 같은 부가 처리 장치에 주입되기 전에, 상기 재료를 가열시키기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 상기 재료에 대한 운송 장치 및 상기 운송 장치의 외부에 배치된 가열 장치를 포함한다. 상기 가열 장치(5)는 복사 가열 장치로서 형성되며, 복사선은 운송 채널(1) 쪽으로 향한다. 또한 본 발명은, 상기 운송 채널(1)이 전부 또는 일부 복사선을 흡수하는 재료로 이루어진다는 특징을 갖는다.

Description

용융가능한 재료를 가열하기 위한 장치 {DEVICE FOR HEATING A MELTABLE MATERIAL}

본 발명은 청구항 1항의 서문에 따른 장치에 관한 것이다.

금속 및 플라스틱 가공 산업에서는 발열체가 개별 하우징에 인접하게 배치됨으로써 용융 장치, 열 보존 장치 또는 컨베이어 장치가 가열된다는 것이 공지되어 있다. 상기와 같은 가열 방식은 근본적으로 직접적인 접촉, 즉 열전도에 의해 매우 효율적인 열 전달이 이루어지기 때문에 바람직하다.

그러나, 실제로는 각각 열 팽창비에 따라 발열체와 개별 하우징 사이에 갭이 생성될 수 있어 발열체로부터 하우징으로의 열 전도율이 크게 손상되는 문제가 자주 발생한다. 또한 각각 달성된 온도 레벨에 따라 하우징 또는 발열체의 표면에서 산화 현상이 나타날 수 있으며, 상기와 같은 산화막은 열 전도율을 마찬가지로 크게 손상시킬 수 있다.

언급된 단점들로 인해 가열 장치의 효율이 감소될 수 있다는 것과는 별도로, 가열능력의 제어 가능성, 즉 가열될 재료에서 소정의 온도를 세팅할 수 있는 가능성도 마찬가지로 언급된 단점들로 인해 감소됨으로써, 경우에 따라서는 전체 프로세스 제어 및 하부에 연결된 장치의 결과들이 손상될 수 있다.

US 제4,600,375호에는 일반적인 용융 장치 및 컨베이어 장치를 열복사에 의해 가열하는 것이 공지되어 있다. 상기 문헌에서 수지는 유리관 내에서 용융된다. 유리관은 열복사선에 대해 투명, 즉 투과성이기 때문에, 가열될 수지에 열복사가 직접 작용한다. 이러한 일반적인 장치는 금속 가공을 위해서는 적합하지 않다.

본 발명의 목적은 금속을 용융시키는데 사용될 수 있도록 일반적인 장치를 개선시키는데 있다.

상기 목적은 청구항 1항의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다.

다시 말해서, 본 발명은 놀랍게도 가열 장치로서 복사 열원을 사용할 때에도 용융될 재료가 운송 채널을 통해 나오는 복사선에 의해서 간접적으로 가열될 수 있음을 제시한다. 이를 위해, 운송 채널은 복사선을 전부 또는 적어도 일부 흡수하여, 재료의 가열은 복사에 의해 직접 이루어지는 것이 아니라, 운송 채널로부터 재료로의 열 전달에 의해 이루어진다.

예컨대 직접적인 복사선 가열시와 같이 금속 위에 나타나는 복사선은 가능한한 예상치 못한 많은 양 만큼 반사됨으로써 가열 과정의 효율이 감소될 수도 있기 때문에, 복사선 흡수는 재료 내로의 균일한 열 전달을 야기한다. 또한 운송 채널은 복사선을 투과시키지 않기 때문에, 상기 운송 채널은 별 문제없이 유리와 달리 온도가 높을때에도 금속이나 금속 용융물에 반응하지 않는 내마모성 재료로 이루어질 수 있다.

상기 운송 채널의 가열은 서두에 언급된 단점들, 예컨대 갭이나 막이 형성되는 것을 막음으로써 바람직하게 복사선 에너지에 의해 이루어진다. 여기서, 예컨대 적외선 파장 또는 적외선에 매우 인접한 파장을 갖는 복사선이 사용될 수 있다. 무관성이자 미질량인 열복사 형태의 열 전달은 신속 정확한 온도 작용을 가능하게 한다. 발열체는 각각의 작동 조건에 매칭된, 예컨대 저항선, 방전 램프 등으로서 적합하게 형성될 수 있다.

운송 채널은 복사선을 흡수하기 때문에, 운송 채널이 가열됨으로써 가열될 운송 제품을 가열한다. 이와 마찬가지로, 운송 채널의 재료는 부분적인 복사선 투과 및 부분적인 복사선 흡수가 달성되도록 선택될 수 있으며, 이로인해 특히 높은 기계적 부하 수용 능력의 재료를 사용할 수 있다.

가열 장치는 운송 채널의 "외부에" 배치되며 가열 장치와 가열될 운송 제품 간의 분리를 의미한다. 그러나, 예컨대 장치가 원형 구조일 때는 장치가 반드시 운송 채널로부터 외부로 방사 방향으로 향할 필요는 없다.

바람직하게는 운송 채널은 운송될 재료를 완전히 둘러싸는 관으로 형성될 수 있어, 상기 재료는 예상치 못한 외부 작용으로부터 차단된다. 복사 가열 장치는 모든 측면으로 운송 채널에 작용하고 가열될 재료의 모든 측면을 강력하고 균일하게 가열시키기 위해서 바람직하게는 상기와 같은 관을 주변으로 배치될 수 있다. 환형 횡단면을 가진 운송 채널로서 가열 장치가 이 환형 횡단면 내에 위치된 운송채널을 위한 유사하게 생각할 수 있는 기하학적 배열과 비교하여, 방사적으로 외부로부터 작용하는 가열 수단을 가진 배열은 방사열이 작용할 수 있는 큰 표면을 야기하여, 더 높은 열 방출의 전달이 증진된다. 특히 강한 에너지 복사를 가능하게 하기 위해서 경우에 따라서는 링 횡단면의 내부 및 외부에 가열 장치가 배치될 수 있다.

바람직하게는 가열 장치와 운송 채널 사이에 분리벽이 제공될 수 있으며, 상기 분리벽은 열복사를 위해 투과성이고, 즉 운송 채널의 가열을 거의 방해하지 않긴 하지만, 대류를 방해하고, 즉 공기나 가스의 이동에 의한 열 전달을 가능하게 한다. 이러한 방식으로 방열기, 즉 복사 열원이 배치되어 있는 가능한한 차갑게 유지된 구역이 생성될 수 있으며, 이로 인해, 과열을 확실히 막을 수 있다. 동시에 분리벽에 의해 운송 채널 영역에서는 가급적 높은 레벨의 열 강도가 유지될 수 있다.

분리벽의 또 다른 사용 목적은 운송 채널의 영역 또는 복사 열원의 영역에서 운송 채널이나 복사 열원의 기계적이고 열적 안정성을 위해 특히 바람직한 특정 가스 대기를 조절하는데 있으며, 이로 인해 이러한 개별 부품들은 특히 긴 수명을 가지고 작동될 수 있다.

운송 채널의 영역에서 온도 레벨을 가급적 높게 유지시켜 열 손실을 피하도록 하기 위해서 분리벽의 한 면은 바람직하게는 복사선을 투과시키도록 형성되고 개별 파장에 매칭되면서, 다른 방향으로 반사될 수 있으며, 상기 파장에 의해 복사선은 한편으로는 열원으로부터 공급되고 다른 한편으로는 운송 채널 또는 가열될 재료로부터 재복사된다. 따라서, 복사선은 우선은 가급적 방해받지 않으면서 분리벽을 통과하고 나서, 재복사로서 가급적 분리벽으로부터 완전히 떨어져서 운송 채널 영역 또는 재료 영역 내로 반사된다.

바람직하게는 가열 장치는 환형 또는 나사선형으로 운송 채널을 중심으로 연장될 수 있다. 예컨대 곡류 형태의 다른 연장부와 달리 가급적 균일한 복사선 분포 및 균일한 온도 분포가 생성된다.

바람직하게는 가열 장치는, 운송 채널의 길이에 걸쳐 가열 요구에 매칭시키기 위해, 예컨대 용융 구역, 이어서 운송 채널 내부의 이미 용융된 재료를 위한 열 유지 구역에 매칭시키기 위해 섹션별로 상이하게 가열될 수 있다.

바람직하게는 운송 채널은 전체적으로 폐쇄된 하우징 내에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 예컨대 운송 채널의 최적의 안정성을 보장하는 불활성 가스에 의해 하우징을 진공화시키므로써 하우징 내부 중 가스 대기를 조절할 수 있으며, 여기서 용어 안정성은 특히 운송 채널의 표면 성질을 칭하는 것으로, 이러한 열복사선 흡수 성질은 가능한한 신뢰성있게 유지되는 반면 운송 채널에 대한 실용적인 오랜 수명을 확보할 수 있는 것으로 이해된다. 이러한 하우징은 상응하는 적합한 재료를 사용하는 동시에 미리 언급된 분리벽의 기능도 가질 수 있다.

분리벽 또는 언급된 하우징은 바람직하게 석영 유리로 제조될 수 있다. 왜냐하면, 이는 많은 적용예에서 바람직하게 양호한 온도 안정성과 동시에 열복사에 대한 바람직하게 양호한 투과성을 제공하기 때문이다. 소정의 반사 특성을 갖기 위해서 상기와 같은 석영 유리는 표면 가공, 예컨대 코팅될 수 있다.

바람직하게는 열원의 열복사를 운송 채널 쪽으로 향하게 하는 리플렉터가 제공될 수 있으며, 이로인해 열 손실이 최소화되고 운송 채널에 작용하는 가열 강도가 개선된다.

본 발명의 2개의 실시예는 하기 도면에 의해 보다 상세히 설명된다.

도 1은 제 1 실시예이고, 및

도 2는 용융가능한 재료를 가열하기 위한 장치의 제 2 실시예이다.

도 1에서 참조번호 (1)은 관형으로 형성된 운송 채널을 나타내며, 상기 운송 채널 내에 구동 샤프트(3)에 의해 회전할 수 있는 개략적으로 도시된 컨베이어(2)가 존재하며, 이러한 방식으로 운송 채널(1) 내에 존재하는 재료가 상기 운송 채널(1)을 통해 운송될 수 있다.

운송 채널(1)은 각각 운송될 재료 및 목표 온도 레벨에 따라 예컨대 세라믹, 미네랄 또는 금속 또는 혼합물과 같은 상이한 재료로 이루어진다. 운송 채널(1)은 가열 장치(4)에 의해 가열되며, 가열 장치(4)는 상기 운송 채널(1)을 빙 둘러싸면서 환형 또는 나사선형으로 배치되고 운송 채널(1)을 향해 열 복사를 하는 발열체(5)를 갖는다. 리플렉터(6)는 뒤쪽으로 향한 복사선 부분을 전방으로, 즉 운송 채널(1) 쪽으로 향하게 함으로써, 복사 손실을 줄일 수 있다.

운송 채널(1)은 운송 채널(1)과 가열 장치(4) 사이에 분리벽을 동시에 형성하는 하우징(7) 내에 배치된다. 운송 채널(1)과 같이 하우징(7)도 마찬가지로 환형으로 형성된다. 하우징(7)은 석영 유리로 이루어진다. 석영 유리는, 발열체(5)의 열복사가 하우징(7)에 의해 거의 방해받지 않으면서 운송 채널(1)로 이를 수 있지만, 운송 채널(1)로부터 복사된 열은 하우징(7)을 통해 내부를 향해 다시 운송 채널(1) 쪽으로 반사되는 방식으로 코팅된다.

하우징(7) 내부에 불활성 가스 대기가 제공됨으로써, 금속 운송 채널(1)에서 고온으로 가열되어도 운송 채널(1)의 표면이 산화되지는 않기 때문에 운송 채널(1)의 열 흡수력을 손상시킬 수도 있는 탈색이나 산화막은 야기되지 않는다.

또한 하우징(7)이 열 배리어로서 형성됨으로써 하우징(7) 내에서 운송 채널(1)의 주변의 높은 온도 레벨이 유지될 수 있는 반면, 하우징(7)의 외부에서는 낮은 온도 레벨이 지배하는데, 경우에 따라서는 하우징(7)의 외부 영역이 발열체(5)의 과열을 막기 위해 냉각될 수도 있다.

단지 개략적으로 도시된 하우징(7)은 이중 벽으로 형성될 수 있으며, 하우징(7)의 열 절연 효과를 개선시키기 위해 양 벽 사이에 진공이 제공될 수 있다.

가열 장치(4)의 발열체(5)는 섹션별로 또는 그룹별로 상이하게 제어될 수 있어, 이로인해 운송 채널(1)의 길이에 걸쳐 상이한 온도 구역이 세팅될 수 있거나 일정 온도를 유지하기 위해 개별 발열체(5)의 복사 강도가 특이적 열 요구조건에 따라 상이하게 조절될 수 있다.

이에 상응하여 도 2는 도 1과 유사하게 도시된 장치의 횡단면에 대한 실시예를 나타낸 것이다. 그러나, 상기 횡단면에서는, 발열체(5)가 도 1의 실시예에서와 같이 방사 방향 또는 적어도 하우징(7)을 중심으로 방사 방향으로 연장되는 것이 아니라, 종방향 또는 적어도 종방향으로 볼 때 운송 채널(1) 쪽으로 연장된다. 도 2에 따른 실시예는 경우에 따라서는 전체 장치의 특히 간단한 제조를 위해 바람직하다. 발열체(5)는 종방향으로 연속으로 다수의 가열가능한 개별 섹션으로 이루어질 수 있음으로써, 위에 언급된 바와 같이 각각 섹션별로 조절할 수 있는 운송 채널(2)에 작용하는 열 강도가 이러한 실시예에서도 가능해진다.

도 1에서는 환형으로 구부러지고 도 2에서는 바 형(rod-like)으로 도시된 길쭉한 발열체 대신에 평면 발열체가 제공될 수 있거나, 또는 예컨대 전구와 유사한 점형태의 발열체가 제공될 수 있다. 발열체의 형태에 매칭되어 바람직하게 리플렉터는 예컨대 그루우브 형태로 길쭉하게 형성된다. 또는 그루우브 형태이면서 환형으로 형성되거나, 또는 접시형으로 점형태의 발열체를 둘러싸도록 형성된다.

Claims (11)

1. 용융가능한 재료에 대한 운송 채널, 및 운송 채널의 외부에 배치되고 운송 채널 방향으로 열복사선을 발생시킬 수 있는 복사 가열기로서 배열된 가열기를 포함하는 후속 공정을 위한 장치로부터의 상류에 용융가능한 재료를 가열시키기 위한 장치에 있어서,

   운송 채널이 열복사선을 전부 또는 일부 흡수하는 재료를 포함함을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1항에 있어서, 운송 채널이 관 형태를 갖으며, 복사 가열기에 의해 발생된 열복사선이 튜브상으로 방사상으로 향하게 됨을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1항에 있어서, 가열기가 운송 채널로부터 분리되고, 열복사선 투과 분리벽이 운송 채널과 가열기 사이에 배치됨을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3항에 있어서, 분리벽이 열장벽으로서 배열되어, 가열기가 배치된 분리벽의 측면의 온도가 운송 채널이 배치된 분리벽의 측면의 온도 보다 낮음을 특징으로 하는 장치.
5. 제 3항에 있어서, 분리벽이 가열기로부터 분리벽 상에 충돌하는 열복사선에 투명한 것 및 운송 채널에 의해 반사되는 열복사선을 반사시키는 것 중 하나 이상 임을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1항에 있어서, 가열기가 환형 또는 나선형으로 운송 채널을 에워쌈을 특징으로 하는 장치.
7. 제 1항에 있어서, 가열기가 가열 출력을 개별적으로 조절할 수 있는 두개 이상의 섹션을 포함함을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1항에 있어서, 운송 채널이 하우징에 배치되고, 하우징 내는 진공 또는 불활성 가스가 사용되어 운송 채널의 안정성을 높임을 특징으로 하는 장치.
9. 제 3항에 있어서, 분리벽이 석영 유리를 포함함을 특징으로 하는 장치.
10. 제 1항에 있어서, 리플렉터가 추가로 배열되어 열복사선을 가열기로부터 운송 채널에 반사하도록 함을 특징으로 하는 장치.
11. 제 8항에 있어서, 하우징이 석영 유리를 포함함을 특징으로 하는 장치.

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