KR101287572B1 - 과열증기를 이용한 고무가교장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가교챔버와, 상기 가교챔버 내에 과열증기를 공급하는 과열증기 발생장치와, 상기 가교챔버에 구비되며, 가교 대상물을 공급받아 배출하는 이송장치를 포함하며, 상기 가교 대상물은 고무, 또는 고무를 이용한 제품인 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 고무가교장치와;
고무, 또는 고무를 이용한 제품과 같은 가교 대상물의 가교방법에 있어서,
상기 가교 대상물을 가교챔버에 공급 및 배출하는 단계와, 상기 가교 대상물이 상기 가교챔버의 내부에 공급되면 과열증기를 공급하여 가교 대상물을 가교하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 고무가교방법을 개시한다.

Description

과열증기를 이용한 고무가교장치{Crosslinking device and Method using superheated steam}

본 발명은 고무가교 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 고무가교에 있어 과열증기를 이용하는 것을 특징으로 하는 고무가교 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상적으로 고무는 고분자들을 가교시키는 과정을 거쳐 탄성을 갖게 된다. 미가교 고분자가 액체인 경우도 있지만 대개는 고점성의 껌(gum)이거나 딱딱한 플라스틱 상태이며 여기에 많은 기능성 보강제들을 첨가하여 미가교 고무컴파운드를 만들고 이를 가교시켜 탄성을 갖는 고무로 성형한다.

고무제품은 형상에 따라 가압프레스, 사출, 압출 등의 수단으로 성형하는데 일반적으로 가교는 고무 컴파운드 내에 포함된 가교제가 가열시 가교반응을 유발시켜 일어나게 되므로 일정온도 이상의 가열이 필수적이다. 프레스나 사출은 가열된 금속소재의 금형속에서 전도방식으로 가열되기 때문에 가열속도가 크게 문제되지는 않는다. 그러나 압출방식으로 성형하는 고무 제품은 금형(die형태)을 통해서 밀어내는 방식인데 금형내에서 전도수단으로 가열하려면 금형길이가 길어져야 하므로 가교반응과 함께 제품의 점도가 급격히 상승하여 밀어낼 수가 없으므로 금형에서 형상만 잡고, 가교를 위한 가열은 별도로 이루어져야 한다. 오일이나 물을 열전달 매개체로 사용할 수는 있지만, 물은 100℃이상 가열할 수도 없고, 오일은 고무에 스며들기도 하고 표면을 오염시키는 문제점이 있어 거의 사용하지 않고 있다.

따라서 대부분 열풍(hot air)을 이용하여 긴 챔버를 통과하는 동안 가열 가교시키고 있다. 하지만 고무재질의 열전도율이 매우 낮기 때문에 아주 긴 가열 챔버가 필요하며 표면과 내부의 가교정도가 크게 다르거나 표면부분이 지나치게 고온에 노출되어 열화되는 등 많은 문제점을 가지고 있다.

열전도율이 나쁜 고무재료를 빠른 속도로 균일하게 가열하는 방법은 마이크로웨이브를 이용하는 방법도 있으나 마이크로웨이브는 유전손 가열이기 때문에 고무를 구성하는 고분자 내의 화학결합이 큰 분극도를 가질 때만 효과적으로 가열이 가능하다. 화학 안정성이 우수한 대부분의 고무는 유전손실이 아주 낮기 때문에 마이크로웨이브를 가열수단으로 사용하기 위해서는 특별한 재료적 처방이 필요하다.

적외선은 0.8~1000μm의 광범위한 파장범위를 가지고 있지만 탄소를 근간으로 하는 유기고분자는 2.5~15μm사이의 적외선(주로 원적외선)을 효과적으로 흡수하여 열을 발생시키는 특징을 가지고 있다.

외부에서 전자기파가 조사되면 깊이에 따른 흡수구배가 크게 일어나지만 원적외선의 경우 내부에서 직접 흡수되는 분율이 상당히 크므로 빠른 속도로 가열시키는데 효과적인 수단이 되고 있다. 또한 적외선에 의한 가열은 외부열 발생부가 별도로 필요하지 않으며 열풍에 비해 대류정도가 최소화되어 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있다.

한편, 과열증기란 통상 물을 가열하여 100℃에 도달하면 증기가 발생하는데, 이 증기에 더욱더 열을 가함으로써 온도가 100℃ 이상이 되는 고온의 증기를 말한다.(도 1 참조)

이러한 과열증기는 열전달 속도와 건조속도가 높고, 무산소 처리가 가능하여(수 ppm) 산화반응(연소반응)이 없으며, 무산소 열분해/반응, 탄화 가능, 흄 및 분진을 방지하는 효과가 있다.

또한, 800℃ 이상에서는 활성탄의 재생이나 다이옥신의 분해가 가능하며, 살균효과가 높다.

또한, 역전점 온도 이상에서는 과열증기의 열전달계수가 급속 증가하여 건조특성이 향상된다.(도 2 참조)

따라서, 과열증기는 발전소의 터빈 구동, 폐기물 또는 섬유, 제지 등의 건조, 음식 조리 등과 같은 다양한 분야에 적용되고 있다.

본 발명은 과열증기의 특성을 고무가교에 이용되도록 본 발명이 제시하는 과열증기를 이용한 고무가교 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 가교챔버; 상기 가교챔버 내에 과열증기를 공급하는 과열증기 발생장치; 상기 가교챔버에 구비되며, 가교 대상물을 공급받아 배출하는 이송장치;를 포함하며, 상기 가교 대상물은 고무, 또는 고무를 이용한 제품인 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 고무가교장치 및

고무, 또는 고무를 이용한 제품과 같은 가교 대상물의 가교방법에 있어서, 상기 가교 대상물을 가교챔버에 공급 및 배출하는 단계와; 상기 가교 대상물이 상기 가교챔버의 내부에 공급되면 과열증기를 공급하여 가교 대상물을 가교하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 고무가교방법에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 과열증기는 열전도계수가 열풍 대비 수배 가량 높기 때문에 종래의 열풍을 이용한 고무가교에 비해 고무가교에 따른 시간이 단축되어 생산량을 향상시킬 수 있다.

또한, 과열증기는 침투율이 좋고, 산소가 없는 환경에서 사용가능하기 때문에 연소가 이루어지지 않아 분진 발생이 없고, 폭발 등의 위험이 없다.

도 1 및 도 2는 과열증기의 특성 및 응용분야를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 고무가교장치를 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 과열증기 발생장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 고무가교방법의 개략적인 순서를 나타낸 도면이고,
도 7은 고무가교에 이용되는 열원의 종류에 따른 고무의 특성비교를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 과열증기를 이용한 고무가교장치는 가교챔버(200)와, 상기 가교챔버(200) 내에 과열증기를 공급하는 과열증기 발생장치(100)와, 상기 가교챔버(200)에 구비되며 가교 대상물(300)을 공급받아 배출하는 이송장치(400)를 포함하여 구성되며, 상기 가교 대상물(300)은 고무, 또는 고무를 이용한 제품인 것이 특징이다.

이와 같은 상기 고무가교장치는 가교 대상물(300)이 가교챔버(200)에 공급되기 전 가교챔버(200)의 내부를 예열하는 예열수단을 더 구비하거나, 상기 과열증기 발생장치(100)로 가교챔버(200)의 내부를 예열하는 것이 특징이고, 이러한 예열수단은 원적외선 조사장치, 또는 열풍 공급장치일 수 있다. 여기서 원적외선 조사장치는 본 출원인이 선출원한 '유도가열방식 원적외선 고무가교장치'(출원번호: 10-2007-45306)가 적용될 수 있다.

열풍 공급장치는 도 3에 도시한 바와 같이 열풍을 발생하는 보일러(510)와, 상기 열풍을 가교챔버(200)에 공급시키는 송풍기(520)와 상기 보일러(510)와 송풍기(520) 및 가교챔버(200)에 연결되어 열풍의 이동로를 제공하는 열풍라인(530)으로 구성될 수 있다.

과열증기 발생장치(100)는 유체를 설정온도로 가열하여 증기를 발생시키는 공급챔버(10)와, 상기 가열된 증기가 가교챔버(200)에 집결되도록 공급챔버(10)와 가교챔버(200)에 연결되어 가열된 증기의 유동로를 제공하는 이동수단(51)과, 상기 가교챔버(200)와 이동수단(51')에 의해 연결되어, 상기 가교챔버(200) 내부의 증기가 상기 공급챔버(10)내 증기의 온도보다 상대적으로 상승되도록 가열시키는 간접가열장치(30)와, 상기 간접가열장치(30) 및 가교챔버(200)와 전기적으로 연결되어, 상기 간접가열장치(30)의 작동 및 가교챔버(200) 내 압력과 온도를 조절하는 제어부(40)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하며, 이러한 과열증기 발생장치는 본 출원인이 선출원한 '간접가열장치를 이용한 과열증기 발생시스템'(출원번호: 10-2007-51805)이 적용된다.

구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 상기 과열증기 발생장치(100)를 더욱 상세히 설명하면,

과열증기 발생장치(100)는 유체가 가열되어 100℃ 이하의 온도로 형성된 증기를 가교챔버(200)에 집결시키고, 상기 가교챔버(200) 내에서 증기를 이용하여 가교 대상물(300)을 가교하기 위해 상기 증기를 100℃ 이상 온도로 상승시키는 방법이 적용된 간접가열장치(30)를 이용한 것으로, 상기 간접가열장치(30)의 전류량과 밸브(50)의 개폐량 및 팬(52)의 구동상태를 조절할 수 있도록 하는 것이 특징이 다.

공급챔버(10)는 유체를 가열하여 100℃ 이하의 온도를 가지는 증기(고온 증기)를 발생시키며, 상기 가교챔버(200)와 이동수단(51)에 의해 상호 연통 되도록 연결되어 있다.

상기 공급챔버(10)에서 발생된 증기는 이동수단(51)에 의해 가교챔버(200)로 이동하여, 상기 가교챔버(200)에 집결하게 된다.

상기 가교챔버(200)는 이동된 증기를 사용자가 원하는 온도까지 더 상승시켜 고온의 증기를 만들기 위해 간접가열장치(30)를 사용한다.

이러한 간접가열장치(30)는 도 5에서 보는 바와 같이, 양측이 개구되어 증기가 길이방향으로 유동 될 수 있도록 관 형상을 가지는 유도가열관(32)과, 상기 유도가열관(32)의 외주면에 권취되는 코일(33)과, 상기 유도가열관(32) 내부에 구비되는 유도발열부재(31) 및 공진형 인버터(34)로 이루어지며, 하기에서 설명될 제어부(40)와 연결되도록 한다.

상기 간접가열장치(30)의 원리를 설명하면, 상기 공진형 인버터(34)는 코일(33)과 연결되어 상기 유도가열관(32) 주변에 자속을 발생시키게 되고, 상기 자속으로 인해 와전류를 발생시키는 상기 유도발열부재(31)의 고유저항(와류손실)에 의해 상기 유도발열부재(31)가 가열됨으로써, 상기 유도가열관(32)을 통과하는 증기가 가열되는 것이다.

즉, 상기 공급챔버(10)로부터 이동되어 가교챔버(200)에 밀집하게 된 증기는 팬(52)에 의해 간접가열장치(30)로 이동하게 되고, 상기와 같은 방법으로 간접가열장치(30)를 통과한 증기는 최초 상기 공급챔버(10) 내에서 가교챔버(200)로 이동될 때의 온도인 100℃ 이상보다 상대적으로 온도가 상승되도록 가열되어 가교챔버(200)로 다시 유입되도록 한 것이다.

이로 인해, 상기 가교챔버(200) 내부에 밀집되는 증기의 온도는 상승하게 되고, 사용자는 상기 가교챔버(200)에 밀집되는 증기의 온도가 사용자가 원하는 온도로 상승할 때까지 간접가열장치(30)를 가동시켜, 상기 가교챔버(200) 내의 증기가 간접가열장치(30)를 거쳐 가교챔버(200)로 다시 유입되는 식의 반복 순환을 하도록 구성함으로써, 상기 가교챔버(200) 내의 온도를 100℃ 이상 유지하도록 한다.

또한, 상기 공급챔버(10)와 가교챔버(20) 상호간을 연결해주는 이동수단(51)에는 밸브(50)를 구비하여, 상기 가교챔버(200)로 유입되는 증기량을 조절하도록 하는데, 이는 상기 가교챔버(200) 내부의 증기가 상기 가교챔버(200)와 간접가열장치(30) 간을 반복 순환하면서 가열되어 증기가 부족할 경우, 상기 공급챔버(10)와 가교챔버(20) 사이에 위치된 밸브(50)를 온(ON)하여 그 양을 조절하면서 증기를 가교챔버(200)에 공급하고, 상기 가교챔버(200)에 증기가 가득 차있을 경우에는 상기 밸브(50)를 오프(OFF)하여 증기의 공급을 차단하도록 하는 것이다.

상기와 같은 밸브(50)의 작동은 상기 가교챔버(200)와 간접가열장치(30)를 연결해주는 이동수단(51')에 구비된 팬(52) 또한 동일함은 당연할 것이다.

즉, 상기 팬(52)의 구동은 가교챔버(200) 내의 증기가 간접가열장치(30)로 원활히 이동될 수 있도록 하는 것으로, 그 구동력과 온/오프(ON/OFF)는 하기에서 설명될 제어부(40)로 콘트롤하게 된다.

제어부(40)는 가교챔버(200)와 전기적으로 연결되어 상기 가교챔버(200) 내부의 압력과 온도를 체크함으로써 상기 간접가열장치(30)의 전류량을 조절하게 되는데, 결국은 상기 전류량의 조절로 인해 상기 가교챔버(200) 내부의 증기온도가 조절되는 것이다.

상기 제어부(40)는 압력과 온도를 체크하기 위해, 압력센서(PS, 41)와 온도센서(TS, 42)를 전기적으로 연결시켜 더 구비하게 된다.

더불어, 제어부(40)는 각각의 밸브와 팬(50, 52)과도 연결되어, 상기 압력센서(41)와 온도센서(42)로 측정된 가교챔버(200)내의 압력과 온도를 바탕으로 밸브(50)의 개폐량과, 팬(52)의 회전수 및 상기 밸브와 팬의 온/오프(ON/OFF)를 제어함은 당연할 것이다.

이로써, 가교챔버(200) 내에는 사용자가 원하는 일정온도로 가열된 과열증기가 존재하게 되고, 사용자는 상기 가교챔버(200) 내에서 건조하고자 하는 가교 대상물(300)을 건조할 수 있다.

상기 도 4 또는 도 5에서 사용된 미설명 부호인 'S'는 증기를 나타내며, 화살표는 흐름을 나타낸다.

한편, 본 발명의 다른 카테고리로서, 본 발명에 따른 과열증기를 이용한 고무가교방법은 고무, 또는 고무를 이용한 제품과 같은 가교 대상물의 가교방법에 있어서, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 가교 대상물을 가교챔버에 공급 및 배출하는 단계(S10)와, 상기 가교 대상물이 상기 가교챔버의 내부에 공급되면 과열증기를 공급하여 가교 대상물을 가교하는 단계(S20)를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 과열증기를 이용한 고무가교방법은 가교 대상물이 가교챔버에 공급되기 전 가교챔버를 예열하는 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가교챔버의 예열단계(S30)는 과열증기, 원적외선, 열풍 중 선택되는 하나 또는 둘 이상을 조합하여 예열할 수 있다.

도 7은 과열증기, 열풍, 원적외선, 열풍+고주파로 고무, 또는 고무를 이용한 제품인 가교 대상물(300)을 가교하여 나타난 가교 대상물(300)의 인장강도, 신장률 등의 특성을 나타낸 도면으로, 대체로 고무를 과열증기로 가교할 경우가 대체로 고무의 특성이 우수해짐을 알 수 있다.

본 발명에서의 가교 대상물은 예컨대, 자동차용 웨더스트립, 또는 인테이크 호스일 수 있다.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 과열증기 발생장치 200: 가교챔버
300: 가교 대상물 400: 이송장치
10: 공급챔버 30: 간접가열장치
31: 유도발열부재 32: 유도가열관
33: 코일 34: 공진형 인버터
40: 제어부 41: 압력센서
42: 온도센서 50: 밸브
51, 51': 이동수단 52: 팬

Claims (7)

1. 고무, 또는 고무를 이용한 제품인 가교 대상물(300)을 가교하는 고무가교장치에 있어서,
   가교챔버(200)와;
   상기 가교챔버(200) 내에 과열증기를 공급하는 구성으로서,
   유체를 설정온도로 가열하여 증기를 발생시키는 공급챔버(10)와,
   상기 가열된 증기가 가교챔버(200)에 집결되도록 공급챔버(10)와 가교챔버(200)에 연결되어 가열된 증기의 유동로 제공 및 증기량을 조절하는 밸브(50)를 구비한 이동수단(51)과,
   상기 가교챔버(200)와 연결되고 팬(52)을 구비한 이동수단(51')과 연결되어, 팬(52)의 구동에 의해 유입되는 상기 가교챔버(200) 내부의 증기를 상기 공급챔버(10) 내의 증기의 온도보다 상대적으로 상승되도록 가열하기 위하여 양측이 개구되어 증기가 길이방향으로 유동될 수 있도록 관 형상을 가지는 유도가열관(32)과, 상기 유도가열관(32)의 외주면에 권취되는 코일(33)과, 상기 유도가열관(32) 내부에 구비되는 유도발열부재(31) 및 공진형 인버터(34)로 이루어지는 간접가열장치(30)와,
   상기 간접가열장치(30) 및 가교챔버(200)와 전기적으로 연결되어, 상기 간접가열장치(30)의 작동 및 가교챔버(200) 내 압력과 온도를 조절하는 제어부(40)를 포함하는 과열증기 발생장치(100)와;
   상기 가교챔버(200)에 구비되며, 상기 가교 대상물(300)을 공급받아 배출하는 이송장치(400); 및
   상기 가교 대상물(300)이 가교챔버(200)에 공급되기 전 가교챔버(200)의 내부를 예열하도록 원적외선 조사장치, 또는 열풍 공급장치 중 어느 하나로 이루어진 예열수단;을 포함하되,
   상기 가교챔버(200)의 역전점 온도 이상으로의 예열은 상기 예열수단 및 상기 공급챔버(10)에 의해 이루어지고, 상기 가교챔버(200)의 가교 환경 조성은 상기 예열수단과 공급챔버(10) 및 간접가열장치(30)에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 과열증기를 이용한 고무가교장치.
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