KR101321111B1

KR101321111B1 - 수지제품 성형기용 히터

Info

Publication number: KR101321111B1
Application number: KR1020130085210A
Authority: KR
Inventors: 김기한; 장진; 오경환
Original assignee: 김기한; 오경환; 장진
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-10-30

Abstract

본 발명은 피가열물에 튜블러열선(25)의 열에너지를 작용하는 환형히터(20)에 있어서: 반원통형 구조의 프레임(30); 상기 튜블러열선(25)을 수용한 상태로 프레임(30)의 내측면에 결합되는 내부판(33)과 외부판(34); 및 상기 튜블러열선(25)의 외측으로 단열 기능을 수행하도록 설치되는 단열재(36);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 적은 전력으로 피가열물에 대한 신속한 예열과 균일한 가열이 가능하고, 원적외선방사를 이용한 가열로 에너지효율이 높으면서 저탄소 배출에 기여하는 효과가 있다.

Description

수지제품 성형기용 히터{Heater for resin pipe forming machine}

본 발명은 수지제품 성형기용 히터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 이송되는 수지 소재의 피가열물을 수용하며 균일한 열을 인가하는 수지제품 성형기용 히터에 관한 것이다.

최근 전력소비가 급증하고 있어 에너지효율 개선에 기대할 수 있는 새로운 가열기술의 개발이 필요한 실정이다. 동력을 제외한 산업용 에너지 대부분은 가열, 건조, 경화, 열처리 등 열의 형태로 사용되는데, 수지관을 압출하는 성형기의 경우에도 수지관의 온도를 설정범위로 유지하기 위한 히터의 전력소비가 크다.

도 1에 나타내는 것처럼 종래의 압출기용 주물히터는 내외부 온도차가 크지 않아 열손실이 많으면서 안전사고나 화재의 위험성도 크다. 피가열물에 균일하게 열전달이 되지 않는 단점을 보충하기 위해 필요이상의 전력을 소비하므로 에너지 효율이 매우 낮고 친환경 정책에 배치된다.

또한, 주물 구조의 히터 중량이 크므로 설치와 보수의 어려움이 수반되고, 히터 자체에 문제가 발생하였을 때 수리가 불가능하다는 등의 문제점이 있다.

이와 관련되는 선행특허로서, 한국 등록실용신안공보 제0213356호는 절연재가 충전된체 밀봉된 마그네시아관과 같은 여러개의 전열관들이 단자와 직렬로 연결되어 있고, 중공부와 일측개방부를 가진 실린더형케이싱의 내벽체와 외벽체 사이의 공간부 속에는 전열관들이 내장되어 있으며, 공간부의 양쪽을 중공판으로 밀폐시켜 형성된다. 이에 따라, 절연성과 구조적 강도가 우수하여 지속적인 발열이 가능하므로 사출성형기의 가동율을 높이는 효과를 기대한다.

이는 고온 발열이 가능하여 사용범위를 넓게 확보할 여지는 있으나 높은 단열과 균일 가열 기능을 기대하기 곤란하므로 에너지 효율을 증대하기 미흡하고 비교적 중량물 구조로서 설치와 보수에 있어서 불리하다.

1. 한국 등록실용신안공보 제0213356호 "사출성형기용 밴드히터"(공개일자 : 2000. 6. 5.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 적은 전력으로 피가열물에 대한 신속한 예열과 균일한 가열이 가능하고, 원적외선방사를 이용한 가열로 에너지효율이 높으면서 저탄소 배출에 기여하는 수지제품 성형기용 히터를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주물 구조를 배체하여 무게가 가볍기 때문에 설치와 보수가 용이하고 진동이나 외부 충격에 높은 안정성을 발휘하는 수지제품 성형기용 히터를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피가열물에 튜블러열선의 열에너지를 작용하는 환형히터에 있어서: 반원통형 구조의 프레임; 상기 튜블러열선을 수용한 상태로 프레임의 내측면에 결합되는 내부판과 외부판; 및 상기 튜블러열선의 외측으로 단열 기능을 수행하도록 설치되는 단열재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 내부판은 튜블러열선을 지지하기 위한 다수의 지지부를 일체로 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 외부판은 내부판을 지지하기 위한 다수의 지지부와, 단열 기능을 수행하도록 밀폐된 공간부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 단열재는 외부판의 내측면과 외측면에 각각 밀착되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 환형히터는 피가열물과 대향하는 면에 공기의 유동을 위한 요철홈부와, 가열 온도의 균일화를 유발하는 원적외선 방사부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 적은 전력으로 피가열물에 대한 신속한 예열과 균일한 가열이 가능하고, 원적외선방사를 이용한 가열로 에너지효율이 높으면서 저탄소 배출에 기여하는 효과가 있다.

또한, 주물 구조를 배체하여 무게가 가볍기 때문에 설치와 보수가 용이하고 진동이나 외부 충격에 높은 안정성을 발휘하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 수지관 압출기용 주물히터를 설치 상태로 나타내는 사진
도 2는 본 발명에 따른 환형히터의 설치 상태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 튜블러열선을 분해하여 나타내는 구성도
도 4는 본 발명에 따른 환형히터의 주요부를 분해하여 나타내는 구성도
도 5는 본 발명에 따른 환형히터의 주요부를 단면으로 나타내는 구성도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 피가열물에 튜블러열선(25)의 열에너지를 작용하는 환형히터(20)에 관련된다. 압출기(10)에 사용되는 환형히터(20)는 수지관, 시트와 같은 피가열물을 일정한 온도로 압출하는 기능을 수행한다. 환형히터(20)에 작용하는 열에너지는 지그재그 형태로 벤딩된 튜블러열선(25)에서 발생한다. 본 발명의 환형히터(20)는 수지제품용 압출기(10)를 대상으로 설명하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 접착 및 점착제 건조, 반도체, 전기, 전자 산업분야 소재 열처리, 섬유 및 염색공정 열처리, 제지 및 인쇄분야 열처리/건조, 식자재/약재 건조 및 발효, 식품조리 및 환경폐기물(음식, 슬러지) 건조 등에 활용 가능하다.

본 발명에 따르면 반원통형 구조의 프레임(30)을 구비한다. 프레임(30)은 환형히터(20)의 외면을 구성하므로 강도와 내식성을 고려하여 스테인레스 강판을 사용하는 것이 좋다. 반원통형의 프레임(30)은 양단 단부에서 내측과 외측 방향으로 플랜지(31)를 구비한다. 내측의 플랜지(31)는 후술하는 주요부를 지지하는 부분이고, 외측의 플랜지(31)는 볼트(41)로 결합하는 부분이다.

또, 본 발명에 따르면 내부판(33)과 외부판(34)이 상기 튜블러열선(25)을 수용한 상태로 프레임(30)의 내측면에 결합되는 구조이다. 내부판(33)과 외부판(34)은 프레임(30)과 동심상으로 일정한 폭의 공간을 형성하기 위한 곡률의 반원통 형태로 형성된다. 도 3의 튜블러열선(25)은 내부판(33)과 외부판(34)의 결합으로 형성되는 공간 상에 긴밀하게 수용된다. 튜블러열선(25)의 양단부에는 단자대(28)가 직각으로 벤딩된 형태로 연장된다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 내부판(33)은 튜블러열선(25)을 지지하기 위한 다수의 지지부(43)를 일체로 구비하는 것을 특징으로 한다. 내부판(33)은 알루미늄 합금을 사용하며, 압출에 의한 프로파일 구조로 형성하면 제작이 용이하다. 지지부(43)는 내부판(33)의 외면에 일정 간격으로 반원형으로 돌출되는 구조를 이룬다. 통상 튜블러열선(25)은 평면 상에서 지그재그로 경로를 이루도록 형성되지만 지지부(43)를 이용하여 내부판(33)의 곡면 상에 결합하기 용이하다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 외부판(34)은 내부판(33)을 지지하기 위한 다수의 지지부(44)와, 단열 기능을 수행하도록 밀폐된 공간부(45)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 외부판(34)도 내부판(33)과 마찬가지로 알루미늄 합금을 사용한 압출에 의해 프로파일 구조를 이루도록 형성한다. 외부판(34)은 일정한 폭의 공간부(45)를 지니므로 내부판(33)보다 두꺼워 단열 기능을 향상한다. 지지부(44)는 내부판(33)을 2개소 또는 3개소에 지지하도록 단턱 구조로 형성된다. 도 4(a)처럼 지지부(44)가 3개소에 형성되는 부분도 있고, 도 4(b)처럼 지지부(44)가 양단의 2개소에 형성되는 부분도 있다.

한편, 본 발명과 같은 방식으로 튜블러열선(25)을 수용하는 경우 종래에 비하여 이웃하는 선간의 간격을 좁게 유지할 수 있으므로 가열효율의 향상은 물론 가열의 균일성과 예열시간의 단축 효과도 기대할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 단열재(36)가 상기 튜블러열선(25)의 외측으로 단열 기능을 수행하도록 설치되는 구조이다. 단열재(36)는 단열성과 내구성이 높은 다공성의 세라믹을 주재로 사용한다. 단열재(36)는 온도조절 기능에 조력하는 동시에 프레임(30)으로 전달되는 열을 차단한다. 본 발명의 환형히터(20)는 250℃를 기준으로 약 1℃ 내외의 온도 편차를 이루도록 제어된다. 종래의 주물히터는 외면에서 내부와 동일한 250℃의 온도를 나타내는 반면, 본 발명의 환형히터(20)는 프레임(30)에서 85~110℃의 온도를 나타낸다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 단열재(36)는 외부판(34)의 내측면과 외측면에 각각 밀착되도록 설치되는 것을 특징으로 한다. 내측의 단열재(36)는 외부판(34)의 지지부(44)까지 연장되어 감싸는 구조로 형성한다. 외측의 단열재(36)는 외부판(34)의 외면을 감싸는 단순한 구조로 형성한다.

한편, 도 4(a)에서 단열재(36)와 지지부(43)의 통공(38)은 외부판(34)의 지지부(44)가 통과하는 부분이다.

도 5(a)는 도 4(a)의 결합된 상태를 단면으로 나타내고, 도 5(b)는 도 4(b)의 결합된 상태를 단면으로 나타낸다. 튜블러열선(25), 내부판(33), 외부판(34), 단열재(36)를 지닌 한 쌍의 프레임(30)이 플랜지(31)를 이용하여 볼트(41)로 ??합되면 환형히터(20)의 하나의 유니트(채널)로 완성된다. 도 2처럼 압출기(10)의 경우 다수의 환형히터(20)를 직선상으로 연결하고 내부의 공간으로 피가열물인 수지관이 설정된 온도를 유지하면서 유동하도록 한다. 다수의 환형히터(20)는 각각 적절한 틈새를 유지하도록 연결되고, 틈새에는 온도센서(도시 생략)를 설치하여 정확한 온도제어를 수행한다.

이때, 환형히터(20)의 유니트와 유니트 사이에 공간을 형성하고 덕트를 개재하여 송풍기(15)를 연결한다. 송풍기(15)는 환형히터(20)의 내부 공간에 공기를 투입하여 온도를 조절하는 역할을 수행한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 환형히터(20)는 피가열물과 대향하는 면에 공기의 유동을 위한 요철홈부(47)와, 가열 온도의 균일화를 유발하는 원적외선 방사부를 구비하는 것을 특징으로 한다. 요철홈부(47)는 환형히터(20)의 내면에 축방향으로 일정한 폭과 깊이를 유지하도록 형성된다. 내부판(33)의 내면에 요철홈부(47)를 형성할 수도 있고, 별도의 판재에 요철홈부(47)를 형성하여 내면에 고정할 수도 있다. 어느 경우에나 송풍기(15)의 공기가 요철홈부(47)을 따라 피가열물의 외주면에 고르게 유동하여 온도를 조절한다. 원적외선 방사부는 유기계 물질에 조사시 급속/균일 가열이 가능하고 우수한 가열 품질을 나타낸다. 파장이 길수록 피가열물의 내부 깊숙이 침투, 흡수되므로 균일가열이 가능하다.

이때, 원적외선 방사부의 소재로 SiO₂, Al₂O₃, Na₂O, MgO, K₂O, Fe₂O₃ 를 포함하도록 배합하여 사용한다. 산화규소(SiO₂)는 원적외선과 음이온을 동시에 방출하는 중요한 성분이다. 이외에 내부판(33) 등에 대한 접착성을 높이기 위한 수지재를 포함할 수 있다.

한편, 원적외선 방사부는 환형히터(20)의 내면에만 형성하는 것이 아니고 튜블러열선(25)에도 형성하는 것이 좋다.

이와 같은 본 발명의 환형히터(20)와 종래의 주물히터를 대비하여 전력소모를 측정한 결과를 [표 1]에 나타낸다. 전기 피크치와 누진제를 적용하지 않은 결과이며 용량이 커질수록 효과의 차이도 커진다. 실험 결과에 의하면 본 발명의 환형히터(20)가 주물히터에 비하여 38.2%의 절감 효과를 나타내었다.

	종래의 주물히터	본 발명의 환형히터	비고
단가	95원/㎾	95원/㎾
소비전력 1시간	26㎾	16㎾	10㎾ 절전
소비전력 1일	624㎾	384㎾	240㎾ 절전
소비전력 30일	18,720㎾	11.520㎾	7,200㎾ 절전

전기요금 1달	1,778,400원	1,094,400원	684,000원 절약
전기요금 1년	21,340,800원	13,132,800원	8,208,000원 절약

이외에, 본 발명의 환형히터(20)는 예열시에도 종래의 주물히터에 비하여 약 37.5%의 전력을 절감하는 것으로 나타났다. 이는 종래의 예열시간이 약 90이나 본 발명에 의한 예열시간이 45~50분 정도인 점에 기인한다.

한편, 본 발명의 환형히터(20)는 이해의 편의를 위해 반원통형으로 표현하였으나 다각형으로 구현할 수도 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 압출기 15: 송풍기
20: 환형히터 25: 튜블러열선
28: 단자대 30: 프레임
31: 플랜지 33: 내부판
34: 외부판 36: 단열재
38: 통공 41: 볼트
43: 지지부 44: 지지부
45: 공간부 47: 요철홈부

Claims

피가열물에 튜블러열선(25)의 열에너지를 작용하는 환형히터(20)에 있어서:
반원통형 구조의 프레임(30);
상기 튜블러열선(25)을 수용한 상태로 프레임(30)의 내측면에 결합되는 내부판(33)과 외부판(34); 및
상기 튜블러열선(25)의 외측으로 단열 기능을 수행하도록 설치되는 단열재(36);를 포함하여 이루어지고,
상기 외부판(34)은 내부판(33)을 지지하기 위한 다수의 지지부(44)와, 단열 기능을 수행하도록 밀폐된 공간부(45)를 구비하는 것을 특징으로 하는 수지제품 성형기용 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 내부판(33)은 튜블러열선(25)을 지지하기 위한 다수의 지지부(43)를 일체로 구비하는 것을 특징으로 하는 수지제품 성형기용 히터.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 단열재(36)는 외부판(34)의 내측면과 외측면에 각각 밀착되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 수지제품 성형기용 히터.
청구항 1에 있어서,
상기 환형히터(20)는 피가열물과 대향하는 면에 공기의 유동을 위한 요철홈부(47)와, 가열 온도의 균일화를 유발하는 원적외선 방사부를 구비하는 것을 특징으로 하는 수지제품 성형기용 히터.