KR101357486B1

KR101357486B1 - 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101357486B1
Application number: KR1020097005286A
Authority: KR
Inventors: 요리오끼 나라
Original assignee: 가부시키가이샤 나라기카이세이사쿠쇼
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2014-02-03
Also published as: EP2078912B1; EP2078912A1; JP4436822B2; KR20090082346A; US8813833B2; EP2078912A4; WO2008050887A1; US20100018671A1; JP2008107009A

Abstract

피처리물의 피스톤 플로우성을 확보하면서 피처리물에 가하는 압축력을 최대한 억제하는 동시에, 그 제작 공정수(시간)를 단축할 수 있는 분립체의 열교환 장치를 제공하는 것이다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 가로로 긴 케이싱(1) 내에 샤프트(13)를 축에 걸치고, 상기 샤프트에 다수의 열교환기(30)를 소정의 간격을 이격하여 배치하는 동시에, 상기 샤프트를 통해 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 구성으로 한 분립체의 열교환 장치이며, 상기 열교환기(30)를 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부(31)를 갖는 대략 중공 원반 형상으로 하였다.

열교환 장치, 케이싱, 샤프트, 성형체, 절결 오목부

Description

분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법 {GRANULE HEAT-EXCHANGING DEVICE, AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 분립체를 건조, 가열 또는 냉각하는 열교환 장치와, 그 열교환 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

각종 분립체를 건조, 가열 또는 냉각하는 열교환 장치로서, 전도 전열식의 교반형 건조 장치가 알려져 있다.

이러한 전도 전열식의 교반형 건조 장치로서는, 예를 들어 일본 특허 공고 제48-44432호 공보(이하, 특허 문헌 1)에 개시된 것이 있다. 이 개시된 장치는 가로로 긴 케이싱 내에 샤프트가 걸쳐지고, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 이격하여 배치하는 동시에, 상기 샤프트를 통해 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 구성의 것이다. 그리고, 이 장치에 있어서는, 분립체는 상기 샤프트나 열교환기 등으로부터의 전도 전열에 의해 건조(가열, 냉각)된다.

여기서, 상기 특허 문헌 1에 개시된 열교환기는, 도 14에 도시한 바와 같이 웨지형의 중공 회전체(50)를 사용하고 있다. 이 웨지형의 중공 회전체(50)는 2매의 부채형 판재(51, 51)를, 일단부는 접촉시키고, 타단부는 간극을 두고 배치하고, 그 주위를 판재(52, 53)로 폐색함으로써 형성되어 있다. 그로 인해, 이 중공 회전 체(50)는, 회전 방향의 선단부가 되는 전단부(54)는 선 형상으로, 회전 방향의 후단부가 되는 후단부(55)는 면 형상으로 되는 웨지형으로 형성되어 있다. 그리고, 이러한 웨지형의 중공 회전체(50)가, 2개를 1세트로 하여 도 15에 도시한 바와 같이, 샤프트(60)의 대칭 위치에 일정한 간극(A, A)을 두고 배치되어 있다. 또한, 이 2개를 1세트로 하는 복수조의 웨지형의 중공 회전체(50)가, 샤프트(60)의 축방향으로 소정의 간격을 이격하여 배치되어 있다.

이 특허 문헌 1에 개시된 장치는,

(1) 설치 면적이 작고, 장치가 콤팩트하다.

(2) 전열계수가 크고, 열 효율이 좋다.

(3) 웨지형의 중공 회전체끼리에 의한 셀프 클리닝 효과가 있다.

(4) 피처리물의 온도와 처리 시간의 컨트롤이 용이하다.

(5) 고함수율의 분립체의 처리도 가능하다.

(6) 피처리물의 피스톤 플로우성(이송성)이 양호하다.

등의 우수한 특징을 갖는 것이었다.

그러나, 상기 특허 문헌 1에 기재된 장치는 피처리물이 약해서 깨지기 쉬운 것인 경우에는, 열교환기인 웨지형의 중공 회전체(50)에 의한 압축력을 받아, 피처리물이 분화(粉化)된다는 문제점이 있었다.

또한, 웨지형의 중공 회전체를 구비한 샤프트의 제작에는 그 형상에 기인하여 많은 시간을 필요로 한다는 문제점이 있었다. 즉, 웨지형의 중공 회전체(50)는 2매의 부채형 판재(51, 51), 이등변 삼각형 판재(52) 및 사다리꼴 판재(53)를, 도 16에 도시한 바와 같이 배치하여, 각각의 접촉하는 부분을 전체 둘레 용접함으로써 만들어져 있다. 따라서, 열교환기 하나를 만드는 것에 있어서도, 그 용접 과정만 보아도 복수의 과정이 있고, 또한 그 용접 작업의 자동화는 곤란한 것이었다. 또한, 제작한 열교환기를 샤프트(60)에 고정할 때에도, 그 작업은 곤란한 것이었다. 그것은, 우선 열교환기를 샤프트(60)에 고정하기 위해서는, 각각의 열교환기의 샤프트(60)와 접하는 부분(개구부)과 대략 동일한 형태의 절결 구멍이 형성된 판재(61)를, 샤프트(60)의 외주면 전체에 라이닝(용접)한 후, 상기 판재(61)와 샤프트(60)에 열교환기의 접촉 부위의 전체 둘레에 있어서 용접할 필요가 있었기 때문이다. 또한, 그 용접은 용접 방법을 바꾸어, 다층 용접을 할 필요가 있었기 때문이다. 이러한 점에서, 특허 문헌 1에 기재된 장치는, 그 제작에는 많은 시간을 필요로 한다는 문제점이 있었다.

또한, 열교환기로서, 단순한 중공의 원반을 샤프트에 복수개 설치한 장치도 있다. 그러나, 이와 같은 중공의 원반 형상의 열교환기에서는 상기 특허 문헌 1에 개시된, 웨지형의 중공 회전체가 갖는 우수한 특징인 피처리물의 피스톤 플로우성을 확보할 수는 없다. 이는, 특허 문헌 1에 개시된 장치에 있어서는, 도 15에 도시한 바와 같이 피처리물이 샤프트(60)에 설치된 2개의 웨지형의 중공 회전체(50, 50)의 간극(A, A)를 정기적으로 통과함으로써, 비로소 피처리물의 피스톤 플로우성이 확보되기 때문이다.

여기서, 피스톤 플로우성은 피처리물의 선입 선출 현상을 실현하여, 한알 한알의 가루ㆍ입자가 균일한 체류 시간, 열이력, 반응 시간 등을 갖기 위해 필요한 요인이고, 열교환 장치에 있어서는, 피처리물의 균일한 품질을 유지하기 위한 중요한 장치 속성이다.

상기 특허 문헌 1에 있어서의 간극(A, A)은 장치 내의 바로 근처(상류측)의 분립체층을, 원료 투입구측으로부터 제품 배출측으로 이송하는 작용을 달성한다. 이때, 웨지형의 중공 회전체(50) 그 자체에는 스크류와 같은 압출력이 없다. 그로 인해, 이 장치에 있어서는 순수하게 분체압에 의해 간극(A, A)에서, 슬라이스되듯이 분립체는 1회전에 대해 2회, 정기적으로 잘라내어지는 상태로 이송되게 된다. 따라서, 이 장치에 있어서는, 분립체에 대한 백 믹싱이나 숏패스가 발생하기 어려워, 「선입 선출 현상」이 확보되어 피스톤 플로우성이 실현된다. 이에 대해, 단순한 중공의 원반 형상의 열교환기를 샤프트에 설치한 장치인 경우에는, 케이싱과 상기 열교환기의 간극으로부터 피처리물이 하류측으로 이송되게 된다. 그로 인해, 분립체층 중, 샤프트 근방의 부분은 그 자리에 잔류하고, 케이싱에 가까운 부분은 빠르게 이동한다는, 백 믹싱이나 숏패스 현상이 발현되어 피스톤 플로우성을 실현할 수 없다.

본 발명은 상술한 배경 기술이 갖는 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 피처리물의 피스톤 플로우성을 확보하면서 피처리물에 가하는 압축력을 최대한 억제하는 동시에, 그 제작 공정수(시간)를 단축할 수 있는 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치는 가로로 긴 케이싱 내에 샤프트가 걸쳐지고, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 이격하여 배치하는 동시에, 샤프트를 통해 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 구성으로 한 분립체의 열교환 장치이며, 상기 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기를, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기로 한 것을 특징으로 한다.

이 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치에 따르면, 샤프트에 배치한 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기를 저항이 적은 대략 중공 원반 형상으로 하였으므로, 상기 열교환기를 배치한 부분에 있어서는, 피처리물인 분립체에 걸리는 압축력을 최대한 억제할 수 있다. 그로 인해, 피처리물이 약해서 깨지기 쉬운 것인 경우에 있어서도, 그 분화를 방지할 수 있다. 또한, 열교환기는 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖는 것이므로, 상기 절결 오목부로부터 피처리물을 통과시킬 수 있어, 피처리물의 피스톤 플로우성이 확보된 것이 된다. 또한, 열교환기의 구성은 대략 중공 원반 형상의 심플한 것이므로, 제조 공정수(시간)를 대폭으로 단축할 수 있고, 또한 용접의 자동화도 용이한 것이 된다.

여기서, 상기 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부를 매끄러운 곡선에 의해 구성하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 열교환기의 절결 오목부를 2개 이상 형성하고, 그 원주 방향의 간격을 등간격으로 하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 열교환기의 절결 오목부를 동일한 방향을 향해, 다수의 열교환기를 상기 샤프트에 배치하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 열교환기를, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 팽출되는 돌출부를 갖고, 상기 돌출부의 선단부에 개구부가 형성된 대략 중공 원반 형상으로 하여 상기 개구부에 상기 샤프트를 삽입 관통시킴으로써, 다수의 열교환기를 상기 샤프트에 배치하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 열교환기의 돌출부를, 매끄럽게 만곡시킨 동심원 형상으로 구성하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 제조 방법은 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부와, 중심에 대략 원형의 개구부를 갖는 대략 원판 형상의 판재를 형성하는 과정과, 상기 대략 원판 형상의 판재의 주연부를 일방향으로, 중심의 개구부 주연을 타방향으로 각각 굽힘 가공하는 과정과, 상기 굽힘 가공된 2매의 대략 원판 형상의 판재를 주연부가 접촉하는 방향에 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접함으로써 대략 중공 원반 형상의 열교환기를 제작하는 동시에, 이웃하는 열교환기끼리를 그 개구부 선단부의 접촉부에 있어서 샤프트에 일괄 용접함으로써 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정으로 이루어지는 것으로 한 것을 특징으로 한다.

이 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 제조 방법에 따르면, 열교환기를 만드는 것에 있어서, 용접은 굽힘 가공된 2매의 대략 원판 형상의 판재가 접촉하는 주연부의 1개소(용접선이 1개)이면 되므로, 단시간에 그 작업을 행할 수 있고, 또한 용접의 자동화도 매우 용이한 것이 된다. 또한, 샤프트에 열교환기를 고정하는 것에 있어서도, 이웃하는 열교환기끼리를 그 개구부 선단부의 접촉부에 있어서 샤프트에 일괄 용접하는 것이기 때문에 대폭으로 용접 시간을 단축할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 용접선은 1개이므로, 그 자동화가 매우 용이한 것이 된다.

여기서, 상기 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 굽힘 가공된 2매의 대략 원판 형상의 판재를 주연부가 접촉하는 방향에 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접하는 과정과, 상기 용접에 의해 제작된 대략 중공 원반 형상의 열교환기의 개구부에 샤프트를 삽입 통과시켜, 다수의 열교환기를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 이웃하는 열교환기끼리를 그 개구부 선단부의 접촉부에 있어서 샤프트에 일괄 용접하는 과정으로 구성하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 굽힘 가공된 대략 원판 형상의 판재를 방향을 교대로 바꾸어 개구부에 샤프트를 삽입 통과시켜, 다수의 굽힘 가공된 대략 원판 형상의 판재를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 대략 원판 형상의 판재가 접촉하는 주연부에 있어서의 용접 및 개구부 선단부의 접촉부에 있어서의 샤프트와의 일괄 용접을 순차적으로 행하는 용접 과정으로 구성하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 굽힘 가공하는 과정 후에, 상기 굽힘 가공된 대략 원판 형상의 판재의 형상ㆍ치수를 조절하는 트리밍 과정을 마련하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 형태이다.

도 1은 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 일부를 절결하여 도시한 측면도이다.

도 2는 도 1의 X-X선을 따르는 부분의 확대 단면도이다.

도 3은 열교환기의 정면도이다.

도 4는 열교환기의 측면도이다.

도 5는 샤프트에 배치된 열교환기의 종단면도이다.

도 6은 열교환기를 구성하는 판재의 굽힘 가공 전을 도시한 평면도이다.

도 7은 열교환기를 구성하는 판재의 굽힘 가공 전을 도시한 측단면도이다.

도 8은 열교환기를 구성하는 판재의 굽힘 가공 후를 도시한 평면도이다.

도 9는 열교환기를 구성하는 판재의 굽힘 가공 후를 도시한 측단면도이다.

도 10은 굽힘 가공 후의 성형체를 용접하는 상태를 도시한 측단면도이다.

도 11은 열교환기의 사시도이다.

도 12는 열교환기를 샤프트에 용접하는 상태를 도시한 측단면도이다.

도 13은 열교환기가 배치된 샤프트를 케이싱 내에 배치한 상태를 도시한 평면도이다.

도 14는 종래의 열교환기의 사시도이다.

도 15는 샤프트에 배치된 종래의 열교환기의 정면도이다.

도 16은 종래의 열교환기의 구성 부품을 분해하여 도시한 사시도이다.

이하, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치와, 그 열교환 장치의 제조 방법의 실시 형태를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 일부를 절결하여 도시한 측 면도이다. 도 2는 도 1의 X-X선을 따르는 부분의 확대 단면도이다.

이들의 도면에 있어서, 부호 1은 비교적 옆으로 긴 용기로 이루어지는 열교환 장치의 케이싱이다. 이 케이싱(1)은 지지대(2)에 의해 필요에 따라서 약간 경사져서 설치되어 있다. 케이싱(1)의 횡단면은, 도 2에 도시한 바와 같이 2개의 원호에 의해 그려진 사발형이다. 그리고, 그 사발형의 중앙 저부에는 상기 원호에 의해 형성되는 융기체(3)가 볼록 돌기가 되어 케이싱(1)의 전후로 지나가고 있다. 그리고, 케이싱(1)의 저면 및 측면의 대략 전체면에 걸쳐서 열교환용 재킷(4)이 설치되어 있다.

상기 열교환용 재킷(4)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 열교환 매체의 공급관(5) 및 배출관(6)이 접속되어 있다. 또한, 케이싱(1)의 후단부 저부에는 피처리물의 배출구(7)가 형성되어 있고, 케이싱(1)의 상면에는 커버(8)가 볼트 등에 의해 설치되어 있다. 또한, 커버(8)의 전단부에는 피처리물의 투입구(9), 커버(8)의 전단부와 후단부에는 캐리어 가스의 송입구(10, 11), 그리고 커버(8)의 중앙부에는 캐리어 가스의 배출구(12)가 각각 형성되어 있다.

또한, 케이싱(1)의 전후에는 2개의 중공 샤프트(13, 13)가 병렬로 관통하고 있다. 그리고, 이 중공 샤프트(13, 13)는 케이싱(1)의 전후부에 설치된 베어링(14, 14 및 15, 15)에 의해 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)의 전방부에는 각각 기어(16, 16)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 기어(16, 16)가 맞물려, 샤프트(13, 13)가 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 샤프트(13)의 한쪽에는 스프로킷(17)이 설치되어 있다. 그리고, 이 스프로킷(17)에 맞물린 체인(도시하지 않음)을 통해, 모터(도시하지 않음)의 회전이 샤프트(13, 13)로 전달되도록 구성되어 있다.

상기 각 샤프트(13, 13)의 전단부에는 로터리 조인트(18, 18)를 통해, 각각 열교환 매체의 공급관(19, 19)이 접속되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)의 후단부에는 마찬가지로 로터리 조인트(20, 20)를 통해, 각각 열교환 매체의 배출관(21, 21)이 접속되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 축방향으로 내부를 둘로 구획하는 구획판(22, 22)이 각각 설치되어 있다. 그리고, 이 구획판(22)에 의해 각 샤프트(13)의 내부는 1차실(23)과 2차실(24)로 분할되어 있다. 그리고, 1차실(23)은 샤프트(13)의 전방부에 연통되고, 2차실(24)은 샤프트(13)의 후방부에 연통되어 있다. 이 상태는, 특별히 도시하지는 않지만, 샤프트(13)의 전방부에서는 2차실(24)의 전단부를 반달형의 단부판으로 밀폐하고, 샤프트(13)의 후방부에서는 1차실(23)의 후단부를 반달형의 단부판으로 밀폐하면, 상기 구성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 각 샤프트(13, 13)에는 각각 다수의 열교환기(30, 30 ‥)가 일정한 간격을 이격하여 배치되어 있다. 이 열교환기(30)는 양 판면이 평행한 두께가 얇은 대략 중공 원반 형상으로 형성되어 있다. 즉, 이 열교환기(30)는, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 2개의 절결 오목부(31, 31)를 대칭 위치에 갖고, 또한 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 완만하게 만곡시킨 동심원 형상의 돌출부(32, 32)를 갖고 있다. 그리고, 상기 돌출부(32, 32)의 각각의 선단부에는 개구부(33, 33)가 형성되어 있다. 이 열교환 기(30)는, 소위 누에고치를 비교적 두께를 얇게 눌러 찌그러뜨린 형상을 하고 있는 것이 바람직하고, 상기 절결 오목부(31)는, 도시한 바와 같이 매끄러운 곡선에 의해 구성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열교환기(30)에 형성된 절결 오목부(31)는 2개로 한정되지 않는다. 즉, 절결 오목부(31)는 피처리물의 통과에 충분한 개구 면적을 갖고 있으면 된다. 구체적으로는 이 절결 오목부(31)의 면적(도 3에 있어서 점 사선을 실시한 부분)이 도 15에 도시한, 종래 기술에 있어서의 샤프트(60)의 동일 수직면에 설치된 2개의 웨지형의 중공 회전체(50, 50) 사이의 2개의 부채형의 간극(A, A)의 면적과 대략 동일하면 된다. 그로 인해, 절결 오목부(31)의 수는 1개라도, 또한 3개 이상이라도 좋다. 단, 절결 오목부(31)의 수가 2개 이상의 경우에는, 원주 방향으로 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 절결 오목부(31)에 착탈 가능한, 크기가 상이한 몇 종류의 개구 면적 조절 부재(도시하지 않음)를 준비하여, 피처리물의 물성에 의해 이 절결 오목부(31)의 면적을 조정하는 구조로 해도 된다.

상기한 구성의 열교환기(30)가, 각 샤프트(13)에 그 절결 오목부(31)가 동일 방향에 늘어서도록 일정한 간격을 갖고 다수 배치되어 있다. 이 열교환기끼리의 간격은 열교환기(30)의 상기 개구부(33)에 샤프트(13)를 삽입 통과했을 때, 이웃하는 열교환기(30, 30)의 상기 돌출부(32, 32)의 선단부끼리가 접촉함으로써 확보된다. 그리고, 2개의 샤프트(13, 13)는, 열교환기(30)의 절결 오목부(31)의 수가 2개인 경우에는, 도 2에 도시한 바와 같이 상기 절결 오목부(31, 31)의 위치가 90도 어긋나도록 위상을 어긋나게 하여 배치된다.

또한, 샤프트(13)의 개수는 2개로 한정되지 않고, 예를 들어 4개, 혹은 그 이상이라도 좋고, 반대로 1개(단일축)라도 좋다. 또한, 샤프트(13)에 배치하는 열교환기는 그 전체가 상기한 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)로 해도 좋지만, 피처리물의 물성(열적 강도 변화)에 따라서 종래의 웨지형의 열교환기(50)와 적절하게 조합하여 샤프트(13)에 설치해도 좋다. 구체적으로는, 샤프트(13)의 전반 부분[투입구(9)측]에만, 혹은 샤프트(13)의 후반 부분[배출구(7)측]에만, 혹은 샤프트(13)의 중간 부분에만, 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)를 설치해도 좋고, 반대로 그 부분에 종래의 웨지형의 열교환기(50)를 설치해도 좋다. 또한, 각각의 설치 부분의 비율도 피처리물의 물성에 의해 적절하게 바꿀 수 있다.

열교환기(30)의 회전 방향 후방측의 외주부에는, 도 3 등에 도시한 바와 같이 긁어 올림(scrape-up) 날개(34)가 설치되어 있다. 이 긁어 올림 날개(34)는 각 열교환기(30)에 각각 설치되어 있다. 그러나, 피처리물의 물성에 따라서는, 이웃하는 2개 또는 그 이상의 열교환기(30, 30) 사이에 걸쳐서 걸침 날개(도시하지 않음)를 설치해도 좋다. 그 경우에는 한쪽 샤프트(13)의 열교환기(30, 30) 사이의 걸침 날개와, 다른 쪽 샤프트(13)의 열교환기(30)가 부딪치지 않도록 양 샤프트(13, 13)의 간격을 설정할 필요가 있다.

또한, 열교환기(30)의 내부에는, 도 5에 도시한 바와 같이 구획판(35)이 설치된다. 이 구획판(35)에 의해 열교환기(30)의 내부 공간(36)이 구획되어, 상기한 샤프트(13)의 1차실(23)로부터 연통 구멍(25)을 통해 열교환기(30)의 내부 공 간(36) 내로 유입된 열교환 매체가, 내부 공간(36) 내를 일정 방향으로 순환하여 연통 구멍(26)을 통해 샤프트(13)의 2차실(24)로 유출되는 흐름이 형성되도록 구성되어 있다. 또한, 비교적 작은 장치의 경우에는, 상기 구획판(35)은 하나라도 좋다. 반대로 큰 장치의 경우에는 열교환기(30)의 내부 공간(36)을 복수의 구획판(35)에 의해 더욱 상세하게 구획하여, 상기와 마찬가지로 각각의 내부 공간(36)과 샤프트의 1차실(23), 2차실(24)을 연통하는 연통 구멍(25, 26)을 각각 형성해도 좋다.

상기한 구성의 열교환기(30)는 다음과 같이 하여 제작할 수 있다.

우선, 도 6 및 도 7에 도시한 판재(40)는 굽힘 가공하기 전의 것이다. 이 판재(40)는, 도 3 내지 도 5 및 도 11에 도시한 열교환기(30)의 마무리 형상 및 치수를 고려하여, 그 형상 치수가 정해져 있다. 즉, 이 대략 원판 형상의 판재(40)는 상기 개구부(33)에 대응하는 대략 원형의 개구부(41)를 그 중심에 갖고 있다. 또한, 이 대략 원판 형상의 판재(40)는 상기 2개의 절결 오목부(31, 31)에 대응하는 절결 오목부(42, 42)를 그 주연부의 대칭 위치에 갖고 있다.

그리고, 상기 판재(40)를 굽힘 가공하여, 도 8 및 도 9에 도시한 성형체(43)를 제작한다. 이 굽힘 가공은 다이(암형)와 펀치(수형)로 이루어지는 금형을 사용한 프레스 가공으로 행할 수 있다. 구체적으로는, 판재(40)의 주연부(44)를, 외주로부터 일정한 길이의 위치에 있어서 일방향(도 9에 있어서 우측 방향)으로 약 30도 절곡한다. 또한, 판재(40)의 중앙부에 있어서는, 개구부(41)를 제품 치수의 개구부(33)의 치수까지 눌러 넓히면서, 타방향(도 9에 있어서 좌측 방향)으로 비교적 큰 곡률 반경으로 동심원 형상으로 팽출시켜 돌출부(32)를 가공한다.

이 프레스 가공은 1세트의 금형으로 한번에 행해도 좋고, 또한 주연부와 중앙부를 각각 따로 따로의 금형을 사용하여 2회로 나누어 행해도 좋다. 성형체(43)를 정확하게 왜곡 없이 성형하기 위해서는, 2회로 나누는 것이 좋고, 이 경우에는 중앙의 팽출되는 돌출부(32)의 가공을 먼저 행하는 것이 바람직하다. 또한, 최초에 열교환기(30)의 마무리 형상 및 치수를 고려하여, 대략 판재(40)의 형상으로 절단하고, 이 판재(40)를 프레스 가공하여 돌출부(32)를 가공하는 동시에 주연부(44)를 절곡하고, 그 후 주연부(44)와 돌출부(32)를 트리밍함으로써, 더욱 정확하게 성형체(43)를 성형해도 좋다. 이 경우, 미리 판재(40)의 중심에 상기 개구부(41)를 형성해도 좋고, 또한 설치하지 않아도 좋다

다음에, 제작한 2개의 성형체(43, 43)를, 도 10에 도시한 바와 같이 주연부(44, 44)가 접촉하는 방향에 맞대어, 그 접촉한 주연부(44, 44)의 전체 둘레를 용접한다. 그리고, 도 11에 도시한 바와 같이 양 판면이 평행한 두께가 얇은 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)를 만든다. 이때, 열교환기(30)의 내부 공간(36)을 구획하는 상기 구획판(35)도 용접 등의 수단에 의해 그 내부에 설치한다.

계속해서, 제작한 열교환기(30)의 개구부(33)에 샤프트(13)를 삽입 통과시켜, 다수의 열교환기(30, 30 ‥)를 샤프트(13)에 배치한다. 그리고, 샤프트(13)에 배치한 이웃하는 열교환기(30, 30)의 돌출부(32, 32)의 선단부를 접촉시켜, 도 12에 도시한 바와 같이 그 접촉한 돌출부(32, 32)의 전체 둘레를 용접한다. 이에 의해, 이웃하는 열교환기(30, 30)끼리의 접촉부에 있어서의 용접 고정과 함께 샤프 트(13)의 표면에 열교환기(30)를 용접 고정한다. 그리고, 긁어 올림 날개(34)를 열교환기(30)의 적소에 용접 등의 수단에 의해 설치하고, 다수의 열교환기(30, 30 ‥)가 소정의 간격을 이격하여 배치된 샤프트(13)를 도 13에 도시한 바와 같이 케이싱(1) 내에 배치하여 열교환 장치를 제작한다.

또한, 상기와는 달리, 제작한 성형체(43)를 용접하지 않고 방향을 교대로 바꾸어 그 개구부(33)에 샤프트(13)를 삽입 통과시켜, 다수의 성형체(43, 43 ‥)를 샤프트(13)에 배치한 후, 상기 샤프트에 배치된 성형체(43, 43)가 접촉하는 주연부(44, 44)에 있어서의 용접 및 돌출부(32, 32)의 선단부끼리와 샤프트(13)의 일괄 용접을 순차적으로 행하여, 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)의 제작과, 상기 열교환기(30)의 샤프트(13)로의 고정을 행하는 제조 방법으로 해도 좋다.

상기한 본 발명의 열교환기(30)를 만드는 것에 있어서는, 용접은 제작한 2개의 성형체(43, 43)가 접촉하는 주연부(44, 44)의 1개소(용접선이 1개)라도 되므로, 단시간에 그 작업을 행할 수 있는 동시에, 용접의 자동화가 매우 용이한 것이 된다. 또한, 샤프트(13)에 열교환기(30)를 고정하는 것에 있어서도, 이웃하는 열교환기(30, 30)가 접촉하는 돌출부(33)의 선단부를 따라서 용접하면, 열교환기(30, 30)끼리의 용접 고정과 함께, 2개의 열교환기(30, 30)를 동시에 샤프트(13)에 용접 고정할 수 있어, 대폭으로 용접 시간을 단축할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 용접선은 1개이므로, 그 자동화가 매우 용이한 것이 된다. 또한, 종래의 웨지형의 열교환기(50)를 수작업으로 샤프트(60)에 용접하는 경우에는, 전술한 바와 같이 용접 방법을 바꾸어 다층 융기를 할 필요가 있었으나, 본 발명의 열교환기(30) 를 샤프트(13)에 자동 용접하는 경우에는, 적절한 용접 조건을 선택함으로써 1층만의 용접으로 완료할 수 있으므로, 용접 시간을 더욱 단축할 수 있다. 또한, 종래의 웨지형의 열교환기(50) 그 자체의 제작에 있어서도, 각 판재가 접촉하는 부분의 용접도 상기와 마찬가지로 다층 융기였으나, 본 발명의 열교환기(30)의 제작에 있어서는, 자동 용접으로 함으로써 1층만의 용접으로 완료할 수 있으므로, 마찬가지로 용접 시간을 단축할 수 있다. 또한, 종래의 웨지형의 열교환기(50)를 샤프트(60)에 설치하는 경우에 있어서는 필요했던 판재(라이닝)(61)의 역할을, 본 발명의 경우에는 열교환기(30)의 돌출부(32)가 발휘하여 재료를 삭감시킬 수 있는 동시에, 가공 공정수를 저감시킬 수 있다. 다음에, 상기한 본 발명에 관한 열교환 장치를 사용하여, 분립체를 건조하는 경우에 대해 설명한다.

우선, 피처리물인 분립체(가루체라도, 입자체라도 좋음)를, 본 발명에 관한 열교환 장치의 투입구(9)로부터 케이싱(1) 내로 연속적으로 정량을 공급한다.

이때, 재킷(4)에는 소정의 온도의 가열 매체, 예를 들어 증기, 온수 등을 순환시켜 케이싱(1)을 일정 온도로 가열해 둔다. 또한, 2개의 샤프트(13, 13)는 모터에 의해 스프로킷(17), 기어(16, 16)를 통해 회전시킨다. 또한, 로터리 조인트(18, 18)로부터, 각 샤프트(13, 13)에 가열 매체, 예를 들어 증기 또는 온수 등을 보낸다. 샤프트(13)에 보내진 가열 매체는 샤프트(13)의 1차실(23)로부터 열교환기(30)의 내부 공간(36)으로 유입되어 열교환기(30)를 가열한다. 그리고 샤프트(13)의 2차실(24)을 경유하여 샤프트 후방부의 로터리 조인트(20)를 통해 열교환 매체의 배출관(21)으로부터 배출된다.

케이싱(1) 내에 공급된 분립체는 케이싱(1) 및 열교환기(30)에 의해 가열되고, 분립체로부터 증발한 휘발분은 캐리어 가스에 동반되어 배출된다. 캐리어 가스는, 예를 들어 공기, 불활성 가스 등이 사용되고, 송입구(10, 11)로부터 공급된 캐리어 가스는 케이싱(1) 내의 상층부를 통과하여, 분립체로부터 증발한 휘발분(수증기, 유기 용제 등)을 수반하여 배출구(12)로부터 배출되어, 시스템 밖으로 적절하게 처리된다. 휘발분이 유기 용제인 경우에는, 캐리어 가스로서 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용되고, 배출구(12)는 용제 응축기에 연결되고, 유기 용제는 그곳에서 회수된다. 그리고, 응축기를 통과한 캐리어 가스는 다시 송입구(10, 11)로부터 케이싱(1) 내로 들어가, 캐리어 가스는 순환 사용된다.

분립체가 투입구(9)로부터 케이싱(1) 내로 들어갈 때에 기계적 교반 조작을 함으로써 분립체는 유동성을 갖게 된다. 그리고, 투입된 분립체는 분립체의 투입구(9)에 있어서의 충전 높이에 의한 압력과, 필요에 따라서 설치된 케이싱(1)의 경사에 의해 점차 케이싱(1) 내를 유하하여, 열교환기(30)의 절결 오목부(31)를 통과하여 배출구(7)로 이동한다.

이때, 분립체는 진행 방향과 직교하는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)의 회전에 의해 흩어지고, 그 밀어 흩어짐과 동시에 열의 교환이 행해져, 효율적으로 건조된다. 또한, 열교환기(30)는 저항이 적은 대략 중공 원반 형상이므로, 상기 흩어질 때에 있어서의 피처리물인 분립체에 걸리는 압축력을 최대한 억제할 수 있어, 분립체가 약해서 깨지기 쉬운 것인 경우에 있어서도, 그 분화를 방지할 수 있다. 또한, 열교환기(30)는 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목 부(31)를 갖는 것이므로, 상기 절결 오목부(31)로부터 분립체를 통과시킬 수 있어, 피스톤 플로우성이 확보된다. 그로 인해, 균일한 체류 시간을 경유하여 건조된 분립체는 배출구(7) 방향으로 원활하게 보내져, 배출구(7)로부터 배출된다.

이상, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법의 실시 형태를 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구 범위에 기재한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 다양한 변형 및 변경을 더 추가할 수 있는 것은 당연하다.

또한, 피처리물의 건조도를 증강할 필요가 있는 경우 등에 있어서는, 상기 장치를 직렬로 복수대 연결 사용해도 좋고, 또한 처리량을 증대시키고 싶은 경우 등에는 열교환기를 배치한 샤프트를 병렬로 더욱 증설한 구성으로 할 수도 있다.

본 발명의 장치는 피처리물로서 비교적 증발량이 적은 물질의 건조, 예를 들어 예비 건조를 종료한 분립체(폴리프로필렌, PVC, 아크릴 수지의 분말 등)의 마무리 건조에, 또한 초기 수분이 적은 합성 수지 칩(폴리에스테르, 나일론 등)의 건조, 또는 약해서 깨지기 쉬운 분립체〔SAP(고흡수성 수지) 표면 개질품, 그라파이트 조립품, 건강 식품 과립품 등〕의 건조 등에 적절하게 사용할 수 있고, 또한 가열이나 반응 후의 물질(각종 무기물ㆍ유기물)의 냉각, 반응 등에도 사용할 수 있다.

본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치는 합성 수지, 식품, 화성품 등의 폭넓은 분야에 있어서, 분립체 재료의 건조, 가열, 냉각, 반응 등에 이용된다.

Claims

가로로 긴 케이싱 내에 샤프트가 걸쳐지고, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 이격하여 배치하고, 상기 샤프트를 통해, 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 동시에 상기 열교환기를 회전시켜, 케이싱 내에 투입한 분립체와의 사이에 열교환을 행하는 구성으로 한 분립체의 열교환 장치이며, 상기 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기를, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 매끄러운 곡선에 의해 구성된 절결 오목부를 갖는 동시에, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 완만하게 팽출되는 돌출부를 갖고, 상기 돌출부의 각각의 선단부에 개구부가 형성되고, 상기 개구부에 상기 샤프트를 삽입 관통함으로써 상기 샤프트에 배치된, 양 판면이 평행한 두께가 얇은 중공 원반 형상의 열교환기로 한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부를 2개, 중심에 대해서 대칭 위치에 배치한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환기의 돌출부를 매끄럽게 만곡시킨 동심원 형상으로 구성한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
제2항에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부를 동일 방향을 향하게 하여, 다수의 열교환기를 상기 샤프트에 배치하고,

상기 열교환기가 배치된 2개의 샤프트를, 그 배치된 열교환기의 절결 오목부의 위치가 90도 어긋나도록 상기 케이싱 내에 걸쳐 놓은 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샤프트에 배치된 상기 열교환기끼리의 간격이, 이웃하는 열교환기의 상기 돌출부끼리가 접촉함으로써 확보되는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 매끄러운 곡선에 의해 구성된 절결 오목부와, 중심에 원형의 개구부를 갖는 원판 형상의 판재를 형성하는 과정과, 상기 원판 형상의 판재의 주연부를 일방향으로, 중심의 개구부 주연을 타방향으로 각각 굽힘 가공하는 과정과, 상기 굽힘 가공된 2매의 원판 형상의 판재를 주연부가 접촉하는 방향에 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접함으로써 원주 테두리로부터 중심 방향으로 향한 매끄러운 곡선에 의해 구성된 절결 오목부를 갖는 동시에, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 완만하게 팽출되는 돌출부를 갖고, 양 판면이 평행한 두께가 얇은 중공 원반 형상의 열교환기를 제작하는 동시에, 이웃하는 열교환기끼리를 그 개구부 선단부의 접촉부에 있어서 샤프트에 일괄 용접함으로써 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 굽힘 가공된 2매의 원판 형상의 판재를 주연부가 접촉하는 방향에 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접하는 과정과, 상기 용접에 의해 제작된 중공 원반 형상의 열교환기의 개구부에 샤프트를 삽입 통과하여, 다수의 열교환기를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 이웃하는 열교환기끼리를 그 개구부 선단부의 접촉부에 있어서 샤프트에 일괄 용접하는 과정으로 한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 굽힘 가공된 원판 형상의 판재를 방향을 교대로 바꾸어 개구부에 샤프트를 삽입 통과시켜, 다수의 굽힘 가공된 원판 형상의 판재를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 원판 형상의 판재가 접촉하는 주연부에 있어서의 용접 및 개구부 선단부의 접촉부에 있어서의 샤프트와의 일괄 용접을 순차적으로 행하는 용접 과정으로 한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
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