KR101560889B1 - 방사통의 온도구배 제어장치 - Google Patents

Abstract

방사통의 온도구배 제어장치가 개시된다. 본 발명은 방사통의 온도를 높이에 따라 제어함으로서 최적의 방사조건을 만족시킬 수 있는 방사통의 온도구배 제어장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 방사통의 온도구배 제어장치는, 사조가 방사되면서 건조되는 방사통을 포함하는 건식방사장치에 있어서, 상기 방사통의 외면을 감싸도록 설치되고 다단으로 서로 다른 공간을 구성하는 복수개의 셀과, 상기 셀들에 공급되어 인접한 상기 방사통에 열원을 전달하는 열매와, 상기 열매의 온도를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

방사통의 온도구배 제어장치 {Controlling apparatus for temperature gradient of dry spinning}

본 발명은 방사통의 온도구배 제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 방사통의 온도를 높이에 따라 제어함으로서 최적의 방사조건을 만족시킬 수 있는 방사통의 온도구배 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 건식방사(dry spinning)는 섬유 고분자를 쉽게 증발할 수 있는 용매에 녹인 다음 이 용액을 뜨거운 공기 속으로 압출하여 용매를 증발시켜 섬유상으로 고화시키는 방법이다.

최초의 건식방사로 아세테이트섬유가 공업적으로 생산된 이래 염화비닐과 아세트산비닐의 공중합체인 비닐론(vinylon)이 건식방사로 생산 되었으며, 그 이후 아세테이트 섬유를 비롯하여 트리아세테이트섬유, 폴리염화비닐섬유, 아크릴 섬유(올론), 스판덱스, 아라미드(aramid) 등이 건식방사로 생산 제조되기에 이르렀다.

건식방사 공정은 고분자의 용해, 미세 불순물을 제거하는 여과, 기포를 제거하는 탈포, 섬유모양으로 성형하는 방사, 용매를 회수하여 재사용하는 용매회수, 섬유성능향상을 위한 연신 등의 순서로 이루어진다. 건식방사 공정의 권취 및 연신 이후의 공정은 제품의 형태(필라멘트, 스테이플, 토우)에 따라 다르나, 용융방사와 거의 같으며, 방사구의 토출은 용융이나 습식방사와 유사한 기술로 진행된다. 다만 토출사의 건조방식이 건식방사의 특유한 공정이다.

본 발명은 특히, 상술한 건식방사 공정 중에 토출사를 방사한 다음 용매를 증발시키는 방사통의 온도구배 제어장치이다.

이러한 공정에 사용되는 종래기술에 의한 방사통은 방사되는 사조가 일정 높이에서 하강하면서 고온가스에 노출되어 용매가 증발되도록 긴 통 모양으로 형성되어 있는 것이 대부분이고, 방사통 내부의 온도와 고온가스의 흐름을 제어하기 위하여 여러 가지 방법이 고안되고 있는 실정이다. 따라서 대부분의 방사통이 높이에 따른 온도구배를 제어하기 위한 장치를 구비하고 있지는 않다.

이러한 이유에 의해, 종래기술에 의한 방사통은 방사통의 높이에 따른 온도구배를 제어하기가 사실상 불가능하여 단순히 공급하는 고온가스의 유로와 양을 조절하게 되어 최적의 건조조건을 구현하기가 불가능한 문제점이 있다.

이러한 방사통 온도구배 조절의 문제점은 사조의 퍼짐, 고속방사 등이 불가능해지는 요인으로 작용한다.

한편, 방사통의 온도를 제어하기 위하여 방사통 상부에서 하부까지의 온도구배를 조절하는 방법이 개시되어 있는 종래기술이 있으나, 이러한 발명도 통상적인 발명으로 방사통 하부의 온도를 끌어올려 사조의 퍼짐 등을 방지하여 고속방사를 구현하고자 하는 것으로 최적의 방사통의 온도구배를 구현할 수는 없다.

일본 특개평5-51808

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 방사통의 외면을 상하 방향으로 복수개의 셀로 구획하고 그 셀들의 온도를 제어함으로써 결국 방사통의 높이에 따른 온도 구배를 제어하여 최적의 방사조건을 구현할 수 있는 방사통의 온도구배 제어장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 사조가 방사되면서 건조되는 방사통을 포함하는 건식방사장치에 있어서, 상기 방사통의 외면을 감싸도록 설치되고 다단으로 서로 다른 공간을 구성하는 복수개의 셀과, 상기 셀들에 공급되어 인접한 상기 방사통에 열원을 전달하는 열매와, 상기 열매의 온도를 제어하는 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 셀 내부에는 히터가 설치된다.

바람직하게는, 상기 셀 내측에는 단열재가 구비된다.

바람직하게는, 상기 셀 내부에는 상기 방사통의 외면에 설치된 방열핀들이 다단으로 설치된다.

바람직하게는, 상기 방열핀들은 상기 방사통의 외면에 일체로 형성된다.

바람직하게는, 상기 셀은 상기 방사통의 외면으로부터 일정거리 떨어져 설치된 원통형의 외면벽과, 상기 외면벽과 방사통 사이 공간을 상하방향으로 복수개의 공간으로 구획하는 복수개의 격벽으로 이루어진다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명에 의한 방사통의 온도구배 제어장치는 방사통의 외면이 상하방향으로 복수개의 셀로 구획되고 그 셀들이 각각 온도 제어가 가능한 구조이기 때문에 방사통의 높이에 따른 최적의 온도 구배를 구현할 수 있는 효과를 제공한다.

(2) 본 발명에 의한 방사통의 온도구배 제어장치는 높이에 따라 방사통의 온도를 제어할 수 있기 때문에 사조의 퍼짐을 원천적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라 연속적인 고속방사도 가능해지는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 방사통의 온도구배 제어장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 방사통의 온도구배 제어장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 방사통의 온도구배 제어장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 방사통 온도구배 제어장치를 적용한 방사통의 열화상 사진이다.
도 5는 종래기술에 의한 방사통의 열화상 사진이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 방사통의 온도구배 제어장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참고하면, 도시된 바와 같이 방사통의 온도구배 제어장치는 방사통(11)의 외면을 감싸도록 설치되고 다단으로 서로 다른 공간을 구성하는 복수개의 셀(10)과, 상기 셀(10)들에 공급되어 인접한 상기 방사통(11)에 열원을 전달하는 열매와, 상기 열매의 온도를 제어하는 제어부로 구성된다.

상기 방사통(11)의 상부에는 방사헤드(2)가 설치되어 있다. 방사헤드(2)에는 사조(4)를 방사하기 위한 방사구금(1)이 설치되어 있고, 재료를 방사구금(1)까지 이송시키는 용융라인(3)이 설치되어 있다. 용융된 상태의 재료는 용융라인(3)을 따라 방사구금(1)까지 이송되고 일정한 설계 압력에 의해 방사통(11) 내부로 방사된다.

상기 방사통(11) 내부로 방사된 사조(4)는 고온가스에 의해 용매회수와 건조가 진행되면서 하강하게 된다.

상기 셀(10)은 상기 방사통(11) 외면에 형성된 열교환을 위한 일정 높이의 공간을 의미한다. 상기 셀(10)은 상기 방사통(11)의 외면으로부터 일정거리 떨어져 설치된 원통형의 외면벽(12)과, 상기 외면벽(12)과 방사통(11) 사이 공간을 상하방향으로 복수개의 공간으로 구획하는 복수개의 격벽(13)으로 이루어진다.

따라서 격벽(13)을 어느 정도 높이마다 설치하는가에 따라 상기 셀(10)의 높이가 결정된다. 많은 개수의 셀(10)을 구비하게 되면 정밀한 온도 구배 제어가 가능하게 되나, 그만큼 생산단가가 높아지기 때문에 경제성을 고려하여 최적의 셀(10) 개수를 도출하는 것이 바람직할 것이다.

상기 셀(10)의 내부에는 열매가 들어가도록 되어 있다. 열매는 열전달을 하는 매체로 액체를 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이러한 열매는 많은 종류들이 공지되어 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.

상기 열매는 펌프(P)에 의해 공급관(15)과 회수관(16) 라인들을 따라 셀(10)로 공급되거나 빼낼 수 있도록 되어 있다. 물론 꼭 열매를 셀(10)로부터 펌프(P)를 사용하여 공급하거나 빼낼 수 있는 구성으로 할 필요는 없다.

상기 셀(10) 내부에는 히터(20)가 설치된다. 히터(20)는 각각 컨트롤러(C)에 의해 셀(10) 내부의 온도값을 감지하여 피드백하는 일반적인 방식으로 제어된다. 이렇게 히터(20)를 제어함으로써 셀(10) 내부의 온도를 설계된 로직에 따라 제어할 수 있게 되는 것이다.

상기 히터(20)는 통상 전기를 사용한 열선 히터(20)를 사용하는 것이 가장 바람직할 것이다. 히터(20)가 가동되면 히터(20)의 열에 의해 열매가 가열되고, 열전달에 의해 그 열매가 있는 셀(10)에 해당하는 방사통(10)의 한 부분이 가열되는 열교환 순서를 따른다. 이렇게 열전달을 통하여 결국에는 방사통(11)의 일부분이 가열되는 것이고 그 반응속도가 빠르지 않기 때문에 실제 열전달에 의한 속도와 오차를 실제적으로 체크하여 온도제어에 피드백하여 반영하는 것이 필수적이다.

각 셀(10)의 히터(20)는 독립적으로 컨트롤러(C)에 의해 제어되기 때문에 방사통(11)의 높이에 따른 온도 구배를 제어할 수 있게 된다.

도 5를 참고하면, 종래기술에 의한 방사통으로서, 그 외면에 다단으로 셀을 형성한 것이 아니라 방사통 전체에 걸쳐 보온하기 위한 공간을 형성한 것이고, 작업 중에 열화상 카메라로 찍은 사진이다. 도 5의 사진에서 볼 수 있듯이, 온도 구배 일정한 모양이 아니라 불규칙하게 일부분이 높거나 낮거나 하는 상태를 보여준다. 이것은 전술한 바와 같이 사조 건조를 위한 고온 가스의 흐름이 불규칙하게 나타나면서 발생하는 것으로 이러한 일부분에서의 심한 온도차는 사조의 퍼짐으로 나타나게 되고, 고속방사를 불가능하게 하는 요인으로 작용한다.

도 6을 참고하면, 본 발명에 의한 다단으로 셀(10)을 설치하여 방사통(11)의 높이에 따른 온도 구배를 제어하는 상태에서 열화상 카메라로 방사통(11) 외면을 찍은 사진이다. 사진에서 볼 수 있듯이, 각 셀(10)이 위한 높이마다 색깔이 조금씩 다르게 표현된 것을 알 수 있다. 즉 방사통(11) 높이마다 일정한 온도구배로 제어가 이루어지고 있는 것을 알 수 있다. 더욱이 종래 사진에서 볼 수 있었던 같은 높이에서의 일부분의 다른 색들은 전혀 나타나지 않고 있음을 알 수 있다. 이것에 의해 높이에 따른 온도가 아주 균일하게 제어가 되고 있음을 증명하게 된다. 따라서 방사통(11)의 높이에 따른 최적의 온도 구배를 구현할 수 있기 때문에 사조(4)의 퍼짐을 방지할 수 있음과 동시에 고속방사가 가능해진다.

도 2를 참고하면, 본 발명에 의한 제2실시예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 내부에 히터를 넣어 열매를 가열하는 것이 아니라, 열매는 공급관(15')과 회수관(16')을 통하여 각각의 셀(10')들에서 들고 나갈 수 있도록 구성되어 있다. 따라서 회수관(16')을 통하여 외부로 배출된 열매를 다시 가열하여 공급할 수 있도록 가열수단인 히터는 외부에 설치된다.

즉 외부에서 열매를 가열하여 각 셀(10')로 공급하도록 하되, 밸브를 사용하여 공급되는 열매의 흐름을 제어하게 되면 당연히 각 셀(10')의 온도 또한 제어가 가능해 지는 것이다.

이번 실시예에서 히터를 외부에 설치함으로써, 각 셀(10')의 온도 구배를 제어하는 시간이 제1실시예보다는 많이 걸리게 되지만, 제어장치를 구성함에 있어서는 구성을 간단하게 하고 기존의 설비를 유지하면서 설치할 수 있다는 장점이 있다. 더불어 방사장치 속성상, 온도 구배를 여러 번에 걸쳐 연속적으로 계속 제어하는 것이 아니라, 한 번 제어가 되면 그 상태를 계속 유지하면서 방사하게 되는 것이 일반적이기 때문에 반응 속도가 늦더라도 만족스러운 결과를 얻을 것이다.

도 3을 참고하면, 본 발명에 의한 제3실시예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 제2실시예와 동일한 구성을 하고 있다. 즉 셀(10”)에 공급관(15”)과 회수관(16”)이 연결되어 있다. 다른 점은 좀 더 열전달 속도를 증대시켜 제2실시예에서 언급했던 단점인 반응속도를 증가시키기 위하여 방사통(11”) 둘레에 방열핀(11a”)을 형성한 것이다. 이렇게 방열핀(11a”)을 설치함으로써 열전달 속도를 증가시켜 방사통(11”) 온도 구배 제어 속도를 증가시킬 수 있다.

상기 방열핀(11a”)은 방사통(11”) 제작시 일체로 형성하는 것이 가장 바람직하겠으나, 기존의 설비를 유지 보수하는 경우에는 최대한 방열핀(11a”)이 방사통(11”) 외면에 접촉하도록 설치하여야 하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 방사구금 2 : 방사헤드
3 : 용융라인 10 : 셀
11 : 방사통 12 : 외벽면
13 : 격벽 14 : 단열재
15 : 공급관 16 : 회수관
20 : 히터

Claims (6)

1. 사조가 방사되면서 건조되는 방사통을 포함하는 건식방사장치에 있어서,
   상기 방사통의 외면을 감싸도록 설치되고 다단으로 서로 다른 공간을 구성하는 복수개의 셀;
   상기 셀들에 공급되어 인접한 상기 방사통에 열원을 전달하는 열매;
   상기 열매의 온도를 제어하는 제어부;
   를 포함하고,
   상기 셀 내부에는 히터가 설치된 것을 특징으로 하는 방사통의 온도구배 제어장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 셀 내측에는 단열재가 구비된 것을 특징으로 하는 방사통의 온도구배 제어장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 셀 내부에는 상기 방사통의 외면에 설치된 방열핀들이 다단으로 설치된 것을 특징으로 하는 방사통의 온도구배 제어장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 방열핀들은 상기 방사통의 외면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 방사통의 온도구배 제어장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 셀은 상기 방사통의 외면으로부터 일정거리 떨어져 설치된 원통형의 외면벽과, 상기 외면벽과 방사통 사이 공간을 상하방향으로 복수개의 공간으로 구획하는 복수개의 격벽으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사통의 온도구배 제어장치.
   

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