KR101693580B1 - 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통형 내부에 다수개의 디스크형 전열판을 상하로 이격 배치하여 전열면적을 최대화하는 한편 상기 디스크형 전열판 사이에 스크래퍼를 설치하여 전열판의 표면에 스케일이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 해주는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치는, 폐열이나 스팀과 같은 열매체가 전열판을 통과하면서 원액을 증발 농축시킴으로써 원액 중의 용존 고형물을 석출시키는 증발농축건조장치에 있어서, 외부로부터 원액이 공급되는 원통형 동체(110); 상기 원통형 동체(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 구동축(120); 상기 구동축(120)의 외면에 상하로 일정 간격을 두고 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루고 상기 구동축(120)과 연통 설치됨으로써 상기 열매체가 순환하면서 상기 원액과 열교환을 하도록 구성된 다수개의 디스크형 전열판(140); 상하로 일정 간격을 두고 설치된 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)의 사이 공간에 설치되고, 상기 디스크형 전열판(140)이 회전될 때 난류를 형성시키는 스케일 스크래퍼(160)를 포함한다.

Description

디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치{EVAPORATION CONCENTRATION AND DRYING EQUIPMENT USING DISK TYPE HEAT PLATE}
본 발명은 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치로서, 보다 상세하게는 장치의 내부에 다수개의 디스크형 전열판을 상하로 회전 가능하게 배치하여 전열효과를 증가시키고 디스크형 전열판의 표면에 스크래퍼를 최적 배치하여 스케일 발생을 최소화할 수 있도록 해주는 증발농축건조장치에 관한 것이다.
일반적으로 용액(원액)으로부터 용존 고형물을 석출, 건조하는 건조분리방법은, 1단계로서 용액(원액)을 증발농축건조장치에 유입하여 스팀으로 다량의 원액을 증발시켜 용존 고형물의 농도가 높게 되는 농축액을 형성하여 배출하고, 2단계로는 상기 농축액을 별도의 석출장치나 건조장치를 거쳐 잔여 수분을 증발시켜 고액분리를 이루게 되는 것이다.
즉, 종래의 용액(원액)을 건조분리하는 방법은 용액(원액)으로부터 다량의 수분을 증발시키기 위해 다수의 전열면적을 갖는 투관형 열교환기가 설치된 증발농축건조장치와, 석출 및 건조를 위한 별도의 석출, 건조장치가 요구되었다. 그런데 이 방법은 증발농축건조장치와 석출, 건조장치를 별도 구비함에 따라 설비비용 및 그 공간활용성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 용액(원액)의 증발농축 과정에서 과도한 농축으로 용존 고형물이 석출될 경우에 전열관의 오염이 급격히 진행되어 전열면으로 과도한 스케일이 고착되거나 전열관이 폐색되어 증발농축 효율이 급격히 저하되었고, 이러한 과도한 스케일의 고착이나 폐색, 전열면의 침식, 부식 등으로 인해 잦은 부분 교체나 보수를 해야 했으므로 비경제적인 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 증발농축건조장치는 용액(원액)의 용존 고형물의 농도가 높거나 다양한 성상의 용존 물질이 혼합되어 있는 고농축 및 건조 분리방법에 적용하기가 어려워 대부분 저농도 용액의 저농축용으로 사용이 제한되고 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 고농도의 용액을 농축 및 건조시키는데 적합한 증발농축건조장치의 일 예가 대한민국 등록특허 제10-0766916호(발명의 명칭: 원통형 전열판을 이용한 증발농축건조장치)(특허문헌 1)에 개시되어 있다. 이 증발농축건조장치는 원통형 동체 내부에 구동모터에 의해 회전 구동하는 중공 형태의 회전축이 설치되고, 이 회전축에는 방사상으로 중공의 분배축이 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 분배구를 상하로 구비하며, 상기 상,하 분배구에는 각 분배축과 연통되도록 내부가 중공 형성된 곡면형 전열판을 동일 반경 상에 일정 간격으로 삽입하여 등각 분할된 원통형 전열부재가 설치된다. 또한, 상기 곡면형 전열판은 그 표면에 다수개의 장홈이 상하로 경사를 이루고 좌우로 대칭되게 형성된다.
이와 같이 구성된 증발농축건조장치는 원통형 동체 내부에 전열판을 컴팩트하게 배치함으로써 전열효과를 극대화할 수 있고, 전열판의 표면에 형성된 다수개의 장홈으로 원액의 회전 교반시에 강한 난류를 형성시킴으로써 전열판의 표면에 스케일이 형성되는 것을 효과적으로 방지해 준다.
고농도의 용액을 농축 및 건조시키는데 적합한 증발농축건조장치의 또 다른 예가 대한민국 등록특허 제10-1414077호(발명의 명칭: 원통형 전열판을 이용한 증발농축건조장치)(특허문헌 2)에 개시되어 있다. 이 증발농축건조장치는 원통형 동체 내부에 구동모터에 의해 회전 구동하는 중공 형태의 회전축이 설치되고, 이 회전축에는 방사상으로 등각 돌출 형성되어 스팀을 사방으로 분배하는 분배축 및 분배관, 그 하부에 일정 간격을 두고 설치되어 스팀응축수를 유도하는 유도관 및 유도축이 설치되며, 상기 분배관과 유도관이 연통되도록 원통형 파이프 형상을 갖는 다수개의 전열부재가 설치되도록 구성된다.
이와 같이 구성된 증발농축건조장치는 원통형 파이프 형상을 가진 전열부재를 방사상의 원형 배치로 다수 개조를 설치함으로써, 전열면적을 한층 더 증가시켜 열교환 효율을 향상시킴과 동시에 전열부재의 표면에 강한 난류를 형성시켜 열교환시 스케일 생성이 최소화되도록 해준다.
이와 같이 구성된 고농도 용액의 농축 및 건조를 위한 종래의 증발농축건조장치들은 많은 전열면적과 강한 난류의 형성으로 전열효과를 향상시킴으로써 다량의 용액을 증발 농축시키는 장점은 있으나, 용액이 점차 고농도로 농축되면서 높은 점도를 가지게 되면 난류의 형성이 감소되어 전열면에 과도하게 스케일이 부착되는 현상이 발생하였다. 특히 건조 과정에서의 스케일에 의한 전열면의 오염은 매우 과도하게 이루어지는데 이는 전열효과를 저하시켜 급격한 증발량 감소를 초래하는 문제점이 있었다.
또한, 동체 내부에 구성된 많은 전열부재에 의해 고농도의 용액이 강하게 회전 교반되는 과정에서 회전축의 진동으로 인해 하부 고정축에 설치된 메카니컬 씰의 파손이 자주 발생하여 설비의 가동률이 낮아지고 수리 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
KR 10-0766916 B KR 10-1414077 B
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 원통형 내부에 다수개의 디스크형 전열판을 상하로 이격 배치하여 전열면적을 최대화하는 한편 상기 디스크형 전열판 사이에 스크래퍼를 설치하여 전열판의 표면에 스케일이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있도록 해주는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치는, 폐열이나 스팀과 같은 열매체가 전열판을 통과하면서 원액을 증발 농축시킴으로써 원액 중의 용존 고형물을 석출시키는 증발농축건조장치에 있어서, 외부로부터 원액이 공급되는 원통형 동체; 상기 원통형 동체의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 구동축; 상기 구동축의 외면에 상하로 일정 간격을 두고 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루고 상기 구동축과 연통 설치됨으로써 상기 열매체가 순환하면서 상기 원액과 열교환을 하도록 구성된 다수개의 디스크형 전열판; 상하로 일정 간격을 두고 설치된 상기 다수개의 디스크형 전열판의 사이 공간에 설치되고, 상기 디스크형 전열판이 회전될 때 난류를 형성시키는 스케일 스크래퍼를 포함한다.
또한, 상기 구동축은 상기 원액에 침지되고 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 하부 회전축을 포함하고, 상기 하부 회전축의 외면에는 축 보스가 삽입 장착되고, 상기 하부 회전축에 형성된 열매체 공급구를 통해 상기 축 보스의 내부 공간으로 상기 열매체가 공급되도록 설치되며, 상기 축 보스의 외면에는 상기 다수개의 디스크형 전열판이 상하로 일정 간격을 두고 설치되고, 상기 축 보스에 형성된 열매체 유입구 및 열매체 유출구를 통해 상기 디스크형 전열판의 내부로 상기 열매체가 순환하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 다수개의 디스크형 전열판은 상기 하부 회전축에 설치된 전열판 스페이서에 의해 상하로 일정 간격을 두고 설치될 수 있다.
또한, 상기 다수개의 디스크형 전열판은 상기 축 보스에 가까운 부분으로부터 끝단으로 갈수록 단면적이 작아지도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 디스크형 전열판은 그 끝단에 교반 임펠러가 설치될 수 있다.
또한, 상기 다수개의 디스크형 전열판 중에서 맨 하단에 설치된 디스크형 전열판에는 상기 원통형 동체의 바닥에 스케일이 발생하는 것을 막기 위한 하부 스크래퍼가 설치될 수 있다.
또한, 상기 스케일 스크래퍼는 그 몸체부의 일측이 상기 원통형 동체에 고정 설치되고 상기 몸체부의 타측은 상기 하부 회전축에 고정 설치되며, 인접한 2개의 상기 디스크형 전열판 사이에 위치하는 스크레이핑 부재는 2개의 상기 디스크형 전열판의 표면에 근접하도록 설치되고, 상기 스크레이핑 부재는 상기 몸체부의 내부에 설치된 스크류부와 연결되어 상기 원통형 동체와 하부 회전축 사이를 이동 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 스케일 스크래퍼의 몸체부의 타측에는 상기 원통형 몸체의 외부에서 상기 스크레이핑 부재의 이동 거리를 조절할 수 있는 간극 조정볼트가 상기 스크류부의 끝단에 설치될 수 있다.
또한, 상기 스크레이핑 부재는 상기 몸체부에 설치된 한 쌍의 가이드 부재에 삽입된 상태로 이동 가능하게 설치될 수 있다.
또한, 상기 스케일 스크래퍼는 상하로 일정한 간격을 두고 설치될 수 있도록 상기 원통형 동체에 장착되는 스크래퍼 고정블록 내에 일정 간격으로 형성된 삽입 고정홀 상에 상기 스케일 스크래퍼의 몸체부의 일측이 삽입된 상태로 고정 설치될 수 있다.
또한, 상기 구동축의 하부에는 메카니컬 씰이 장착되고, 이 메카니컬 씰은 상기 원통형 동체와 진동 흡수부재를 매개로 연결 설치될 수 있다.
또한, 상기 메카니컬 씰은 내부에 상기 구동축의 원활한 회전을 지지하기 위하여 다수개의 베어링이 설치될 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치에 따르면, 원통형 동체의 내부에 다수개의 디스크형 전열판이 상하로 컴팩트하게 설치되어 전열면적을 확대 제공할 수 있으며, 디스크형 전열판을 고속 회전시켜 원액을 교반시킴으로써 전열효과를 극대화하여 대량의 고농도 원액을 효과적으로 처리할 수 있도록 해준다.
또한, 디스크형 전열판에 스케일이 부착되는 것을 방지하기 위하여 인접하는 디스크형 전열판 사이 사이에 스케일 스크래퍼를 설치하여 디스크형 전열판의 회전시에 연속적으로 스크레이핑이 이루어지도록 해준다.
또한, 상기 스케일 스크래퍼의 간극 조정수단을 구비함으로써 상기 스케일 스크래퍼가 디스크형 전열판의 표면과 최소 간극을 항상 유지할 수 있도록 해준다. 즉, 스크래퍼가 마모되어 디스크형 전열판과의 간극이 벌어지면 상기 간극 조정수단을 이용하여 스크래퍼를 이동시켜 디스크형 전열판과의 간극을 다시 조절할 수 있도록 해줌으로써 스케일의 발생을 연속적으로 방지할 수 있도록 해준다.
또한, 메카니컬 씰과 원통형 동체 사이를 진동 흡수부재를 매개로 연결 설치하여 원통형 동체의 내부에서 원액이 고속으로 회전 교반되는 과정에서 회전축의 진동으로 인하여 자주 발생하던 메카니컬 씰의 파손을 방지할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 증발농축건조장치를 포함한 전체 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 증발농축건조장치의 내부 구조를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 디스크형 전열판을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 디스크형 전열판의 열교환 과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 스케일 스크래퍼를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 스케일 스크래퍼의 설치 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 스케일 스크래퍼의 상세 구성을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 스케일 스크래퍼의 작동 과정을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 메카니컬 씰의 내부 구조를 나타낸 도면.
이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치를 보다 상세히 설명한다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 증발농축건조장치를 설명하기에 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 상기 증발농축건조장치를 사용한 고농축 원액의 증발 건조 과정을 간단히 설명한다.
낮은 온도에서 수분(물)을 증발시키기 위해 진공펌프(10)를 통하여 원통형 동체(110) 내부에 약 150torr 정도의 진공이 형성되게 한다. 상기 원통형 동체(110)의 내부에 진공이 형성되면, 원액이송펌프(30)가 가동되어 원액저장조(20)에 저장된 고농도의 원액이 원액 유입구(111)를 통해 원통형 동체(110)의 내부에 공급된다.
이와 같이하여 상기 원액 공급이 상기 동체(110)의 측단에 설치된 액면계(112)까지 이루어지면, 구동모터(121)가 서서히 구동되면서 원액은 구동축(120)과 결합된 상, 하부 회전축(122, 123)에 설치된 다수개의 디스크형 전열판(140)의 교반 임펠러(141)의 회전에 따라 회전 교반된다. 이때, 구동모터(121)의 회전속도를 증가시키면 원액은 강한 난류가 형성되면서 디스크형 전열판(140)에 접촉하게 된다.
이와 같이 하여 상기 디스크형 전열판(140)의 회전수가 일정속도에 이르면, 스팀공급밸브(40)가 열리면서 스팀이 구동축(120)과 원통형 동체(110)의 스팀 재킷(미도시)에 각각 공급된다. 구동축(120)에 공급된 스팀은 상부 회전축(122)을 따라 하부 회전축(123)의 스팀 공급구로 유도되어 디스크형 전열판(140)의 내부에 공급되게 되는데, 이때 스팀이 디스크형 전열판(140) 내부에 고르게 배분될 수 있도록 방사상으로 스팀 공급구를 구성하되 축 보스(130) 상단에 가공된 스팀 공급구(124)와 동일선상으로 각각 구성한다.
이때, 상기 디스크형 전열판(140)) 내에서 열교환 후에 응축된 스팀응축수는 축 보스(130)의 하단에 방사상으로 가공된 응축수 배출구를 통하여 배출되게 하고, 각각의 디스크형 전열판(140)에서 배출된 응축수는 축 보스(130)의 내부 공간, 즉 축 보스(130)와 하부 회전축(123)의 사이를 통하여 축의 하단으로 이동된 후, 하부 고정축(126)을 통하여 외부로 배출되게 된다.
이러한 과정에서 강하게 회전 교반하는 디스크형 전열판(140)의 내부에 스팀이 공급되면 원액은 가열 및 증발과정을 거치면서 증발, 농축이 이루어진다. 이때, 증발된 증기는 증기배출구(113)를 통하여 배출된 후 진공 응축기(50)에서 전량 응축하여 응축수 펌프(60)에 의해 응축수저장조에 유입되고, 원액 중의 고형분은 수분이 증발됨에 따라 점점 농축된 다음 농축 슬러지 배출구(114)를 통하여 배출된다.
이상과 같이 구성된 고농축 원액의 증발 건조 과정에 사용되는 본 발명에 따른 증발농축건조장치(100)는 디스크형 전열판(140)을 사용하여 전열효과를 극대화하고, 디스크형 전열판(140)의 사이에 스케일 스크래퍼(160)를 설치하여 농축 증발 과정에서 전열판의 표면에 발생하던 스케일을 효과적으로 방지함으로써 열교환 효율을 크게 향상시킨 것을 기술적 특징으로 하는 바, 이하에서 디스크형 전열판(140)과 스케일 스크래퍼(160)에 대해 차례로 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 내지 도 4를 참조로 상기 디스크형 전열판(140)의 구성에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치는 폐열이나 스팀과 같은 열매체가 전열판을 통과하면서 원액을 증발 농축시킴으로써 원액 중의 용존 고형물을 석출시키는 증발농축건조장치에 있어서, 외부로부터 원액이 공급되는 원통형 동체(110); 상기 원통형 동체(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 구동축(120); 상기 구동축(120)의 외면에 상하로 일정 간격을 두고 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루고 상기 구동축(120)과 연통 설치됨으로써 상기 열매체가 순환하면서 상기 원액과 열교환을 하도록 구성된 다수개의 디스크형 전열판(140); 상하로 일정 간격을 두고 설치된 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)의 사이 공간에 설치되고, 상기 디스크형 전열판(140)이 회전될 때 난류를 형성시키는 스케일 스크래퍼(160)를 포함한다.
이때, 구동모터(121)에 의해 회전 구동되는 구동축(120)은 상부 회전축(122)을 매개로 하부 회전축(123)과 연결 설치된다. 하부 회전축(123)은 원액 유입구(111)를 통해 공급되는 원액 내에 침지되는 부분으로 실질적으로 열교환이 이루어지도록 디스크형 전열판(140)이 설치되는 곳이다.
즉, 상기 구동축(120)은 상기 원액에 침지되고 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 하부 회전축(123)을 포함하고, 상기 하부 회전축(123)의 외면에는 축 보스(130)가 삽입 장착되고, 상기 하부 회전축(123)에 형성된 열매체 공급구(124)를 통해 상기 축 보스(130)의 내부 공간(133)으로 상기 열매체가 공급되도록 설치되며, 상기 축 보스(130)의 외면에는 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)이 상하로 일정 간격을 두고 설치되고, 상기 축 보스(130)에 형성된 열매체 유입구(131) 및 열매체 유출구(132)를 통해 상기 디스크형 전열판(140)의 내부로 상기 열매체가 순환하도록 설치된다.
도 3의 (a)에서 보듯이 상기 디스크형 전열판(140)은 위에서 보면 축 보스(130)를 중심으로 디스크 형태를 이루고, 그 끝단에 4개의 교반 임펠러(141)가 90도 간격으로 설치된다. 이 교반 임펠러(141)는 원액을 교반시켜 디스크형 전열판(140)과의 열교환 효율을 증가시켜 준다. 도면에서 4개의 교반 임펠러(141)가 도시되어 있으나, 본 발명의 기술 사상은 이에 한정되지 아니하므로 2개, 8개 등 다양한 갯수의 교반 임펠러(141)가 설치될 수 있다.
도 3의 (b)에서 보듯이 상기 디스크형 전열판(140)은 상하로 일정 간격을 두고 설치되는데, 이때 상하 간격은 상기 하부 회전축(123) 및 축 보스(130)에 설치된 전열판 스페이서(150)에 의해 조절된다. 디스크형 전열판(140)의 상하 배치는 전열면적을 극대화하여 열교환 효율을 향상시키는데 매우 중요한 구조적 의미를 가지므로, 본 발명에 따르면 상기 전열판 스페이서(150)를 이용해 디스크형 전열판(140)의 상하 간격을 조절함으로써 컴팩트한 디스크형 전열판(140)의 배치가 이루어지도록 해줄 수 있다.
또한, 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)은 상기 축 보스(130)에 가까운 부분으로부터 끝단으로 갈수록 단면적이 작아지도록 설치된다. 대표적인 실시예로서 도 3의 (b)에서 보듯이 삼각형 단면적을 가질 수 있으나, 본 발명의 기술 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 삼각형 단면적을 가진 디스크형 전열판(140)은 끝단으로 갈수록 상하 폭이 좁아지는 경사진 내부 구조를 이루기 때문에 상기 축 보스(130)를 통해 유입된 열매체가 더욱 효과적으로 순환될 수 있도록 해준다. 다시 말해 열매체 유입구(131)를 통해 유입된 열매체가 디스크형 전열판(140)의 경사진 내면을 따라 흐름이 유도되어 자연스럽게 열매체 유출구(132)로 빠져 나가게 된다.
또한, 디스크형 전열판(140)이 삼각형 단면적으로 가짐으로써, 스케일 스크래퍼(160)가 상기 디스크형 전열판(140)과의 간극을 최소로 유지할 수 있도록 해주는 효과적인 구조를 제공하는 바, 이에 대한 상세한 내용은 도 8을 참조로 후술하기로 한다.
도 4를 참조로 대표적인 열매체인 스팀이 디스크형 전열판(140) 내에 공급되어 순환한 다음 스팀 응축수로서 배출되는 과정을 간단히 설명한다. 중공 형태로 된 하부 회전축(123)의 내부 공간(125)에는 스팀이 일정 유속으로 공급된다. 공급된 스팀은 하부 회전축(123)의 상부에서 하부로 통과하는 동안에 하부 회전축(123)에 방사상으로 형성된 다수개의 열매체 공급구(124)를 통해 축 보스(130)의 내부 공간(133)으로 공급된다.
상기 축 보스(130)에는 방사상으로 열매체 유입구(131) 및 열매체 유출구(132)가 형성되는데, 도 4에서 보듯이 하나의 디스크형 전열판(140) 내에서 열매체 유입구(131)와 열매체 유출구(132)가 하나씩 대응되도록 상하 배치된다. 따라서, 상기 하부 회전축(123)의 열매체 공급구(124)를 통해 공급된 스팀이 상기 축 보스(130)의 열매체 유입구(131)를 통해 디스크형 전열판(140)의 내부로 공급되고 경사진 내면을 따라 순환하는 과정에서 외부의 원액과 열교환이 이루어지며 스팀응축수로 변화된다. 이 스팀응축수는 축 보스(130)의 열매체 유출구(132)를 통해 다시 축 보스(130)의 내부 공간(133)으로 배출된 다음 축 보스(130)의 하부로 이동하여 최종 배출된다. 도 4에서 점선 화살표는 스팀의 이동 경로이고, 실선 화살표는 스팀응축수의 이동 경로이다. 이때, 축 보스(130)의 내부 공간(133)에서는 스팀과 스팀응축수가 혼합되지만 상호 동일한 온도로 잠열만이 교환되기 때문에 원액과의 열교환 효율에는 아무런 영향을 미치지 아니한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 증발농축건조장치(100)는 전열부재로서 디스크형 전열판(140)을 가진다는 점에서 상술한 특허문헌 1의 곡면형 전열판 및 특허문헌 2의 원통 파이프형 전열관과 명확히 구별된다. 상기 곡면형 전열판은 전열 면적이 매우 넓어서 고온/고압의 열매체가 가해지는 열충격이나 압력을 견디기 위하여 그 두께를 증가시켜야 하는 문제점을 가지고 있고, 상기 원통 파이프형 전열관은 매우 촘촘하게 수직으로 배치함으로써 원액의 유동을 방해하여 교반 효과를 저하시키는 문제점이 있었다.
이와 비교해 보건대, 본 발명의 디스크형 전열판(140)은 하나의 전열판을 기준으로 상기 곡면형 전열판보다 크기가 작기 때문에 고온/고압의 열매체로 인한 열충격이 상대적으로 높지 않아 두께를 증가시킬 필요가 없으며, 삼각형 단면적으로 인해 원액이 디스크형 전열판(140) 사이 사이를 원활히 유동하여 교반 효과를 향상시킬 수 있다는 점에서 그 기술적 특징이 있다.
다음으로, 도 5 내지 도 8을 참조로 본 발명의 또 다른 특징적 기술구성인 스케일 스크래퍼(160)의 구성을 상세히 설명한다.
상기 스케일 스크래퍼(160)는 수평으로 일정한 길이를 갖는 몸체부(162)를 가진다. 이 몸체부(162)의 일측은 상기 원통형 동체(110)에 고정 설치되고 상기 몸체부(162)의 타측은 상기 하부 회전축(123)에 고정 설치된다. 보다 상세하게 설명하면, 상기 몸체부(162)의 일측은 스크래퍼 고정블록(170)에 의해 고정되고, 상기 몸체부(162)의 타측, 즉 몸체부(162)의 선단에 형성된 고정 삽입바(167)는 상기 전열판 스페이서(150)에 삽입 고정된다.
상기 스크래퍼 고정블록(170)은 도 5에서 보는 바와 같이, 원통형 동체(110)의 외면에 형성된 블록 장착구(115)에 의해 고정 설치된다. 이 스크래퍼 고정블록(170)은 상기 스케일 스크래퍼(160)가 상하로 일정한 간격을 두고 설치될 수 있도록 초기 위치를 잡아주는 역할을 한다. 이를 위해 상기 스크래퍼 고정블록(170) 내에는 일정 간격으로 삽입 고정홀(171)이 형성되고, 스케일 스크래퍼(160)의 몸체부(162)의 일측에 마련된 고정부(161)가 상기 삽입 고정홀(171)에 삽입된 상태로 고정 설치된다.
상기 전열판 스페이서(150)는 디스크형 전열판(140)의 상하 간격을 정확히 조절하기 위하여 설치된 것이므로 그 간격이 일정하다. 따라서, 상기 전열판 스페이서(150)와 상기 스크래퍼 고정블록(170)의 삽입 고정홀(171)을 동일한 높이에 위치하도록 정렬한 다음 스케일 스크래퍼(160)의 몸체부(162) 양쪽을 각각 전열판 스페이서(150) 및 스크래퍼 고정블록(170)에 고정시키면 스케일 스크래퍼(160)의 초기 위치를 정확히 정렬할 수가 있다.
도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 인접한 2개의 디스크형 전열판(140) 사이에 위치하는 스크레이핑 부재(166)는 2개의 상기 디스크형 전열판(140)의 표면에 최소 간극으로 근접하도록 설치된다. 이와 같이, 상기 스크레이핑 부재(166)가 인접한 디스크형 전열판(140)의 표면에 근접하게 되면 디스크형 전열판(140)이 고속 회전할 때 스크레이핑 부재(166)와 디스크형 전열판(140)의 표면 사이에 큰 난류가 형성되어 원액 내에 용존 고형물이 스케일로서 부착되지 못하게 된다. 이와 같이 본 발명의 스케일 스크래퍼(160)는 디스크형 전열판(140)의 표면에 직접 접촉하여 스케일을 긁어내는 것이 아니라, 강한 난류의 형성으로 스케일이 부착되지 못하게 하는 것이다.
도 7에서 보는 바와 같이, 상기 스크레이핑 부재(166)는 상기 디스크형 전열판(140)과 대응되도록 경사진 사다리꼴 형태를 가지며, 몸체부(162)의 내부에 설치된 스크류부(163)와 연결되어 원통형 동체(110)와 하부 회전축(123) 사이를 이동 가능하게 설치된다. 이를 위해 스케일 스크래퍼(160)의 몸체부(162)의 타측에는 원통형 몸체(110)의 외부에서 스크레이핑 부재(166)의 이동 거리를 조절할 수 있는 간극 조정볼트(164)가 상기 스크류부(163)의 끝단에 연결 설치된다.
이와 같이, 상기 스크레이핑 부재(166)를 좌우로 이동 가능하게 설치한 이유는 스크레이핑 부재(166)가 마모되더라도 디스크형 전열판(140)과의 간극을 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 도 8에서 보는 바와 같이, 초기 위치에 설치된 스크레이핑 부재(166)가 마모에 의해 닳아져 상하로 인접한 2개의 디스크형 전열판(140)과의 간격이 벌어지게 되면, 상기 간극 조정볼트(164)를 회전시켜 스크류부(163)에 연결 설치된 스크레이핑 부재(166)를 앞쪽으로 전진시킴으로써 스크레이핑 부재(166)의 경사진 상하면이 디스크형 전열판(140)의 경사진 표면과 다시 근접하게 된다.
한편, 상기 스크레이핑 부재(166)는 몸체부(162)에 설치된 한 쌍의 가이드 부재(165)에 삽입된 상태로 이동 가능하게 설치된다. 상기 가이드 부재(165)는 스크레이핑 부재(166)와 면마찰로만 밀착되도록 설치되어 있어서 스크레이핑 부재(166)가 좌우로 이동하는 것을 가이드해줄 뿐만 아니라, 디스크형 전열판(140)의 열팽창에 따른 가압으로 인해 스크레이핑 부재(166)가 상하로 이동하는 것도 가이드해준다.
한편, 상기 다수개의 디스크형 전열판(140) 중에서 맨 하단에 설치된 디스크형 전열판(140)에는 원통형 동체(110)의 바닥에 스케일이 발생하는 것을 막기 위한 하부 스크래퍼(142)가 추가로 설치된다. 이 하부 스크래퍼(142)도 원통형 몸체(110)의 바닥에 직접 접촉하여 긁어내는 것이 아니라, 최소 간극으로 근접하도록 설치되어 디스크형 전열판(140)이 고속으로 회전할 때, 하부 스크래퍼(142)와 원통형 동체(110)의 바닥 사이에 강한 난류를 형성시킴으로써 스케일이 바닥에 부착되는 것을 방지해준다.
마지막으로, 도 9를 참조로 본 발명에 따른 메카니컬 씰(180)에 대해 간단히 설명한다. 상기 구동축(120)에는 상,하부 회전축(122,123)과 하부 고정축(126)이 결합되어 회전 가능하도록 설치된다. 상기 하부 고정축(126)에는 원통형 몸체(110)의 내부에 저장되는 원액이 외부로 누출되는 것을 방지하기 위해 메카니컬 씰(180)이 설치된다. 이때, 상기 메카니컬 씰(180)은 상기 원통형 동체(110)와 진동 흡수부재(190)를 매개로 연결 설치되는 것이 바람직하다.
종래에는 복잡한 형태의 전열판이 부착된 회전축이 고속으로 회전하는 동안에 큰 진동이 하부 고정축(126)을 통해 메카니컬 씰(180)로 직접 전달되었기 때문에 많은 충격으로 인해 메카니컬 씰(180)의 파손이 자주 발생하였다. 메카니컬 씰(180)이 고장나면 그 수리를 위해 증발농축건조장치의 가동을 종종 중단하여야 했으므로, 이것은 작업 효율을 저하시키는 주요 원인으로 지적되어왔다.
본 발명은 이러한 메카니컬 씰(180)의 파손을 방지하기 위해 상기 하부 고정축(126)에 설치된 메카니컬 씰(180)과 원통형 동체(110)의 하부 바닥부와 사이에 진동 흡수부재(190)를 추가로 설치한 것이다. 그 결과, 하부 고정축(126)으로부터 전달되는 강한 진동 및 원통형 동체(110)로부터 전달되는 다양한 진동 충격을 모두 효과적으로 감소시킬 수 있다.
마지막으로, 상기 메카니컬 씰(180)은 내부에 상기 구동축(120)의 원활한 회전을 지지하고 회전에 따라 전달되는 진동 충격으로부터 보호하기 위하여 다수개의 베어링(188)이 설치된다. 도 9는 3개의 베어링(188)이 설치된 일 실시예가 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 아니함은 당연하다 할 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 증발농축건조장치 110: 원통형 동체
120: 구동축 130: 축 보스
140: 디스크형 전열판 150: 전열판 스페이서
160: 스케일 스크래퍼 170: 스크래퍼 고정블록
180: 메카니컬 씰 190: 진동 흡수부재

Claims (12)

  1. 폐열이나 스팀과 같은 열매체가 전열판을 통과하면서 원액을 증발 농축시킴으로써 원액 중의 용존 고형물을 석출시키는 증발농축건조장치에 있어서,
    외부로부터 원액이 공급되는 원통형 동체(110); 상기 원통형 동체(110)의 내부에 회전 가능하게 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 구동축(120); 상기 구동축(120)의 외면에 상하로 일정 간격을 두고 설치되며, 그 내부가 중공 형태를 이루고 상기 구동축(120)과 연통 설치됨으로써 상기 열매체가 순환하면서 상기 원액과 열교환을 하도록 구성된 다수개의 디스크형 전열판(140); 상하로 일정 간격을 두고 설치된 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)의 사이 공간에 설치되고, 상기 디스크형 전열판(140)이 회전될 때 난류를 형성시키는 스케일 스크래퍼(160)를 포함하며,
    상기 구동축(120)은 상기 원액에 침지되고 그 내부가 중공 형태를 이루어 상기 열매체가 통과하도록 구성된 하부 회전축(123)을 포함하고, 상기 하부 회전축(123)의 외면에는 축 보스(130)가 삽입 장착되고, 상기 하부 회전축(123)에 형성된 열매체 공급구(124)를 통해 상기 축 보스(130)의 내부 공간으로 상기 열매체가 공급되도록 설치되며, 상기 축 보스(130)의 외면에는 상기 다수개의 디스크형 전열판(140)이 상하로 일정 간격을 두고 설치되고, 상기 축 보스(130)에 형성된 열매체 유입구(131) 및 열매체 유출구(132)를 통해 상기 디스크형 전열판(140)의 내부로 상기 열매체가 순환하도록 설치되며,
    상기 디스크형 전열판(140)은 그 끝단에 교반 임펠러(141)가 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수개의 디스크형 전열판(140)은 상기 하부 회전축(123)에 설치된 전열판 스페이서(150)에 의해 상하로 일정 간격을 두고 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수개의 디스크형 전열판(140)은 상기 축 보스(130)에 가까운 부분으로부터 끝단으로 갈수록 단면적이 작아지도록 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다수개의 디스크형 전열판(140) 중에서 맨 하단에 설치된 디스크형 전열판(140)에는 상기 원통형 동체(110)의 바닥에 스케일이 발생하는 것을 막기 위한 하부 스크래퍼(142)가 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스케일 스크래퍼(160)는 그 몸체부(162)의 일측이 상기 원통형 동체(110)에 고정 설치되고 상기 몸체부(162)의 타측은 상기 하부 회전축(123)에 고정 설치되며,
    인접한 2개의 상기 디스크형 전열판(140) 사이에 위치하는 스크레이핑 부재(166)는 2개의 상기 디스크형 전열판(140)의 표면에 근접하도록 설치되고, 상기 스크레이핑 부재(166)는 상기 몸체부(162)의 내부에 설치된 스크류부(163)와 연결되어 상기 원통형 동체(110)와 하부 회전축(123) 사이를 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 스케일 스크래퍼(160)의 몸체부(163)의 타측에는 상기 원통형 몸체(110)의 외부에서 상기 스크레이핑 부재(166)의 이동 거리를 조절할 수 있는 간극 조정볼트(164)가 상기 스크류부(163)의 끝단에 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 스크레이핑 부재(166)는 상기 몸체부(162)에 설치된 한 쌍의 가이드 부재(165)에 삽입된 상태로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 스케일 스크래퍼(160)는 상하로 일정한 간격을 두고 설치될 수 있도록 상기 원통형 동체(110)에 장착되는 스크래퍼 고정블록(170) 내에 일정 간격으로 형성된 삽입 고정홀(171) 상에 상기 스케일 스크래퍼(160)의 몸체부(162)의 일측이 삽입된 상태로 고정 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동축(120)의 하부에는 메카니컬 씰(180)이 장착되고, 이 메카니컬씰(180)은 상기 원통형 동체(110)와 진동 흡수부재(190)를 매개로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 메카니컬 씰(180)은 내부에 상기 구동축(120)의 원활한 회전을 지지하기 위하여 다수개의 베어링(188)이 설치된 것을 특징으로 하는 디스크형 전열판을 이용한 증발농축건조장치.


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