KR102148353B1 - 열유 저장식 히팅 롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 좌우측판에 의해 좌우단이 막힌 원통 형상으로 마련되고, 열유가 채워지지 않은 잔여 공간이 존재하도록 열유를 저장하고 있는 외통; 상기 외통의 내주면으로부터 떨어져 위치하면서 상기 외통의 내부에서 상기 열유와 접촉하는 내측 부위와, 상기 좌우측판을 관통하도록 상기 내측 부위의 좌우단에 마련되어 상기 좌우측판에 고정된 좌우측 부위를 포함하는 중심축; 상기 중심축에 내장되고, 상기 좌우측 부위 중 어느 한 부위와 결합한 슬립링에서 외부의 전선과 전기적으로 연결되는 히터; 및 상기 중심축의 중앙 지점과 상기 좌측판 사이에서 상기 중심축에 대하여 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 마련된 좌측 경사 홈들과, 상기 중앙 지점과 상기 우측판 사이에서 상기 좌측 경사 홈들과 반대로 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 마련된 우측 경사 홈들을 포함하는 복수의 경사 홈;을 포함하는 열유 저장식 히팅 롤을 제공한다.

Description

열유 저장식 히팅 롤{HEATING ROLL OF THERMAL OIL STORING TYPE}

본 발명은 히팅 롤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부에 열유를 저장하고 위 열유를 가열할 수 있도록 마련된 열유 저장식 히팅 롤에 관한 것이다.

현재 다양한 산업 분야에서 여러 유형의 소재를 가열하기 위해 히팅 롤이 사용되고 있다. 히팅 롤은 여러 방식으로 열을 발생시키도록 마련되어 있는데, 열유(熱油, thermal oil)를 이용한 방식이 그 중 하나로 알려져 있다. 그리고 열유를 이용한 방식에는, 외부에서 가열된 열유가 히팅 롤 내부를 통과하는 방식(열유 통과식)과, 히팅 롤의 내부에 저장된 열유를 가열하는 방식(열유 저장식)으로 구분될 수 있다.

열유 저장식 히팅 롤의 일 예가 등록특허 제10-1030076호(히팅 롤)에 개시되어 있다. 이 등록특허에서는 좌우 측벽으로 막힌 외통의 중심으로 회전축이 좌우 측벽을 관통하며 통과한다. 외통과 회전축 사이에는 열유가 꽉 차있고, 저장된 열류에 잠기도록 설치된 전기히터들이 회전축의 회전 방향을 따라 나열되어 있다. 전기히터가 작동하면 열유가 가열되고, 가열된 열유는 외통을 가열한다.

또한, 위 등록특허에서는 저장된 열유에 잠기도록 실린더들도 설치된다. 실린더는 회전축의 회전 방향을 따라 나열되되, 전기히터들 사이에 위치하도록 나열된다. 그리고 실린더의 내부에는 피스톤이 마련되어 있고, 이 피스톤은 열유의 부피에 따라 실린더 내에서 왕복하도록 마련되어 있다.

등록특허 제10-1030076호(히팅 롤)

그러나 위 등록특허에 개시된 기술에서는 회전축의 회전 방향을 따라 전기히터 및 실린더가 나열되어 있어서, 위 전기히터들 및 실린더들의 배치가 매우 정확해야만 히팅 롤의 편심 회전이 방지될 수 있는바, 히팅 롤의 제조가 난해하다.

또한, 위 등록특허에 개시된 기술에서는 열유가 외통 내에서 섞이지 못하여 히팅 롤의 길이 방향 위치에 따라 온도 편차가 존재할 수밖에 없다.

또한, 위 등록특허에 개시된 기술에서는 열유의 부피 변화에 대응하기 위해 실린더가 설치되어야 하는바, 히팅 롤의 구조가 복잡해지고 제조가 난해해 진다.

따라서 본 발명은 위와 같은 종래의 문제점들을 해결할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.

본 발명은, 좌우측판에 의해 좌우단이 막힌 원통 형상으로 마련되고, 열유가 채워지지 않은 잔여 공간이 존재하도록 열유를 저장하고 있는 외통; 상기 외통의 내주면으로부터 떨어져 위치하면서 상기 외통의 내부에서 상기 열유와 접촉하는 내측 부위와, 상기 좌우측판을 관통하도록 상기 내측 부위의 좌우단에 마련되어 상기 좌우측판에 고정된 좌우측 부위를 포함하는 중심축; 상기 중심축에 내장되고, 상기 좌우측 부위 중 어느 한 부위와 결합한 슬립링에서 외부의 전선과 전기적으로 연결되는 히터; 및 상기 중심축의 중앙 지점과 상기 좌측판 사이에서 상기 중심축에 대하여 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 마련된 좌측 경사 홈들과, 상기 중앙 지점과 상기 우측판 사이에서 상기 좌측 경사 홈들과 반대로 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 마련된 우측 경사 홈들을 포함하는 복수의 경사 홈;을 포함하는 열유 저장식 히팅 롤을 제공한다.

상기 좌우측 경사 홈들은 광폭 홈들 및 상기 광폭 홈들보다 더 좁은 좌우 폭을 갖는 협폭 홈들로 이루어진다. 그리고 상기 좌측 경사 홈들의 협폭 홈들은 상기 좌측 경사 홈들의 광폭 홈들보다 상기 좌측판에 더 가깝게 위치하고, 상기 우측 경사 홈들의 협폭 홈들은 상기 우측 경사 홈들의 광폭 홈들보다 상기 우측판에 더 가깝게 위치한다.

상기 외통의 잔여 공간은 상온에서 외통 외부의 압력보다 낮은 부압을 갖도록 마련된다.

상기 부압은, (a) 상기 중심축이 상기 좌우측판에 고정된 상태에서 상기 좌우측판 중 어느 하나에 마련된 주입공을 통해 상기 열유를 상기 잔여 공간이 남도록 상기 외통의 내부로 주입한 후, 상기 주입공을 마개로 막는 과정; (b) 미리 설정된 시간 동안 상기 중심축을 회전시키면서 상기 히터로 상기 열유를 가열하는 과정; (c) 상기 미리 설정된 시간이 경과한 후 상기 주입공을 상기 열유의 수면 위쪽에 위치시키고, 상기 마개를 분리하여 상기 잔여 공간 내 공기를 배기하는 과정; 및 (d) 상기 마개로 상기 주입공을 다시 막고, 상기 열유를 상온에서 냉각하는 과정;을 통해 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 열유를 가열하기 위한 히터가 중심축에 내장되므로 히터가 히팅 롤의 편심 회전을 초래할 우려가 없고, 히터의 설치가 용이한 효과가 발생한다.

또한, 본 발명에 의하면, 중심축의 회전 방향과 무관하게 열유가 외통 내에서 좌우로 섞이게 되므로, 외통에 온도 편차가 발생하지 않는 효과가 발생한다.

또한, 본 발명에 의하면, 외통의 좌우측판 부근에서 열유와 중심축 간 접촉 면적이 상대적으로 넓어, 위 좌우측판 부근에서 열유의 온도 저하가 발생하지 않는 효과가 발생한다.

또한, 본 발명에 의하면, 열유의 온도가 상승한 상태에서 외통의 내외부 압력 차를 최소화할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 열유 저장식 히팅 롤을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 중심축을 도시한 정면도이다.

이하, 본 발명에 따른 열유 저장식 히팅 롤의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.

본 발명에 따른 열유 저장식 히팅 롤(100)은 소재(미도시)가 이동하는 경로에 회전 가능하게 설치되어 상기 소재와 접촉하면서 상기 소재를 가열하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 외통(130)과, 중심축(110)과, 히터(120)와, 복수의 경사 홈(112, 114)을 포함한다.

상기 외통(130)은 좌측판(132)에 의해 막힌 좌단과 우측판(134)에 의해 막힌 우단을 갖는 원통 형상으로 마련된다. 이러한 외통(130)의 내부에는 열유(150)(熱油, thermal oil)가 약 80%정도 채워진다. 따라서 외통(130)의 내부에는 열유(150)가 채워지지 않은 잔여 공간(136)이 약 20%정도 존재한다.

위 좌우측판(132, 134)은 용접과 같은 방법으로 고정되고, 열유(150)의 주입을 위한 주입공을 갖는다. 이 주입공은 좌우측판(132, 134) 중 어느 하나에만 마련되더라도 열유(150)의 주입이 가능하지만, 좌우 균형을 맞추기 위해 좌우측판(132, 134) 모두에 마련된다. 이때, 두 주입공은 외통(130)의 중앙 지점(O)이자 중심축(110)의 중앙 지점(O)을 기준으로 대각 방향으로 대칭되는 곳에 위치하고, 열유(150)가 주입된 후에는 볼트 등과 같은 마개(132a, 134a)에 의해 막힌다. 또한, 위 주입공은 열유(150)를 저장한 외통(130)이 수평하게 놓일 때 열유(150)의 수면 위쪽에 위치하도록 형성되어, 위 잔여 공간(136)과 외통(130)의 외부를 연통시킨다.

상기 중심축(110)은 내측 부위와 좌우측 부위를 포함한다. 내측 부위는 외통(130)의 내주면으로부터 떨어진 상태로 외통(130)의 내부에 위치한다. 따라서 열유(150)가 외통(130)에 채워졌을 때 중심축(110)의 내측 부위는 열유(150)와 접촉하게 된다. 위 좌우측 부위는 내측 부위보다 작은 직경을 갖고, 내측 부위의 좌우단으로부터 좌우측으로 연장한다. 또한, 좌우측 부위는 좌우측판(132, 134)의 중심을 관통하면서 외통(130)의 외부까지 연장하고, 용접과 같은 방법으로 좌우측판(132, 134)에 고정된다.

상기 히터(120)는 중심축(110)에 내장되는 형태로 설치된다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이 중심축(110)의 우단으로부터 좌측으로 연장하는 홈을 중심축(110)의 내부에 형성한 후 히터(120)를 이 홈에 삽입하는 식이다. 위 홈은 중심축(110)의 좌단으로부터 우측으로 연장하도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

또한, 히터(120)는 슬립링(122)에서 외부의 전선(124)과 전기적으로 연결되고, 위 슬립링(122)은 외통(130)의 외부에서 중심축(110)의 우측 부위(또는 좌측 부위)와 결합한다. 따라서 히터(120)가 중심축(110) 및 외통(130)과 함께 회전하더라도 위 전선(124)은 회전하지 않고, 그러면서도 히터(120)는 전선(124)을 통해 전기를 공급받아 열을 발생시킬 수 있다. 히터(120)에서 발생한 열은 중심축(110)을 거쳐 열유(150)로 전도되어 열유(150)를 가열한다. 그리고 열유(150)가 가열되면 열이 외통(130)을 거쳐 소재(미도시)로 전도된다.

상기 복수의 경사 홈(112, 114)은 중심축(110)의 내측 부위의 표면에 링 형태로 형성된 좌측 경사 홈들(112) 및 우측 경사 홈들(114)을 포함한다.

좌측 경사 홈들(112)은 위 중앙 지점(O)과 좌측판(132) 사이에서 서로 평행하게 나열되고, 중심축(110)에 대하여 소정의 경사각(A)을 가지면서 경사를 이루고 있다.

우측 경사 홈들(114)은 위 중앙 지점(O)과 우측판(134) 사이에서 서로 평행하게 나열되고, 위 경사각(A)과 동일한 경사각(A)을 가지면서 중심축(110)에 대하여 경사를 이루고 있다. 다만, 우측 경사 홈들(114)은 좌측 경사 홈들(112)과 반대로 경사를 이룬다.

위와 같은 경사 홈들(112, 114)은 정면에서 바라 보았을 때 도 2에 도시된 바와 같이 대략 "V"자 형태를 이루고, 배면에서 바라보았을 때도 마찬가지로 대략 "V"자 형태를 이룬다.

이 경우, 중심축(110)이 소정의 방향(도 2에서 R1 방향)으로 회전하면, 열유(150)가 중심축(110)의 정면에서는 좌우측판(132, 134) 쪽에서 중앙 지점(O) 쪽으로 유동하고, 중심축(110)의 배면에서는 반대로 중앙 지점(O)으로부터 좌우측판(132, 134) 쪽으로 유동한다. 즉, 중심축(110)의 회전 시 열유(150)가 외통(130) 내에서 좌우로 섞이게 된다.

중심축(110)이 반대 방향(도 2에서 R2 방향)으로 회전하면, 열유(150)가 중심축(110)의 정면에서는 중앙 지점(O)으로부터 좌우측판(132, 134) 쪽으로 유동하고, 중심축(110)의 배면에서는 반대로 좌우측판(132, 134) 쪽에서 중앙 지점(O) 쪽으로 유동한다. 따라서 중심축(110)의 회전 방향이 반대이더라도 열유(150)가 외통(130) 내에서 좌우로 섞이기는 마찬가지다.

한편, 앞서서는 경사 홈들(112, 114)이 정면 및 배면에서 바라보았을 때 대략 "V"자 형태를 이루는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 이 경사 홈들(112, 114)은 정면 및 배면에서 바라보았을 때 대략 역 "V"자 형태를 이루어도 좋다.

이상과 같은 열유 저장식 히팅 롤(100)에서는 열유(150)를 가열하기 위한 히터(120)가 중심축(110)에 내장되므로 히터(120)가 히팅 롤(100)의 편심 회전을 초래할 우려가 없을 뿐만 아니라, 히터(120)의 설치가 용이하다.

또한, 위 열유 저장식 히팅 롤(100)에서는 중심축(110)의 회전 방향과 무관하게 열유(150)가 외통(130) 내에서 좌우로 섞이게 되므로, 히팅 롤(100)의 길이 방향 위치에 따른 온도 편차가 발생하지 않는다.

한편, 위와 같은 열유 저장식 히팅 롤(100)은 아래와 같은 추가적인 특징들도 갖는다.

위 좌우측 경사 홈들(112, 114)은 광폭 홈들(112a, 114a)과 협폭 홈들(112b, 114b)로 이루어진다. 위 협폭 홈들(112b, 114b)은 광폭 홈들(112a, 114a)의 좌우 폭(Wb)보다 작은 좌우 폭(Ws)을 갖는다.

그리고 좌측 경사 홈들(112)의 협폭 홈들(112b)은 그 광폭 홈들(112a)보다 좌측판(132)에 더 가깝게 위치한다. 마찬가지로, 우측 경사 홈들(114)의 협폭 홈들(114b)은 그 광폭 홈들(114a)보다 우측판(134)에 더 가깝게 위치한다.

좌우측판(132, 134)은 외기에 노출되어 있어 열손실을 초래하게 되므로, 좌우측판(132, 134) 부근에서의 열유(150)의 온도가 나머지 부위에서의 열유(150)의 온도보다 낮을 가능성이 있다. 그런데 위와 같이 좌우측판(132, 134) 부근의 경사 홈들(112, 114)을 협폭 홈들(112b, 114b)로 구성하면, 열유(150)와 중심축(110) 간 접촉 면적이 더 넓어지므로 위 열손실이 보상되는바, 좌우측판(132, 134) 부근에서 열유(150)의 온도 저하가 발생할 우려를 불식시킬 수 있다.

위 외통(130) 내 잔여 공간(136)은 상온에서 외통(130) 외부의 압력보다 낮은 부압을 갖도록 마련되는 것이 좋다.

위 열유 저장식 히팅 롤(100)이 소재를 가열하는데 사용될 경우에는 열유(150)의 온도가 높아 잔여 공간(136) 내 공기가 팽창하므로, 외통(130)의 내부 압력은 열유(150)가 상온일 때보다 가열되었을 때 훨씬 높다. 그런데 위와 같이 잔여 공간(136)에 미리 부압을 형성해 놓으면, 열유(150)의 온도가 상승하더라도 외통(130)의 내부 압력이 외통(130) 외부 압력 정도까지만 상승하는데 그칠 수 있는바, 열유 저장식 히팅 롤(100)이 사용되는 도중 외통(130)이 터지는 현상이 방지될 수 있다.

잔여 공간(136)에 미리 부압을 형성하기 위해서는, 우선, 중심축(110)이 좌우측판(132, 134)에 고정된 상태에서 우측판(134)[또는 좌측판(132)]의 주입공을 통해 열유(150)를 외통(130)의 내부로 주입하고, 이 주입공을 마개(134a)로 막는다.

이후, 미리 설정된 시간 동안 중심축(110)을 회전시키면서 히터(120)로 열유(150)를 가열한다. 이때, 중심축(110)의 회전 속도는 히팅 롤(100)이 실제 사용될 때 회전하게 되는 속도 정도로 설정되고, 열유(150)의 가열 온도 역시 히팅 롤(100)이 실제 사용될 때 가지게 되는 온도 정도로 설정된다.

설정된 시간이 경과하면 중심축(110)의 회전 및 히터(120)의 작동을 정지시키고, 위 주입공을 열유(150)의 수면 위쪽에 위치시킨다. 이 상태에서 주입공으로부터 마개(134a)를 분리하여 잔여 공간(136) 내 공기를 배기시킨다. 잔여 공간(136) 내 공기가 배기되면, 열유(150)의 온도가 상승한 상태에서의 외통(130) 내압이 외통(130) 외압과 동일하게 된다.

이후, 주입공을 마개(134a)로 막고 열유(150)를 상온에서 냉각한다. 그러면 열유(150)의 온도가 상온으로 낮아지면서 잔여 공간(136) 내 공기가 수축하게 되는바, 잔여 공간(136)에 부압이 형성된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양하게 수정 및 변형될 수 있고, 상술한 실시예들이 다양하게 조합될 수 있음은 물론이다.

100 : 열유 저장식 히팅 롤 110 : 회전축
112 : 좌측 경사 홈 114 : 우측 경사 홈
112a, 114a : 광폭 홈 112b, 114b : 협폭 홈
120 : 히터 122 : 슬립링
124 : 전선 130 : 외통
132 : 좌측판 134 : 우측판
132a, 132b : 마개 150 : 열유

Claims (4)

1. 좌우측판에 의해 좌우단이 막힌 원통 형상으로 마련되고, 열유가 채워지지 않은 잔여 공간이 존재하도록 열유를 저장하고 있는 외통;
   상기 외통의 내주면으로부터 떨어져 위치하도록 상기 외통의 내경보다 작은 외경을 가지면서 상기 외통의 내부에서 상기 열유와 접촉하는 내측 부위와, 상기 좌우측판을 관통하도록 상기 내측 부위의 좌우단에 마련되어 상기 좌우측판에 고정된 좌우측 부위를 포함하는 중심축;
   상기 중심축에 내장되고, 상기 좌우측 부위 중 어느 한 부위와 결합한 슬립링에서 외부의 전선과 전기적으로 연결되는 히터; 및
   상기 중심축의 중앙 지점과 상기 좌측판 사이에서 상기 중심축에 대하여 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 오목하게 파여 있는 좌측 경사 홈들과, 상기 중앙 지점과 상기 우측판 사이에서 상기 좌측 경사 홈들과 반대로 경사를 이루며 평행하게 나열되도록 상기 내측 부위의 표면에 링 형태로 오목하게 파여 있는 우측 경사 홈들을 포함하는 복수의 경사 홈;을 포함하는 열유 저장식 히팅 롤.
2. 제1항에 있어서,
   상기 좌우측 경사 홈들은 광폭 홈들 및 상기 광폭 홈들보다 더 좁은 좌우 폭을 갖는 협폭 홈들로 이루어지되, 상기 좌측 경사 홈들의 협폭 홈들은 상기 좌측 경사 홈들의 광폭 홈들보다 상기 좌측판에 더 가깝게 위치하고, 상기 우측 경사 홈들의 협폭 홈들은 상기 우측 경사 홈들의 광폭 홈들보다 상기 우측판에 더 가깝게 위치하는 열유 저장식 히팅 롤.
3. 제1항에 있어서,
   상기 외통의 잔여 공간은 상온에서 외통 외부의 압력보다 낮은 부압을 갖도록 마련되는 열유 저장식 히팅 롤.
4. 제3항에 있어서,
   상기 부압은,
   (a) 상기 중심축이 상기 좌우측판에 고정된 상태에서 상기 좌우측판 중 어느 하나에 마련된 주입공을 통해 상기 열유를 상기 잔여 공간이 남도록 상기 외통의 내부로 주입한 후, 상기 주입공을 마개로 막는 과정;
   (b) 미리 설정된 시간 동안 상기 중심축을 회전시키면서 상기 히터로 상기 열유를 가열하는 과정;
   (c) 상기 미리 설정된 시간이 경과한 후 상기 주입공을 상기 열유의 수면 위쪽에 위치시키고, 상기 마개를 분리하여 상기 잔여 공간 내 공기를 배기하는 과정;
   (d) 상기 마개로 상기 주입공을 다시 막고, 상기 열유를 상온에서 냉각하는 과정;을 통해 형성되는 열유 저장식 히팅 롤.
   

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