KR20000005149A - 스크류 컨베이어에서의 벌크 재료 열처리 장치 및벌크 재료 건조 방법 - Google Patents

스크류 컨베이어에서의 벌크 재료 열처리 장치 및벌크 재료 건조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특정의 목적에 적합한 벌크 재료 열처리 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열처리 장치는 열 에너지 공급용 열 방사원을 구비한 스크류 컨베이어 공급기의 형태를 취한다. 또한, 본 발명은 플라스틱 벌크 재료 건조 방법에 관한 것이다.

Description

스크류 컨베이어에서의 벌크 재료 열처리 장치 및 벌크 재료 건조 방법
열처리의 목적을 달성하기 위해 스크류 컨베이어 공급기를 기술적으로 다양하게 변형한 구성들이 공지되어 있다. 또한, 벌크 재료의 연속 이송 중에도 열 방사의 도입 하에 열처리를 실시하는 다수의 장치가 공지되어 있다. 그 경우에 사용되는 이송 장치는 벨트 컨베이어 공급기, 체인 컨베이어 공급기 또는 진동 컨베이어 공급기의 원리(DIN 15 201에 의거한 원리)에 따라 작업을 한다.
본 발명은 벌크 재료를 열처리할 수 있는 장치의 구성에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적합한 벌크 재료 건조 방법에 관한 것이다.
첨부 도면 중에서,
도 1a 내지 도 1f는 스크류 컨베이어에 대한 적외선 방사기(IR 방사기)의 다양한 배치 방식을 나타낸 횡단면도이고,
도 2는 스크류 컨베이어 공급기에서의 본 발명의 실시예를 예시적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적은 벌크 재료의 의도된 신속한 템퍼링(tempering)이 최대한으로 짧은 공정 시간에 최대한으로 정확하게 유지되는 온도 범위로 실시될 수 있도록 장치 기술적으로 벌크 재료의 심부까지 작용하는 연속 작업의 열처리를 실현시키는 것이다. 그 경우, 열처리는 건조 및/또는 다른 물리적 또는 화학적 재료 특성의 의도적 변경을 실시하는 역할을 한다.
그와 같이 설정된 목적은 본 발명에 따라 스크류 컨베이어 공급기의 원리를 사용하여 벌크 재료를 이송하고, 이송 재료의 템퍼링을 위한 열의 도입을 스크류 컨베이어 또는 스크류 관 컨베이어에서의 이송 중에 열 방사선에 의해 실시함으로써 달성된다.
그에 의해, 특히 스크류 컨베이어 공급기의 사용에 특유한 다음의 장점이 얻어진다:
- 통상의 경우, 추력에 의거한 이송에 의해 이송 재료와 추진 작용을 하는 스크류 컨베이어 플랭크와의 접촉 구역에서 재료의 반전이 이루어진다. 스크류 관 컨베이어의 경우에는 트라프(trough) 벽이 추가로 이동되기 때문에, 그러한 반전 효과가 특히 두드러진다. 그러한 반전 효과에 의해 이송 재료가 열 방사선에 의해 균일하게 방사되고, 그에 따라 균일한 템퍼링이 지원된다.
- 국부적 구조 설계에 상응하는 스크류 컨베이어에 의해 고유의 템퍼링 공정의 선행 공정 단계 또는 후속 공정 단계가 장치 기술적으로 하나의 단위로 통합될 수 있다. 즉, 예컨대 모든 템퍼링 처리에 있어서 구현하고자 하는 것은 템퍼링 구간에 최대한으로 정확히 재료를 균일하게 장입하는 것이다. 그것은 진동 컨베이어 공급기의 개념에서는 예컨대 로터리 베인 밸브(rotary vane valve)(GB-A-1 313 203을 참조)의 선행 접속에 의해 실현된다. 이후의 설명 과정에서는, 당업계에서 그러한 과제를 구현시키고자 하는 계량 구역 이외에도 그 과제의 구현에 바람직한 다른 스크류 컨베이어 구역에 대해서도 설명하기로 한다.
열 방사선에 의한 템퍼링의 사용에 특유한 장점에는 특히 다음의 것들이 속한다:
- 열이 벌크 재료로 신속하게 전달된다.
- 열 방사선의 작용이 벌크 재료의 심부까지 미친다. 즉, 벌크 재료가 그 내부에서 적어도 부분적으로 가열된다.
그러한 열 방사선의 장점은 예컨대 플라스틱 산업에서 다양하게 활용되는데, 그 이유는 본질적으로 열 전도성이 열악한 플라스틱이 열 대류의 장애를 극복하여 신속하게 템퍼링될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라 스크류 컨베이어 공급기의 원리와 열 방사선에 의한 열 전달을 조합시킴으로써 템퍼링 기술에서의 다수의 당면 과제들이 유리하게 해결될 수 있다.
첨부 도면에는 본 발명의 다양한 실시예가 도시되어 있는데, 그 첨부 도면으로부터 본 발명의 또 다른 바람직한 세부 구성을 알아낼 수 있고, 도시된 개개의 기능 양태 및 본 발명에 따른 구성 방안은 전체적으로 높은 효율을 성취하는데 유리한 방식으로 조합되어 실시될 수 있다.
첨부 도면에 예시된 스크류 컨베이어는 표준형 스크류 컨베이어로서 구성된다. 이송 재료를 향하는 IR 방사선이 보다 덜 차폐되는 부분적인 장점을 제공하는 스크류 컨베이어 벨트, 패들 스크류 컨베이어 등과 같은 다른 스크류 컨베이어의 형태로 구성될 수도 있다.
도 1a에는 트라프 스크류 컨베이어가 도시되어 있다. 만곡된 구성 형태의 평면형 IR 방사기(5)가 트라프 스크류 컨베이어의 상측부와 통상의 착탈식 커버(4)와의 사이의 코너부에 장착된다. 스크류 컨베이어 트라프의 벽 및 스크류 컨베이어 자체는 적외선을 반사하는 재료로 코팅되거나, 예컨대 알루미늄과 같은 적외선을 반사하는 재료로 제조되고, 그에 따라 벌크 재료의 내부에서 재료에 작용하는 IR 방사선의 분율이 상승된다.
도 1b에서는 스틱형 요소(6)가 IR 방사기로서 도 1a에서와 동일한 위치에 장착된다. 또한, 도 1b는 스크류 컨베이어(2)의 축이 중공이고 IR 방사선의 방출을 위한 상응하는 개구부가 마련되는 경우에는 스틱형 IR 방사기(6)가 예컨대 축의 내부에 장착될 수 있음을 나타내고 있다.
도 1에서는 IR 방사기(6)가 반사기(7)의 초점에 장착되고, 그에 따라 방사선이 이송 재료에 최적으로 집광되고, 스크류 컨베이어의 축이 직접적인 방사 구역으로부터 최대한으로 벗어나 있게 된다.
도 1d에서는 관형 케이스(9)가 스크류 컨베이어의 하우징으로서 구성된다. 케이스에는 적외선을 통과시키는 석영 유리로 이루어진 창이 삽입되고, 그 창의 배후에는 적외선 방사기(8)가 장착된다. 창이 이중 벽으로 구성될 경우에는 역시 적외선을 투과시키는 냉각 매체(예컨대, 공기)가 창을 통해 흐를 수 있어 창의 과도한 가열이 방지된다. 창은 이송 재료의 충전 높이의 위쪽에는 물론 그 아래쪽에도 장착될 수 있다.
도 1e에는 서로 맞물리는 이중 스크류 컨베이어(10)가 컨베이어 요소로서 도시되어 있다. 그 경우, IR 방사기(6)는 트라프 스크류 컨베이어의 커버의 아래에 장착된다.
도 1f에는 이송 재료의 템퍼링을 위한 보조 요소로서 가열 코일(11)이 도시되어 있다. 가열 코일(11)은 예컨대 전기에 의해 또는 증기, 오일 물 등의 열 전도 매체에 의해 가열될 수 있다. 가열 코일(11)은 도 1d에 도시된 바와 같이 스크류 컨베이어 하우징(1)의 일부 또는 관형 케이스(9)를 덮을 수 있다. 가열 코일(11)용의 열 에너지는 부분적으로 예컨대 경우에 따라 있을 수 있는 후속 방법 단계의 냉각 구역으로부터 나오는 여열을 활용하여 획득될 수도 있다. 마찬가지로, 인접 공간에 있는 다른 설비와 열적으로 결합시키는 것도 합리적인 방안이 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스크류 컨베이어 공급기를 기초로 한 템퍼링 구간은 그 입구측에서 동일 스크류 컨베이어의 소위 장입 구역 및 계량 구역과 결합될 수 있다. 재료는 단순한 저장 용기(사일로 등)로부터 호퍼를 경유하여 표준형 스크류 컨베이어로서 구성된 스크류 컨베이어에 공급된다. 장입 구역은 스크류 컨베이어의 후속 경로에서의 소위 템퍼링 구역의 충전도(full grade)로서 요망되는 정확한 재료의 양을 수납하는 피치 용적(pitch volume)으로 구성된다. 장입 구역에 연이은 계량 구역에서는 템퍼링 구역의 시작부에 원하는 충전도가 제공되도록 피치 용적이 확대된다. 도 2에 도시된 그러한 본 발명의 실시예는 스크류 컨베이어 공급기를 일례로 하여 예시된 것이다. 또한, 스크류 관 공급기도 사용될 수 있는데, 그 경우에는 재료의 공급이 축방향으로 이루어진다. 미리 분쇄된 처리 대상 재료는 재료 공급부(20)에 충전된다. 선택적으로, 재료의 분쇄는 재료 공급부(20)를 통과한 직후이자 장입 구역에 도달하기 이전에 후속 완충 공간을 구비한 분쇄기에서 실시될 수 있다. 재료는 그 곳으로부터 구동축(22)에 장착된 스크류 컨베이어의 장입 구역에 도달된다. 본 실시예의 경우, 구동축(20)은 회전 속도가 동일한 3개의 상이한 기능 구역을 구비한 스크류 컨베이어를 구동한다. 스크류 컨베이어가 상이한 구역으로 구성되고 그 개개의 구역의 피치(23, 24, 25)가 상이하기 때문에, 재료가 위치되는 구역에 따라 이송 속도가 달라져서 재료의 공급이 상이하게 실시된다. 재료는 장입 구역(23)으로부터 계량 구역(24)에 도달되고, 그 계량 구역(24)에서는 스크류 컨베이어의 피치, 기하 형상 및 구동축(22)의 회전수를 적절히 구성함으로써 엄격히 한정된 양 이상의 재료만이 템퍼링 구역(25)에 도달됨과 동시에 후술될 적외선 방사기 장착용 지지대가 어는 경우에도 재료로부터 벗어나 유지되도록 충전도(Φ)를 설정하는 것이 보장된다. 그것은 Φ가 0.02 내지 0.15인 경우에 매우 확실하게 달성된다. 본 실시예의 경우에 재료가 스크류 컨베이어 부분에 의해 차폐됨이 거의 없이 IR 방사선에 노출될 수 있고 이송 요소의 면이 작음으로 인해 이송 요소에 추진되는 방사열이 최소한으로 작게 유지되도록 하기 위해 스크류 컨베이어의 구성 형태로서 스크류 컨베이어 벨트가 선택되는 템퍼링 구역에서는 IR 방사기(28)가 장착용 지지대(27)에 장착된다. 지지대(27)는 도 2에 도시된 바와 같이 일측에서만 고정 베어링(33)에 지지될 수 있지만, 그 길이 및 구성에 따라서는 축(22) 상에 개재되는 베어링(32)에 의해 역시 도 2에 예시된 바와 같이 양측에서 베어링에 지지되거나 다수의 베어링에 지지될 수도 있다. 재료 또는 스크류 컨베이어의 관형 케이스(26)의 가장 깊은 지점의 위쪽으로의 지지대(27)의 높이는 조절이 가능하고, 그에 따라 IR 방사기(28)로부터 각각의 재료로 방출되는 IR 방사선의 강도가 조정될 수 있다. 그와 같이 처리 대상 재료로 방출되는 IR 방사선의 강도를 조정하는 것은 장치의 작업을 개시할 때에 한번 실시될 수 있거나, 선택적으로 예컨대 스크류 컨베이어의 관형 케이스(26)의 외부에 장착되어 창을 통해 재료의 온도를 측정하거나 지지대(27)에 장착되어 재료의 온도를 측정하는 무접촉 측정식 온도 센서(34)에 의해 연속적으로 실시될 수도 있다. 그러한 측정 신호는 지지대(27)의 높이 또는 재료에 작용하는 IR 방사선의 강도를 제어하는데 사용될 수 있는 제어량(방사기 온도, 점등되는 방사기의 수 등과 같은)에 영향을 미쳐서 미리 주어진 목표의 조건에 부합되는 템퍼링이 이루어지도록 한다. 지지대 상에 장착되는 전력 공급 라인은 예컨대 강성 또는 가요성 재질의 가이드에 의해 지지대로부터 기계 프레임 쪽으로 안내된다.
처리 대상 재료는 템퍼링 구역(25)을 통해 이송되고 그 구역을 통과하면서 처리되는데, 도 2에는 그와 같이 처리되는 것이 부분적으로 처리된 재료(29)와 대폭적으로 처리된 재료(30)에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 재료는 예컨대 유출 슈트(31)를 경유하여 다음의 방법 단계로 옮겨질 수 있다.
벨트가 중공 재료로 이루어지고 그 벨트를 텅해 열 전도 매체가 순환 회로로 안내되어 스크류 컨베이어 자체를 안정적으로 템퍼링함과 동시에 부수 효과로서 처리 대상 재료를 가열하거나 필요시에는 냉각하기도 하는 스크류 컨베이어 벨트(35)의 변형예도 가능하다. 장입 구역(23) 및 계량 구역(24)에 대해서도 동일한 구서 방안이 적용된다.
스크류 컨베이어의 관형 케이스(26)가 폐쇄되어 있는 도 2의 실시예는 처리 시에 경우에 따라 공기와 함께 생성되는 방출물(분진, 냄새 등)을 예컨대 재료 공급부(20)를 경유하여 흡인한 후에 후속 접속된 필터에서 저지시키거나, 아니면 도면에 예시된 바와 같이 스크류 컨베이어의 입구 구역(36)으로 흡인하여 이송 및 필터 유닛(37)에 공급할 수 있는 것이 바람직하다. 그 경우, 공기는 선택적으로 여과되어 옥외(39)로 방출될 수 있거나, 그 대부분이 순환 공기 안내 장치(38)를 경유하여 템퍼링 구역(25)에서의 재료의 템퍼링에 재사용됨으로써 투입 에너지의 절감에 기여할 수도 있다. 그 경우, 방출물의 흡인 시에 동반 이송되는 열은 재료 공급 구역(20)과 장입 구역(23) 및 계량 구역(24)에서 재료의 예열에 사용되는 것이 유리할 수 있다. 방출물 흡인부(36, 37)에서와 마찬가지로, 당업자에 의해 간단히 적용될 수 있는 방식으로 진공 또는 과도 압력이 처리 공간에 인가될 수 있다.
특정의 용도에 있어서, 본 발명에 따른 당해 장치는 출구측에서 선택적으로 이송 요소의 평면과 동일한 평면상에 있는 추가의 냉각 구역과 결합될 수 있다.
본 발명에 따라 얻어지는 장점은 일례로 후술되는 플라스틱 입상 재료의 건조의 경우에 명확히 드러난다. 사료 및 기타 다수의 재료와 같은 다른 벌크 재료를 처리할 경우에도 유사한 장점이 주어진다.
플라스틱 입상 재료를 건조시키는 목적은 소성화 이전에 전처리를 실시하는데 있다. 종래에 사용되던 건조의 경우에는 거의 예외가 없이 대류 열에 의해 예컨대 순환 공기 처리 방식으로 작업이 이루어진다. 그 경우, 소요되는 처리 시간은 다음의 효과에 의해 결정된다.
- 입상 입자는 외부로부터 내부로 가열된다. 습기를 대폭적으로 빼내기 위해서는 입상 입자 전체를 충분히 가열시켜야 한다. 플라스틱의 낮은 열 전도도는 입상 입자 전체의 충분한 가열에 필요한 시간을 결정하는데 핵심적인 역할을 한다.
- 입상 입자의 외층을 가열하면, 그 구역에서는 습기가 신속하게 빠져 나온다. 그에 의해, 우선적으로 상위 분자 구조의 차원에서 자유 공간이 제공된다. 그러한 자유 공간은 특히 열 중에서 일어나는 탄성 중합체 분자의 완화(relaxation)에 의해 다시 폐쇄된다. 그에 의해, 아직까지 입상 입자의 차가운 코어에 존재하는 습기의 확산이 점점 더 큰 방해를 받는다. 따라서, 특히 입상 입자의 내부로부터 습기를 빼내기 위한 처리 속도에 악영향을 미친다.
열 방사에 의해 플라스틱 입상 입자를 건조시키는 것은 그 작용이 입자의 심부에 미침으로 인해 전술된 2가지 속도 결정 효과를 극복하게 되고, 그 결과 놀라웁게도 건조 처리 시간이 매우 짧아진다. 원칙적으로, 플라스틱 벌크 재료에 적외선 방사선을 추진할 수 있는 모든 형식의 이송이 바람직하게 신속한 건조를 유도하는데 적합하다. 그러나, 본 발명에 따라 스크류 컨베이어 공급기와 조합시키면, 방사선이 벌크 재료에 균일하게 방사되는 것이 보장된다. 스크류 컨베이어 공급기의 부수 효과로서, 공정 처리가 연속적으로 이루어질 수 있을 뿐만 아니라 입구측 및 출구측에서 추가의 계량 공정 단계와의 결합이 가능하고, 방출물의 탐지 및 필요시에 유리하게 작용하는 진공의 인가를 위해 공정 공간을 간단하게 캡슐화시킬 수 있다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 스크류 컨베이어 하우징(하측부)
2 : 스크류 컨베이어
3 : 스크류 컨베이어 하우징(트라프 스크류 컨베이어의 상측부)
4 : 트라프 스크류 컨베이어의 커버
5 : 만곡된 구성 형태의 적외선 방사기
6 : 스틱형 구성 형태의 적외선 방사기
7 : 반사기
8 : 평면형 또는 약간만 만곡된 구성 형태의 적외선 방사기
9 : 관형 케이스로서 구성된 스크류 컨베이어 하우징
10 : 서로 맞물리는 이중 스크류 컨베이어
11 : 가열 코일
20 : 재료 공급부
21 : 공급 재료
22 : 스크류 컨베이어의 구동축
23 : 장입 구역
24 : 계량 구역
25 : 템퍼링 구역
26 : 스크류 컨베이어의 관형 케이스
27 : 장착용 지지대
28 : 적외선 방사기
29 : 부분적으로 처리된 재료
30 : 대폭적으로 처리된 재료
31 : 유출 슈트
32 : 축(22) 상에 개재된 베어링(베어링 높이의 조절이 가능)
33 : 고정 베어링(베어링 높이의 조절이 가능)
34 : 무접촉 측정 방식의 온도 센서
35 : 스크류 컨베이어 벨트
36 : 배기 흡인부
37 : 이송 및 필터 유닛 또는 진공 펌프 또는 압축기
38 : 순환 공기 안내 장치
39 : 옥외로 나가는 배기

Claims (8)

  1. 벌크 재료를 이송하고, 열 방사선의 대부분이 스크류 컨베이어의 이송 작용 구역에서 직접 벌크 재료에 작용하도록 템퍼링 구역(25)에 적외선 방사기 또는 고주파 방사기와 같은 열 방사원을 부속하고 있는 스크류 컨베이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 열 방사원은 스크류 컨베이어 요소의 회전 직경의 외부에 장착되는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 열 방사원은 방사선을 통과시킬 있도록 구성된 스크류 컨베이어의 축에 장착되는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 벨트 스크류 컨베이어의 원리에 따른 스크류 컨베이어 또는 스크류 관 컨베이어의 경우, 열 방사원은 회전 직경의 중심 구역에 장착되는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 열 방사원은 높이의 조절이 가능한 장착용 지지대(27)에 장착되는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스크류 컨베이어는 템퍼링 구역(25)에 선행 배치되는 장입 구역(23) 및/또는 계량 구역(24)을 구비하는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 스크류 컨베이어의 관형 케이스가 폐쇄된 경우, 공정 공간으로부터의 방출물의 흡인 및/또는 대기압과는 다른 공정 공간 분위기 압력의 인가를 실시하는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 열처리 장치.
  8. 주로 적외선 방사선에 의해 벌크 재료에 열을 전달하고, 방출되는 가스를 흡인하는 것을 특징으로 하는 벌크 재료 건조 방법.
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