KR20000005496A - 압출성형 중공 제조품의 냉각 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압출성형 중공 제조품을 냉각시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르는, 압출기(1)는 파이프(2)를 통해서 공기를 흡입하기 위한 수단을 구비한다. 흡입되는 공기는 파이프(2)의 내면과 접촉하여 내부로부터 파이프를 냉각한다. 따라서, 파이프(2)의 냉각작용은 효율적이고 간단한 방식으로 실현될 수 있다. 원추형 압출기(1)로부터 발생하는 냉각작용을 조절함으로써, 압출성형 제조품에 용접선이 형성되지 않으며, 압출기(1)는 내부로부터 효과적으로 냉각될 수 있다. 본 발명에 따라서, 파이프(2)를 통해서 흡입되는 공기에 저장된 열을 이용할 수 있다.

Description

압출성형 중공 제조품의 냉각 방법 및 장치

미국 특허 제 3,613,162호는 맨드릴 내부에 배치된 도관을 포함하는 압출기를 공개한다. 냉각 유체는 맨드릴과 압출성형된 파이프를 냉각시키기 위해 맨드릴에 의해서 파이프 내부로부터 도관에 공급된다. 그러나, 맨드릴이 먼저 냉각되어야 하기 때문에, 파이프의 냉각작용은 비효율적이다. 또한, 장치는 사용하기 번거로우며 비싸고 상당한 양의 에너지를 소모한다.

독일 특허 제 2,519,705호는 계측수단(calibration means)이 노즐 뒤에 있는 파이프 내부에 배치되고 냉매가 계측수단 안에 공급되므로, 파이프가 내부로부터 계측될 수 있으며 동시에 냉각되는 압출기를 공개한다. 내부 계측기는 플라스틱 파이프를 계측하고 동시에 냉각시키기 위해 배치된 외부 계측기와 병행된다. 또한, 이러한 경우에, 냉매는 먼저 계측수단을 냉각하고 그 다음 파이프를 냉각시키기 때문에, 파이프의 냉각작용은 비효율적이다. 또한, 이 장치의 구조는 번거롭고 비싸며 복잡하다. 또한, 가열 및 냉각작용을 위해 많은 에너지가 소모된다.

유럽 특허 제 0,079,104호는 파이프를 냉각시키기 위해 압출하고자하는 파이프를 통해서 가스를 흡입하기 위한 수단을 포함하는 장치를 공개한다. 이 장치는 맨드릴의 중간부에 배치된 도관을 통해서 공기를 흡입하기 위해 배치되고, 공기는 도관으로부터 압출기의 하우징을 통해서 도관을 가로지르는 덕트를 경유하여 안내된다. 이러한 장치는 압출성형되는 제조품에 용접선이 발생되고, 파이프의 열에너지와 냉각수단이 많이 소모된다.

미국 특허 제 5,028,376호는 퍼넬(funnel) 형상의 송풍장치가 압출기의 중간부에 배치되어 압축 가스가 장치에 공급될 때 공기 흐름을 발생시키는 장치를 공개한다. 공기 흐름으로 인해, 냉각 공기는 파이프의 내면을 따라 통과하여 파이프를 냉각시키고, 가열된 공기는 파이프의 중간부를 통해서 배출된다. 이 장치는 복잡하고 번거로우며 이러한 방법은 큰 직경을 갖는 파이프에서만 사용될 수 있다. 또한, 이 장치는 압출기를 중간부로부터 어느 정도 냉각시키지만, 공기의 냉각 유동은 압출기의 단부 부근에서만 순환하므로, 압출기는 효과적으로 냉각되지 않으며, 압출기의 중간부에 이 장치를 배치하는 것이 어렵다. 또한, 파이프의 열에너지가 소모되고 냉각수단이 요구된다.

본 발명은 제조품을 통하여 공기를 흡입함으로써, 제조품이 압출기 뒤에서 제조품의 내부로부터 냉각되므로, 공기가 제조품의 내면과 접촉하여 냉각시키는 압출성형 중공 제조품을 냉각시키는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 압출기와, 공기가 내부로부터 제조품을 냉각시키는 방식으로 제조품을 통해서 공기를 흡입하도록 배열된 수단을 포함하는 압출성형 중공 제조품을 냉각시키기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 제 2 구조의 세부 횡단면을 개략적으로 도시한 측면도.

도 3은 본 발명에 따른 제 3 구조의 세부 횡단면을 개략적으로 도시한 측면도.

본 발명의 목적은 상기 문제가 발생하지 않으면서 저비용의 간단한 방식으로 냉각작용을 실현하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 제조품을 통해서 흡입된 공기가 압출기를 동시에 냉각시키도록 압출기를 통해서 더많이 안내되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 제조품을 통해서 흡입된 공기가 압출기를 통해서 유동하도록 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 핵심 개념은 압출기가 송풍기를 포함하고 이 송풍기로써 공기가 압출성형되는 제조품을 통해서 흡입되므로, 공기는 제조품의 내면과 접촉하여 내부로 파이프를 동시에 냉각한다. 공기는 압출기를 통해서 흡입된다. 본 발명의 다른 개념은 송풍기로 흡입된 공기의 열은, 예를 들어, 공기를 공급 재료 안으로 안내함으로써 이용되므로, 제조품을 통해서 흡입되어 가열된 공기는 압출기로 공급되는 재료를 가열하기 위해 열을 방출한다. 양호한 실시예의 개념은 냉각 요소가 파이프의 외부에 배치되므로, 파이프는 외부 및 내부로부터 동시에 냉각된다.

본 발명은 압출기로 성형되는 파이프가 효율적이고 간단한 방식으로 냉각될 수 있는 장점을 가진다. 공기가 압출기를 통해서 흡입될 때, 제조품은 용접선을 포함하지 않고 압출기는 내부로부터 효과적으로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 파이프를 통해서 흡입된 공기를 압출기로 공급되는 재료 안으로 공급함으로써, 전체적으로 낭비되는 열에너지는 유용한 목적을 위해 재생될 수 있다. 또한, 공급 재료를 가열하면, 가열된 재료를 사용할 수 있기 때문에 압출기의 생산량은 증가한다. 압출성형된 파이프를 외부 및 내부로부터 동시에 냉각시킴으로써, 냉각작용은 효과적이기 때문에 냉각작용이 일어나는 구간은 더욱 짧아질 수 있다. 외부 및 내부로부터의 동시 냉각작용으로 인하여, 잔류 응력인 작아진다. 또한, 파이프를 절단할 때, 발생되는 톱밥 쓰레기는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 재생되어 다른 용도를 위해 공급되는 재료로 다시 안내할 수 있다.

도 1은 압출기(1)를 도시한다. 압출기는 파이프(2)와, 필름 또는 다른 중공 제조품을 생산한다. 파이프(2)가 압출기(1)를 나올 때에는, 몹시 뜨겁다. 따라서, 외부로부터 상기 파이프(2)를 냉각시키기 위해 냉각 베이슨(basin;3)을 배치하며, 이 냉각 베이슨(3)은, 예를 들어, 물을 사용하여 외부로부터 파이프(2)를 냉각시킨다. 또한, 다른 냉각 매체를 사용하는 것도 가능하다. 압출기(1)와 냉각 베이슨(3)의 구조는 당 기술에 숙련된 기술자에게는 충분히 공지되어 있으므로, 그에 관해서 상세히 기술하지 않는다.

파이프(2)를 제조하는 데 필요한 플라스틱 재료(4)는, 예를 들어, 공급 호퍼(8)를 사용하여 공급된다. 플라스틱 재료(4)는 자체가 공지된 방식으로 다른 적당한 형태를 취하는, 예를 들어, 플라스틱 입자 또는 플라스틱 재질일 수 있다. 또한, 플라스틱 재료(4)는 공급 호퍼(hopper;8)를 대신하여 자체가 공지된 다른 방식으로 공급 나사를 사용하여 압출기(1)에 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 구조는 송풍기(6)를 포함한다. 송풍기(6)는 연결 파이프(5)를 따라 공기가 흡입되는 방식으로 연결 파이프(5)에 결합된다. 또한, 이 연결 파이프(5)는 파이프(2)에 결합되어 있으므로, 공기는 송풍기(6)에 의해서 파이프(2)를 통해서 흡입될 수 있다. 공기는 파이프(2)로부터 연결 파이프(5)로 방출되어 최종적으로는 출구 파이프(7)로 방출된다. 이 출구 파이프(7)는 공급 호퍼(8)와 플라스틱 재료(4) 안에 교대로 배치되므로, 공기는 플라스틱 재료(4) 안으로 들어갈 수 있다. 플라스틱 파이프(2)로 흡입되는 공기는 실온(room temperature)일 수 있으며, 이 경우, 파이프의 표면 보다 상당히 더 냉각된다. 공기가 플라스틱 파이프(2)를 통해 흐르는 동안, 공기는 따뜻해지며, 이 가열된 공기는 연결 파이프(5)를 따라 출구 파이프(7)로 안내되며 플라스틱 재료(4)를 통과하므로, 상기 가열된 공기는 플라스틱 재료(4)를 따뜻하게 한다. 출구 파이프(7)의 벽은 양호하게 천공되어 있으므로, 가열된 공기는 구멍을 통해서 공급 호퍼(8)로 유동할 수 있다. 즉, 가열된 공기는 재료와 혼합된다. 첨부된 도면의 화살표는 공기 흐름을 도시한다.

냉각 베이슨(3)에서, 파이프(2)는 외부 및 내부로부터 동시에 냉각된다. 따라서, 파이프는 효과적으로 냉각되며 큰 잔류 응력을 갖지 않는다.

이러한 구조로 인하여, 따뜻한 공기를 플라스틱 재료(4)에 공급할 수 있으므로, 플라스틱 재료는 따뜻하게 되고 압출기의 생산량도 증가한다. 파이프 절단시에 발생하는 톱밥 쓰레기를 재생하여 다른 용도로 플라스틱 재료(4)로 다시 공급할 수 있다. 또한, 이러한 구조를 사용하여, 파이프(2)를 제조하는 동안 압출기(1)에서 발생한 열을 재생할 수 있다. 또한, 실험에서 약 10kW의 열에너지를 재생하기 위해, 송풍기(6)의 동력은 통상적으로 약 1kW임을 알 수 있으며, 또한, 통상적으로 약 25%의 열에너지를 재생할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 제 2 구조의 세부 횡단면을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 2의 부호는 도 1의 부호에 상응한다. 압출기(1)는 외부 고정자(10)와 내부 고정자(11)와 이들 사이에서 회전가능하게 배치된 원추형 회전자(12)를 포함한다. 원추형 회전자(12)에서, 적어도 외부 고정자(10)의 내면과 내부 고정자(11)의 외면은 원추형이다. 회전자(12)는 명확하게 설명하기 위해 도 2에 도시하지 않은 나사형 홈을 포함하므로, 회전하는 동안 회전자(12)는 홈에 의해서 압출기(1)로부터 플라스틱 재료를 공급한다. 상기 기술된 공급 수단의 중간 부분에는, 파이프(2)의 내면을 냉각시키기 위해 냉각수 순환부와 같은 냉각 수단을 포함하는 중공 고정식 맨드릴(9)이 있으므로, 파이프(2)의 내면이 매끄럽게 제조되도록 상기 맨드릴(9)를 사용하여 파이프(2)의 내면은 약하게 냉각할 수 있다. 맨드릴(9)의 단부는 내부로부터 둥글게 제조되어서, 흡입되는 공기에서 느리게 흐르는 난류가 흐르지 않는다. 도 2의 경우에 있어서, 공기는 원추형 공급 수단을 갖는 압출기(1)의 중간으로부터 맨드릴(9)과 파이프(2)를 통해서 흡입될 수 있다. 이때, 압출성형되는 제조품에는 용접선이 없으며, 압출기는 내부로부터 효율적으로 동시에 냉각될 수 있다. 본 발명에 따른 냉각 장치는 고정자의 열 저항체를 사용하여 압출기의 잔열을 조절하는 데 사용될 수 있다. 특히, 고분자량을 갖는 재료를 가공할 때, 예를 들어, 가교 결합 폴리에틸렌의 파이프를 준비할 때, 강한 마찰로 인한 압출기의 과열 현상 및 용접선이 문제가 된다. 본 발명에 따른 구조는, 압출기가 내부로부터 연속으로 냉각될 때 압출기의 온도를 충분히 감소시키고 열 저항체를 사용하여 정확한 수준까지 조절할 수 있다. 상기 구조에는 원추형 회전자(12)와 두 고정자(10,11)의 수를 증가시킬 수 있다. 또한, 고정자는 회전자의 내부 또는 외부나, 두 회전자 사이에 제공될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 제 3 구조의 세부 횡단면을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 3의 부호는 도 1 및 도 2의 부호와 상응한다. 압출기(1)의 내부에는 공기 통로이외에 냉각수 파이프(13)가 있다. 이 냉각수 파이프(13)는 파이프(2)의 내면을 냉각시키기 위해 냉각수를 안내하는 데 사용된다. 냉각수는 노즐(14)로써 파이프(2)의 내면에 스프레이된다. 노즐(14)은 파이프(2)를 매우 효과적으로 냉각시키는 안개(water fog)로 파이프(2)의 내면을 스프레이하도록 양호하게 구성된다. 이러한 경우, 사용되는 물의 양은 많지 않다. 공기는 파이프(2)를 통해서 흡입될 수 있고 압출기(1)는 개별적인 송풍기를 구비하여 스프레이가 공기 유동을 발생시키도록 압출기(1)를 향하여 스프레이를 비스듬하게 안내한다. 냉각수 파이프(13)는, 필요하다면, 공기 또는 가압된 공기를 노즐(14) 또는 다른 유사수단으로 안내하기 위해 관련 선택 수단을 구비할 수 있다. 냉각수 파이프(13)와 노즐(14)은 최적의 냉각 지점을 선택하기 위해 축방향으로 이동할 수 있다. 또한, 축방향으로 냉각수 파이프(13)의 여러 다른 지점에 노즐(14)이 있을 수 있다.

첨부된 도면 및 기술은 단지 본 발명의 사상을 이해시킬 목적으로 작성되었다. 청구범위의 범주 내에서 발명의 상세한 설명을 변화시킬 수 있으므로, 예를 들어, 가열 펌프에 의해서 냉각 공기로부터 공급 호퍼(8)로 열이 전도될 수 있다. 이러한 경우, 펌프 자체의 열에너지는 플라스틱 재료(4)에 전달되도록 공급 호퍼(8)로 전도될 수 있다. 또한, 많은 진동 에너지를 발생시키는 송풍기(6)를 공급 호퍼(8)에 기계적으로 고정하는 방식으로 간단하고 효과적인 방법으로 공급 호퍼(8)에 플라스틱이 매달리는 것을 방지할 수 있다.

Claims (16)

1. 제조품을 통하여 공기를 흡입함으로써, 제조품이 압출기(1) 뒤에서 제조품의 내부로부터 냉각되므로, 공기가 제조품의 내면과 접촉하여 냉각시키는 압출성형 중공 제조품을 냉각시키는 방법에 있어서,

   압출기(1)가 동시에 냉각되도록 제조품의 벽을 형성하는 재료를 통해서 공기를 안내하지 않고, 제조품을 통해서 흡입된 공기는 압출기(1)를 통해서 부가로 안내되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제조품을 통해서 흡입되어 가열된 공기의 열에너지는 재생되어 또다시 사용하기 위해 안내되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
3. 제 2 항에 있어서, 압출기(1)로 공급되는 재료(4)는 제조품을 통해서 흡입된 공기의 열에너지에 의해서 가열되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
4. 제 3 항에 있어서, 제조품을 통해서 흡입되어 가열된 공기는 압출기(1)에 공급되도록 재료(4) 안으로 안내되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 제조품은 안개(water fog)를 제조품의 내면에 스프레이함으로써 내부로부터 더욱 냉각되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 압출기(1)는 하나 이상의 고정자(10,11)와 하나 이상의 회전가능한 원추형 회전자(12)를 포함하므로, 고정자(10,11)는 적어도 회전자(12)에서 원추형이고, 그에 의해서 고정자(10,11)와 회전자(12)는 압출기의 공급수단을 구성하고, 제조품 냉각용 공기는 실질적으로 상기 공급 수단의 중간부로부터 압출기(1)를 통해서 흡입되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서, 제조품은 내부 냉각작용 이외에 외부로부터도 냉각되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 제조품의 내부에는 냉각 수단을 구비한 맨드릴(9)이 있으므로, 제조품의 내면은 맨드릴(9)에 의해 약하게 냉각되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각방법.
9. 압출기(1)와, 공기가 내부로부터 제조품을 냉각시키는 방식으로 제조품을 통해서 공기를 흡입하도록 배열된 수단을 포함하는 압출성형 중공 제조품을 냉각시키기 위한 장치에 있어서,

   제조품을 통해서 흡입된 공기는 제조품의 벽을 형성하는 재료를 통해서 공기를 안내하지 않고 압출기(1)를 통해서 유동하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 압출기(1)는 하나 이상의 고정자(10,11)와 하나 이상의 회전가능한 원추형 회전자(12)를 포함하므로, 고정자(10,11)는 적어도 회전자(12)에서 원추형이고, 그에 의해서 고정자(10,11)와 회전자(12)는 압출기의 공급수단을 구성하고, 상기 장치는 상기 공급 수단의 중간부로부터 압출기(1)를 통해서 실질적으로 공기를 흡입하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 장치는 제조품을 통해서 흡입된 공기의 열에너지를 재생하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 장치는 제조품을 통해서 흡입된 공기의 열에너지를 압출기(1)로 공급되는 재료(4) 안으로 안내하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 장치는 제조품을 통해서 흡입된 공기를 압출기(1)로 공급되는 재료(4) 안으로 안내하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
14. 제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 제조품을 냉각시키기 위해 제조품 내부에 안개를 스프레이하기 위해 내부에 배치된 냉각수 파이프(13)와 노즐(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
15. 제 9 항 내지 제 14 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 외부로부터 파이프를 냉각시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.
16. 제 9 항 내지 제 15 항중 어느 한 항에 있어서, 압출기(1)는 내부로부터 제조품을 냉각시키기 위한 수단을 포함하는 중공 맨드릴(9)을 구비하는 것을 특징으로 하는 압출성형 중공 제조품의 냉각 장치.