KR200265749Y1 - 발포 압출기용 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 압출원료를 가열 공급하도록 실린더(8) 외주연에는 히터(7)를 실린더(8) 중앙에는 이송용 스크류를 가지는 가열부와, 가열부와 동일 스크류로 이루어지고 외주연에 냉각용 냉각수 공급관이 추가된 냉각부와, 냉각 발포된 원료가 압출되는 출력다이(9)로 이루어지는 발포용 압출기에 있어서, 스크류가 가열부 길이 만으로 이루어지고, 냉각부는 무동력 쿨믹서(100)로 대체하며; 쿨믹서(100)는 가열부 실린더와 결합하여 각 이송구로 분산 발산하는 분산공(111)을 가지는 제 1 커플링(110)과, 제 1 커플링(110)에서 분산된 분산공(111)과 직결된 이송관(121)이 압출기 스크류의 이송력만으로 혼합 및 냉각 이송하는 믹서본체(120)와, 및 믹서본체(120)의 출구에 상기 각 이송관(121)을 집산공(131)을 통하여 하나로 모아 다이(9)로 공급하는 제 2 커플링(130)으로 이루어지며; 믹서본체(120)에는 각 이송관(121)을 모두 일정 간격을 두고 내부에 수용하는 외부관(122)과, 외부관(122) 내부로 가열 및 냉각유를 공급 및 배출하도록 설치된 공급유 연결관(123) 및 배출유 연결관(124)과, 각 이송관(121)의 외주연을 끼움 결합하는 수용홈(125)을 가지며 외주연 일 개소에 이송홈(126)을 가지며 외부관(121) 내의 수 개소에서 지지하도록 배치된 지지판(127)으로 이루어지고, 상기 지지판(127)의 이송홈(126)은 공급유의 이송을 상하로 이동시키도록 상하 교대로 형성된 발포 압출기용 냉각 믹싱장치 이다.

Description

발포 압출기용 냉각장치{Cooler for extruder}

본 고안은 발포 압출기에 관한 것으로, 상세히는 압출기의 가열부와 출력다이 사이에 쿨믹서를 설치하여 별도의 외부 동력 없이 냉각 가능하고 압출 속도이 감속 없이 냉각을 가능토록 하는 발포 압출기용 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 압출기는 플라스틱 재료를 가열시켜 원하는 형태의 다이를 통하여 일정 형태를 성형토록 한다. 이를 위하여 원료를 공급하는 호퍼, 원료를 이송하는 스크류를 내장하는 실린더, 실린더 외주연을 감싸며 가열하는 히터, 실린더 끝 단에 결합 설치되는 다이로 이루어진다. 이러한 압출기는 통상 스크류의 길이 대 직경의 비가 28-32 대 1 의 비를 이룬다. 그리고 스크류의 회전속도(rpm)는 70 이상의 속도를 가진다. 그런데 발포를 요하는 제품을 압출 성형하는 경우 수지 온도가 120내지 150도 이상으로 발열되면 실린더 내에서 발포가 되기 때문에 원하는 품질의 발포제품 형성이 되지 않는다. 그래서 스크류의 회전 속도(rpm)를 20회전 이하로 회전되도록 하여 발열이 되지 않도록 한다. 따라서 실제로는 회전수가 70 이상의 기능을 가지는데 저온 유지를 위하여 20회전 이하로 사용하므로 생산성이 저하되는 요인이 된다. 구체적으로 단일 스크류를 사용하는 구조의 경우 원료의 공급에서, 압축부, 계량부 까지는 원료를 압출하기 위한 정상적인 온도 조건을 이루고, 이후 가스 투입 지점에서부터 다이스 지점까지는 냉각 및 혼합, 그리고 제품 형성을 위한 필요 안정 부분으로, 이 부분의 발열 때문에 70회전이 아니라 20회전을 요하는 것이다. 즉, 일반 압출기(예를 들어 PE 압출기)에서는 스크류의 속도를 70회전 이상으로 사용하고 있는 점과 비교할 때 냉각 문제로 인해 제대로의 성능을 발휘할 수 없는 부분이, 압출기에 투입되고 있는 에너지와 비교하여 생상성이 현저히낮으며 제품의 원가 자체도 높고, 기본적으로 압출량이 많아 필요한 폴리에틸렌(PE) 블록이나 폴리스틸렌 단열보드 같은 경우는 압출기의 용량이 압출 량에 비하여 너무 커지므로 설비의 가격은 물론 에너지의 손실이 너무 큰 문제점이 있다.

이를 위하여 압출기를 2대로 분리하여 한 대는 압출기의 고유 기능을 , 다른 한 대는 냉각, 혼련 효과를 내도록 하는 경우가 있으나, 설비 비용은 물론 생산 원가가 높아질 수 밖에 없다. 이는 도 1 과 같이 평면도로 예시할 수 있는바,

호퍼(1)를 통하여 원료를 공급받으며 제 1 모터(2)를 통하여 동력을 전달받는 제 1 압출기(3)와, 제 1 압출기(3)를 통한 용융 합성수지를 제 2 압출기(4)의 실린더로 이송하는 연결관(5)과, 연결관(5)을 통한 용융합성수지를 발포 가능토록 압출시키며 제 1 압출기(3)의 이송 용량을 소화 가능하게 저속으로 발포 가능토록 하는 대용량 크기의 실린더 및 스크류를 가지고 제 2 모터(6)를 통하여 동력을 제공받는 제 2 압출기(4)를 가지는 구성을 예시할 수 있다. (7)은 실린더(8)를 가열시키는 히터, (9)는 출력다이, (10)은 압출기의 가열부이다. 그러나 이러한 구성은 2개의 개별 압출기를 사용하므로 비용이 고가이고, 동력 제공용 모터를 각각 사용하므로 유지비용이 많이 드는 문제점이 있다. 아울러 2개의 실린더를 설치하는 방식이므로 설치 공간을 많이 차지하는 문제점이 있다.

본 고안은 이를 해결코자 하는 것으로, 본 고안의 목적은 압출기의 스크류와 출력 다이 사이에 무동력 냉각 수단을 부가하여 하나의 스크류를 사용하여 일반압출 속도와 동일하게 압출 및 냉각을 가능토록 하는 발포용 압출기를 제공하려는 것이다.

이를 위하여 본 고안은 압출기의 스크류와 출력 다이 사이에 무동력 냉각 수단인 쿨믹서를 설치하고, 쿨믹서는 냉각용 수개의 이송관으로 분산 이송되면서 냉각되도록 하여 짧은 길이를 이송하여도 냉각 효과가 높도록 한 발포 압출기용 냉각장치를 구비한다.

도 1 은 일반적인 압출기의 평면도,

도 2 는 본 고안의 단면도,

도 3a 는 본 고안의 요부를 이루는 믹서본체의 단면도,

도 3b 는 도 3a 의 A-A 선 일부 절결 단면도,

도 4 는 본 고안의 가열 및 냉각 장치를 보인 구성도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1;호퍼 2;제 1 모터 3;제 1 압출기 4;제 2 압출기 5;연결관 6;제 2 모터 7;히터 8;실린더 9;출력 다이 10;가열부 100;쿨믹서 101;프랜지 102;나사공 103;단열재 104;나사 110;제 1 커플링 111;분산공 120;믹서본체 121;이송관 122;외부관 123;공급유 연결관 124;배출유 연결관 125;수용홈 126;이송홈 127;지지판 128;단위 스크류 129;스크류체 130;제 1 커플링 131;집산공 140;기름탱크 141;공급관 142;히터 143;배출관 144;냉각장치 145;물탱크

즉, 본 고안은 압출원료를 가열 공급하도록 실린더 외주연에는 히터를 실린더 중앙에는 이송용 스크류를 가지는 가열부와, 가열부와 동일 스크류로 이루어지고 외주연에 냉각용 냉각수 공급관이 추가된 냉각부와, 냉각 발포된 원료가 압출되는 출력다이로 이루어지는 발포용 압출기에 있어서,

스크류가 가열부 길이 만으로 이루어지고, 냉각부는 무동력 쿨믹서로 대체하며;

쿨믹서는 가열부 실린더와 결합하여 수 개의 이송구로 분산 발산하는 분산공을 가지는 제 1 커플링과, 제 1 커플링에서 분산된 분산공과 직결된 이송관을 가지는 믹서본체와, 및 믹서본체의 출구에 상기 각 이송관을 집산공을 통하여 하나로 모아 다이로 공급하는 제 2 커플링으로 이루어지며;

믹서본체에는 각 이송관을 모두 일정 간격을 두고 내부에 수용하는 외부관과, 외부관 내부로 가열 및 냉각유를 공급 및 배출하도록 설치된 공급유 연결관 및 배출유 연결관과, 각 이송관의 외주연을 끼움 결합하는 수용홈을 가지며 외주연 일개소에 이송홈을 가지며 외부관 내의 수 개소에서 지지하도록 배치된 지지판으로 이루어지고, 상기 지지판의 이송홈은 공급유의 이송을 상하로 이동시키도록 상하 교대로 형성된 발포 압출기용 냉각 믹싱장치를 제공하려는 것이다.

상기 믹서본체에 수용되는 이송관에는 판상의 단위 스크류가 직결된 스크류체가 삽입되며, 스크류체는 믹싱용 판상의 단위 스크류가 각각 90도의 위상차를 가지도록 직결된 구성을 이룬 것이 좋다.

상기 공급유 연결관과 배출유 연결관은 기름탱크와 순환 되도록 연결되며, 공급유 연결관을 통하여 공급되는 공급관 외주연에는 초기 가열용 히터가 설치되며, 배출유 연결관 외주연에는 발포에 적정한 온도를 유지토록 하는 공급유 냉각용 냉각장치를 설치한다.

이하 본 고안의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2 는 본 고안의 단면도이고, 도 3a 는 스크류체(129)가 없는 이송관(121) 구조만을 가진 믹서본체를 나타낸 단면도이고, 도 3b 는 도 3a 의 A-A 선 일부 절결 단면도로, 압출원료를 가열 공급하도록 실린더(8) 외주연에는 히터(7)를 가지는 가열부(10)와, 가열부(10)와 동일 스크류로 이루어지고 외주연에 냉각용 냉각수 공급관이 추가된 냉각부와, 냉각 발포된 원료가 압출되는 출력다이(9)로 이루어지는 발포용 압출기에 있어서,

스크류가 가열부(10) 길이 만으로 이루어지고, 냉각부는 무동력 쿨믹서(100)로 대체하며;

쿨믹서(100)는 가열부 실린더와 결합하여 각 이송관(121)으로 분산 발산하는분산공(111)을 가지는 제 1 커플링(110)과, 제 1 커플링(110)에서 분산된 분산공(111)과 직결된 이송관(121)이 압출기 스크류의 이송력만으로 혼합 및 냉각 이송하는 믹서본체(120)와, 및 믹서본체(120)의 출구에 상기 각 이송관(121)을 집산공(131)을 통하여 하나로 모아 다이(9)로 공급하는 제 2 커플링(130)으로 이루어지며;

믹서본체(120)에는 각 이송관(121)을 모두 일정 간격을 두고 내부에 수용하는 외부관(122)과, 외부관(122) 내부로 가열 및 냉각유를 공급 및 배출하도록 설치된 공급유 연결관(123) 및 배출유 연결관(124)과, 각 이송관(121)의 외주연을 끼움 결합하는 수용홈(125)을 가지며 외주연 일 개소에 이송홈(126)을 가지며 외부관(121) 내의 수 개소에서 지지하도록 배치된 지지판(127)으로 이루어지고, 상기 지지판(127)의 이송홈(126)은 공급유의 이송을 상하로 이동시키도록 상하 교대로 형성된다.

상기 믹서본체(120)에 수용되는 이송관(121)에는 판상의 단위 스크류(128)가 직결된 스크류체(129)가 삽입되며, 스크류체(129)는 믹싱용 판상의 단위 스크류(128)가 각각 90도의 위상차를 가지도록 직결된 구성을 이룬다. (102)는 나사(104)로 제 1 커플링(110)과 결합하는 나사공, (101)은 나사공(102)을 방사상으로 형성하며 외부관(122)양단에 돌출한 프랜지, (103)은 외부관(122)을 단열시키는 단열재이다.

도 4 는 본 고안을 이루는 쿨믹서의 기능을 가능토록 작용하는 냉각 및 가열장치의 구성도로, 공급유 연결관(123)과 배출유 연결관(124)은 기름탱크(140)와 순환 되도록 연결되며, 공급유 연결관(123)을 통하여 공급되는 공급관(141) 외주연에는 초기 가열용 히터(142)가 설치되며, 배출유 연결관(124)과 연결되는 배출관(143) 외주연에는 발포에 적정한 온도를 유지토록 하는 공급유 냉각용 냉각장치(144)가 설치된다. (145)는 냉각용 물탱크이다.

이와 같이 구성한 본 고안은 일반적인 압출기의 가열부(10)와 출력다이(9) 사이에 쿨믹서(100)가 위치하도록 결합한다. 이를 위하여 도 2 에 보인 제 1 및 제 2 커플링(110, 130)과 쿨믹서(100)를 구비한다. 그리고 쿨믹서(100)의 믹서본체(120)는 도 3a 및 도 3b 와 같이, 외부관(122)의 양단은 프랜지(101)를 이루고 각 프랜지(101)에는 나사공(102)을 두어 나사(104)로 도 2 에 보인 제 1 및 제 2 커플링(110, 130)과 결합되도록 한다. 물론 가열부(10)과 믹서본체(120)는 제 1 커플링(110)을 통하여 나사(104)로 결합하고, 믹서본체(120)와 제 2 커플링(130)은 역시 나사(104)로 나사결합 한다. 이 경우 믹서본체(120)에는 수개의 이송관(121)이 수용홈(125)을 가진 지지판(127)에 지지되고, 지지판(127)은 외부관(122)의 일정 길이마다 외부관(122) 내경에 삽입 설치된다.

본 고안은 도 3 과 같이 단순한 이송관(121)의 구조로 사용할 수도 있고, 도 2 와 같이 이송관(121) 내에 이송관(121)의 길이와 같은 스크류체(129)를 설치한 것을 사용할 수도 있다. 이상태에서 압출기의 가열부(10)가 작동되면 도 4 와 같이 히터(142)를 통하여 기름탱크(140)의 기름을 모터(M1)로 공급하여 가열시키고, 히터(142)의 작용으로 가열(플라스틱이 용용 가능한 약 200도로 상승시키도록 가열)시키고, 가열에 의하여 초기 잔재한 플라스틱 재료의 배출이 끝나면 히터발포용 냉각 온도(120도 정도)를 유지하기 위하여 냉각장치(144)를 가동시킴과 동시에 물탱크(145)의 물을 모터(M2)로 냉각장치(144)에 공급하여 배출관(143)을 통하여 배출되는 기름을 냉각시켜 공급관(141)으로 공급되는 기름을 발포에 적합한 냉각온도로 유지할 수 있게 된다. 물론 필요에 따라 냉각장치를 히터(142) 주변의 공급관(141)에 설치할 수도 있다.

아울러 본 고안은 도 2 와 같이 가열부(10)에서 가열된 용융 플라스틱은 제 1 커플링(110)에서 분산공(111)을 통하여 분산되어 이송관(121)으로 이송된다. 이송관(121)은 상대적으로 직경이 작아지고, 공급유 연결관(123)을 통해 공급되는 냉각유가 격벽을 이루는 지지판(127)의 이송홈(126)을 통하여 이동함과 동시에 순환되어 배출유 연결관(124)에서 배출되는 순환로를 이룬다. 즉, 본 고안의 원리는 가열부(10)에서는 스크류의 이송력을 받아 용융 플라스틱이 이송하지만, 믹서본체(120)에서는 가열부(10)의 내장 스크류의 압출력으로 이송되어 별도의 이송에 따른 동력 수단을 필요로 하지 않는다. 그럼에도 불구하고 냉각 기능을 수행하는 것은 용융 플라스틱의 직경을 작도록 분산공(111)에서 분산시키고, 분산공(111)과 직결된 이송관(121)의 직경이 작아 냉각 효율이 상대적으로 높아지고, 이는 냉각용 길이가 길지 않아도 냉각 효과를 얻을 수 있는 요인으로 작용한다. 본 고안은 필요시 도 2 와 같이 판상의 단위 스크류(128)가 90도의 위상각을 가지고 직결되는 스크류체를 통과하면 이송관(1210을 이송하는 작은 직격의 용융 플라스틱이 90도 간격으로 이송직겨이 분리되었다 다시 분리되는 것을 반복하는 기능을 수행하는 구조릴 이루기 때문에 냉각 효과는 도 3의 구조 보다는 높게 된다.즉, 이송관의 직경을 작게하고 이송관(121)의 개수를 많아 하는 방식도 가능하고, 이송관의 개수는 적정하게 하되 내부에 스크류체(129)를 설치하여 냉각 효과를 높도록 하는 방식도 가능하다. 아울러 발포에 알맞은 온도의 유지는 도 4 와 같은 기능을 수행토록 하면 적정한 발포 기능을 수행 가능케 된다. 도면에서 발포용 가스의 공급 수단의 도시는 생략하였다.

이상에서 설명한 본 고안은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

이상과 같이 본 고안은 가열부에서 가열된 용융 플라스틱을 직경이 작은 많은 이송관으로 분산 이송되도록 하고 이송관의 외주연을 순환 이송하면서 냉각시키므로 냉각효과가 높다. 이에 따라 쿨믹서의 길이가 짧아도 냉각 효과를 얻을 수 있어 쿨믹서의 길이가 짧아 발포용 압출기의 전체 길이를 줄일 수 있는 효과를 얻게 된다. 쿨믹서를 통과하는 용융 플라스틱의 이송에 별도의 동력이 필요치 않아 에너지 절감 효과를 제공한다. 냉각 및 가열을 위한 별도의 수단을 오일 공급관 외주연에 설치하여 냉각 및 가열토록 하는 방식을 사용토록 하여 동일 오일로 가열 및 냉각 기능을 수행토록 하여 오염을 예방한다. 쿨믹서를 통하여 압출기의 전체 길이가 짧아지므로 공장의 면적당 압출기의 설치 대수가 많아져 투자 비용을 줄일 수 있다. 또한 냉가 효율이 높아 일반 압출기의 회전 속도를 그대로 이용하면서 발포 압출기의 기능을 수행 가능하여 발포수지 생산성이 높아진다.

Claims (3)

1. 압출원료를 가열 공급하도록 실린더(8) 외주연에는 히터(7)를 실린더(8) 중앙에는 이송용 스크류를 가지는 가열부와, 가열부와 동일 스크류로 이루어지고 외주연에 냉각용 냉각수 공급관이 추가된 냉각부와, 냉각 발포된 원료가 압출되는 출력다이(9)로 이루어지는 발포용 압출기에 있어서,

   스크류가 가열부 길이 만으로 이루어지고, 냉각부는 무동력 쿨믹서(100)로 대체하며;

   쿨믹서(100)는 가열부 실린더와 결합하여 각 이송구로 분산 발산하는 분산공(111)을 가지는 제 1 커플링(110)과, 제 1 커플링(110)에서 분산된 분산공(111)과 직결된 이송관(121)을 가지며 이송관(121)이 압출기 스크류의 이송력만으로 혼합 및 냉각 이송하는 믹서본체(120)와, 및 믹서본체(120)의 출구에 상기 각 이송관(121)을 집산공(131)을 통하여 하나로 모아 다이(9)로 공급하는 제 2 커플링(130)으로 이루어지며;

   믹서본체(120)에는 각 이송관(121)을 모두 일정 간격을 두고 내부에 수용하는 외부관(122)과, 외부관(122) 내부로 가열 및 냉각유를 공급 및 배출하도록 설치된 공급유 연결관(123) 및 배출유 연결관(124)과, 각 이송관(121)의 외주연을 끼움 결합하는 수용홈(125)을 가지며 외주연 일 개소에 이송홈(126)을 가지며 외부관(121) 내의 수 개소에서 지지하도록 배치된 지지판(127)으로 이루어지고, 상기 지지판(127)의 이송홈(126)은 공급유의 이송을 상하로 이동시키도록 상하 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 발포 압출기용 냉각 믹싱장치.
2. 제 1 항에 있어서, 믹서본체(120)에 수용되는 이송관(121)에는 판상의 단위 스크류(128)가 직결된 스크류체(129)가 삽입되며, 스크류체(129)는 믹싱용 판상의 단위 스크류(128)가 각각 90도의 위상차를 가지도록 직결된 구성을 이룬 것을 특징으로 하는 발포 압출기용 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서, 공급유 연결관(123)과 배출유 연결관(124)은 기름탱크(140)와 순환 되도록 연결되며, 공급유 연결관(123)을 통하여 공급되는 공급관(141) 외주연에는 초기 가열용 히터(142)가 설치되며, 배출유 연결관(124)과 연결되는 배출관(143) 외주연에는 발포에 적정한 온도를 유지토록 하는 공급유 냉각용 냉각장치(144)가 설치된 것을 특징으로 하는 발포 압출기용 냉각장치.