KR200324279Y1 - 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 컨베이어(10) 상으로 세라믹 소지(P)를 이송하며 건조하는 장치에 관련된다. 구성에 있어서, 열풍이 순환되는 흡기덕트(12)와 배기덕트(14)를 구비하는 프레임(20)이 사용되고, 이러한 프레임(20)을 이용하여 건조통(30), 다공통(60), 필터통(40)이 일체로 조립 구성된다. 마이크로웨이브를 방출하는 복수의 마그네트론(35)을 구비하는 건조통(30)은 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 프레임(20) 상에 복수로 설치되고, 각각 상기 덕트(12)(14)와 연통된 공기순환 경로를 구성한다. 다공통(60)은 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 건조통(30)의 내부에 동심상으로 설치된다. 필터통(40)은 상기 건조통(30)의 선단과 후단에 각각 설치되고, 마이크로웨이브를 차단하는 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)를 구비한다.

따라서, 세라믹 소재를 연속적인 공정으로 이송하는 상태에서 수분함량을 정확하게 조절하면서도 급속한 건조에 따른 결함이 방지되도록 하여 생산성과 품질을 향상하는 효과가 있다.

Description

세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치 {Microwave drying apparatus for ceramic industries}

본 고안은 세라믹 산업용 건조장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 세라믹 소재를 연속적인 공정으로 이송하는 상태에서 수분함유량을 정확하게 조절하면서도 급속한 건조에 따른 결함이 미연에 방지되도록 하는 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치에 관한 것이다.

잘 알려져 있다시피 세라믹 제품을 대량생산함에 있어서는 점토나 규석, 장석 등의 비금속광물을 주성분으로 하는 도자기 원료를 혼합 · 분쇄한 후 토련기를 통해 토련하여 원통형이나 사각형의 세라믹덩이인 소지(도토)를 형성한 다음, 비닐이나 종이팩 등지에 포장하여 도자기 제조메이커(한국도자기나 행랑자기 등과 같은 일반 도와업체)에 공급한다.

이때, 토련기에서 배출되는 소지의 통상적인 수분함유량은 약 25% ±2% 내외이므로 제조메이커에 의해 요구되는 약 22% ±1% 내외의 수분함유량으로 맞추려면 소지의 포장에 앞서 수분함유량을 약 3% 내외로 줄이기 위한 건조과정을 반드시 거쳐야 한다. 즉, 도자기의 원활한 제품성형을 위해서는 소지의 수분함유량이 약 22% ±1% 정도가 되어야만 하므로 도자기 제조메이커에서는 소지의 수분함유량을 이러한 범주에 맞추어 공급해 주도록 소지공급업자에게 요구하고 있는 반면, 토련기에서 배출되는 소지의 수분함유량은 통상 25% ±2% 내외이므로 자연건조든 인공건조든 소지의 수분함유량을 낮추기 위한 건조공정을 반드시 거친 다음, 수분함유량을 낮춘 소지를 도자기 제조메이커에 공급한다.

그런데 종래부터 행해져 오던 소지의 건조공법을 보면, 다수의 소지가 적층된 팔레트를 대형건물 속에 차곡차곡 쌓은 후 문을 닫고 열풍건조를 수행하는데,이때 석유난로를 열원으로 하고 대형선풍기를 건물의 곳곳에 놓아둔 상태에서 열풍바람이 건물의 구석 구석 전달되도록 함으로써 소지의 수분이 강제로 건조되게 하는 것이 보편화된 방식이였다. 그러나 이러한 강제 건조방식은 약 48 ~ 72시간이라는 비교적 장시간의 건조시간이 소요될 뿐 아니라 소지 내부의 수분이 불균일하게 건조되어 제품성형시 크랙이 발생되는 원인이 되는 등 여러 가지의 문제점을 초래하고 있는 실정이다.

이에 따라 본 고안은 상기한 문제점을 충분히 감안하여 안출한 것으로서, 세라믹 소재를 연속적인 공정으로 이송하는 상태에서 수분함유량을 정확하게 조절하면서도 급속한 건조에 따른 결함이 미연에 방지되도록 하는 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 고안에 다른 장치의 정면도,

도 2는 본 고안에 따른 장치의 요부에 대한 분해 사시도,

도 3은 도 2의 A-A＇를 절개하여 나타내는 단면도,

도 4는 도 2의 B-B＇를 절개하여 나타내는 단면도,

도 5는 본 고안에 따른 장치의 작동을 나타내는 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10: 컨베이어 12, 14: 덕트

20: 프레임 30: 건조통

32, 34: 도기관 33: 차폐판

35: 마그네트론 36: 도파관

40: 필터통 42: 블레이드

45: 감쇄볼트

상기의 목적을 달성하기 위해 본 고안은 컨베이어(10) 상으로 세라믹 소지(P)를 이송하며 건조하는 장치에 있어서: 열풍이 순환되는 흡기덕트(12)와 배기덕트(14)를 구비하는 프레임(20); 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 프레임(20) 상에 복수로 설치되고, 각각 상기 덕트(12)(14)와 연통된 공기순환 경로를 구성하며, 마이크로웨이브를 방출하는 복수의 마그네트론(35)을 구비하는 건조통(30); 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 건조통(30)의 내부에 동심상으로 설치되는 다공통(60); 및 상기 건조통(30)의 선단과 후단에 각각 설치되고, 마이크로웨이브를 차단하는 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)를 구비하는 필터통(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 각각의 건조통(30)은 원주상 등각격으로 배치되는 적어도 2개의 도파관(36)의 외단에 각각의 마그네트론(35)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 필터통(40)의 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)는 전후방향의 복열로 배치된 것을 하나의 단위체로 하고, 상기 단위체는 원주상에서 상호 교번하여 배치된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 고안에 다른 장치의 정면도로서 컨베이어(10) 상으로 세라믹 소지(P)를 이송하며 건조하는 장치에 관하여 도시된다. 컨베이어(10)는 후방의 구동롤러(10a)와 전방의 피동롤러(10b)에 걸친 상태로 회전되고, 상면에 안착된 세라믹 소지(P)를 연속적으로 이송한다. 컨베이어(10)의 전방에는 소지(P)를 로딩하는 로더(15)가 설치되고, 후방에는 소지(P)를 후속공정으로 유도하는 슈트(16)가 설치된다. 이와 같은 컨베이어(10), 로더(15), 슈트(16)는 연속공정의 일반적인 구성을 적용하는 것이 가능하다.

우선, 본 고안에 따르면 열풍이 순환되는 흡기덕트(12)와 배기덕트(14)를 구비하는 프레임(20)이 사용된다. 프레임(20)은 시중품의 형강을 용접하여 구성하며 상기 컨베이어(10)를 수용하는 길이로 형성된다. 덕트(12)(14)는 열풍을 순환시키기 위한 것으로서 외부의 보다 큰 열풍장치(도시 생략)와 연결된다. 흡기덕트(12)는 흡기용 도기관(32)의 일측편에, 배기덕트(14)는 배기용 도기관(34)의 일측편에각각 구비된다. 덕트(12)(14)의 배치상태는 후술하는 도 3과 도 4를 참조한다.

또, 본 고안에 따르면 마이크로웨이브를 방출하는 복수의 마그네트론(35)을 구비하는 건조통(30)이 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 프레임(20) 상에 복수로 설치된다. 마그네트론(35)에 의한 마이크로파는 2.45㎓의 파장으로 소지(P)의 내외부를 동시에 가열하기 때문에 건조에 따른 시간과 비용이 절감되어 식품의 살균, 건조, 의약품, 산림목재 건조 등에 널리 이용된다. 건조통(30)은 공진기(Resonator)라고도 하며, 제작의 편의성을 고려하여 동일한 형태로 분할된 다수를(예컨대 20개 또는 30개 등) 조립하는 구성을 택한다.

본 고안의 건조통(30)은 강판제를 사용하는데, 외주면은 원통형보다는 다면체형이 좋다. 건조통(30)의 선단과 후단은 플랜지를 형성하여 상호 볼트에 의한 결합이 가능하도록 한다. 이러한 건조통(30)은 각각 상기 덕트(12)(14)와 연통된 공기순환 경로를 구성한다. 컨베이어(10)의 설치상태 및 덕트(12)(14)의 연결상태는 후술하는 도 3 내지 도 5를 참조한다.

또, 본 고안에 따르면 상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 건조통(30)의 내부에 동심상으로 다공통(60)이 설치된다. 건조통(30)은 다수를 일렬로 조립하여 형성하는 반면, 다공통(60)은 일체로 성형하여 조립된 건조통(30) 내부에 동심으로 설치한다. 다공통(60)은 표면에 무수히 많은 통공을 지니고 있는 형태로서 후술하는 도 4 및 도 5를 통하여 명확하게 드러난다.

또, 본 고안에 따르면 마이크로웨이브를 차단하는 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)를 구비하는 필터통(40)이 상기 건조통(30)의 선단과 후단에 각각 설치된다. 필터통(40)은 인체에 유해한 마이크로웨이브(micro wave)가 외부로 나오지 않도록 하는 일종의 에어커튼(air curtain) 역할을 수행한다. 필터통(40)은 하나의 건조통(30)과 외경이 비슷한 크기로 건조통(30)의 플랜지와 결합된다. 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)의 구성은 후술하는 도 2를 참조한다.

도 2는 본 고안에 따른 장치의 요부에 대한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A＇를 절개하여 나타내는 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B＇를 절개하여 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 각각의 건조통(30)은 복수의 마그네트론(35), 하나의 배기용 도기관(34), 하나의 흡기용 도기관(32)(도 3참조)을 구비한다. 전방의 건조통(30)은 마그네트론(35)과 도기관(34)이 분리된 상태로 도시된다. 건조통(30) 내부에 수분이 상당하므로 이러한 수분이 마그네트론(35)에 닿지 않도록 하기 위해 테프론천(테프론막) 소재의 차폐판(33)이 설치된다. 차폐판(33)은 마이크로웨이브를 통과시키되, 수분은 통과하지 못하는 규격의 메쉬(mesh)를 선택한다.

한편, 건조통(30)의 사이 및 건조통(30)과 필터통(40)의 사이에는 중간통(50)이 개재될 수도 있다. 중간통(50)은 길이가 짧고 양단에 플랜지를 지닌 형태이며, 건조통(30)보다 열팽창계수가 높은 소재를 사용하는 것이 좋다. 중간통(50)은 건조통(30)의 조립시 볼팅 등의 작업을 양호하게 하는 역할도 있다.

또, 본 고안에 따르면 상기 필터통(40)의 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)는 전후방향의 복열로 배치된 것을 하나의 단위체로 하고, 상기 단위체는 원주상에서 상호 교번하여 배치된다. 마이크로웨이브의 여러 파형을 효과적으로 잡기 위해 블레이드(42)를 사선 방향으로 틀어서 설치한다. 감쇄볼트(45)는 +, -로 교번하는 전원이 인가되어 건조통(30) 내부에서 마이크로웨이브의 과충전을 방지한다. 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)는 하나의 단위체에서 대략 9열의 배치를 지닌다. 마이크로웨이브는 단위체의 1열을 지날 때마다 약 15%씩 감소하여 제7열을 지날 때면 거의 100% 차단된다. 후단의 나머지 2열은 설계 여유를 고려하여 설치된다.

도 3에서, 본 고안에 따른 각각의 건조통(30)은 원주상 등각격으로 배치되는 적어도 2개의 도파관(36)의 외단에 각각의 마그네트론(35)을 구비한다. 일예에 따르면 4개의 도파관(36)과 2개의 도기관(32)(34)이 건조통(30)의 원주상을 60°등간격으로 배치된다. 하단의 흡기덕트(12)에서 도기관(32)을 통해 유입된 열풍은 시계방향과 반시계방향의 유로로 분기된 후 측면의 도기관(34)을 통해 배기덕트(14)로 빠져나간다. 열풍이 어느 유로로 유동하거나 60°지나면서 마그네트론(35)을 거치므로 전체적으로 고른 가열상태가 유지된다. 배기덕트(14)의 위치를 상단으로 변경하는 경우 2개 또는 4개의 마그네트론(35)을 등간격으로 배치할 수 있다.

이때, 마그네트론(35)을 지지하는 도파관(36)은 건조통(30)의 내부에서 다공통(60)에 인접한 위치까지 연장되는 동시에 다공통(60)에 인접할수록 나팔모양으로 단면적이 증가된다.

도 4에서, 컨베이어(10)는 다공통(60)의 내부 저면에서 롤러(65)에 지지된 상태로 이송된다. 롤러(65)는 다공통(60)에 형성된 무수한 통공 중 적절한 위치를 이용하여 회전가능하게 장착한다. 건조통(30)은 기계적 지지기능 및 전자기적 차폐기능을 위해 금속소재를 사용하지만 다공통(60)은 마이크로웨이브 흡수성 재료(예를 들어 에폭시 수지)를 사용하는 것이 좋다.

한편, 도시에는 없으나 마그네트론(35)은 D/A 컨버터, A/D 컨버터, PID콘트롤러를 포함한 마이콤회로와 연결할 수 있다. PID는 자동온도 조절을 위한 공지의 장치를 사용한다.

도 5는 본 고안에 따른 장치의 작동을 나타내는 사시도가 도시된다.

컨베이어(10)가 건조통(30) 및 다공통(60)의 내부에서 10sec당 42m/m의 속도로 소지(P)를 이송하는 동안 마그네트론(35)에 의한 마이크로웨이브는 소지(P)의 수분과 서로 마찰하면서 마찰열을 발생하고 건조가 진행된다. 동시에 흡기덕트(12)를 통해 열풍이 들어오면 입자화된 수분이 건조통(30) 내부로 가득하게 빠져나오고 배기덕트(14)를 통해 외부로 배출된다. 마그네트론(35)에서 발생하는 열을 회수해서 흡기덕트(12)로 투입하면 열효율을 더욱 높일 수 있다.

이에 따라 소지(P)가 후단의 건조통(30)을 빠져나오는 순간, 수분함유량이 약 1%내외로 줄어듬과 동시에 소지 내부에까지 깊숙이 침투해 들어간 마이크로웨이브의 후작용으로 약 3시간 가량의 자연 건조시간 동안 다시 2%내외가 감소되어 도합 3%의 감소율(건조감소율)을 나타낸다. 따라서 열풍건조에만 의존하는 종래의 방법과 비교할 때 건조시간이 최소 20배에서 최대 30배가량 단축됨과 아울러 소요되는 에너지비용의 절감효과도 약 800~1,000% 이상 되는, 유용한 작용 · 효과가 있다.

이와 같이 상술한 구성 및 작용에 따르면, 본 고안은 세라믹 소재를 연속적인 공정으로 이송하는 상태에서 수분함유량을 정확하게 조절하면서도 급속한 건조에 따른 결함이 방지되도록 하여 생산성과 품질을 향상하는, 탁월한 효과가 있다.

본 고안은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 고안의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하며, 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 고안의 실용신안등록청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (3)

1. 컨베이어(10) 상으로 세라믹 소지(P)를 이송하며 건조하는 장치에 있어서,

   열풍이 순환되는 흡기덕트(12)와 배기덕트(14)를 구비하는 프레임(20);

   상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 프레임(20) 상에 복수로 설치되고, 각각 상기 덕트(12)(14)와 연통된 공기순환 경로를 구성하며, 마이크로웨이브를 방출하는 복수의 마그네트론(35)을 구비하는 건조통(30);

   상기 컨베이어(10)를 수용한 상태로 건조통(30)의 내부에 동심상으로 설치되는 다공통(60); 및

   상기 건조통(30)의 선단과 후단에 각각 설치되고, 마이크로웨이브를 차단하는 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)를 구비하는 필터통(40)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 건조통(30)은 원주상 등각격으로 배치되는 적어도 2개의 도파관(36)의 외단에 각각의 마그네트론(35)을 구비하는 것을 특징으로 하는 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 필터통(40)의 블레이드(42)와 감쇄볼트(45)는 전후방향의 복열로 배치된 것을 하나의 단위체로 하고, 상기 단위체는 원주상에서 상호 교번하여 배치되는 것을 특징으로 하는 세라믹 산업용 마이크로웨이브 건조장치.