KR20110060918A - 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어 - Google Patents

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KR20110060918A
KR20110060918A KR1020117007570A KR20117007570A KR20110060918A KR 20110060918 A KR20110060918 A KR 20110060918A KR 1020117007570 A KR1020117007570 A KR 1020117007570A KR 20117007570 A KR20117007570 A KR 20117007570A KR 20110060918 A KR20110060918 A KR 20110060918A
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KR1020117007570A
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프레스톤 휘트니
로버트 닉커슨
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써마-플라이트, 인크.
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Abstract

본 발명의 스크루 컨베이어는 증기 전달 챔버, 응축물 회수 챔버, 및 나선형 중공 플라이트를 포함한다. 예시적 실시예에서, 응축물 회수 챔버는 내부 파이프에 의해 형성되며, 증기 전달 챔버는 외부 파이프와 내부 파이프 사이에 형성되고, 나선형 플라이트는 외부 파이프로부터 반경방향으로 연장한다. 스크루 컨베이어는 일련의 가열 영역들을 포함하며, 각각의 가열 영역은 중공 플라이트에 의해 형성된 "폐쇄 루프" 나선형 통로, 및 대응하는 증기 입구, 응축물 출구, 및 배리어를 갖는다. 증기는 증기 입구를 통해 스크루 컨베이어 안으로, 그리고 스크루 컨베이어에 의해 운반되는 재료를 가열함에 따라 증기가 응축하는 나선형 통로 안으로 진행한다. 스크루 컨베이어가 회전함에 따라, 배리어는 응축물 출구를 통해 스크루 컨베이어로부터 제거되는 응축물이 응축물 회수 챔버로 배출될 때까지 응축물을 상방으로 상승시킨다.

Description

열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어{HEAT-TRANSFERRING, HOLLOW-FLIGHT SCREW CONVEYOR}
관련 출원에 관한 참조
본 출원은 모든 내용이 본 명세서에 참조로 통합되어 있는, 2008년 9월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/190,885호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 재료(material)를 운반하고 운반되는 재료에 열을 전달하는 스크루 컨베이어에 관한 것으로, 특히 증기 가열식 중공 플라이트 스크루 컨베이어에 관한 것이다.
증기 가열식 중공 플라이트 스크루 컨베이어는 재료를 운반하고 재료에 열을 전달하는데 일반적으로 사용된다. 이러한 스크루 컨베이어에 대한 일반적인 용례는 고상 및 반고상 재료의 조리, 가열, 및 건조를 포함한다. 일반적으로, 이러한 스크루 컨베이어는 스크루 컨베이어가 회전함에 따라 재료를 운반하는 나선형 플라이트를 갖는다. 플라이트는 가압 증기가 유동하는 나선형 통로를 형성하도록 중공형이어서 운반되는 재료에 열을 전달한다.
종래의 중공 플라이트 스크루 컨베이어 설계의 단점은 제한된 길이를 가지며 이 제한된 길이를 넘어서는 효율적으로 작동하지 않는다는 것이다. 증기가 나선형 통로를 통과함에 따라, 중공 플라이트의 벽의 내면에 응축물이 형성되고 회전하는 플라이트의 당시의 바닥 부분에 고이게 된다. 이러한 스크루 컨베이어의 설계 길이는 축적된 응축물이 증기 유동을 차단하기 전에 증기가 통과할 수 있는 플라이트 회전수에 의해 제한된다. 또한, 종래의 중공 플라이트 스크루 컨베이어는 일반적으로 효율이 낮은데, 이는 나선형 통로의 길이를 따라 축적되는 응축물의 상당량이 플라이트 벽을 통한 에너지 전달을 제한하기 때문이다.
따라서, 열효율이 개선되고/되거나 길이가 증가하도록 설계될 수 있는 개선된 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어가 필요하다는 것을 알 수 있다. 본 발명이 주로 지향하는 것은 이러한 문제점 및 다른 문제점에 대한 해결책을 제공하는 것이다.
일반적으로 설명하여, 본 발명은 재료를 운반하고 재료에 열을 전달하는 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어에 관한 것이다. 스크루 컨베이어는 증기 전달 챔버, 응축물 회수 챔버, 및 나선형 중공 플라이트를 포함한다. 예시적 실시예에서, 응축물 회수 챔버는 내부 파이프에 의해 형성되며, 증기 전달 챔버는 외부 파이프와 내부 파이프 사이에 형성되고, 나선형 플라이트는 외부 파이프로부터 반경방향으로 연장한다. 스크루 컨베이어는 일련의 가열 영역들을 포함하며, 각각의 가열 영역은 중공 플라이트에 의해 형성된 "폐쇄 루프" 나선형 통로, 및 대응하는 증기 입구, 응축물 출구, 및 배리어를 갖는다. 증기는 증기 입구를 통해 스크루 컨베이어 안으로, 그리고 나선형 통로 안으로 이동하며, 스크루 컨베이어에서 증기는 스크루 컨베이어에 의해 운반되는 재료를 가열함에 따라 응축된다. 스크루 컨베이어가 회전함에 따라, 배리어는 스크루 컨베이어로부터의 제거를 위해 응축물이 응축물 출구를 통해 응축물 회수 챔버로 배출될 때까지 응축물을 상방으로 안내한다.
종래 장치의 단점을 개선하고 본원에 설명된 장점을 달성하기 위해 본 발명에 의해 채용되는 구체적인 기술 및 구조는 후술하는 본 발명의 예시적 실시예의 상세한 설명 및 첨부 도면과 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 증기 입력/응축물 제거 장치와 함께 사용되는 모습이 도시된 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어의 측면도이다.
도 2는 도 1의 증기/응축물 장치의 종방향 단면도이다.
도 3은 유동하는 증기 및 응축물을 나타내는 도 1의 증기/응축물 장치 및 스크루 컨베이어의 좌측 단부의 종방향 단면도이다.
도 4는 스크루 컨베이어의 3개의 가열 영역을 통해 유동하는 증기 및 응축물을 나타내는 도 1의 증기/응축물 장치 및 스크루 컨베이어의 종방향 단면도이다.
도 5는 증기 및 응축물이 유동하는 상태의 도 3의 스크루 컨베이어의 제2 가열 영역을 나타낸다.
도 6은 도 3의 6-6 라인으로 취한 도 3의 스크루 컨베이어의 축선방향 단면도이다.
도 7은 중공 플라이트에 의해 형성된 나선형 통로에 형성되는 응축물을 퍼올리기 위해 회전한 상태의 도 6의 스크루 컨베이어를 나타낸다.
도 8은 퍼올려진 응축물을 나선형 통로 밖으로 배출하기 위해 더 회전된 상태의 도 6의 스크루 컨베이어를 나타낸다.
도 9는 사이펀 튜브를 구비한 응축물 제거 장치 및 증기 입력 장치와 함께 사용되는 모습이 도시된 본 발명의 제2 예시적 실시예에 따른 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어의 종방향 단면도이다.
도 10은 도 9의 사이펀 튜브 대신에 스크루 컨베이어로부터 응축물을 제거하기 위해 3개의 응축물 다이버터(diverter)를 나타내는 대안적인 스크루 컨베이어의 좌측 단부의 사시도이다.
일반적으로 설명하여, 본 발명은 재료를 운반하고 운반된 재료에 열을 전달하는 데 사용될 수 있는 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어에 관한 것이다. 이 스크루 컨베이어는 다양한 각종 재료의 운반 및 가열, 예컨대 감자나 생선 음식의 조리, 제과용 믹스의 가열, 또는 석탄의 건조에 사용될 수 있다. 전형적인 상업적 실시예에서, 증기는 스크루 컨베이어를 가열하는 데 사용되고, 이후 스크루 컨베이어는 운반되는 재료에 열을 전달한다. 다른 실시예에서, 증기 이외의 열전달 매체가 사용될 수 있으며, 편의상 본원에서 사용되는 "증기"는 이러한 다른 열전달 매체를 포함한다. 또한, 스크루 컨베이어는 운반되는 재료로부터 열을 제거하도록 선택된 열전달 매체와 함께 사용될 수 있지만, 운반되는 재료를 냉각할 때 본 발명의 특정한 장점이 실현되지 않을 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 제1 예시적 실시예에 따른 열전달 중공 플라이트 스크루 컨베이어(100)를 도시한다. 스크루 컨베이어(100)는 외부 파이프(102) 및 외부 파이프로부터 반경방향 외측으로 연장하는 나선형 플라이트(104)를 포함한다. 스크루 컨베이어(100)는 외부 파이프로부터 종방향으로 연장하는 원위 축(106)을 포함할 수도 있다. 원위 축(106)은 스크루 컨베이어(100)를 회전시키는 회전 구동 기구(미도시)에 의해 회전될 수 있다. 회전 구동 기구는 본 기술분야에서 알려진 종래 형태의 회전 구동 기구일 수 있으며, 스크루 컨베이어(100)는 원위 축, 근위 축, 원위 축과 근위 축 모두, 또는 컨베이어의 다른 부분에서 구동될 수 있다.
스크루 컨베이어(100)는 본 기술분야에서 알려진 종래 형태의 증기 입력/응축물 제거 장치와 함께 사용된다. 예를 들어, 도시된 증기/응축물 장치(10)는 스크루 컨베이어(100) 안으로 증기를 공급하고 스크루 컨베이어로부터 응축물을 제거하는 회전식 이음매 설계이다. 이러한 회전식 이음매는 카단트 인크.(Kadant Inc.)(미국 매사추세츠주 웨스트포드)와 같은 제조사로부터 구입할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 도시된 증기/응축물 장치(10)는 응축물 입구(12) 및 증기(90)가 스크루 컨베이어(100) 안으로 지나갈 수 있게 하는 고리형 챔버(14)를 갖는다. 증기/응축물 장치(10)는 스크루 컨베이어(100)로부터 응축수(92)를 제거하도록 응축물 출구(18) 및 사이펀 튜브(16)도 갖는다. 사이펀 튜브(16)는 스크루 컨베이어(100) 안에 삽입되고, 응축물(92)을 수용하도록 단부 개구(22)를 구비한 피벗 단부(20)를 갖는다. 피벗 단부(20)는 [스크루 컨베이어(100) 안에 삽입되었을 때] 중력에 의해 하방으로 피벗되고 30°또는 60°와 같은 미리설정된 각도로 [예컨대, 비회전식 하우징(26)에 의해] 적소에 고정되도록 피벗 커플링을 포함할 수 있다. 회전식 고리형 몸체(24)는 스크루 컨베이어(100)에 커플링되며, 사이펀 튜브(16) 및 상기 회전식 몸체는 협력하여 고리형 챔버(14)를 형성한다. 증기 입구(12) 및 응축물 출구(18)는 비회전식 하우징(26)에 형성되며, 사이펀 튜브(16)는 고여있는 응축물(92)을 제거하기 위해 단부 개구(22)가 항상 하방을 향하고 사이펀 튜브가 회전하지 않도록 비회전식 하우징에 커플링된다.
양호한 밀봉을 제공하기 위해, 증기/응축물 장치(10)는 압축 코일 스프링과 같은 스프링(30)에 의해 스크루 컨베이어(100)에 대해 편위되는 황동 부싱과 같은 고리형 시일(28)을 포함한다. 스프링(30)은 스냅 링과 같은 리테이너(32)에 대해 편위되며, 스프링이 시일(28)을 감쇠시키는 것을 방지하기 위해 스프링(30)의 단부에 와셔(34)가 제공될 수 있다. 시일(28)은 정지된(비회전식) 사이펀 튜브(16)와 회전식 스크루 컨베이어(100) 사이에 밀봉을 제공하는 기능을 한다. 종래의 시스템은 사이펀 튜브와 스크루 컨베이어 사이에 개구를 가지며, 이 개구로 인해 증기가 시스템의 응축물 측에 대해 직접적으로 "단락(short-circuit)"될 수 있으며, 본 발명은 이러한 문제를 방지한다. 또한, 시일(28)은 비회전식 사이펀 튜브(16)에 대한 베어링 표면을 제공하는 기능을 한다. 종래의 시스템은 사이펀 튜브가 회전 이음매로부터 캔틸레버와 유사하게 지지되도록 하였는데, 이러한 지지는 사이펀 튜브를 망가뜨릴 수 있는 사이펀 튜브와 스크루 컨베이어 사이의 상당한 마모를 유발할 수 있으며, 본 발명은 이러한 문제도 방지한다.
이제 도 4 및 도 5를 참조하면, 스크루 컨베이어(100)의 나선형 플라이트(104)는 중공형이며, 나선형 플라이트의 벽은 재료를 가열하기 위해 증기(90)가 유동하는 나선형 통로를 형성한다. 그러나 단일의 연속적인 나선형 통로 대신, 스크루 컨베이어(100)는 일련의 가열 영역으로 분할되며, 가열 영역 각각은 전용 "폐쇄 루프" 나선형 통로를 갖는다. 도시된 실시예의 경우, 대응하는 나선형 통로(110a, 110b, 및 110c)[총괄하여, "나선형 통로(110)"], 증기 입구(112a, 112b, 및 112c)[총괄하여, "증기 입구(110)"], 응축물 출구(114a, 114b, 및 114c)[총괄하여, "응축물 출구(114)"], 및 배리어(도 4 및 도 5에는 미도시)를 각각 갖는 3개의 연속 가열 영역(108a, 108b, 및 108c)[총괄하여, "가열 영역(108)"]이 존재한다. 증기 입구(112)는 개별적인 나선형 통로(110)의 초입(beginning)에 배치되고, 배리어는 단부에 배치되어 단부를 형성하며, 응축물 출구(114)는 배리어에 인접한 단부에 배치된다. 도시된 실시예에서, 가열 영역(108)은 플라이트(104)의 2.5회전에 의해 각각 형성된다. 다른 실시예에서, 스크루 컨베이어(100)는 2개 또는 3개를 초과하는 일련의 가열 영역을 가지며, 상응하는 개수의 나선형 통로, 증기 입구, 및 응축물 출구를 갖는다. 다른 실시예에서, 가열 영역(108)은 더 적거나 더 많은 회전수의 플라이트(104)에 의해 각각 형성된다.
스크루 컨베이어(100)는 내부 파이프(116)를 포함하는데, 내부 파이프는 응축물 회수 챔버(120)를 형성하는 내부를 가지며 외부 파이프(102) 내에 배치되어, 내부 파이프와 외부 파이프 사이의 공간이 증기 전달 챔버(118)를 형성한다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 내부 파이프(116)와 외부 파이프(102)는 응축물 회수 챔버(120)가 일반적으로 원통형이며 증기 전달 챔버(118)가 일반적으로 고리형이도록 원통형으로서 동축, 및 동심으로 배열된다. 다른 실시예에서, 내부 파이프 및/또는 외부 파이프는 다각형이거나 다른 규칙적인 또는 불규칙한 단면 형상을 가질 수 있으며, 그리고/또는 내부 파이프는 외부 파이프 내에 비동축으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 내부 파이프에는 원위 단부로부터 근위 단부를 향해 하방으로 기울어진 테이퍼진(예컨대, 원추형) 내부 표면을 구비하여, 응축물은 스크루 컨베이어를 기울일(angle) 필요 없이 중력에 의해 근위 증기/응축물 장치를 향해 유동하여 제거된다. 또 다른 예로서, 내부 파이프(튜브 또는 한 가닥의 채널을 포함함)는 외부 파이프의 내면에 부착되어 증기 전달 챔버를 형성할 수 있으며, 이때 (내부 파이프 체적을 제외한) 외부 파이프가 응축물 회수 챔버를 형성한다.
증기 입구(112)는 대략 동일한 압력하에서 증기 전달 챔버(118)로부터 나선형 통로(110) 안으로 증기(90)를 유동시키는 외부 파이프(102)의 개구에 의해 제공된다. 응축물 출구(114)는 각각의 나선형 통로로부터 증기 전달 챔버(118)를 통과하여 응축물 회수 챔버(120) 안으로 연장하는 도관에 의해 제공된다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 응축물 출구 도관(114)은 외부 파이프(102)와 내부 파이프(116)의 개구를 통과하여 밀봉식으로 연장하는 튜브에 의해 제공된다. 응축물(92)이 나선형 통로 밖으로 완전히 배출될 수 있기 위해, 응축물 출구 도관(114)은 나선형 통로(110) 안으로 연장하지 않거나, 미소한 길이로만 연장하는 것이 바람직하다. 그리고, 하나 이상의 응축물 출구 도관이 바닥에 위치되는 위치로 스크루 컨베이어(100)가 회전할 때, 내부 파이프의 응축물(92)이 나선형 통로(110) 안으로 역류하지 않도록 하기 위해, 응축물 출구 도관(114)은 충분한 길이로 내부 파이프(116) 안으로 연장하는 것이 바람직하다. 전형적인 상업적 실시예에서, 응축물 출구 도관(110)은 약 1인치(2.54cm) 내지 약 3인치(7.62cm) 가량 내부 파이프(116) 안으로 연장한다.
작동 시에, 제1 가열 영역(108a)은 제1 증기 입구(112a)를 통해 제1 나선형 통로(110a) 안으로 유동하는 증기(90)의 제1 부분에 의해 가열된다. 증기(90)로부터의 열이 나선형 플라이트(104)의 벽을 통해 운반되는 재료로 전달됨에 따라, 증기는 열을 잃고 제1 나선형 통로(110a) 내에서 플라이트 벽의 내면에 물이 응축된다. 다음, 이러한 응축물(92)의 제1 부분은 스크루 컨베이어(100)의 임의의 회전 위치에 있어서 바닥에 위치한 부분에서 제1 나선형 통로(110a) 내에 고이게 된다. 스크루 컨베이어(100)가 회전함에 따라, 응축물(92)은 나선형 플라이트(104)를 따라 운반되어 각각의 바닥부는 더 큰 체적의 응축물(92)을 수용한다. 응축물(92)은 제1 나선형 통로(110a)에 축적되고 제1 나선형 통로를 따라 운반되지만, 제1 나선형 통로의 단부의 배리어를 지나 유동하지 못하도록 차단된다. 따라서, 이후 응축물(92)은 제1 응축물 출구 도관(114a)을 통해 응축물 회수 챔버(120) 안으로 유동한다. 응축물(92)이 최대 용량으로 제1 응축물 출구 도관(114a)을 통해 유동할 때, 증기(90)는 제1 응축물 출구 도관을 통해 유동할 수 없어 제1 나선형 통로(110a) 밖으로 누출될 수 없다. 그러나 어느 정도는 증기(90)의 일부가 제1 응축물 출구 도관(114a)을 통해 누출하여, 응축물 회수 챔버(120)에 포획됨으로써, (증기 전달 및 응축물 회수 챔버 내에서) 압력이 균일화된 후, 더 이상의 증기는 누출될 수 없다.
유사하게, 제2 가열 영역(108b)은 제1 증기 입구(112a)를 지나 증기 전달 챔버(118)를 따라 더 멀리 유동하여 제2 증기 입구(112b)를 통해 제2 나선형 통로(110b) 안으로 유동하는 증기(90)의 제2 부분에 의해 가열된다(마찬가지로 도 5 참조). 이후, 응축물(92)의 제2 부분은 제2 나선형 통로(110b)에 고이고 제2 나선형 통로를 따라 운반되지만, 제2 나선형 통로의 단부에서 배리어를 지나 유동하지 못하도록 차단된다. 따라서, 이후 응축물(92)은 제2 응축물 출구 도관(114b)을 통해 응축물 회수 챔버(120) 안으로 유동한다. 이러한 증기 가열 및 응축물 배출 공정은 제3 가열 영역(108c) 및 스크루 컨베이어(100)에 포함된 추가적인 일련의 가열 영역들에 의해 동일한 방식으로 실시된다.
도 6 내지 도 8은 응축물(92)을 나선형 통로(110) 밖으로 유도하기 위해 배리어(122)가 작용하는 방법을 나타낸다. 도 6에서, 스크루 컨베이어(100)가 (화살표에 의해 지시되는 바와 같이) 회전함에 따라, 응축물(92)은 나선형 통로(110) 중 하나의 당시의 바닥부에 고이게 된다. 도 7에서, 스크루 컨베이어(100)가 회전됨으로써 회전된 배리어(122)는 나선형 통로(110)의 단부에서 응축물(92)의 통과를 차단한다. 도 8에서, 스크루 컨베이어(100)가 더 회전함으로써 더 회전된 배리어(122)는 응축물 출구 도관(114)을 통해 응축물이 나선형 통로(110) 밖으로, 그리고 응축물 회수 챔버(120) 안으로 배출될 때까지 응축물(92)을 상승시킨다. 특히 큰 체적의 응축물(92)이 제거되는 용례(예컨대, 더 큰 스크루 컨베이어 및/또는 더 긴 나선형 통로)의 경우, 예컨대 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 나선형 통로(110)에 대하여 하나보다 많은 응축물 출구 도관(114)이 제공될 수 있다.
도시된 실시예에서, 스크루 컨베이어(100)는 단일 연속 플라이트(104)를 가지며, 이때 배리어(122)는 나선형 통로(110)를 형성하기 위해 중공 플라이트 내에 위치한다. 따라서, 제1 배리어는 제1 가열 영역(108a)과 제2 가열 영역(108b)을 분리하며, 이때 제1 응축물 출구 도관(114a)은 제1 배리어에 바로 앞에 인접하여 위치하며 제2 증기 입구(112b)는 제1 배리어에 바로 뒤에 인접하여 위치한다(명확한 설명을 위해 도 4 및 도 5는 응축물 출구의 이러한 위치를 반영하지 않았다). 배리어(122)는 곡선형 플레이트(도시된 바와 같음)나, 플레이트, 패널, 블록 등과 같은 각지거나 편평한 부재나, 또는 응축물(92)을 응축물 출구 도관(114) 밖으로 유도하는 다른 종래의 구조물에 의해 제공될 수 있다. 응축물(92)이 배리어를 지나 다음 나선형 통로(110) 안으로 유동하는 것을 차단하기 위해, 배리어(122)는 플라이트(104)의 주변 벽들 사이에서 연장되고 플라이트의 주변 벽들에 밀봉식으로 부착된다.
다른 실시예에서, 스크루 컨베이어는 외부 파이프에 장착된 일련의 독립적인 중공 나선형 플라이트를 포함하고, 하나의 나선형 통로는 개별적인 하나의 중공 플라이트에 의해 각각 형성되고, 배리어는 개별적인 중공 플라이트의 원위 단부벽에 의해 형성되며 제1 플라이트의 원위 단부와 제2 플라이트의 원위 단부(초입) 사이의 갭을 갖는다.
또 다른 실시예에서, 가열 영역은 상호 독립적이지 않으며, 그 대신 배리어는 응축물의 적어도 일부가 다음 나선형 통로를 통과하는 것을 허용한다. 이러한 실시예에서, 배리어는 응축물의 적어도 일부가 다음 나선형 통로로 지나갈 수 있도록 오리피스를 포함할 수 있거나 나선형 통로 전체를 가로질러 연장되지 않을 수 있다. 그러나 이러한 실시예에서, 나선형 통로로부터 응축물의 상당한 양이 제거되어 증기 유동의 차단 및 열효율의 상당한 감소를 방지한다.
다시 도 3을 참조하면, 스크루 컨베이어(100)의 근위 단부의 상세한 모습이 도시되는데, 여기서 증기(90)는 증기 전달 챔버(118)로 진입하고 응축물 회수 챔버(120)로부터 제거된다. 도시된 실시예에서, 스크루 컨베이어(100)는 중공 접근 파이프(124), 외부 단부벽(126), 및 내부 단부벽(128)을 포함한다. 내부 단부벽(128)은 응축물 회수 챔버(120)의 근위(좌측) 단부를 밀봉하기 위해 내부 파이프(116)에 장착되며, 외부 단부벽(126)은 증기 전달 챔버(118)의 근위 단부를 밀봉하기 위해 외부 파이프(102)에 장착된다. 외부 단부벽(126)과 내부 단부벽(128)은 원형이거나 내부 파이프(116)와 외부 파이프(102)에 부합하여 밀봉하는 다른 형상을 갖는 플레이트에 의해 제공될 수 있다. 접근 파이프(124)는 외부 단부벽(126)과 내부 단부벽(128) 사이에서 축선방향으로 연장하고 외부 단부벽으로부터 축선방향 바깥쪽으로 연장한다. 접근 파이프(124)는 증기/응축물 장치(10)의 회전 부재(24)로 커플링되고 사이펀 튜브(16)를 수용한다. 증기(90)는 증기 전달 챔버(118)로 진입하기 위하여 증기/응축물 장치(10)로부터 접근 파이프(124)와 사이펀 튜브(16) 사이의 고리형 공간(14)을 통해, 그리고 접근 파이프(124)의 개구(130)를 통해 유동한다. 다른 실시예에서, 증기(90)는 합체된 외부/내부 단부벽의 통로(즉, 매니폴드)나 증기 전달 챔버에 직결된 증기 라인과 같은 다른 구조물에 의해 증기 전달 챔버(118) 안으로 공급된다.
또한, 사이펀 튜브(16)는 내부 단부벽(128)의 접근 개구를 통해 응축물 회수 챔버(120) 안으로 연장한다. 사이펀 튜브(16)는 응축물 회수 챔버(120) 안으로 배출된 응축물(92)을 흡입한다. 통상적인 사용에서, 스크루 컨베이어(100)는 수평선에 대하여 작은 각도(예컨대, 5°내지 10°)로 배향됨으로써 응축물(92)은 중력에 의해 사이펀 튜브(16)를 향해 유동한다. 그러나 이로 인해 내부 단부벽(128)과 사이펀 튜브(16)의 피벗 단부(20)의 단부 개구(22) 사이의 공간에 응축물(92)이 축적되어, 스크루 컨베이어(100)의 부식 및 빠른 퇴화를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 스크루 컨베이어(100)에는 내부 단부벽(128)과 사이펀 튜브(16)의 피벗 단부(20) 사이에 배치되고 내부 파이프(116) 또는 내부 단부벽에 부착되는 스페이서(132)가 제공될 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, 스페이서(132)는 종방향 단면이 상호 대면하는 2개의 쐐기의 일반적 형상인 고리형 원추 부재에 의해 제공된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 빗변 원추면은 수평선에 대하여 사이펀 튜브(16)의 피벗 단부(20)의 각도에 대체로 부합하는 각도인 것이 바람직하다. 또 다른 실시예에서, 스페이서(132)는 고여있는 응축물(92)을 매 회전마다 사이펀 튜브 단부(22)를 향해 이동시키는 반고리형 원추 부재(예컨대, 일반적으로 쐐기형 단면을 갖는 고리형 원추 부재의 일부)와 같은 블록에 의해 제공된다. 이러한 방식으로, 사용 후에는 응축물(92) 중 극소량이 응축물 회수 챔버(120)에 잔류할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스페이서는 외부 파이프 내의 원통형 공간에 의해 형성된 응축물 회수 챔버 및 단일 나선형 통로를 구비한 종래의 "단일 통과" 중공 플라이트 스크루 컨베이어에 포함된다(내부 파이프는 제공되지 않는다).
플라이트(104), 내부 파이프(116)와 외부 파이프(102), 근위 내부 단부벽(128)과 근위 외부 단부벽(126), 원위 내부 단부벽(134)과 원위 외부 단부벽(136), 배리어(122), 및 응축물 출구 도관(114)과 같은 스크루 컨베이어(100)의 주 요소는 고강도 및 높은 내구성을 위하여 선택된 금속으로 이루어질 수 있다. 통상적인 실시예에서, 이 요소들은 시판되는 강 요소 부재로 제작된다.
스크루 컨베이어(100)를 사용하기 위해, 종래의 중공 플라이트 스크루 컨베이어의 사용에 대해 알려진 바와 같이, 스크루 컨베이어는 종래의 방식(예컨대, 운반되고 가열될 재료를 보유하는 트러프 내에) 및 종래의 배향(예컨대, 수평선으로부터 작은 각도로)으로 적소에 설치된다. 구동 기구는 스크루 컨베이어(100)[예컨대, 원위 축(106)]에 작동적으로 커플링되며, 증기/응축물 장치(10)는 스크루 컨베이어(100)에 장착되고, 재료는 스크루 컨베이어로 공급되며, 증기 공급원은 스크루 컨베이어로 증기(90)를 공급하도록 작동되고, 구동 제어부는 스크루 컨베이어가 회전하도록 작동된다.
스크루 컨베이어(100)는 다양한 각종 용례에 사용되기에 적합할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 배리어(122)의 간격 및 개수는, 나선형 통로에 형성되는 응축물의 예상 체적 및 재료에 전달될 열량에 따라 더 긴 나선형 통로 또는 추가적인 나선형 통로(110)를 제공하기 위하여, 변경될 수 있다. 다른 몇몇 실시예에서, 증기 입구(112)는 상이한 둘레 크기(예컨대, 직경)로 제공됨으로써 더 많은 증기(90)가 더 큰 크기의 증기 입구를 갖는 나선형 통로(110)에 유입될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각각의 가열 영역(108)은 다른 가열 영역의 독립적인 특정 열전달 특성을 위하여 설계될 수 있다. 따라서, 스크루 컨베이어(100)는 제1 영역에서 특정 제1 열량을 전달하고, 제2 영역에서 특정 제2 열량을 전달하며, 제3 영역에서 특정 제3 열량을 전달하도록 설계될 수 있다. 이러한 방식으로, 재료는 제1 소정의 기간 동안 높은 BTU로 가열된 후 제2 소정의 기간 동안 낮은 BTU로 가열될 수 있다. 이것은 재료가 예컨대 흐르는 상태, 점성이 있는 상태, 모래 같은 상태, 분말, 또는 다른 상태 사이에서 다른 가열 영역에서 상(phase)을 변경하는 것이 바람직한 용례, 또는 의도되는 공정을 위하여 특정 상이 더 적은 에너지를 필요로 하는 경우에 사용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열 전달, 중공 플라이트 스크루 컨베이어(200)를 도시한다. 본 실시예의 스크루 컨베이어(200)는 설계 및 작동 면에서 제1 실시예의 스크루 컨베이어와 유사하다. 스크루 컨베이어는 응축물 회수 챔버(220)를 형성하는 내부 파이프(216), 내부 파이프와 협력하여 증기 전달 챔버(218)를 형성하는 외부 파이프(202), 외부 파이프로부터 반경방향으로 연장하는 나선형 중공 플라이트(204), 외부 파이프로부터 종방향으로 연장하는 중공 근위 축(224) 및 외부 파이프에 부착되는 원위 외부 단부벽(236)을 포함한다. 스크루 컨베이어(200)는 각각의 영역이 전용 "폐쇄 루프" 나선형 통로를 갖는 일련의 가열 영역으로 분할된다. 도시된 실시예의 경우, 대응하는 나선형 통로(210a, 210b, 및 210c), 증기 입구(212a, 212b, 및 212c), 응축물 출구(214a, 214b, 및 214c), 및 배리어(미도시)를 각각 갖는 3개의 연속 가열 영역(208a, 208b, 및 208c)이 존재한다.
그러나, 본 실시예에서, 스크루 컨베이어(200)는 (전술한 "이중-통과" 설계의 동일한 단부 대신) 대향 단부들에서 증기 유입 및 응축물 제거를 위한 "단일 통과" 설계이다. 따라서, 합체된 증기/응축물 장치와 함께 사용되는 대신, 스크루 컨베이어(200)는 증기 챔버(14)를 갖는 증기 입력 장치(10a) 및 응축물 챔버(16)를 갖는 응축물 제거 장치(10b)와 함께 사용된다. 스크루 컨베이어(200)의 원위 단부는 증기 장치(10a)에 대한 부착 및 스크루 컨베이어 안으로 증기(90)의 전달에 있어서 제1 실시예와 동일한 설계를 가질 수 있다. 그러나 스크루 컨베이어(200)의 근위 단부는 약간 상이한 설계를 갖는다. 도시된 실시예에서, 스크루 컨베이어(200)는 외부 파이프(202)의 근위 단부로부터 종방향으로 연장하는 중공 원위 축(206)을 포함한다. 응축물 제거 장치(10b)는 중공 원위 축(206)에 장착되고 응축물(92)은 중공 원위 축을 통해, 그리고 응축물 제거 장치의 사이펀 튜브(16)를 통해 응축물 회수 챔버(220)로부터 제거된다. 스크루 컨베이어(200)는 원위 축, 근위 축, 원위 축과 근위 축, 또는 컨베이어의 다른 부분에서 구동될 수 있다.
추가로, 본 실시예에서, 증기 입구(212)는 응축물 출구(214)가 스크루 컨베이어의 응축물 제거 단부에 가까운 것보다 스크루 컨베이어(200)의 응축물 제거 단부에 더 가깝게 배치된다. 예를 들어, 제1 응축물 출구(214a)는 제1 나선형 통로(210a)의 근위 단부에 배치되고 제1 증기 입구(212a)는 제1 나선형 통로의 원위 단부에 배치된다. 따라서, 증기(90)는 증기 전달 챔버(218)를 통해 종방향으로 유동하여, 제1 증기 입구(212a)를 통해 제1 나선형 통로(210a)로 진입하기 위하여 제1 증기 입구 도관(212a)이 배치된 위치를 통과한다. 반대(reversed) 증기 입구 및 응축물 출구의 구성으로 인해 재료가 이송되는 방향과 동일한 방향으로 증기(90)가 유동할 수 있는데, 이는 도시된 플라이트(204)가 응축물을 동일한 방향으로 지향시키기 때문이다.
응축물은 응축물 제거 장치(10b)의 사이펀 튜브(16)에 흡입부(suction)를 제공하거나 또 다른 응축물 제거 구조에 의해 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 스크루 컨베이어(200)가 사이펀 튜브 대신 응축물 다이버터(diverter, 260)를 구비한 응축물 제거 장치(10c)를 포함하는 대안적인 실시예를 나타낸다. 응축물 제거 장치는 외부 파이프(202)로부터 중공 원위 축(206)으로 반경방향 내측으로 연장하는 다이버터 채널(264)을 형성하는 적어도 하나의 베인(vane, 262)을 포함한다. 도시된 실시예에의 경우, 원위 외부 단부벽(236)의 내면에 부착된 3개의 반경방향 베인(262)이 존재하며, 각각의 베인은 일반적으로 L형 단면을 가지며 다이버터 채널(264)은 원위 외부 단부벽과 L형 베인의 2개의 벽에 의해 형성된다. 스크루 컨베이어(200)가 회전함에 따라, 회전하는 베인(262)은 응축물 회수 챔버(220)의 당시의 바닥으로부터 응축물(92)을 떠올리고, 응축물 제거 장치(10b) 및 중공 원위 축(206)을 통한 제거를 위하여 원위 외부 단부벽(236)의 접근 개구(266)까지 응축물을 상승시킨다.
본 발명은 본원에 도시되거나/도시되고 설명된 예시적 실시예의 특정 장치, 방법, 조건, 및/또는 파라미터로 제한되지 않으며, 본원에서 사용된 용어는 특정 실시예를 예시적으로만 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 용어는 광의로 해석되어야 하며 본 발명을 불필요하게 제한하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 첨부된 특허청구범위를 포함하는 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태는 복수 형태도 포함하며, 용어 "또는"은 "및/또는"을 의미하며, 특정 수치의 참조값은 문맥상 명확한 다른 지시가 없는 한 적어도 그 특정값을 포함한다. 또한, 본원에 설명된 임의의 방법은 설명된 단계의 순서로 제한하려는 것이 아니라 본원에 명확한 다른 지시가 없는 한 다른 순서로 실시될 수도 있다.
본 발명이 예시적 형태로 설명되고 도시되었지만, 후속 청구항에 규정된 본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않으면서 많은 개조, 추가, 삭제가 이루어질 수 있음은 본 기술분야의 평균적 기술자에게 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 응축물이 형성되는 증기를 사용하는 열 전달 회전 스크루 컨베이어이며,
    증기 전달 챔버와,
    응축물 회수 챔버와,
    적어도 하나의 나선형 중공 플라이트와,
    상기 중공 플라이트와 협력하여, 증기가 유동하고 응축물이 형성되는 일련의 나선형 통로를 형성하는 복수의 배리어와,
    복수의 증기 입구로서, 증기 입구 중 제1 증기 입구는 증기 전달 챔버로부터 나선형 통로 중 제1 나선형 통로 안으로 증기의 제1 부분이 유동할 수 있도록 배치되며, 증기 입구 중 마지막 증기 입구는 증기 전달 챔버로부터 나선형 통로 중 마지막 나선형 통로 안으로 증기의 마지막 부분이 유동할 수 있도록 배치되는, 복수의 증기 입구와,
    복수의 응축물 출구로서, 응축물 출구 중 제1 응축물 출구는 제1 나선형 통로로부터 응축물 회수 챔버 안으로 응축물의 제1 부분이 유동할 수 있도록 배치되며, 응축물 출구 중 마지막 응축물 출구는 마지막 나선형 통로로부터 응축물 회수 챔버 안으로 응축물의 마지막 부분이 유동할 수 있도록 배치되는, 복수의 응축물 출구를 포함하는
    스크루 컨베이어.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 나선형 중공 플라이트는 단일 나선형 중공 플라이트를 포함하며,
    복수의 배리어는 상기 중공 플라이트 내에 배치된 제1 배리어 및 상기 중공 플라이트의 단부벽에 의해 형성된 마지막 배리어를 포함하는
    스크루 컨베이어.
  3. 제1항에 있어서,
    응축물은 상기 중공 플라이트의 나선형 통로의 바닥부에 축적되며,
    스크루 컨베이어가 회전함에 따라, 배리어는 축적된 응축물이 중력에 의해 응축물 출구를 통해 응축물 회수 챔버 안으로 빠져나가도록 축적된 응축물을 상방으로 안내하는
    스크루 컨베이어.
  4. 제1항에 있어서,
    외부 파이프 및 외부 파이프 내에 배치되는 내부 파이프를 더 포함하며,
    나선형 중공 플라이트는 외부 파이프로부터 반경방향 외측으로 연장되는
    스크루 컨베이어.
  5. 제4항에 있어서,
    내부 파이프는 응축물 회수 챔버를 형성하며,
    내부 파이프와 외부 파이프는 협력하여 증기 전달 챔버를 형성하는
    스크루 컨베이어.
  6. 제5항에 있어서,
    내부 파이프와 외부 파이프는 동축으로 배열되며,
    증기 전달 챔버는 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 형성된 고리형 공간에 의해 형성되는
    스크루 컨베이어.
  7. 제5항에 있어서,
    증기 입구는 외부 파이프에 형성된 개구를 포함하는
    스크루 컨베이어.
  8. 제5항에 있어서,
    응축물 출구는 나선형 통로로부터 증기 전달 챔버를 통과하여 응축물 회수 챔버 안으로 연장하는 도관을 포함하는
    스크루 컨베이어.
  9. 제1항에 있어서,
    근위 단부벽 및 근위 단부벽을 통과하여 연장하는 근위 중공 접근 파이프를 더 포함하며,
    증기는 상기 중공 접근 파이프를 통해 스크루 컨베이어에 집입하고 응축물은 상기 중공 접근 파이프를 통해 스크루 컨베이어를 빠져나가는
    스크루 컨베이어.
  10. 제1항에 있어서,
    근위 단부벽 및 근위 단부벽을 통과하여 연장하는 근위 중공 접근 파이프와 원위 단부벽 및 원위 단부벽을 통과하여 연장하는 원위 중공 접근 파이프를 더 포함하며,
    증기는 근위 중공 접근 파이프를 통해 스크루 컨베이어에 진입하고 응축물은 상기 원위 중공 파이프를 통해 스크루 컨베이어를 빠져나가는
    스크루 컨베이어.
  11. 제1항에 있어서,
    제1 나선형 통로는 제1 가열 영역을 형성하고 마지막 나선형 통로는 마지막 가열 영역을 형성하는
    스크루 컨베이어.
  12. 응축물이 형성되는 증기를 사용하는 열 전달 회전 스크루 컨베이어이며,
    증기 전달 챔버와 응축물 회수 챔버를 적어도 부분적으로 형성하는 외부 파이프와,
    외부 파이프로부터 반경방향 외측으로 연장하는 적어도 하나의 나선형 중공 플라이트와,
    상기 중공 플라이트와 협력하여, 증기가 유동하고 응축물이 형성되는 일련의 나선형 통로를 형성하는 복수의 배리어로서, 나선형 통로 중 제1 나선형 통로가 제1 가열 영역을 형성하고 증기 입구 중 마지막 증기 입구가 마지막 가열 영역을 형성하는 복수의 배리어와,
    복수의 증기 입구로서, 증기 입구 중 제1 증기 입구가 증기 전달 챔버로부터 제1 나선형 통로 안으로 증기의 제1 부분이 유동할 수 있도록 배치되며, 마지막 나선형 통로는 증기 전달 챔버로부터 나선형 통로 중 마지막 나선형 통로 안으로 증기의 마지막 부분이 유동할 수 있도록 배치되는, 복수의 증기 입구와,
    복수의 응축물 출구로서, 응축물 출구 중 제1 응축물 출구는 제1 나선형 통로로부터 응축물 회수 챔버 안으로 응축물의 제1 부분이 유동할 수 있도록 배치되며, 응축물 출구 중 마지막 응축물 출구는 마지막 나선형 통로로부터 응축물 회수 챔버 안으로 응축물의 마지막 부분이 유동할 수 있도록 배치되는, 복수의 응축물 출구를 포함하며,
    응축물은 상기 중공 플라이트의 나선형 통로의 바닥부에 축적되며, 스크루 컨베이어가 회전함에 따라, 배리어는 축적된 응축물이 중력에 의해 응축물 출구를 통해 응축물 회수 챔버 안으로 빠져나가도록 축적된 응축물을 상방으로 안내하는
    스크루 컨베이어.
  13. 제12항에 있어서,
    적어도 하나의 나선형 중공 플라이트는 단일 나선형 중공 플라이트를 포함하며,
    복수의 배리어는 상기 중공 플라이트 내에 배치된 제1 배리어 및 상기 중공 플라이트의 단부벽에 의해 형성된 마지막 배리어를 포함하는
    스크루 컨베이어.
  14. 제12항에 있어서,
    증기 입구는 외부 파이프에 형성된 개구를 포함하는
    스크루 컨베이어.
  15. 제12항에 있어서,
    외부 파이프 내에 배치된 내부 파이프를 더 포함하며,
    내부 파이프는 응축물 회수 챔버를 형성하고 내부 파이프와 외부 파이프가 협력하여 증기 전달 챔버를 형성하는
    스크루 컨베이어.
  16. 제15항에 있어서,
    내부 파이프와 외부 파이프는 동축으로 배열되며,
    증기 전달 챔버는 내부 파이프와 외부 파이프 사이에 형성된 고리형 공간에 의해 형성되는
    스크루 컨베이어.
  17. 제15항에 있어서,
    응축물 출구는 나선형 통로로부터 증기 전달 챔버를 통과하여 응축물 회수 챔버 안으로 연장하는 도관을 포함하는
    스크루 컨베이어.
  18. 응축물 제거 장치와 함께 사용되는 열 전달 회전 스크루 컨베이어이며,
    회전가능한 외부 파이프와,
    외부 파이프로부터 반경방향 외측으로 연장하고 적어도 하나의 나선형 통로를 형성하는 적어도 하나의 나선형 중공 플라이트와,
    외부 파이프 내에 배치된 응축물 회수 챔버와,
    응축물 회수 챔버와 소통하는 접근 개구를 형성하는 단부벽과,
    응축물 회수 챔버 내의 응축물을 응축물 제거 장치로 이송하는 응축물 이송 수단을 포함하는
    스크루 컨베이어.
  19. 제18항에 있어서,
    응축물 제거 장치는 접근 개구를 통과하여 응축물 회수 챔버 안으로 연장하는 일 단부를 구비한 사이펀 튜브를 포함하며,
    응축물 이송 수단은 응축물 회수 챔버 내에서 단부벽과 사이펀 튜브 단부 사이에 배치되는 스페이서를 포함하여 응축물을 스페이서의 위치로부터 사이펀 튜브를 향해 이동시키며, 스페이서는 단면이 쐐기형인 적어도 일 부분을 갖는
    스크루 컨베이어.
  20. 제18항에 있어서,
    응축물 이송 수단은 단부벽에 장착되고 외부 파이프로부터 접근 개구로 반경방향 내측으로 연장하는 다이버터 채널을 형성하는 적어도 하나의 베인을 포함하는
    스크루 컨베이어.
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