KR20110083644A - 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

종래의 쐐기형의 중공 회전체를 사용한 장치가 갖는 높은 열효율, 피스톤 플로우성 등의 이점을 구비하면서, 또한 피처리물의 부착ㆍ퇴적이 발생하기 어렵고, 또한 그 제작 공정수(시간)를 단축할 수 있는 분립체의 열교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고 이 목적을 달성하기 위해, 샤프트(13)에 배치되는 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기(30)를, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부(31)를 갖고, 상기 절결 오목부의 일측 테두리(31a)로부터 다음 절결 오목부의 타측 테두리(31b)까지의 판면이, 상기 판면 사이의 거리를 점차 넓게 함으로써 쐐기 형상 판면(32)으로 형성되어 있는 동시에, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부(33)를 갖고, 상기 돌출부의 선단에 개구부(34)가 형성된 대략 중공 원반 형상으로 하고, 상기 개구부에 상기 샤프트를 삽입 관통시킴으로써 상기 열교환기가 샤프트에 배치되어 있는 구성의 장치로 하였다.

Description

분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법{HEAT EXCHANGING APPARATUS FOR GRANULAR AND POWDERY MATERIAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은 분립체(粉粒體)를 건조, 가열 또는 냉각시키는, 열교환 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다.

각종 분립체를 건조, 가열 또는 냉각시키는 열교환 장치로서, 전도 전열식의 홈형 교반 건조 장치가 알려져 있다.

이러한 장치로서는, 일본 특허 공고 소48-44432호 공보(이하, 특허 문헌 1)에 개시된 것이 있다.

이 특허 문헌 1에 개시된 장치는, 가로로 긴 케이싱 내에 샤프트를 축걸침하여, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 두고 배치하고, 상기 샤프트를 통해, 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 동시에, 상기 열교환기를 케이싱 내에 있어서 회전시키는 구성으로 하고, 분립체를 이 샤프트, 열교환기 등으로부터의 전도 전열에 의해 건조(가열, 냉각)시키는 구조의 것이다.

여기서, 상기 특허 문헌 1에 개시된 열교환기는, 도 11에 도시한 구조의 것이다. 이 열교환기는, 쐐기형의 중공 회전체(50)이며, 상기 쐐기형의 중공 회전체(50)는, 2매의 부채형 판재(51, 51)를, 일단부는 접촉시키고, 타단부는 간극을 두고 배치하고, 그 주위를 판재(52, 53)에 의해 폐색함으로써 형성되어 있다. 그리고 이에 의해 이 중공 회전체(50)는, 회전 방향의 선단으로 되는 전단부(54)는 선 형상으로, 후단부로 되는 후단부(55)는 면 형상으로 되는 쐐기형으로 형성되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 장치는, 이러한 쐐기형의 중공 회전체(50)를, 2개를 1세트로 하여 사용한다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 2개의 쐐기형의 중공 회전체(50)를, 샤프트(60)의 대칭 위치에 일정한 간극(A, A)을 두고 각각 배치한다. 그리고 샤프트(60)의 축 방향으로, 이 2개 1세트의 쐐기형의 중공 회전체(50)를, 복수 세트, 소정의 간격을 두고 배치한 구조의 것이다.

이 특허 문헌 1에 개시된 전도 전열식의 홈형 교반 건조 장치는, 다음의 우수한 특징을 갖는 것이었다.

(1) 설치 면적이 작아, 장치가 콤팩트하다.

(2) 전열 계수가 커, 열효율이 좋다.

(3) 쐐기형의 중공 회전체끼리에 의한, 셀프 클리닝 효과가 있다.

(4) 피처리물의 온도와 처리 시간의 컨트롤이 용이하다.

(5) 고함수율의 분립체의 처리도 가능하다.

(6) 피처리물의 피스톤 플로우성(이송성)이 양호하다.

그러나 상기 특허 문헌 1에 기재된 장치는, 다음의 문제점을 갖는 것이었다.

(a) 열교환기의 쐐기형의 경사면을 구성하는 판면 이외의 코너부, 특히 샤프트와 상기 쐐기형의 열교환기의 장착 부분에, 피처리물이 부착ㆍ퇴적되는 경우가 발생하고 있었다. 이 피처리물의 부착ㆍ퇴적은, 열교환기의 열전도 면적을 감소시켜, 장치로서의 열효율을 저하시키는 것이었다. 또한, 부착ㆍ퇴적된 피처리물이, 열교환기로부터 계절 박리, 열이력, 경우에 따라서는 종류가 다른 괴상물(塊狀物)이 피처리물에 섞일 위험성을 발생시키는 것이었다.

(b) 쐐기형의 중공 회전체를 구비한 샤프트의 제작에는, 많은 시간을 필요로 하는 것이었다. 즉, 쐐기형의 중공 회전체(50)는, 2매의 부채형 판재(51, 51), 이등변 삼각형 판재(52) 및 사다리꼴 판재(53)를, 도 13에 도시한 바와 같이 배치하고, 각각의 접촉하는 부분을 전체 둘레 용접함으로써 제작되어 있다. 따라서, 열교환기 하나를 만드는 데 있어서도, 그 용접 과정만을 보아도 복수의 과정이 있고, 또한 그 용접 작업의 자동화는 곤란한 것이었다. 또한, 제작한 열교환기를 샤프트(60)에 고정하는 데 있어서는, 각각의 열교환기의 샤프트(60)와 접하는 부분(개구부)과 대략 동일한 형태의 절결 구멍이 형성된 판재(61)를 샤프트(60)의 외주면 전체에 라이닝(용접)한 후, 상기 판재(61)와 샤프트(60)에 열교환기의 접촉 부위의 전체 둘레에 있어서 용접할 필요가 있었다. 또한 그것에 더하여, 그 용접은, 용접 방법을 바꾸어 다층 용접을 할 필요가 있었다. 이들의 것으로부터, 특허 문헌 1에 기재된 장치는, 그 제작에는 많은 시간을 필요로 한다고 하는 문제가 있었다.

또한, 열교환기로서 단순한 중공의 원반을 샤프트에 장착한 장치도 있다. 그러나 이러한 형상의 열교환기에서는, 상기 특허 문헌 1에 개시된 쐐기형의 중공 회전체가 갖는 우수한 특징인 피처리물의 피스톤 플로우성을 확보할 수는 없다. 즉, 도 12에 도시한 바와 같이, 샤프트(60)에 장착된 2개의 쐐기형의 중공 회전체(50, 50)의 간극(A, A)을, 피처리물이 정기적으로 통과함으로써, 비로소 피처리물의 피스톤 플로우성이 확보되기 때문이다. 여기서, 피스톤 플로우성은, 피처리물의 선입 선출 현상을 실현하고, 1립(粒) 1립의 분말ㆍ입자가 균일한 체류 시간, 열이력, 반응 시간 등을 갖기 위해 필요한 요인이다. 그리고 이 피스톤 플로우성은, 열교환 장치에 있어서는 피처리물의 균일한 품질을 유지하기 위한 중요한 장치 속성이다.

상기 특허 문헌 1에 있어서의 간극(A, A)은, 장치 내의 바로 근처(상류측)의 분립체층을, 샤프트의 회전에 수반하여 회전하는 쐐기형의 중공 회전체(50)가 잘라내도록 하여 원료 투입구측으로부터 제품 배출측으로 이송한다. 이때, 쐐기형의 중공 회전체(50) 자체에는, 스크류와 같은 압출력이 없으므로, 순수하게 분체압에 의해 간극(A, A)에서 슬라이스되도록 분립체는 1회전에 대해 2회, 정기적으로 잘라내어지는 상태로 이송된다. 따라서, 분립체에 대한 백 믹싱이나 숏패스가 발생하기 어려워,「선입 선출 현상」이 확보된다. 이에 의해, 피처리물의 피스톤 플로우성이 실현된다. 이에 대해, 단순한 중공의 원반인 경우에는, 케이싱과 상기 회전체의 간극으로부터 피처리물이 하류측으로 이송되게 된다. 그로 인해, 분립체층 중 샤프트 근방의 부분은 그 자리에 잔류하고, 케이싱에 가까운 부분은 신속하게 이동한다고 하는 백 믹싱이나 숏패스 현상이 발현된다. 그로 인해, 단순한 중공의 원반인 경우에는, 피처리물의 피스톤 플로우성을 실현할 수 없다.

본 발명은 상술한 배경 기술이 갖는 실상에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 종래의 쐐기형의 중공 회전체를 사용한 장치가 갖는 높은 열효율, 피스톤 플로우성 등의 이점을 구비하면서, 또한 피처리물의 부착ㆍ퇴적이 발생하기 어렵고, 또한 그 제작 공정수(시간)를 단축할 수 있는 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치는, 가로로 긴 케이싱 내에 샤프트를 축걸침하여, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 두고 배치하고, 상기 샤프트를 통해, 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 동시에, 상기 열교환기를 상기 케이싱 내에 있어서 회전시키는 구성으로 한 분립체의 열교환 장치이며, 상기 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기를, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖고, 상기 절결 오목부의 일측 테두리로부터 다음 절결 오목부의 타측 테두리까지의 판면이, 상기 판면 사이의 거리를 점차 넓게 함으로써 쐐기 형상 판면으로 형성되어 있는 동시에, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부를 갖고, 상기 돌출부의 선단에 개구부가 형성된 대략 중공 원반 형상으로 하고, 상기 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기의 상기 개구부에 상기 샤프트를 삽입 관통시킴으로써, 상기 열교환기가 상기 샤프트에 배치되어 있는 구성의 장치로 하였다.

여기서, 상기 본 발명에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부가 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있는 것은, 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 또한, 상기 열교환기의 절결 오목부가 원주 테두리의 대칭 위치에 2개 설치되고, 그 2개의 절결 오목부의 각각의 사이의 판면이 상기 쐐기 형상 판면으로 형성되어 있는 장치로 하는 것은, 본 발명의 바람직한 실시 형태이다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 제조 방법은, 상기 본 발명의 장치에 있어서 사용하는 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기를 두께 방향 중앙에서 2분할한 형상의 부재를 각각 프레스 성형하는 과정과, 상기 프레스 성형된 2매의 부재를 주연부가 접촉하는 방향으로 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접함으로써 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기를 제작하는 동시에, 열교환기를 그 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서 샤프트에 용접함으로써 상기 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정으로 이루어지는 방법으로 하였다.

여기서, 상기 본 발명에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 프레스 성형된 2매의 부재를 주연부가 접촉하는 방향으로 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접하는 과정과, 상기 용접에 의해 제작된 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기의 개구부에 샤프트를 삽입 관통시켜, 다수의 열교환기를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 열교환기를 그 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서 샤프트에 용접하는 과정으로 하는 것은, 본 발명의 바람직한 실시 형태이다. 혹은, 상기 본 발명에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 프레스 성형된 2매 1세트의 부재를 순차 그 개구부에 샤프트를 삽입 관통시켜, 다수 세트의 프레스 성형된 부재를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 부재가 접촉하는 주연부에 있어서의 용접 및 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서의 샤프트와의 용접을 순차 행하는 용접 과정으로 하는 것은, 본 발명의 바람직한 실시 형태이다.

상기한 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치에 따르면, 샤프트에 배치한 열교환기가, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖고, 상기 절결 오목부의 일측 테두리로부터 다음 절결 오목부의 타측 테두리까지의 판면이 서서히 두꺼워지는 쐐기 형상 판면으로 형성되어 있다. 이로 인해, 이 열교환 장치에 따르면, 인접하는 2개의 열교환기에 있어서, 그 쐐기 형상 판면 사이의 간격은, 열교환기의 일측 테두리로부터 타측 테두리를 향해 점차 좁아지게 되어, 열교환기는 샤프트의 회전에 수반하여 이 상태에서 피처리물층에 파고들어 가므로, 점차 좁아지는 쐐기 형상 판면 사이에 있어서 피처리물층에 서서히 압축력을 작용시킬 수 있고, 또한 타측 테두리를 통과한 시점에서 절결 오목부에 있어서 한번에 그 압축력을 개방시킬 수 있다. 그로 인해, 피처리물인 분립체층에 회전에 수반하여 압축과 팽창을 반복하여 작용시킬 수 있어, 분립체의 효율적인 가열, 혹은 냉각이 가능한 장치로 된다. 즉, 점차 좁아지는 쐐기 형상 판면 사이에 있어서의 분립체층의 압축은, 내포하는 공기층의 압축을 의미하고, 그 결과, 단열 효과를 저감하여 보다 높은 열이동성을 실현할 수 있다. 한편, 쐐기 형상 판면의 종단부에 위치하는 절결 오목부에 있어서 분립체층은 압축으로부터 개방되어 팽창되게 되어, 분립체 사이에 내포된 증발물 등을 신속하게 계외로 방출시킬 수 있다. 이러한 효과를 발휘하는 압축과 팽창을 반복하여 분립체층에 작용시킬 수 있는 본 발명에 관한 장치는, 높은 열효율을 갖는 장치로 된다. 또한, 본 발명에 있어서 사용하는 열교환기는, 상기한 바와 같이 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖는 것이다. 이로 인해, 이 열교환 장치에 따르면, 이 열교환기의 절결 오목부로부터 피처리물을 통과시킬 수 있어, 피처리물의 피스톤 플로우성이 확보된 장치로 된다.

또한, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치에 따르면, 열교환기의 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부를 갖고, 상기 돌출부의 선단에 개구부를 형성하고, 상기 개구부에 샤프트를 삽입 관통시킴으로써 열교환기와 샤프트가 고정되어 있다. 이로 인해, 이 열교환 장치에 따르면, 열교환기와 샤프트의 장착부는 매끄러운 곡면으로 되어, 피처리물의 부착ㆍ퇴적이 발생되기 어려운 것으로 된다. 이로 인해, 열교환기와 샤프트에 의해 넓은 열이동 면적을 확보할 수 있어, 열효율이 높은 장치를 실현할 수 있다. 또한, 부착ㆍ퇴적된 피처리물이 박리되어 섞일 일이 없으므로, 신뢰성이 높은 분립체의 열교환 조작을 실현할 수 있는 장치로 된다.

또한, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치에 따르면, 열교환기의 구성은 전체적으로 대략 중공 원반 형상인 심플한 것이다. 이로 인해, 이 열교환 장치에 따르면, 제조 공정수(시간)를 대폭 단축할 수 있고, 또한 용접의 자동화도 용이한 것으로 된다.

또한, 상기한 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 제조 방법에 따르면, 열교환기를 제작하는 데 있어서, 용접은 프레스 성형된 2매의 부재가 접촉하는 주연부만의 1개소(용접선이 1개)이면 된다. 그로 인해, 단시간에 그 작업을 행할 수 있고, 또한 용접의 자동화도 극히 용이한 것으로 된다. 또한, 샤프트에 열교환기를 고정하는 데 있어서도, 열교환기에 형성된 개구부에 샤프트를 삽입 관통시키고, 그 개구부 주연에 있어서 샤프트에 용접하면 된다. 그로 인해, 그 용접 작업은 단순한 것으로 되어, 용접 시간을 대폭 단축할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 용접선은 1개이므로 그 자동화가 극히 용이한 것으로 된다.

도 1은 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치의 일부를 절결하여 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1의 X-X선을 따르는 부분의 확대 단면도이다.
도 3은 열교환기를 도시한 도면으로, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 측면도이다.
도 4는 열교환기를 도시한 사시도이다.
도 5는 샤프트에 배치된 열교환기의 종단면도이다.
도 6은 열교환기를 제작하는 프레스 성형 부재를 도시한 사시도이다.
도 7은 열교환기를 제작하는 프레스 성형 부재를 도시한 측단면도이다.
도 8은 프레스 성형 부재를 용접하는 상태를 도시한 측단면도이다.
도 9는 열교환기를 샤프트에 용접하는 상태를 도시한 측단면도이다.
도 10은 열교환기가 배치된 샤프트를 케이싱 내에 배치한 상태를 도시한 평면도이다.
도 11은 종래의 열교환기의 사시도이다.
도 12는 샤프트에 배치된 종래의 열교환기의 정면도이다.
도 13은 종래의 열교환기의 구성 부품을 분해하여 도시한 사시도이다.

이하, 상기한 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법의 실시 형태를, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1, 도 2에 있어서, 부호 1은 비교적 가로로 긴 용기로 이루어지는 열교환 장치의 케이싱이다. 이 케이싱(1)은, 지지대(2)에 의해 필요에 따라서 약간 경사져 설치되어 있다. 케이싱(1)의 횡단면은, 도 2에 도시한 바와 같이, 2개의 원호에 의해 그려진 주발형이며, 그 중앙 저부에는 상기 원호에 의해 형성되는 융기체(3)가 볼록조로 되어 케이싱(1)의 전후로 연속되어 있다. 그리고 케이싱(1)의 저면 및 측면의 대략 전체면에 걸쳐, 열교환용 재킷(4)이 설치되어 있다.

상기 열교환용 재킷(4)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 열교환 매체의 공급관(5) 및 배출관(6)이 접속되어 있다. 또한 케이싱(1)의 후단부 저부에는, 피처리물의 배출구(7)가 설치되어 있고, 케이싱(1)의 상면에는, 커버(8)가 볼트 등에 의해 장착되어 있다. 그리고 커버(8)의 전단부에는, 피처리물의 투입구(9)가 설치되어 있다. 또한, 커버(8)의 전단부와 후단부에는 캐리어 가스의 송입구(10, 11), 그리고 커버(8)의 중앙부에는 캐리어 가스의 배출구(12)가 각각 설치되어 있다.

또한, 케이싱(1)의 전후에는, 2개의 중공 샤프트(13, 13)가 병렬로 관통되어 있다. 이 2개의 중공 샤프트(13, 13)는 케이싱(1)의 전후방부에 설치된 베어링(14, 14 및 15, 15)에 의해, 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)의 전방부에는, 각각 기어(16, 16)가 설치되어 있다. 그리고 이 기어(16, 16)가 맞물려, 샤프트(13, 13)가 서로 반대 방향으로 회전하도록 구성되어 있다. 또한, 샤프트(13)의 한쪽에는, 스프로킷(17)이 설치되어 있다. 그리고 이 스프로킷(17)에 맞물린 체인(도시하지 않음)을 통해, 모터(도시하지 않음)의 회전이 샤프트(13, 13)에 전달되도록 구성되어 있다.

상기 각 샤프트(13, 13)의 전단부에는, 로터리 조인트(18, 18)를 통해, 각각 열교환 매체의 공급관(19, 19)이 접속되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)의 후단부에는, 마찬가지로 로터리 조인트(20, 20)를 통해, 각각 열교환 매체의 배출관(21, 21)이 접속되어 있다. 또한, 각 샤프트(13, 13)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 축 방향으로 내부를 정확하게 2개로 구획하는 구획판(22, 22)이 각각 설치되어 있다. 그리고 이 구획판(22)에 의해, 각 샤프트(13)의 내부는 1차실(23), 2차실(24)로 분할되어 있다. 그리고 1차실(23)은 샤프트(13)의 전방부에, 2차실(24)은 샤프트(13)의 후방부에, 각각 연통되어 있다. 이 상태는 특별히 도시하지는 않지만, 샤프트(13)의 전방부에서는 2차실(24)의 전단부를, 샤프트(13)의 후방부에서는 1차실(23)의 후단부를, 각각 반달형의 단부판으로 밀폐하면, 상기 구성을 실현할 수 있다.

또한, 상기 각 샤프트(13, 13)에는, 각각 다수의 열교환기(30, 30 …)가, 도 2 및 도 10에 도시한 바와 같이, 서로 일부가 들어가도록(겹쳐지도록) 소정의 간격을 두고 배치되어 있다.

상기 열교환기(30)는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 2개의 대략 사다리꼴 형상의 절결 오목부(31, 31)를 대칭 위치에 갖고 있다. 그리고 한쪽 절결 오목부(31)의 일측 테두리(31a)로부터 다른 쪽 절결 오목부(31)의 타측 테두리(31b)까지의 판면이, 상기 판면 사이의 거리를 점차 넓게 함으로써 쐐기 형상 판면(32, 32)으로 형성되어 있다. 또한, 이 열교환기(30)는, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부(33, 33)를 갖고 있다. 그리고 그 돌출부(33, 33)의 각각의 선단에, 개구부(34, 34)가 형성되어 있다. 또한, 이 열교환기(30)는 전체적으로 대략 중공 원반 형상으로 형성되어 있다.

또한, 상기 열교환기(30)에 형성된 절결 오목부(31)는, 2개에 한정되지 않는다. 즉, 절결 오목부(31)는, 피처리물의 통과에 충분한 개구 면적을 갖고 있으면 된다. 구체적으로는, 이 절결 오목부(31)의 면적〔도 3의 (b)에 있어서 점 사선을 실시한 부분〕이, 도 12에 도시한 종래 기술에 있어서의 샤프트(60)의 동일 수직면에 장착된 2개의 쐐기형의 중공 회전체(50, 50) 사이의 2개의 부채형의 간극(A, A)의 면적과 거의 동일하면 된다. 그리고 이 절결 오목부(31)의 수는, 1개라도, 또한 3개 이상이라도 좋다. 단, 절결 오목부(31)가 2개 이상인 경우에는, 원주 방향으로 등간격으로 배치되고, 그 절결 오목부(31, 31 ㆍㆍ)의 각각 사이의 판면이, 상기 쐐기 형상 판면(32)으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열교환기(30)에 형성된 쐐기 형상 판면(32)은, 그 경사면이 좌우 대칭인 것이 바람직하다. 그리고 이 쐐기 형상 판면(32)의 꼭지각의 각도〔도 3의 (c)에 있어서 α〕는, 4 내지 8도가 적당하다.

상기한 구성의 열교환기(30)가, 각 샤프트(13)에 그 절결 오목부(31)가 동일한 방향으로 배열되도록 일정한 간격을 두고 다수 배치되어 있다. 이 열교환기끼리의 간격은, 열교환기(30)의 상기 개구부(34)에 샤프트(13)를 삽입 관통시켰을 때, 인접하는 열교환기(30, 30)의 상기 돌출부(33, 33)의 선단끼리가 접촉함으로써 확보되는 것으로 해도 좋다. 또한 이 열교환기끼리의 간격은, 별개의 부재인 슬리브를 인접하는 열교환기(30, 30) 사이에 개재시킴으로써 확보되는 것으로 해도 좋다. 그리고 2개의 샤프트(13, 13)는, 열교환기(30)의 절결 오목부(31)의 수가 2개인 경우는, 도 2에 도시한 바와 같이, 열교환기(30)의 절결 오목부(31, 31)의 위치가 90도 어긋나도록, 또한 열교환기(30)가 서로 일부가 들어가도록(겹쳐지도록) 케이싱(1)에 배치된다. 또한, 샤프트(13)의 개수는, 2개에 한정되지 않고, 예를 들어 4개, 혹은 그 이상이라도 좋다. 반대로, 샤프트(13)의 개수는, 1개(단일축)라도 좋다. 또한, 샤프트(13)에 배치하는 열교환기는, 그 전부가 상기한 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)로 해도 좋다. 또한, 피처리물의 물성에 따라서, 다른 구조의 열교환기와 적절하게 조합하여, 상기한 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)를 샤프트(13)에 장착한 구조로 해도 좋다.

열교환기(30)의 쐐기 형상 판면(32)의 후단부측에 위치하는 절결 오목부(31)의 측부 테두리(31b) 부근에는, 도 4 등에 도시한 바와 같이, 긁어올림 날개(35)가 장착된다. 이 긁어올림 날개(35)는, 각 열교환기(30)에 모두 장착해도 좋다. 또한, 이 긁어올림 날개(35)는, 피처리물의 물성에 따라서는, 1개 간격 혹은 복수개 간격으로 장착해도 좋고, 경우에 따라서는, 전혀 장착하지 않는 경우가 있어도 좋다.

또한, 열교환기(30)의 내부에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 구획판(36)이 장착된다. 그리고 이 구획판(36)에 의해, 열교환기(30)의 내부 공간(37)이 구획되고, 상기한 샤프트(13)의 1차실(23)로부터 연통 구멍(25)을 통해 열교환기(30)의 내부 공간(37) 내에 유입된 열교환 매체가, 내부 공간(37) 내를 일정 방향으로 순환하여 연통 구멍(26)을 통해 샤프트(13)의 2차실(24)로 유출되는 흐름이 형성되도록 구성되어 있다. 또한, 비교적 작은 장치의 경우는, 상기 구획판(36)은, 1개라도 좋다. 반대로, 큰 장치의 경우는, 열교환기(30)의 내부 공간(37)을 복수의 구획판(36)에 의해 더욱 세밀하게 구획하여, 상기한 바와 마찬가지로 각각의 내부 공간(37)과 샤프트의 1차실(23), 2차실(24)을 연통하는 연통 구멍(25, 26)을 각각 형성해도 좋다.

상기한 구성의 열교환기(30)는, 다음과 같이 하여 제작할 수 있다.

우선, 판재로부터 프레스 성형에 의해, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)를 두께 방향 중앙에서 2분할한 형상의 부재(40a, 40b)를 각각 제작한다. 이 프레스 성형은, 1세트의 금형으로 한번에 행해도 된다. 또한, 이 프레스 성형은, 주연부, 판면부, 중앙부 등을 각각 따로 따로의 금형을 사용하여 나누어 행해도 된다. 또한, 이 프레스 성형은, 각 부분을 다단으로 서서히 형성하는 것으로 해도 된다. 단, 부재(40a, 40b)를 정확하게 변형 없이 성형하기 위해서는, 적어도 복수단으로 나누어 서서히 성형하는 것이 바람직하다. 또한, 우선 열교환기(30)의 마무리 형상 및 치수를 고려하여 판재를 절단하고, 이 절단한 판재를 프레스 성형하는 것으로 해도 된다. 또한, 절단 기능이 구비된 프레스 성형기를 사용하여, 성형과 동시에 주연의 절단 및 중앙부의 펀칭 등을 행하는 것으로 해도 된다.

다음에, 제작한 2개의 부재(40a, 40b)를, 도 8에 도시한 바와 같이, 주연부(41a, 41b)가 접촉하는 방향으로 맞댄다. 그리고 그 접촉한 주연부(41a, 41b)의 전체 둘레를 용접하고, 도 4에 도시한 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)를 제작한다. 이때, 열교환기(30)의 내부 공간(37)을 구획하는 상기 구획판(36), 필요에 따라서 보강을 위해 설치하는 스테이(도시하지 않음) 등도, 용접 등의 수단에 의해 그 내부에 장착한다.

계속해서, 제작한 열교환기(30)의 개구부(34)에, 샤프트(13)를 삽입 관통시킨다. 그리고 열교환기(30)의 간격을 결정하는 슬리브(38)를 샤프트(13)에 삽입 관통시킨다. 이와 같이 하여, 다수의 열교환기(30, 30 ㆍㆍ)를 샤프트(13)에 배치한다. 그리고 샤프트(13)에 배치한 열교환기(30)의 돌출부(33)와 슬리브(38)의 단부의 접촉부에 있어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 그 전체 둘레를 용접한다. 이들 작업에 의해, 샤프트(13)의 표면에, 열교환기(30)를 용접 고정한다. 그리고 긁어올림 날개(35)를, 열교환기(30)의 적소에 용접 등의 수단에 의해 장착한다. 그리고 다수의 열교환기(30, 30 ㆍㆍ)가, 소정의 간격을 두고 배치된 샤프트(13)를, 도 10에 도시한 바와 같이, 케이싱(1) 내에 배치하여, 열교환 장치를 제작한다.

또한, 상기와는 달리, 프레스 성형된 2매 1세트의 부재(40a, 40b)를 용접하는 일 없이, 그 개구부(34)에 샤프트(13)를 삽입 관통시킨다. 그리고 다수 세트의 프레스 성형된 부재(40a, 40b)를 샤프트(13)에 배치한 후, 상기 샤프트(13)에 배치된 부재(40a, 40b)가 접촉하는 주연부(41a, 41b)에 있어서의 용접 및 돌출부 선단의 개구부(34)의 주연에 있어서의 샤프트(13)와의 용접을 순차 행한다. 이에 의해, 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)의 제작과, 상기 열교환기(30)의 샤프트(13)에의 고정을 행하는 제조 방법으로 해도 좋다.

상기한 본 발명의 열교환기(30)를 제작하는 데 있어서의 용접은, 프레스 성형된 2개의 부재(40a, 40b)가 접촉하는 주연부(41a, 41b)만의 1개소(용접선이 1개)이면 된다. 그로 인해, 단시간에 그 작업을 행할 수 있는 동시에, 용접의 자동화가 극히 용이한 것으로 된다. 또한, 샤프트(13)에 열교환기(30)를 고정하는 데 있어서도, 열교환기(30)의 돌출부(33)의 선단으로 되는 개구부(34)의 주연을 따라 용접하면, 열교환기(30)를 샤프트(13)에 용접 고정할 수 있다. 그로 인해, 용접 시간을 대폭 단축할 수 있다. 또한, 이 경우에 있어서도, 용접선은 1개이므로, 그 자동화가 극히 용이한 것으로 된다. 또한, 종래의 쐐기형의 열교환기(50)를 수작업으로 샤프트(60)에 용접하는 경우는, 전술한 바와 같이 용접 방법을 바꾸어 다층 용접을 할 필요가 있었지만, 본 발명의 열교환기(30)를 샤프트(13)에 자동 용접하는 경우는, 적절한 용접 조건을 선택함으로써 1층만의 용접으로 완료할 수 있다. 그로 인해, 용접 시간을 더욱 단축할 수 있다. 또한, 종래의 쐐기형의 열교환기(50) 자체의 제작에 있어서도, 각 판재가 접촉하는 부분의 용접도 상기한 바와 마찬가지로 다층 용접이었지만, 본 발명의 열교환기(30)의 제작에 있어서는, 자동 용접으로 함으로써 1층만의 용접으로 완료할 수 있다. 그로 인해, 마찬가지로 용접 시간을 단축할 수 있다. 또한, 종래의 쐐기형의 열교환기(50)를 샤프트(60)에 장착하는 경우에 있어서는 필요했던 판재(라이닝)(61)의 역할을, 본 발명의 경우는 열교환기(30)의 돌출부(33)가 담당하여, 재료를 삭감할 수 있는 동시에, 가공 공정수를 저감할 수 있다.

다음에, 상기한 본 발명에 관한 열교환 장치를 사용하여, 분립체를 건조시키는 경우에 대해 설명한다.

우선, 피처리물인 분립체(분체라도 입체라도 좋음)를, 본 발명에 관한 열교환 장치의 투입구(9)로부터 케이싱(1) 내에 연속적으로 정량 공급한다. 이때, 재킷(4)에는 소정의 온도의 가열 매체, 예를 들어 증기, 온수 등을 순환시켜, 케이싱(1)을 일정 온도로 가열해 둔다. 또한, 2개의 샤프트(13, 13)는, 모터에 의해 스프로킷(17), 기어(16, 16)를 통해 회전시킨다. 또한, 열교환 매체의 공급관(19, 19)으로부터 로터리 조인트(18, 18)를 통해 각 샤프트(13, 13)에 가열 매체, 예를 들어 증기 또는 온수 등을 보낸다. 샤프트(13)에 보내진 가열 매체는, 샤프트(13)의 1차실(23)로부터 열교환기(30)의 내부 공간(37)으로 유입되어, 열교환기(30)를 가열한다. 그리고 열교환기(30)의 가열에 이용된 가열 매체는, 샤프트(13)의 2차실(24)을 거쳐서, 샤프트 후방부의 로터리 조인트(20)를 통해 열교환 매체의 배출관(21)으로부터 배출된다.

케이싱(1) 내에 공급된 분립체는, 케이싱(1) 및 열교환기(30)에 의해 가열된다. 그리고 분립체로부터 증발한 휘발분은, 캐리어 가스에 동반되어 배출된다. 캐리어 가스는, 예를 들어 공기, 불활성 가스 등이 사용되고, 송입구(10, 11)로부터 공급된 캐리어 가스는, 케이싱(1) 내의 상층부를 통과하고, 분립체로부터 증발한 휘발분(수증기, 유기 용제 등)을 수반하여, 배출구(12)로부터 배출된다. 그리고 이 분립체로부터 증발한 휘발분을 수반한 캐리어 가스는, 계외에서 적절하게 처리된다. 휘발분이 유기 용제인 경우는, 캐리어 가스로서 질소 가스 등의 불활성 가스가 사용되고, 배출구(12)는 용제 응축기에 연결되고, 유기 용제는 그곳에서 회수된다. 그리고 응축기를 통과한 캐리어 가스는, 다시 송입구(10, 11)로부터 케이싱(1) 내로 들어가, 캐리어 가스는 순환 사용된다.

분립체가 투입구(9)로부터 케이싱(1) 내로 들어갈 때에, 기계적 교반 조작을 함으로써 분립체는 유동성을 갖게 된다. 그리고 분립체는 투입구(9)에 있어서의 충전 높이에 의한 압력과, 필요에 따라서 형성된 케이싱(1)의 경사에 의해, 점차 케이싱(1) 내를 흘러 내려가, 열교환기(30)의 절결 오목부(31)를 통과하여 배출구(7)로 이동한다.

이때, 분립체는 진행 방향과 직교하는 대략 중공 원반 형상의 열교환기(30)의 회전에 의해 갈라내어지고, 그 갈라내어짐과 동시에 열의 교환이 행해져, 분립체는 건조된다. 특히, 본 발명에 있어서 사용하는 열교환기(30)는, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부(31)를 갖고, 상기 절결 오목부(31)의 일측 테두리(31a)로부터 다음 절결 오목부(31)의 타측 테두리(31b)까지의 판면이 서서히 두꺼워지는 쐐기 형상 판면(32)으로 형성되어 있다. 이로 인해, 인접하는 2개의 열교환기(30, 30)에 있어서, 그 쐐기 형상 판면(32, 32) 사이의 간격은, 열교환기(30)의 일측 테두리(31a)로부터 타측 테두리(31b)를 향해 점차 좁아지게 된다. 열교환기(30)는 샤프트(13)의 회전에 수반하여 이 상태에서 분립체층으로 파고들어 가므로, 점차 좁아지는 쐐기 형상 판면(32, 32) 사이에 있어서 분립체층에 서서히 압축력을 작용시킬 수 있고, 또한 타측 테두리(31b)를 통과한 시점에서 절결 오목부(31)에 있어서 한번에 그 압축력을 개방시킬 수 있다. 그로 인해, 분립체층에 회전에 수반하여 압축과 팽창을 반복하여 작용시킬 수 있어, 분립체의 효율적인 건조가 가능해진다. 즉, 점차 좁아지는 쐐기 형상 판면(32, 32) 사이에 있어서의 분립체층의 압축은, 내포하는 공기층의 압축을 의미하고, 그 결과, 단열 효과를 저감시켜 보다 높은 열이동성을 실현할 수 있다. 한편, 쐐기 형상 판면의 종단부에 위치하는 절결 오목부(31)에 있어서 분립체층은 압축으로부터 개방되어 팽창되게 되어, 분립체 사이에 내포된 증발물 등을 신속하게 계외로 방출시킬 수 있다. 이러한 분립체층에 압축과 팽창을 반복하여 작용시킬 수 있는 본 발명에 관한 장치는, 높은 열효율을 갖는 장치로 된다. 또한, 실시 형태에 관한 장치에 있어서는, 상기 작용ㆍ효과를 발휘하는 쐐기 형상 판면(32)과 절결 오목부(31)를 갖는 열교환기(30)를, 도 2 및 도 10에 도시한 바와 같이, 서로 일부 들어가도록(겹쳐지도록) 케이싱(1)에 배치하였으므로, 상기 분립체층으로의 압축과 팽창의 반복 작용은 보다 향상된 것으로 되어, 더욱 높은 열효율을 갖는 장치로 된다. 또한, 열교환기(30)는 상기한 바와 같이 절결 오목부(31)를 갖는 것이다. 그로 인해, 상기 절결 오목부(31)로부터 분립체를 통과시킬 수 있어, 피스톤 플로우성이 확보된다. 그리고 균일한 체류 시간을 거쳐서 건조된 분립체는, 배출구(7) 방향으로 매끄럽게 이송되어, 배출구(7)로부터 배출된다.

또한, 본 발명에 있어서 사용하는 열교환기(30)는 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부(33)를 갖고, 상기 돌출부의 선단에 개구부(34)를 형성하고, 상기 개구부(34)에 샤프트(13)를 삽입 관통함으로써 열교환기(30)와 샤프트(13)가 고정되어 있다. 그로 인해, 상기 열교환기(30)와 샤프트(13)의 장착부는 매끄러운 곡면으로 되어, 피처리물인 분립체의 부착ㆍ퇴적이 발생하기 어려운 것으로 된다. 이에 의해, 열교환기(30)와 샤프트(13)에 의해 넓은 열이동 면적을 확보할 수 있어, 열효율이 보다 높은 장치를 실현할 수 있다. 또한, 부착ㆍ퇴적된 피처리물이 박리되어 섞일 일이 없으므로, 신뢰성이 높은 분립체의 열교환 조작을 실현할 수 있는 장치로 된다.

이상, 본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치 및 그 제조 방법의 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 전혀 한정되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재한 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있어서, 더욱 다양한 변형 및 변경을 가할 수 있는 것은 당연하다.

또한, 피처리물의 건조도를 증강시킬 필요가 있는 경우 등에 있어서는, 상기 장치를 직렬로 복수대 연결 사용해도 좋다. 또한, 처리량을 증대시키고자 하는 경우 등에는, 열교환기를 배치한 샤프트를 또한 병렬로 증설한 구성으로 할 수도 있다.

본 발명의 장치는, 피처리물로서 습윤 분체, 입체 및 탈수 케이크 등의 괴상 물질의 건조에 사용할 수 있다. 예를 들어 수산화알루미늄, 산화티탄, 카본 그라파이트 등의 무기물, 소맥분, 옥수수 전분 등의 식품 유기물, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올, 폴리프로필렌 등의 합성 수지의 탈수품을 건조시키는 공정에서 사용할 수 있고, 또한 트리폴리인산소다와 같이 건조 후에 반응을 수반하는 물질의 가열, 반응의 공정에 사용할 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명에 관한 분립체의 열교환 장치는, 합성 수지, 식품, 화성품 등의 폭넓은 분야에 있어서, 분립체 재료의 건조, 가열, 냉각, 반응 등에 이용할 수 있다.

Claims (6)

1. 가로로 긴 케이싱 내에 샤프트를 축걸침하여, 상기 샤프트에 다수의 열교환기를 소정의 간격을 두고 배치하고, 상기 샤프트를 통해, 상기 열교환기 내에 열교환 매체를 공급하는 동시에, 상기 열교환기를 상기 케이싱 내에 있어서 회전시키는 구성으로 한 분립체의 열교환 장치이며, 상기 다수의 열교환기 중 적어도 일부의 열교환기를, 원주 테두리로부터 중심 방향을 향한 절결 오목부를 갖고, 상기 절결 오목부의 일측 테두리로부터 다음 절결 오목부의 타측 테두리까지의 판면이, 상기 판면 사이의 거리를 점차 넓게 함으로써 쐐기 형상 판면으로 형성되어 있는 동시에, 중앙부에 측면에서 볼 때 좌우 방향으로 매끄럽게 팽출되는 돌출부를 갖고, 상기 돌출부의 선단에 개구부가 형성된 대략 중공 원반 형상으로 하고, 상기 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기의 상기 개구부에 상기 샤프트를 삽입 관통시킴으로써, 상기 열교환기가 상기 샤프트에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부가 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 열교환기의 절결 오목부가 원주 테두리의 대칭 위치에 2개 형성되고, 그 2개의 절결 오목부의 각각의 사이의 판면이 상기 쐐기 형상 판면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기를 두께 방향 중앙에서 2분할한 형상의 부재를 각각 프레스 성형하는 과정과, 상기 프레스 성형된 2매의 부재를 주연부가 접촉하는 방향으로 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접함으로써 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기를 제작하는 동시에, 열교환기를 그 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서 샤프트에 용접함으로써 상기 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 프레스 성형된 2매의 부재를 주연부가 접촉하는 방향으로 맞대고, 그 접촉한 주연부에 있어서 용접하는 과정과, 상기 용접에 의해 제작된 쐐기 형상 판면을 갖는 대략 중공 원반 형상의 열교환기의 개구부에 샤프트를 삽입 관통시켜, 다수의 열교환기를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 열교환기를 그 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서 샤프트에 용접하는 과정으로 한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 열교환기를 제작하는 동시에 열교환기를 샤프트에 고정하는 과정을, 상기 프레스 성형된 2매 1세트의 부재를 순차 그 개구부에 샤프트를 삽입 관통시켜, 다수 세트의 프레스 성형된 부재를 샤프트에 배치하는 과정과, 상기 배치된 부재가 접촉하는 주연부에 있어서의 용접 및 돌출부 선단의 개구부 주연에 있어서의 샤프트와의 용접을 순차 행하는 용접 과정으로 한 것을 특징으로 하는, 분립체의 열교환 장치의 제조 방법.
   

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