KR20160050302A - 반버리 믹서 내부 측정용 온도계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반버리(banbury) 믹서의 내부 온도를 측정하는 측정용 온도계에 관한 것으로서, 반버리 믹서 내부에 삽입 고정되는 센서 하우징, 센서 하우징의 종단에 마련되며, 반버리 믹서 내부를 향해 돌출되는 반원형 노출면을 형성하는 보호 캡 및 보호 캡에 수납되어 반버리 믹서 내부의 온도를 측정하는 복수의 열전대를 포함하며, 열전대는 보호 캡의 외주연으로부터 동일한 거리를 유지하며 배치되는 된다.
본 발명에 따르면, 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는 믹서 내부에 설치되는 온도계의 감도를 높여서 믹서 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있으며, 믹서 내부에 삽입되는 온도 측정부의 형상을 변경하여 내구성을 증대시켜 마모 및 파손을 최소화할 수 있다.

Description

반버리 믹서 내부 측정용 온도계 {Thermometer for banbury mixer}
본 발명은 반버리 믹서 내부 측정용 온도계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반버리 믹서 내부에 설치되어 온도계의 감도를 높여서 믹서 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계에 관한 것이다.
일반적으로 타이어 제조를 위한 고무 조성물 혼합은 주로 온도, 시간, 전력으로 제어되는데, 특히 실리카(silica) 컴파운드의 물성은 온도 변화에 민감하므로 혼합기(mixer) 내부의 정확한 온도 감지 및 제어하는 기술이 중요하다.
타이어에 사용되는 고무 조성물을 믹서에서 혼합할 때 온도, 시간, 전력 항목을 이용하여 혼합 조건을 조정하는데, 그 중 온도는 고무의 물성에 영향을 주는 중요한 인자로 정확한 값을 측정하여 제어할 수 있어야 한다.
이와 같은 이유로 믹서에 설치된 온도계의 정확도와 유지 보수 관리가 매우 중요하다. 타이어 산업용 믹서인 반버리 믹서(banbury mixer)에 사용되는 온도계는온도 감지 부위인 열전대(thermocouple) 부위가 보호커버(jacket)로 둘러 쌓인 형태로 믹서 내부로 돌출된다.
이때, 열전대는 믹서의 외벽(side plate)의 좌, 우측이나 하부 배출구(drop door) 부위에 설치하여 믹서 내부 혼합물인 고무 조성물과의 접촉을 통해 온도를 측정할 수 있다.
이러한 온도계는 설치 위치에 따라 측정 정확도와 설비 관리 정도가 상이하다. 즉, 믹서의 외벽의 좌, 우측에 설치될 경우 설비 관리가 용이한 반면 측정된 온도값의 신뢰성이 낮으며, 하부 배출구에 설치될 경우 측정 온도의 신뢰성은 높으나 잦은 파손으로 인한 설비 관리의 어려움이 있다. 또한, 온도계 내구성을 높이기 위해 열전대를 보호하는 보호커버의 두께를 두껍게 할 경우 열전대의 감도가 줄어들어 정확한 온도 측정을 할 수 없게 된다.
이러한 이유로 온도계는 측정 온도의 정확도를 향상시키기 위해서는 믹서 내부 혼합물이 온도계 감지 부위와 접촉면적을 확대하고, 접촉 시간이 증대될 필요가 있다. 그러나, 종단부가 뽀족한 온도계 감지부위의 구조상 접촉면적과 접촉 시간의 증대에는 한계가 있다. 이는 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 온도계의 감지 부분은 종단이 뾰족한 형상을 가지며, 종단을 향할수록 접촉면적이 점차 감소하는 구조임을 볼 수 있다. 이러한 첨두 구조는 믹서 내부를 유동하는 혼합물과의 접촉 면적을 감소시켜 혼합물의 정확한 온도 측정을 어렵게 하는 측면이 있다.
이러한 첨두 구조는 한국 등록특허 제10-0459667호에서도 발견되는데, 한국 등록특허 제10-0459667호 또한, 온도계의 감지 부분이 뾰족한 형상으로 이루어져 접촉면적이 축소되고, 접촉 면적의 축소로 인해 믹서 내부의 혼합물의 정확한 온도를 측정하는데 어려운 문제점을 갖는다.
본 발명의 목적은 반버리 믹서 내부에 설치되는 온도계의 감도를 높여서 믹서 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 반버리 믹서 내부에 삽입되는 온도 측정부의 형상이 마모 또는 파손에 저항성을 갖도록 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는, 반버리(banbury) 믹서의 내부 온도를 측정하는 온도계에 관한것으로서, 반버리 믹서 내부에 삽입 고정되는 센서 하우징, 센서 하우징의 종단에 마련되며, 반버리 믹서 내부를 향해 돌출되는 돌출면을 형성하는 보호 캡; 및 보호 캡에 수납되어 반버리 믹서 내부의 온도를 측정하는 복수의 열전대(thermocuples)를 포함하며, 열전대는 보호 캡의 외주연으로부터 동일한 거리를 유지하며 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 보호 캡은 센서 하우징의 종단에서 반원통형상으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 열전대는 보호 캡의 길이방향을 따라 등 간격을 이루며 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 열전대는 보호 캡의 외주연으로부터 0.5 ~ 1.0 mm로 이격 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 보호 캡은 반버리 믹서 내부로 돌출되는 높이가 5~10mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 보호 캡은 반버리 믹서의 내부에서 상기 열전대로 열이 균일하게 전달되도록 열전달부가 충진될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 열전달부는 유욕(oil bath) 또는 금속욕(metal bath) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 센서 하우징은 반버리 믹서의 하부 배출부(drop door)에 이웃하게 배치될 수 있다.
본 발명에 의한 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는 믹서 내부에 설치되는 온도계의 감도를 높여서 믹서 내의 온도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는 믹서 내부에 삽입되는 온도 측정부의 형상을 변경하여 마모 및 파손을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 반버리 믹서 내부의 측정용 온도계이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 사시도이다.
도 3은 도 2를 A방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 온도계가 반버리 믹서의 하부 배출부에 장착된 상태도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계의 사시도이며, 도 3은 도 2를 A방향에서 바라본 도면이며, 도 3은 도 2를 A방향에서 바라본 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 온도계가 반버리 믹서의 하부 배출부에 장착된 상태도이다.
도 2 내지 4를 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는 센서 하우징(110), 보호 캡(120), 및 열전대(thermocouples)(130)를 포함하여 구성된다.
센서 하우징(110)은 반버리 믹서(10) 내부에 삽입고정되는 부분으로서, 내부에 후술하는 열절대(130)를 안내하는 안내부(미도시)를 구비할 수 있다. 본 실시예에서 센서 하우징(110)은 후술하는 복수의 열전대(130)를 수납하기 위하여 직육면체 형상으로 형성되었으나, 센서 하우징(110)의 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
보호 캡(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 하우징(110)의 종단에 마련되며, 센서 하우징(110)에 연장형성되어 반원통 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 측정용 온도계(100)가 반버리 믹서(10)에 장착되면, 보호 캡(120)은 반버리 믹서(10) 내부를 향해 돌출되는 돌출면(121)을 형성한다. 이때, 돌출면(121)은 도 2에 도시된 A 방향을 기준으로 반원형으로 형성된다. 따라서, 믹서 내부에 있는 혼합물과 돌출면(121)과의 접촉면적이 증가되어 온도 감지 면적을 증가시킬 수 있으며, 믹서 가동시 내부 물질의 유동에 의해 발생하는 응력에 대한 저항성을 증가시켜 보호 캡(120)이 파손되는 것을 방지하고. 후술하는 열전대(130)의 민감도가 떨어지는 것을 방지하여 온도 측정을 정확하게 할 수 있다.
보호 캡(120)은 반버리 믹서(10) 내부의 표면으로부터 5~10mm 정도 돌출되도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 표면으로 돌출되는 보호 캡(120)의 크기가 5mm 미만이 되면 믹서 내부의 혼합물과의 접촉면적이 줄어들어 온도 감지 면적 감소로 인한 정확한 측정이 어려워지게 되며, 10mm를 초과하게 되면 혼합물과의 감지 면적은 증가하나 접촉면적 증가로 인해 보호 캡(120)의 마모 및 마멸로 인한 측정용 온도계(100)를 자주 교체해야 하는 문제점이 발생하여 유지관리 비용이 증가하게 된다. 이에 따라, 실시예에 따른 보호 캡(120)은 5mm 내지 10mm의 범위로 돌출되는 것이 바람직하다.
열전대(130)는 반버리 믹서(10) 내부의 혼합물의 온도를 측정하는 것으로서, 보호 캡(120)에 수납된다. 이때, 열전대(120)는 보호 캡(120)의 외주형상에 따라 곡선을 이루도록 형성되며, 보호 캡(120)의 외주연으로부터 동일한 거리를 유지하며 배치되는 것이 바람직하다. 이로 인하여, 열전대(130)는 믹서 내부에 있는 혼합물로부터 동일한 위치에서 열이 전달되므로 오차를 줄여 정확한 측정을 할 수 있다.
열전대(130)는 보호 캡(120)의 길이방향을 따라 등 간격을 이루며 배열될 수 있다. 복수의 열전대(130)는 보호 캡(120)에서 믹서 내부에 있는 혼합물로부터 측정한 온도값을 평균하여 혼합물의 온도를 측정할 수 있으므로 혼합물의 측정온도 시 발생할 수 있는 오차 범위를 줄일 수 있다.
열전대(130)는 보호 캡(120)의 외주연으로부터 0.5 ~ 1.0mm 이내로 배치되는 것이 바람직하다. 열전대(130)와 보호 캡(120)의 설정거리가 0.5mm 미만으로 설정되면, 보호 캡(120)의 마모로 인한 열전대(130)의 노출이 빠르게 발생하여 열전대(130)의 민감도가 감소하고, 온도계를 자주 교체해야 하는 문제점이 발생할 수 있다. 이와 반대로, 1.0mm를 초과하게 되면, 열전대(130)와 혼합물과의 거리가 증가하게 되어 열전대(130)의 민감도가 감소하게 되어 온도 측정시 오차가 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.
열전대(130)가 보호 캡(120)의 길이 방향을 따라 등 간격을 이루면서 배열되고, 보호 캡(120)과 0.5mm 내지 1.0mm 간격을 이루면서 혼합물과의 거리가 근접됨에 따라 실시예에 따른 열전대(130)의 응답속도는 종래의 팁(Tip) 형상의 열전대에 비해 응답속도가 빠른 특징이 있다. 예컨대, 실시예에 따른 열전대(130)를 포함하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계는 40도 분위기의 오일 배스(Oil bath)에서 3분간 침윤한 후, 150도 분위기의 오일 배스(Oil bath)에 재 투입하는 경우, 130도까지 도달하는데 걸리는 응답시간이 15초 또는 그 이하로 관측되었다. 즉, 실시예에 따른 열전대(130)는 정밀하게 온도를 측정하는 것은 물론, 온도 측정에 소요되는 시간도 적게 걸리는 장점이 있다.
보호 캡(120)과 열전대(130) 사이에는 열전달부(140)를 더 구비할 수 있다. 열전달부(130)는 반버리 믹서(10) 내부에서 발생하는 열이 보호 캡(120)으로부터 열전대(130)로 균일하게 전달될 수 있는 역할을 한다. 열전달부(140)는 유욕(oil bath) 또는 금속욕(metal bath)중 하나일 수 있으며, 보호 캡(120)으로부터 열전대(130)까지 열을 균일하게 전달할 수 있는 재질이면 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 측정용 온도계와 종래의 온도계의 성능을 검증하기 위하여 반버리 믹서 내부의 설치 위치에 따른 측정온도 결과를 비교한 것이다.
표 1은 본 발명의 실시예와 비교예의 검증을 위한 혼합조건으로서, 타이어 혼합물 중 가장 많이 사용되는 실리카 컴파운드에 대한 혼합조건이며, 표 2는 종래의 온도계와 본 발명의 온도계 및 설치 위치에 따른 온도 측정 결과를 나태는 것이며, 표 3은 반버리 믹서 내 혼합물 충진율에 따른 온도 측정 감도를 비교한 것이다. 이때, 실측 온도는 믹서에서 혼합물이 방출되는 즉시 샘풀에서 회수하여 바늘(needle) 타입의 접촉시 온도계를 이용하여 측정하였다.
표 2에 나타나 바와 같이, 본 발명의 측정용 온도계는 종래의 온도계에 비하여 실측 온도와의 차이가 줄어든 것을 확인할 수 있으며, 12개월이 경과한 후에도 파손없이 지속적으로 사용할 수 있음을 확인하였다. 또한, 표 3에 나타난 바와 같이, 충진율에 따른 온도 측정 감도가 크게 변하지 않는 것을 확인할 수 있다.
구분 Sequence 제어 조건
1 고무, Filler, 기타 약품 시간
2 혼합 온도
3 Ram Sweep -
4 혼합 온도
5 Ram Sweep 　-
6 혼합 온도
구분 비교 예1 비교 예 2 실시 예
온도계 타입 종래 온도계 종래 온도계 본 발명 온도계
설치 위치 Side plate Drop door Drop door
믹서 측정 온도 (℃) 149 150 150
실측 온도 (℃) 158 154 151
실측 대비 차이 (℃) 9 4 1
교체 횟수 (12 개월 사용) 1 5 0
구분 비교 예1 실시 예1 비교예 2 실시 예 2 비교 예3 실시예 3
충진율 60% 60% 65% 65% 70% 70%
온도계 타입 종래
온도계		 본 발명 온도계 종래
온도계		 본 발명 온도계 종래
온도계		 본 발명 온도계
측정 결과
(℃)		 119 133 134 139 147 150
실측 온도
(℃)		 135 137 142 141 153 151
실측 대비 온도 차이(℃) 16 4 8 2 6 1
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 측정용 온도계를 하부 배출부(drop door)에 장착하였을 때가 실측 온도와의 실측 대비 차이가 적은 것으로 나타났으며, 12개월이 경과한 후에도 교체없어 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 측정용 온도계는 충진율에 따른 편차가 종래의 온도계에 비해서 적은 것으로 나타나 충진율에 의한 감도 변화가 크지 않은 것으로 나타났다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 반버리 믹서 100 : 측정용 온도계
110 : 센서 하우징 120 : 보호 캡
121 : 돌출면 130 : 열전대
140: 열전달부

Claims (8)

  1. 반버리(banbury) 믹서의 내부 온도를 측정하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계에 있어서,
    반버리 믹서 내부에 삽입 고정되는 센서 하우징;
    상기 센서 하우징의 종단에 마련되며, 상기 반버리 믹서 내부를 향해 돌출되는 돌출면을 형성하는 보호 캡; 및
    상기 보호 캡에 수납되어 상기 반버리 믹서 내부의 온도를 측정하는 복수의 열전대(thermocuples);를 포함하며,
    상기 열전대는 상기 보호 캡의 외주연으로부터 동일한 거리를 유지하며 배치되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡은,
    상기 센서 하우징의 종단에서 반원통형상으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전대는,
    상기 보호 캡의 길이방향을 따라 등 간격을 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열전대는,
    상기 상기 보호 캡의 외주연으로부터 0.5 ~ 1.0 mm로 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡은,
    상기 반버리 믹서 내부로 돌출되는 높이가 5~10mm인 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 보호 캡은,
    상기 반버리 믹서의 내부에서 상기 열전대로 열이 균일하게 전달되도록 열전달부가 충진되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 열전달부는,
    유욕(oil bath) 또는 금속욕(metal bath) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센서 하우징은,
    상기 반버리 믹서의 하부 배출부(drop door)에 이웃하게 배치되는 것을 특징으로 하는 반버리 믹서 내부 측정용 온도계.
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