KR101508743B1 - 방사구금 냉각장치 - Google Patents

Abstract

방사구금 냉각장치가 개시된다. 본 발명에 의한 방사구금의 내부에 전체 온도를 조절할 수 있도록 밀폐된 냉각라인이 설치된 방사구금의 냉각장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 방사구금 냉각장치는 용액 상태의 섬유고분자가 방사헤드로 공급된 다음 토출사로 분사되는 방사구금을 포함하는 방사장치에 있어서, 상기 방사구금의 외면에 설치되어 냉매의 열교환에 의해 상기 방사구금을 냉각하는 냉매관과, 상기 냉매관의 유로 상에 설치되어 상기 냉매의 순환을 제어하는 펌프를 포함한다.

Description

방사구금 냉각장치 {Cooling apparatus for spinnerette}

본 발명은 방사구금 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세히는 방사구금의 내부에 전체 온도를 조절할 수 있도록 밀폐된 냉각라인이 설치된 방사구금의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 건식방사(dry spinning)는 섬유 고분자를 쉽게 증발할 수 있는 용매에 녹인 다음 이 용액을 뜨거운 공기 속으로 압출하여 용매를 증발시켜 섬유상으로 고화시키는 방법이다.

최초의 건식방사로 아세테이트섬유가 공업적으로 생산된 이래 염화비닐과 아세트산비닐의 공중합체인 비닐론(vinylon)이 건식방사로 생산 되었으며, 그 이후 아세테이트 섬유를 비롯하여 트리아세테이트섬유, 폴리염화비닐섬유, 아크릴 섬유(올론), 스판덱스, 아라미드(aramid) 등이 건식방사로 생산 제조되기에 이르렀다.

건식방사 공정은 고분자의 용해, 미세 불순물을 제거하는 여과, 기포를 제거하는 탈포, 섬유모양으로 성형하는 방사, 용매를 회수하여 재사용하는 용매회수, 섬유성능향상을 위한 연신 등의 순서로 이루어진다. 건식방사 공정의 권취 및 연신 이후의 공정은 제품의 형태(필라멘트, 스테이플, 토우)에 따라 다르나, 용융방사와 거의 같으며, 방사구의 토출은 용융이나 습식방사와 유사한 기술로 진행된다. 다만 토출사의 건조방식이 건식방사의 특유한 공정이다.

본 발명은 특히, 상술한 건식방사 공정 중에 토출사를 방사하는 방사구금의 온도제어와 관련된 장치이다.

이러한 공정에 사용되는 종래기술에 의한 방사구금은 용융된 상태의 용액을 수용하는 방사헤드 하단에 설치되고, 상기 방사헤드에는 용융라인이 연결되어 용액을 공급하는 구조이다. 따라서 방사장치 설계자들은 방사구금으로부터 토출되는 토출사의 온도를 예상하고 그에 맞은 온도의 용액으로 만들어 용융라인과 방사헤드로 공급한다.

그러나, 방사구금 하부로 토출되는 토출사로부터 용매의 회수와 건조가 진행되도록 고온가스가 공급되기 때문에 직접적으로 고온가스에 노출되는 방사구금이 과열되어 방사성이 불안정해지는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위하여 방사구금의 하부에 수조를 설치하여 방사구금을 냉각시키는 구성이 고안되었으나, 이렇게 수조 순환방식을 구성한 경우에는 방사통에 고급되는 고온가스(250℃이상)로 인해 수조의 물이 증기로 변환되며, 증기로 변환된 후의 냉각효율은 크게 감소할 수 있어 거의 그 역할을 수행하지 못하게 되고, 증기로 기화된 냉수를 다시 응축/냉각시키기 위한 별도의 장치가 필요하게 되어 그 가동효율도 저하되는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안 20-0157868

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 방사구금의 금형 내부에 냉매라인을 형성하고 방사구금의 온도를 피드백하여 방사구금의 온도를 제어함으로써 이상적인 온도에서 토출되는 토출사를 얻을 수 있는 방사구금 냉각장치를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 용액 상태의 섬유고분자가 방사헤드로 공급된 다음 토출사로 분사되는 방사구금을 포함하는 방사장치에 있어서, 상기 방사구금의 외면에 설치되어 냉매의 열교환에 의해 상기 방사구금을 냉각하는 냉매관과, 상기 냉매관의 유로 상에 설치되어 상기 냉매의 순환을 제어하는 펌프를 포함한다.

바람직하게는, 상기 냉매관에는 외부 열교환기가 연결되어, 상기 방사구금의 열을 흡수한 냉매를 냉각한다.

바람직하게는, 상기 냉매관은 상기 방사구금을 적어도 한 번 이상 감싸도록 유로가 형성된다.

바람직하게는, 상기 방사구금에는 외측방향으로 돌출된 다수개의 핀이 형성되고, 상기 냉매관에 상기 핀들이 위치한다.

바람직하게는, 상기 핀은 주름진 형태로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 냉매관은 상기 방사구금을 코일 형태로 복수 번 감싸도록 설치된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 본 발명에 의한 방사구금 냉각장치는 방사구금에 밀폐된 형태의 냉매관을 설치하고 냉매의 흐름을 제어함으로써 방사구금의 온도를 적정하게 유지하여 최적의 토출사를 사출할 수 있는 효과를 제공한다.

(2) 본 발명에 의한 방사구금 냉각장치는 방사구금에서 최대한 신속하게 열을 흡수하여 냉각할 수 있도록 핀 구조의 열교환 구조를 구현하고 외부에는 순환되는 냉매를 신속하게 냉각시킬 수 있도록 외부 열교환기를 설치하여 피드백되는 방사구금의 온도에 신속하게 대응할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 방사구금 냉각장치가 설치된 방사장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 의한 방사구금 냉각장치가 설치된 방사장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 의한 방사구금 냉각장치가 설치된 방사장치의 단면도이다.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 제1실시 예에 따른 방사구금의 냉각장치가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 방사구금 냉각장치는 용액 상태의 섬유고분자가 방사헤드(2)로 공급된 다음 토출사(4)로 분사되는 방사구금(1)을 포함하는 방사장치에 있어서, 상기 방사구금(1)의 외면에 설치되어 냉매의 열교환에 의해 상기 방사구금(1)을 냉각하는 냉매관(10)과, 상기 냉매관(10)의 유로 상에 설치되어 상기 냉매의 순환을 제어하는 펌프(13)와, 상기 냉매관(10)에는 상기 방사구금(1)의 열을 흡수한 냉매를 냉각하도록 연결된 외부 열교환기(12)를 포함한다.

상기 방사구금(1)은 상기 방사헤드(2)에 설치되고, 방사헤드(2)에 용융라인(3)이 연결되어 용액 상태의 섬유고분자가 공급된 다음, 상기 방사구금(1)의 노즐을 통하여 토출사(4)가 토출된다.

상기 방사구금(1) 외면에는 냉매관(10)이 방사구금(1)을 둘러 싸도록 설치되어 있다. 상기 냉매관(10)이 상기 방사구금(1)에 직접 접촉하여 열교환이 가능하도록 설치되어 있는 것이다. 따라서 가장 열효관 효율이 뛰어난 형태이다.

상기 냉매관(10)에는 냉매가 흐르게 되고, 그 냉매의 흐름은 펌프(13)에 의해 제어된다. 물론 펌프(13)도 피드백되는 방사구금(1)의 온도에 따라 제어될 수 있도록 설치된다. 따라서 상기 방사구금(1)이 일정 온도 이상으로 올라가면 펌프(13)의 동작에 의해 냉매가 흐르면서 냉각이 시작되어 상기 방사구금(1)을 냉각하게 되고, 상기 방사구금(1)의 온도가 적정온도가 되면 펌프(13)가 동작을 멈춰 최적의 온도를 유지하게 된다.

상기 외부 열교환기(12)는 상기 방사구금(1)으로부터 흡수한 열을 외부로 전달하여 냉매의 온도를 낮추게 된다. 외부 열교환기가 없어도 냉매가 펌프(13)와 냉매라인(11)을 통하여 순환하면서 흡수된 열을 방출하게 되나, 이처럼 외부 열교환기(12)가 설치되어 있으면 더욱 신속하게 열을 방출할 수 있기 때문에 방사구금(1)을 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 용융라인(3)을 따라 방사헤드(2)로 유입된 용액 상태의 섬유고분자는 상기 방사구금(1)을 통하여 토출사(4)로 방사된다. 이때 방사통(5) 내부 상하부에서 용매 회수와 건조를 위하여 고온가스가 공급된다. 이렇게 설계된 설비에 따라 공정이 진행되면서 토출사(4)를 방사하여 제품을 생산하게 된다.

여기서, 방사공정을 계속 진행하게 되면 고온가스에 의해 방사통(5) 내부의 온도가 상승하게 되고 물론 상기 방사구금(1)의 온도도 상승하게 된다.

상기 방사구금(1)의 온도가 일정온도 이상으로 상승하게 되면 상기 펌프(13)가 작동하게 된다. 펌프(13)의 작동에 의해 냉매는 냉매관(10), 냉매라인(11), 그리고 열교환기(13)를 흘러 다시 냉매관(10)으로 유입되는 사이클을 겪게 되고, 그 와중에 방사구금(1)의 열을 흡수하여 외부 열교환기(12)와 냉매라인(11)에서 외부로 열을 방출하는 작업을 반복하게 된다. 방사구금(1)의 온도가 일정온도 이하로 내려가면 펌프(13)의 작업은 중지된다.

한편, 도 2에 본 발명에 의한 제2실시예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 제1실시예와 같은 구성을 취하고 있으나, 냉매관(10)에 다수개의 핀(100,100')을 적층하여 설치한 점에서 다르다. 이러한 핀(100,100')들을 적층함으로써 냉매와의 접촉면적을 더욱 넓혀 열교환 효율을 증대시킬 수 있다.

상기 핀(100,100')들은 상기 방사구금(1) 외면에 구금과 함께 일체로 금형으로 제작할 수도 있고, 방사구금(1)을 제작한 다음 이에 맞게 제작된 핀(100,100')들을 적층하여 설치할 수도 있다. 물론 상기 방사구금(1)에 일체로 형성하는 것이 열효관 효율에는 유리하다.

도 2에서 (a)는 일반적인 편평한 모양의 핀(100)을 설치한 것이고, (b)는 이보다 제작은 어렵지만 열교환 효율이 뛰어난 주름진 형태의 핀(100')을 도시하고 있다.

한편, 도 3에는 본 발명에 의한 제3실시예가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 상기 냉매관(10')은 상기 방사구금(1)을 코일 형태로 복수 번 감싸도록 설치되어 있다. 이러한 구조가 가장 제작하기 용이한 형태로 열교환 효율은 떨어지나 제작이 매우 용이한 형태이고, 원래의 방사통(5) 설계에서 변형을 적게 가져갈 수 있는 구조이기도 하다.

도 3을 참고하면, 냉각라인(11)을 연장하여 코일형태로 냉매관(10')을 구성하면 되는 것이다. 펌프(13)와 외부 열교환기(12)도 모두 동일하게 설치된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

1 : 방사구금
2 : 방사헤드 3 : 용융라인
4 : 토출사 5 : 방사통
10 : 냉매관 11 : 냉매라인
12 : 외부 열교환기 13 : 펌프

Claims (6)

1. 용액 상태의 섬유고분자가 방사헤드로 공급된 다음 토출사로 분사되는 방사구금을 포함하는 방사장치에 있어서,
   상기 방사구금의 외면에 설치되어 냉매의 열교환에 의해 상기 방사구금을 냉각하는 냉매관;
   상기 냉매관의 유로 상에 설치되어 상기 냉매의 순환을 제어하는 펌프;
   를 포함하고,
   상기 방사구금에는 외측방향으로 돌출된 다수개의 핀이 형성되고, 상기 냉매관에 상기 핀들이 위치되는 것을 특징으로 하는 방사구금 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉매관에는 외부 열교환기가 연결되어, 상기 방사구금의 열을 흡수한 냉매를 냉각하는 것을 특징으로 하는 방사구금 냉각장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 냉매관은 상기 방사구금을 적어도 한 번 이상 감싸도록 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 방사구금 냉각장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 핀은 주름진 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사구금 냉각장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉매관은 상기 방사구금을 코일 형태로 복수 번 감싸도록 설치된 것을 특징으로 하는 방사구금 냉각장치.
   
   
   
   

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