WO2022244912A1 - 원사 열풍 열처리 장치 - Google Patents

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WO2022244912A1
WO2022244912A1 PCT/KR2021/008689 KR2021008689W WO2022244912A1 WO 2022244912 A1 WO2022244912 A1 WO 2022244912A1 KR 2021008689 W KR2021008689 W KR 2021008689W WO 2022244912 A1 WO2022244912 A1 WO 2022244912A1
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yarn
heat treatment
bobbin
chamber body
heat
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PCT/KR2021/008689
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French (fr)
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탁병환
안유진
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주식회사 삼환티에프
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/02—Heat treatment
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/084—Heating filaments, threads or the like, leaving the spinnerettes
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06B—TREATING TEXTILE MATERIALS USING LIQUIDS, GASES OR VAPOURS
    • D06B19/00—Treatment of textile materials by liquids, gases or vapours, not provided for in groups D06B1/00 - D06B17/00

Definitions

  • the present invention relates to a yarn hot air heat treatment apparatus, and more particularly, to a yarn hot air heat treatment apparatus for heating a heat medium supplied into a sealed chamber and heat-treating yarn wound around a bobbin by using forced convection of the heated heat medium.
  • thermotropic liquid crystal polymer (TLCP) fibers such as liquid crystal polyester fibers have high strength, moisture resistance, chemical resistance, and cut-resistance. Due to this, the TLCP fibers are used as materials such as marine materials, industrial safety gloves, ropes, and anti-knives.
  • liquid crystal polyester fiber is a polymer composed of rigid molecular chains, and in melt spinning, the molecular chains are highly oriented in the axial direction of the fiber and further subjected to solid phase polymerization, among fibers obtained by melt spinning. is disclosed for obtaining the highest strength and elastic modulus.
  • the liquid crystal polyester has improved heat resistance and dimensional stability because its molecular weight and melting point are increased by solid-state polymerization.
  • the crystallinity of the liquid crystal polyester fiber is increased through a heat treatment process at a high temperature after melt spinning, thereby improving properties such as strength, moisture resistance, chemical resistance and incision resistance of the yarn.
  • Patent Document 1 also discloses that high-temperature heat treatment is performed after solid state polymerization in order to increase the abrasion resistance of fibers.
  • Patent Document 1 suggests radiant heating using a block or plate heater during the heat treatment process of yarn. In the case of this radiant heating, not only does it take a long time to uniformize the temperature inside the heating chamber, but also the heat treatment efficiency depends on the location of the yarn. Since this is different, there is a problem in that yarns wound on a plurality of bobbins cannot be heat treated at the same time.
  • Patent Document 2 below discloses a technique of improving the straight strength retention of a suture by applying a heated dry gas to the suture and heat-treating the suture. That is, Patent Document 2 below relates to a method for drying and heat-treating an absorbable surgical suture in which suture yarn is uniformly wound around a drum, mounted in a heat treatment machine, rotated, and heated by blowing hot dry air or inert gas thereto. Disclosed are an outer box to block external air, a drum for winding a suture thread, and a support for mounting the drum.
  • a dry gas inlet means installed at the top of the outer box and capable of applying dry air or inert gas at 90 to 130 degrees to the suture wound around the drum and installed at the bottom of the outer box to An exhaust port located on the opposite side of the installation of the dry gas inlet means is disclosed.
  • the dry gas inlet means for applying heated dry gas is installed at the upper end of the outer box and the exhaust port is installed at the lower end of the outer box, so that warm air rises and cool air fills the empty space.
  • the exhaust port is installed at the lower end of the outer box, so that warm air rises and cool air fills the empty space.
  • Patent Document 2 has a motor device for rotating a support so that the suture can be heat-treated evenly, but this causes a problem in that the configuration of the device becomes complicated, and a plurality of yarns (in particular, a drying gas inlet means and In the case of a multi-layer structure of the support between the exhaust vents), there is still a problem that cannot be heat treated at the same time.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration No. 10-1647414 (published on August 10, 2016)
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Registration No. 10-0141998 (published on March 27, 1997)
  • An object of the present invention is to prevent the temperature gradient according to the position of the space inside the chamber caused by the supply of the unheated heating medium when the heating medium is initially supplied into the chamber and the non-uniformity of the heat treatment caused thereby, and the heat treatment of the yarn It is to provide a yarn hot air heat treatment apparatus capable of increasing the speed.
  • Another object of the present invention is to provide a yarn hot air heat treatment apparatus that prevents contamination of equipment and yarn due to foreign substances generated during heat treatment of yarn.
  • Another object of the present invention is to solve the problem of deterioration in heat treatment uniformity of the yarn wound on the bobbin because the degree of exposure to the heat medium is different depending on the position and winding thickness of the yarn wound in the radial direction of the bobbin. to provide the device.
  • Yarn hot air heat treatment apparatus for achieving this technical problem is a chamber body having a sealed space therein, a bobbin hanger provided inside the chamber body to hold a bobbin on which yarn for heat treatment is wound, and a hot air blowing the yarn
  • a heat medium supply pipe provided to supply a heat medium for heat treatment into the chamber body, an internal heater provided inside the chamber body to heat the heat medium supplied from the heat medium supply pipe, and the inside of the chamber body generated at the initial supply of the heat medium and a pre-heater provided on one outer side of the chamber body to pre-heat the heat medium before being supplied into the chamber body in order to reduce the temperature gradient of the chamber body.
  • an exhaust port for discharging air or a heat medium inside the chamber body to the outside is further provided on one side of the chamber body, and an exhaust fan for forcibly discharging the heat medium inside the chamber body to the outside is provided in the exhaust port.
  • the present invention measures the supply air temperature of the heating medium supplied to the inside of the chamber body and the exhaust temperature of the heating medium discharged through the exhaust port by using a temperature sensor, and measures the exhaust temperature according to the difference between the measured supply air temperature and the exhaust temperature.
  • a control unit for controlling the operating speed of the fan is further included.
  • the present invention is a diaphragm provided to divide the space inside the chamber body into a heating medium heating space for heating the heat medium by the internal heater and a heat treatment space for heat treating the yarn mounted on the bobbin hanger by the heated heat medium
  • the diaphragm is formed with a plurality of diaphragm through-holes having regular intervals and sizes so that the heat medium heated in the heat medium heating space can be uniformly supplied to yarns mounted on each bobbin hanger located in the heat treatment space.
  • a plurality of hanging spacers are formed on the outer circumferential surface of the bobbin hanging to maintain a constant space apart from the bobbin being mounted.
  • the heat medium can be sent through the heat medium from the inner surface of the bobbin to the yarn direction through the space between the bobbin and the bobbin hanger when heat treatment of the yarn is performed.
  • a plurality of bobbin through-holes through which is supplied are formed.
  • the present invention supplies the heat medium introduced into the inner space via the pre-heater into the chamber body through a first path connected to the direction where the internal heater is installed and a second path connected to the direction where the bobbin hanger is installed. It further includes a heat medium supply unit installed on one side of the outer side of the chamber body so as to do so.
  • the bobbin hanger may have a hollow pipe shape with one end communicating with the heating medium supply unit and the other end opening toward the inside of the chamber body.
  • one end of the bobbin hanger is in communication with the heating medium supply unit and the other end is configured in a closed hollow pipe shape, and the heating medium heated through the pre-heater is formed on the outer circumferential surface of the bobbin hanger through the heat medium supply unit.
  • a plurality of hook through holes ejected into the chamber body may be formed.
  • the yarn hot air heat treatment apparatus prevents the non-uniformity of heat treatment caused by the temperature gradient according to the position of the inner space of the chamber, so that the strength of the yarn can be heat treated uniformly regardless of the position of the inner space of the chamber. There are possible effects.
  • the yarn hot air heat treatment apparatus of the present invention has an effect of increasing the heat treatment speed of the yarn by rapidly supplying the heated heat medium into the chamber at the beginning of supply of the heat medium to shorten the time to reach the heat treatment temperature of the yarn.
  • the yarn hot air heat treatment apparatus of the present invention has an effect of preventing contamination of equipment and yarn due to foreign substances by removing foreign substances generated during heat treatment of the yarn through the discharge of the heating medium through the exhaust port.
  • the yarn hot air heat treatment apparatus of the present invention uniformizes the degree of exposure of the heat medium to the yarn, which varies depending on the position and winding thickness of the yarn wound on the bobbin, thereby maintaining the winding thickness of the yarn while preventing a decrease in the heat treatment yield of the yarn. It works.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a yarn hot air heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a bobbin according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view A-A of FIG. 1 .
  • Figure 4 is a B-B cross-sectional view of Figure 1 shown according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a B-B cross-sectional view of FIG. 1 shown according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a B-B cross-sectional view of FIG. 1 shown according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing details of part “A” of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a control block diagram for maintaining a constant temperature inside the chamber body in the yarn hot air heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9 is a view for explaining a flow state of a heating medium in a chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view for explaining a flow state of a heat medium between a bobbin and a bobbin hanger according to an embodiment of the present invention.
  • control unit refers to a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • FIG. 1 is an external perspective view of a yarn hot air heat treatment apparatus 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing a bobbin 300 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view A-A of FIG. to be.
  • 4 is a B-B cross-sectional view of FIG. 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a B-B cross-sectional view of FIG. 1 according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a B-B cross-sectional view of FIG. 1 according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view showing the “A” part of FIG. 6 in detail.
  • the yarn hot air heat treatment apparatus 10 heats a room-temperature heating medium supplied into the chamber body 100 to wind the yarn 310 around the bobbin 300. ) to heat-treat the yarn 310 wound around the bobbin 300 by forced convection of the heating medium.
  • the heating medium an inert gas or nitrogen having a low water content is preferable in order to heat-treat the yarn 310 with hot air.
  • a plurality of bobbin through-holes 301 are formed on the outer circumferential surface of the bobbin 300 according to the present invention.
  • the bobbin 300 is preferably made of a metal material to prevent deformation from the heat of the heated heating medium.
  • the heated heating medium can be supplied to the yarn 310 from the inner surface of the bobbin 300 through the bobbin through hole 301 formed on the outer circumferential surface of the bobbin 300.
  • the heated heat medium sends hot air toward the yarn 310 from the inner surface of the bobbin 300 through the separation space between the bobbin 300 and the bobbin hanger 110, so that the bobbin 300 ) It is possible to simultaneously perform heat treatment on the inside as well as the outside of the yarn 310 wound around.
  • the heat treatment temperature range of the yarn 310 is preferably performed at 170 to 320 ° C. for 4 to 30 hours, but is not limited thereto, and the material of the yarn 310, the yarn 310 wound around the bobbin 300 It can be changed according to the amount of
  • the yarn hot air heat treatment apparatus 10 includes a bobbin hanger 110 provided in the chamber body 100, a heat medium supply pipe 120, and an internal heater 130 , An exhaust port 150 provided on the top of the chamber body 100, a pre-heater 200 provided on one side of the chamber body 100, and a heating medium supply unit 220.
  • the chamber body 100 is sealed to prevent outside air from entering and has a heat dissipation structure so that heat is not lost from the heated heat medium inside the chamber body 100 to the outside.
  • a door 103 that can be opened and closed to mount or collect the bobbin 300 on which the yarn 310 is wound on the bobbin hanger 110.
  • a handle 104 that can be gripped to facilitate opening and closing of the door 103 is provided on one side of the door 103 .
  • the bobbin hanger 110 is provided inside the chamber body 100 to mount the bobbin 300 on which the yarn 310 for heat treatment is wound. That is, as shown in FIGS. 4 to 6 , the bobbin hook 110 protrudes from the opposite side wall of the door 103 in a direction toward the door 103 and is provided in a horizontal state on the bottom surface.
  • FIG. 3 shows a structure in which the bobbin hanger 110 is provided in three stages and three columns, it is not limited thereto and may be provided in four stages or four or more columns depending on the size of the chamber body 100.
  • the bobbin hanger 110 is preferably made of a metal material to prevent deformation from the heat of the heated heating medium.
  • the bobbin hanger 110 may be configured in a cylindrical shape as shown in FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
  • both ends of the bobbin hanger 110 are open so that the heat medium heated through the pre-heater 200 can be supplied to the heat treatment space 101 as shown in FIG. 5 according to another embodiment of the present invention, and the inside It may be configured in a hollow pipe shape.
  • the heating medium heated by the pre-heater 200 may be directly supplied to the heat treatment space 101 of the chamber body 100 through the pipe-shaped bobbin hanger 110 .
  • the bobbin hanger 110 has an end connected to the heat medium supply unit 220 so that the heated heat medium can be supplied through the pre-heater 200. is opened and may be configured in a pipe shape with a hollow inside. At this time, as shown in Figures 6 and 7, the end of the bobbin hook 110 located inside the chamber may be configured in a closed form.
  • the heating medium heated through the pre-heater 200 is ejected from the inner surface of the bobbin 300 through the inside of the hollow bobbin hanger 110 to be supplied to the yarn 310.
  • a plurality of hanger through holes 113 are formed.
  • the plurality of bobbin through-holes 301 formed on the outer circumferential surface of the bobbin 300 are the heat medium supplied through the hanger through-holes 113 when heat treatment of the yarn 310 is performed, and the yarn 310 wound around the bobbin 300 It is preferable to be configured to correspond to the hanger through hole 113 so that it can be smoothly supplied to the inner surface.
  • a plurality of hanger spacers 111 are formed to uniformly space the space between the bobbin 300 and the bobbin hanger 110 to be mounted. do. That is, the hanger spacer 111 is the bobbin 300 and the bobbin hanger 110 so that hot air is uniformly discharged through the heat medium from the inner surface of the bobbin 300 toward the yarn 310 when the heat treatment of the yarn 310 is performed. keep the separation space uniform.
  • the hanger spacer 111 may be provided with a plurality of blades formed at regular intervals along the circumferential direction of the outer circumferential surface of the bobbin hanger 110.
  • a hanging spacer 111 formed of three blades at intervals of 120 degrees. 4 to 6 show that the bobbin hanger 110 and the hanger spacer 111 are integrally formed.
  • the configuration and shape of the hanging spacer 111 is not limited thereto, and may be implemented in various different forms.
  • the hanger spacer 111 may be composed of four or more blades formed at equal intervals, or may be composed of a plurality of comb teeth formed along the outer circumferential surface of the bobbin hanger 110.
  • the hanger spacer 111 may be detachably configured with the bobbin hanger 110 on the outer circumferential surface of the bobbin hanger 110. At this time, the hanger spacer 111 is provided at various heights of different heights, and the hanger spacer 111 corresponding to the height of the yarn 310 wound around the bobbin 300 is installed on the outer circumferential surface of the bobbin hanger 110. Thus, the separation space between the bobbin 300 and the bobbin hanger 110 can be adjusted.
  • the heat medium supply pipe 120 is provided to supply a heat medium for performing hot air heat treatment on the yarn 310 to the heat medium heating space 102 .
  • the internal heater 130 may heat the heat medium (inert gas or nitrogen) supplied from the heat medium supply pipe 120 .
  • the heat medium supply pipe 120 and the internal heater 130 are provided in the heat medium heating space 102 isolated from the heat treatment space 101 by the diaphragm 140 . That is, the internal heater 130 may be provided at the bottom of the chamber body 100 in a zigzag shape, and the supply port of the heating medium supply pipe 120 may be provided toward the top of the internal heater 130 .
  • the inner space of the chamber body 100 is separated into a heat treatment space 101 and a heat medium heating space 102 by a diaphragm 140 .
  • the diaphragm 140 may be provided to maintain a predetermined distance from the door 103 to prevent damage caused by opening and closing the door 103 .
  • the heat medium heating space 102 the heat medium is heated by the internal heater 130.
  • the bobbin hanger 110 is provided in the heat treatment space 101, and heat treatment of the yarn 310 is performed through the heat medium heated in the heat medium heating space 102.
  • a plurality of diaphragm through-holes having regular intervals and sizes so that the heat medium heated in the heat medium heating space 102 can be uniformly supplied to each bobbin hanger 110 located in the heat treatment space 101 ( 141) is provided.
  • the exhaust port 150 is provided at the top of the chamber body 100 so that heated air or heat medium inside the chamber body 100 is discharged to the outside of the chamber body 100. . Foreign substances evaporated during the heat treatment of the yarn 310 are discharged together through the exhaust port 150 through the external discharge of the heated air or heat medium.
  • a collection pipe for collecting foreign substances and heat medium discharged to prevent environmental pollution may be provided in the exhaust port 150 .
  • a filter for clean discharge to the outside may be provided in the collection pipe.
  • the exhaust fan 151 is driven under the control of the control unit 400 and forcibly discharges the heated air or heat medium inside the chamber body 100 to the outside in the exhaust port 150. provided That is, the heated air or heat medium inside the chamber body 100 is forcibly discharged to the outside by the driving of the exhaust fan 151, and as a result, forced convection of the heat medium within the chamber body 100 occurs.
  • the pre-heater 200 supplies the heat medium to the chamber body 100 through the heat medium supply pipe 120 in order to minimize the temperature gradient within the chamber generated at the initial stage of supplying the heat medium for heat treatment. Heat the heat medium in advance before supplying it.
  • the heating medium preheated by the pre-heater 200 is supplied to the internal heater 130 or the heating medium heating space 102 through the heating medium supply pipe 120, and then the internal heater 130 in the heating medium heating space 102. ) and heated again.
  • the heat medium supply unit 220 is provided with a sealed supply space 230 on one side of the outside of the chamber body 100, and a bobbin is provided on the inner wall of the heat medium supply unit 220.
  • a plurality of through-holes passing through the inside of the hanger 110 may be formed.
  • a first insertion port 221 into which a supply pipe 210 connected to an external heat medium supply mechanism is inserted is provided on a side wall opposite to the inner wall, and a pre-heater 200 is provided around the supply pipe 210. ) can be installed.
  • a second insertion port 222 into which the heating medium supply pipe 120 is inserted is provided below the heating medium supply unit 220 .
  • the heating medium supply unit 220 is preferably provided on the rear surface of the chamber body 100 as shown in FIGS. 5 and 6 .
  • the heat medium preheated by the pre-heater 200 is supplied to the heat medium supply unit 220 through the first insertion hole 221, and a portion of the heat medium supplied to the heat medium supply unit 220 passes through the heat medium supply pipe 120. After being supplied to the heating medium heating space 102 through the heat medium heating space 102, it is heated again using the internal heater 130.
  • some of the heating medium supplied to the heating medium supply unit 220 is supplied to the inside of each bobbin hanger 110 through a plurality of through-holes, and as shown in FIG. 5, the inside of the pipe-shaped bobbin hanger 110 supplied to the heat treatment space 101 through the open end 112 of the bobbin hanger 110, or through the plurality of hanger through holes 113 as shown in FIG. (101).
  • the heat medium heated in advance through the pre-heater 200 can be rapidly supplied to the heat treatment space 101 inside the chamber to minimize the temperature gradient in the chamber and increase the heat treatment speed of the yarn.
  • the pre-heater 200 can minimize the temperature gradient in the chamber generated by directly supplying the heating medium that has not been heated in the heating medium heating space 102 to the heat treatment space 101 at the initial stage of supplying the heat medium for heat treatment. That is, the present invention can prevent non-uniform heat treatment of the yarn 310 in which the heat treatment of the yarn 310 is not uniformly performed due to the temperature gradient according to the position of the inner space of the chamber when the heating medium is supplied.
  • the present invention increases the heat treatment speed of the yarn 310 by shortening the time for the heat medium to reach the heat treatment temperature of the yarn 310 when the heat medium for the heat treatment of the yarn 310 is initially supplied into the chamber.
  • the heat medium heated through the pre-heater 200 at the beginning when the heat medium for heat treatment of the yarn 310 is supplied is a plurality of through-holes 223 provided in the heat medium supply unit 220 and the bobbin hanger 110
  • a preset heat treatment temperature range eg, 170 to 320 ° C.
  • the pre-heater 200 since the heat medium heated through the pre-heater 200 is supplied to the heat treatment space 101 through the plurality of hanger through holes 113, a turbulent flow is generated inside the heat treatment space 101 so that the bobbin 300 It is possible to improve the uniformity of the heat treatment as a whole regardless of the location where it is mounted.
  • the pre-heater 200 may also be controlled to a preset temperature by the control unit 400 .
  • the yarn hot air heat treatment apparatus 10 minimizes the temperature gradient in the chamber through the uniform flow of the heating medium heated in the heating medium heating space 102 shown in FIG. (310) The uniformity of heat treatment can be secured.
  • the controller 400 receives measurement information from the first temperature sensor 410 and the second temperature sensor 420 and controls the operating speed of the exhaust fan 151 based on the received measurement information. Thus, the discharge speed of air or heat medium discharged from the chamber body 100 can be adjusted.
  • control unit 400 uses the first temperature sensor 410 and the second temperature sensor 420 as detection sensors to determine the supply temperature of the heat medium supplied to the heat treatment space 101 and the heat medium discharged through the exhaust port 150.
  • the exhaust temperature of is measured, and the operation speed of the exhaust fan 151 is controlled according to the difference between the measured supply air temperature and exhaust temperature.
  • a first temperature sensor 410 may be installed on one side of the diaphragm 140 inside the chamber body 100 to measure the supply air temperature of the heating medium.
  • the first temperature sensor 410 for measuring the supply air temperature is installed in the through-hole 141 of the diaphragm.
  • the second temperature sensor 420 for measuring the exhaust temperature of the heating medium is installed on one side of the exhaust port 150.
  • the control unit 400 measures the supply air temperature and the exhaust temperature of the heating medium using the first temperature sensor 410 and the second temperature sensor 420, and when the difference between the measured supply air temperature and the exhaust temperature is large, the exhaust fan ( 151) to reduce the discharge speed of air or heat medium. In addition, when the difference between the measured supply air temperature and the exhaust temperature is small, the operation speed of the exhaust fan 151 is increased, and the removal speed of foreign substances can be increased by increasing the discharge speed of air or heat medium inside the chamber body 100. have.
  • the controller 400 may heat the heating medium by controlling the internal heater 130 or the pre-heater 200 to a preset temperature in order to adjust the supply air temperature of the heating medium.
  • control unit 400 may increase the temperature of the heat medium by increasing the heating state of the internal heater 130 .
  • the present invention can improve the heat treatment uniformity of the yarn 310 and increase the heat treatment yield.
  • the present invention can prevent equipment and yarn 310 from being contaminated through the discharge of foreign substances using the exhaust port 150 .
  • FIG. 9 is a view for explaining a flow state of a heat medium in a chamber according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a view for explaining a flow state of a heat medium between a bobbin 300 and a bobbin hanger 110 according to an embodiment of the present invention. It is a drawing
  • the heating medium heated by the internal heater 130 in the heating medium heating space 102 is uniformly supplied to the heat treatment space 101 through the diaphragm through-holes 141 having regular intervals and sizes, and at the same time Heat treatment space ( 101) is supplied.
  • the heat medium is heated in advance using the pre-heater 200 before supplying the heat medium to the chamber body 100 .
  • the heated heating medium is forced as shown in FIG. Convection is generated to minimize the temperature gradient in the chamber, and uniform heat treatment of the yarn 310 is possible.
  • the present invention sends hot air from the inner surface of the bobbin 300 to the yarn 310 through the space between the bobbin 300 and the bobbin hanger 110 through the space between the heated heat medium and the bobbin. It can be seen that the heat treatment of the inside as well as the outside of the yarn 310 wound around 300 is performed simultaneously.
  • the present invention allows the heating medium to smoothly flow into the yarn 310 wound around the bobbin 300 through the plurality of bobbin through-holes 301 formed on the outer circumferential surface of the bobbin 300, so that the bobbin 300 Internal heat treatment efficiency of the wound yarn 310 may be increased.
  • the present invention can manufacture fibers with improved strength, moisture resistance, chemical resistance and incision resistance of yarns through hot air heat treatment of yarns, and fibers with improved properties in this way can be used in marine materials, industrial safety gloves, ropes, anti-knife, etc. material can be used.

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Abstract

밀폐된 챔버 내부로 공급되는 열매체를 가열하고, 가열된 열매체의 강제 대류를 이용하여 보빈에 권취된 원사를 열처리하는 원사 열풍 열처리 장치로서, 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체, 열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개, 상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관 및 상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터를 포함하며, 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배로 인하여 야기되는 열처리의 불균일성을 방지하여 챔버 내부 공간의 위치와 상관없이 원사의 강도가 균일하게 열처리될 수 있는 효과가 있다.

Description

원사 열풍 열처리 장치
본 발명은 원사 열풍 열처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀폐된 챔버 내부로 공급되는 열매체를 가열하고, 가열된 열매체의 강제 대류를 이용하여 보빈에 권취된 원사를 열처리하는 원사 열풍 열처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 액정 폴리에스테르 섬유와 같은 열방성 액정 폴리머(TLCP, Thermotropic Liquid Crystal Polymer) 섬유는 강도가 높고, 내습성, 내화학성 및 내절창성(cut-resistance) 등의 특성을 갖는다. 이로 인해, 상기 TLCP 섬유는 해양자재, 산업용 안전장갑, 로프, 방검복 등의 소재로 사용된다.
예를 들어, 하기 특허문헌 1에서 액정 폴리에스테르 섬유는 강직한 분자쇄로 이루어지는 폴리머로서, 용융 방사에는 그 분자쇄를 섬유 축방향에 고도로 배향시키고, 고상 중합을 더 행함으로써 용융 방사로 얻어지는 섬유 중에서는 가장 높은 강도와 탄성률이 얻어지는 것에 대해 개시되어 있다. 또한, 상기 액정 폴리에스테르는 고상 중합에 의해 분자량이 증가하고, 융점이 상승하기 때문에 내열성, 치수 안정성이 향상하는 것이 알려진다.
이와 같이 액정 폴리에스테르 섬유에는 고상 중합을 행함으로써 고강도, 고탄성률, 뛰어난 내열성 및 열치수 안정성이 발현된다. 여기서, 고상 중합 반응은 일반적으로 융점 근방의 고온 하에서 행해지고 있고, 이 때문에 실끼리의 융착이 일어나기 쉽다. 따라서, 융착에서 기인한 실의 물성 저하 및 피브릴화를 억제하는 목적에서 고상 중합 유제를 부여하는 것이 액정 폴리에스테르 섬유의 제조에서 중요한 기술 포인트이다.
이러한 액정 폴리에스테르 섬유는 용융 방사 이후에 고온에서의 열처리 공정을 거치면서 결정화도가 증가되어 원사의 강도, 내습성, 내화학성 및 내절창성 등의 특성이 향상된다.
하기 특허문헌 1에서도 섬유의 내마모성을 높이기 위해 고상 중합 후에 고온 열처리를 실시하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에는 원사의 열처리 공정시 블록 또는 플레이트 히터를 이용한 복사 가열을 제시하고 있는데, 이러한 복사 가열의 경우 가열 챔버 내부에서의 온도 균일화에 오랜 시간이 걸릴뿐만 아니라 원사의 위치에 따라 열처리 효율이 달라지기 때문에 복수 개의 보빈에 감긴 원사를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 있다.
또, 하기 특허문헌 2에는 봉합사에 가열된 건조기체를 가하여 열처리함으로써 봉합사의 직선강도유지율을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 즉, 하기 특허문헌 2는 봉합사용 원사를 드럼에 고르게 감은 후, 열처리기 내에 장착시켜 회전시키면서 뜨거운 건조공기 또는 불활성기체를 불어넣어 열처리하는 흡수성 수술용 봉합사의 건조 및 열처리 방법에 관한 것으로서, 내부를 외부공기로부터 차단하는 외부상자, 봉합사를 감는 드럼, 상기 드럼을 장착할 수 있는 지지대가 개시되어 있다.
또한, 하기 특허문헌 2에는 상기 외부상자의 상단에 설치되어 상기 드럼에 감겨있는 봉합사에 90도 내지 130도의 건조한 공기 또는 불활성 기체를 가할 수 있는 건조기체 유입구수단과 상기 외부상자의 하단에 설치되어 상기 건조기체 유입구 수단이 설치된 반대쪽에 위치한 배기구에 대해 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 2에는 가열된 건조기체를 인가할 수 있는 건조기체 유입구수단이 외부상자의 상단에 설치되고 배기구가 외부상자의 하단에 설치됨으로써, 따뜻한 공기는 위로 올라가고 차가운 공기는 그 빈 공간을 채워 밑으로 내려가는 대류현상의 원리를 고려하면, 열처리의 효율이 떨어질뿐만 아니라 복수개의 원사를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 특허문헌 2에서는 봉합사가 고르게 열처리될 수 있도록 지지대를 회전시키는 모터장치를 구비하고 있으나, 이로 인해 장치의 구성이 복잡하게 되는 문제가 있고, 복수개의 원사(특히, 건조기체 유입구수단과 배기구 사이에 지지대의 복층 구조시)를 동시에 열처리할 수 없는 문제가 여전히 존재하고 있다.
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-1647414호(2016년 08월 10일 공고)
(특허문헌 2) 대한민국 등록특허 제10-0141998호(1997년 03월 27일 공개)
본 발명의 목적은 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 경우 미처 가열되지 않은 열매체의 공급으로 인하여 발생되는 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배 및 이로 인하여 발생되는 열처리의 불균일성을 방지하고, 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 원사의 열처리 중 발생된 이물질로 인해 장비와 원사가 오염되는 것을 방지하는 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 보빈의 직경 방향으로 권취된 원사의 위치 및 권취 두께에 따라 열매체에 노출되는 정도가 다르기 때문에 보빈에 권취된 원사의 열처리 균일성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 원사 열풍 열처리 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치는 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체, 열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개, 상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관, 상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터 및 상기 열매체의 공급 초기에 발생되는 상기 챔버 본체 내부의 온도구배를 저감하기 위하여 상기 열매체를 챔버 본체 내부로 공급되기 이전에 미리 가열하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 마련된 프리 히터를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에서 상기 챔버 본체의 일측에는 챔버 본체 내부의 공기 또는 열매체를 외부로 배출하는 배기구가 더 마련되고, 상기 배기구에는 챔버 본체 내부의 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬이 마련된다.
또한, 본 발명은 온도센서를 이용하여 상기 챔버 본체의 내부로 공급되는 열매체의 급기온도와 상기 배기구를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 상기 배기팬의 동작속도를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 챔버 본체 내부의 공간을 상기 내부 히터에 의해 열매체를 가열하는 열매체 가열공간과 가열된 열매체에 의해 보빈 걸개에 거치된 원사를 열처리하는 열처리 공간으로 구분하기 위해 마련된 격판을 더 포함하고, 상기 격판에는 열매체 가열공간에서 가열된 열매체가 열처리 공간에 위치하는 각 보빈 걸개에 거치된 원사에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공이 형성된다.
바람직하게는, 본 발명에서 상기 보빈 걸개의 외주면에는 거치되는 보빈과의 이격 공간을 일정하게 유지하기 위한 걸개 스페이서가 복수 개 형성된다. 또, 본 발명에서 열처리를 위한 원사가 권취되는 상기 보빈의 외주면에는 원사의 열처리 수행시 보빈과 보빈 걸개 사이의 이격 공간을 통해 보빈의 내측면에서 원사 방향으로 열매체를 통한 열풍이 송출될 수 있도록 열매체가 공급되는 다수의 보빈 통공이 형성된다.
바람직하게는, 본 발명은 상기 프리 히터를 경유하여 내부 공간으로 유입된 열매체를 내부 히터가 설치된 방향으로 연결되는 제1경로와 보빈 걸개가 설치된 방향으로 연결되는 제2경로를 통해 챔버 본체 내부로 공급하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 설치된 열매체 공급부를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에서 상기 보빈 걸개는 일측 단부가 상기 열매체 공급부에 연통되고, 타측 단부는 챔버 본체의 내부 방향으로 개방된 중공 파이프 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 보빈 걸개는 일측 단부가 상기 열매체 공급부에 연통되고, 타측 단부는 막힌 중공 파이프 형상으로 구성되며, 상기 보빈 걸개의 외주면에는 프리 히터를 통해 가열된 열매체가 상기 열매체 공급부를 통해 상기 챔버 본체 내부로 분출되는 다수의 걸개 통공이 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치는 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배로 인하여 야기되는 열처리의 불균일성을 방지하여 챔버 내부 공간의 위치와 상관없이 원사의 강도가 균일하게 열처리될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 원사 열풍 열처리 장치는 열매체의 공급 초기에 가열된 열매체를 챔버 내로 신속하게 공급하여 원사의 열처리 온도에 도달하는 시간을 단축함으로써 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 원사 열풍 열처리 장치는 배기구를 통한 열매체의 배출을 통해 원사의 열처리 중 발생된 이물질을 제거함으로써 이물질로 인해 장비와 원사가 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 원사 열풍 열처리 장치는 보빈에 권취된 원사의 위치 및 권취 두께에 따라 달라지는 원사에 대한 열매체의 노출 정도를 균일화함으로써 원사의 권취 두께를 유지하면서 원사의 열처리 수율 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원사 열풍 열처리 장치의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보빈을 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 1의 A-A 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이다.
도 7은 도 6의 "가"부를 세부적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치에서 챔버 본체 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어 블록도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 내의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보빈과 보빈 걸개 간의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 용어 "제어부"는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)의 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 보빈(300)을 나타내는 구성도이며, 도 3은 도 1의 A-A 단면도이다. 또, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 도시된 도 1의 B-B 단면도이고, 도 7은 도 6의 "가"부를 세부적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100) 내에 공급되는 상온의 열매체를 가열하여 보빈(300)에 권취된 원사(310)에 공급함으로써 상기 열매체의 강제 대류에 의하여 보빈(300)에 권취된 원사(310)를 열처리한다. 이때, 상기 열매체로는 원사(310)를 열풍 열처리하기 위해 수분함량이 적은 불활성 기체 또는 질소가 바람직하다.
또한, 도 2에서 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 보빈(300)의 외주면에는 다수의 보빈 통공(301)이 형성되어 있다. 이때, 보빈(300)은 가열된 열매체의 열기로부터 변형을 방지하기 위해 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 원사(310)의 열처리 수행시 가열된 열매체가 보빈(300)의 외주면에 형성된 보빈 통공(301)을 통해 보빈(300) 내측면으로부터 원사(310)에 공급되도록 할 수 있다.
즉, 원사(310)의 열처리 수행시 가열된 열매체는 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 이격 공간을 통해 보빈(300)의 내측 면에서 원사(310) 방향으로 열풍을 송출함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 외측뿐만 아니라 내측의 열처리를 동시에 수행할 수 있다.
이러한 열처리 과정을 통해 원사(310)는 강도와 탄성률이 증가하고, 내열성, 내약품성이 향상된다. 이때, 원사(310)의 열처리 온도 범위는 170~320℃에서 4~30시간 동안 수행하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 원사(310)의 재질, 보빈(300)에 감겨진 원사(310)의 양 등에 따라 변경 가능하다.
본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 1과 도 3 내지 도 6에서 도시된 바와 같이 챔버 본체(100) 내에 마련되는 보빈 걸개(110), 열매체 공급관(120) 및 내부 히터(130), 챔버 본체(100)의 상단에 마련되는 배기구(150), 챔버 본체(100)의 일측에 마련되는 프리 히터(200) 및 열매체 공급부(220)를 포함한다.
상기 챔버 본체(100)는 외부의 공기가 유입되지 않도록 밀폐되고, 챔버 본체(100) 내부의 가열된 열매체로부터 외부로 열이 유실되지 않도록 방열 구조로 구성되는 것이 바람직하다.
또, 챔버 본체(100)의 전면에는 도 1에 도시된 바와 같이, 원사(310)가 권취된 보빈(300)을 보빈 걸개(110)에 거치하거나 수거하기 위해 개폐할 수 있는 도어(103)가 마련된다. 또한, 도어(103)의 일측에는 도어(103)의 개폐가 용이하도록 파지할 수 있는 손잡이(104)가 구비된다.
또한, 보빈 걸개(110)는 열처리를 위한 원사(310)가 권취된 보빈(300)을 거치하기 위해 챔버 본체(100)의 내부에 마련된다. 즉, 보빈 걸개(110)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 도어(103)의 대향 측벽에서 도어(103)를 향한 방향으로 돌출되고 바닥면에 수평한 상태로 마련된다.
또, 도 3에서는 보빈 걸개(110)가 3단 3열로 마련된 구조를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니고 챔버 본체(100)의 크기에 따라 4단 4열 이상으로 마련될 수도 있다. 한편, 보빈 걸개(110)는 가열된 열매체의 열기로부터 변형을 방지하기 위해 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 보빈 걸개(110)는 본 발명의 일 실시 예에 따라 도 4에서 도시된 바와 같이 원통 형상으로 구성될 수 있다. 또, 보빈 걸개(110)는 본 발명의 다른 실시 예에 따라 도 5에서 도시된 바와 같이 프리 히터(200)를 통해 가열된 열매체가 열처리 공간(101)으로 공급될 수 있도록 양단부가 개방되고 내부가 중공된 파이프 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 파이프 형상의 보빈 걸개(110)를 통해 프리 히터(200)에서 가열된 열매체가 챔버 본체(100)의 열처리 공간(101)에 바로 공급될 수 있다.
또한, 보빈 걸개(110)는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따라 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이 프리 히터(200)를 통해 가열된 열매체가 공급될 수 있도록 열매체 공급부(220)에 연결된 단부가 개방되고, 내부가 중공된 파이프 형상으로 구성될 수 있다. 이때, 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이 챔버 내부에 위치하는 보빈 걸개(110)의 단부는 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다. 또, 보빈 걸개(110)의 외주면에는 프리 히터(200)를 통해 가열된 열매체가 중공된 보빈 걸개(110)의 내부를 거쳐 보빈(300)의 내측면으로부터 원사(310)에 공급되기 위해 분출되는 다수의 걸개 통공(113)이 형성된다.
또, 보빈(300)의 외주면에 형성되는 다수의 보빈 통공(301)은 원사(310)의 열처리 수행시 걸개 통공(113)을 통해 공급된 열매체가 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 내측면에 원활하게 공급될 수 있도록 걸개 통공(113)에 대응되어 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 보빈 걸개(110)의 외주면에는 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 거치되는 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 사이의 공간을 일정하게 이격시키는 걸개 스페이서(111)가 복수 개 형성된다. 즉, 걸개 스페이서(111)는 원사(310)의 열처리 수행시 보빈(300)의 내측면에서 원사(310) 방향으로 열매체를 통한 열풍 송출이 균일하게 이루어지도록 보빈(300)과 보빈 걸개(110)의 이격 공간을 균일하게 유지한다.
상기 걸개 스페이서(111)는 보빈 걸개(110)의 외주면 원주방향을 따라 일정한 간격으로 형성되는 복수의 블레이드(blade)로 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 3에는 120도 간격의 3개 블레이드로 형성되는 걸개 스페이서(111)가 마련되어 있다. 또한, 도 4 내지 도 6에는 보빈 걸개(110)와 걸개 스페이서(111)가 일체로 형성된 것이 나타나 있다.
그러나 걸개 스페이서(111)의 구성 및 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 걸개 스페이서(111)는 동일한 간격으로 형성되는 4개 이상의 블레이드로 구성되거나, 보빈 걸개(110)의 외주면을 따라 형성되는 다수의 빗살 형태로 구성될 수 있다.
또한, 걸개 스페이서(111)가 보빈 걸개(110)의 외주면에서 보빈 걸개(110)와 착탈식으로 구성될 수 있다. 이때, 걸개 스페이서(111)는 각기 다른 높이의 다양한 높이로 마련되고, 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 높이에 따라 대응되는 걸개 스페이서(111)를 보빈 걸개(110)의 외주면에 설치하여 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 사이의 이격 공간을 조절할 수 있다.
열매체 공급관(120)은 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 원사(310)에 대해 열풍 열처리를 실행하기 위한 열매체를 열매체 가열공간(102)에 공급하기 위해 마련된다. 또한, 내부 히터(130)는 열매체 공급관(120)으로부터 공급되는 열매체(불황성 기체 또는 질소)를 가열할 수 있다.
이때, 열매체 공급관(120) 및 내부 히터(130)는 격판(140)에 의해 열처리 공간(101)으로부터 격리되는 열매체 가열공간(102)에 마련된다. 즉, 내부 히터(130)는 챔버 본체(100)의 바닥 부분에 지그재그 형상으로 마련될 수 있으며, 열매체 공급관(120)의 공급구는 내부 히터(130)의 상부를 향해 마련될 수 있다.
또, 챔버 본체(100)의 내부 공간은 격판(140)에 의해 열처리 공간(101)과 열매체 가열공간(102)으로 분리된다. 이와 같은 격판(140)은 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 도어(103)의 개폐에 따른 파손을 방지하기 위해 도어(103)와 일정 간격을 유지하도록 마련될 수 있다.
열매체 가열공간(102)에서는 내부 히터(130)에 의해 열매체의 가열이 이루어진다. 또한, 열처리 공간(101)에는 보빈 걸개(110)가 마련되고, 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체를 통해 원사(310)의 열처리가 이루어진다. 이때, 격판(140)에는 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체가 열처리 공간(101)에 위치하는 각 보빈 걸개(110)에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공(141)이 마련된다.
배기구(150)는 도 1과 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체가 챔버 본체(100) 외부로 배출되도록 챔버 본체(100) 상단에 마련된다. 이러한 가열 공기 또는 열매체의 외부 배출을 통해 원사(310)의 열처리 과정에서 기화된 이물질이 배기구(150)를 통해 함께 배출된다. 또한, 상기 배기구(150)에는 환경 오염을 방지하기 위해 배출되는 이물질 및 열매체를 수집하기 위한 수집관이 마련될 수도 있다. 또 상기 수집관에는 외부로의 청정 배출을 위한 필터가 마련될 수도 있다.
도 4 내지 도 6에서 도시된 바와 같이, 배기구(150)에는 제어부(400)의 제어에 따라 구동되어 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬(151)이 마련된다. 즉, 배기팬(151)의 구동에 의해 챔버 본체(100) 내부의 가열된 공기 또는 열매체가 외부로 강제 배출되고, 이로 인해 챔버 본체(100) 내 열매체의 강제 대류가 발생한다.
또한, 프리 히터(200)는 도 4 내지 도 6에서 도시된 바와 같이 열처리를 위한 열매체의 공급 초기에 발생되는 챔버내 온도구배를 최소화하기 위해 열매체 공급관(120)을 통해 챔버 본체(100)에 열매체를 공급하기 전에 미리 열매체를 가열한다.
이와 같이 프리 히터(200)를 이용하여 미리 가열된 열매체는 열매체 공급관(120)을 통해 내부 히터(130) 또는 열매체 가열공간(102)으로 공급된 후, 열매체 가열공간(102)에서 내부 히터(130)를 이용하여 다시 가열된다.
또, 열매체 공급부(220)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 챔버 본체(100)의 외부 일측에 밀폐된 공급 공간(230)을 구비하도록 마련되고, 열매체 공급부(220)의 내벽에는 보빈 걸개(110)의 내부와 관통되는 다수의 관통구가 형성될 수 있다.
또, 열매체 공급부(220)에서 상기 내벽의 대향 측벽에는 외부의 열매체 공급 기구에 연결된 공급관(210)이 삽입되는 제1 삽입구(221)가 마련되고, 이 공급관(210)의 주변에는 프리 히터(200)가 장착될 수 있다. 또, 열매체 공급부(220)의 하부에는 열매체 공급관(120)이 삽입되는 제2 삽입구(222)가 마련된다. 이때, 열매체 공급부(220)는 도 5 및 도 6과 같이 챔버 본체(100)의 후면에 마련되는 것이 바람직하다.
이와 같이 프리 히터(200)를 이용하여 미리 가열된 열매체는 제1 삽입구(221)를 통해 열매체 공급부(220)로 공급되고, 열매체 공급부(220)에 공급된 열매체의 일부는 열매체 공급관(120)을 통해 열매체 가열공간(102)으로 공급된 후, 열매체 가열공간(102)에서 내부 히터(130)를 이용하여 다시 가열된다.
또, 열매체 공급부(220)에 공급된 열매체의 일부는 다수의 관통구를 통해 각각의 보빈 걸개(110)의 내부로 공급되며, 도 5에서 도시된 바와 같이 파이프 형상의 보빈 걸개(110) 내부를 거쳐 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112)를 통해 열처리 공간(101)으로 공급되거나, 도 6에서 도시된 바와 같이 다수의 걸개 통공(113)을 거쳐 다수의 보빈 통공(301) 및 열처리 공간(101)으로 공급된다.
즉, 프리 히터(200)를 통해 미리 가열된 열매체를 챔버 내부의 열처리 공간(101)으로 신속하게 공급하여 챔버 내 온도구배를 최소화하고 원사의 열처리 속도를 증대할 수 있다.
따라서, 프리 히터(200)는 열처리를 위한 열매체의 공급 초기에 열매체 가열공간(102)에서 미처 가열되지 않은 열매체가 열처리 공간(101)으로 바로 공급됨으로써 발생되는 챔버내 온도구배를 최소화할 수 있다. 즉, 본 발명은 열매체의 공급시 챔버 내부 공간의 위치에 따른 온도 구배로 인하여 원사(310)의 열처리가 균일하게 이루어지지 못하는 원사(310) 열처리의 불균일성을 방지할 수 있다.
또, 본 발명은 원사(310)의 열처리를 위한 열매체가 초기에 챔버 내부로 공급될 때 상기 열매체가 원사(310)의 열처리 온도에 도달하는 시간을 단축하여 원사(310)의 열처리 속도를 증대할 수 있다.
즉, 본 발명은 원사(310)의 열처리를 위한 열매체가 공급되는 초기에 프리 히터(200)를 통해 가열된 열매체가 열매체 공급부(220)에 마련된 다수의 관통구(223)와 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112)를 통해 열처리 공간(101)으로 신속하게 공급됨으로써 열처리 공간(101) 내의 열매체가 미리 설정된 열처리 온도 범위(예를 들어, 170~320℃)에 도달하는 시간을 현저히 감소시킬 수 있다.
또, 본 발명은 프리 히터(200)를 통해 가열된 열매체가 다수의 걸개 통공(113)을 통해 열처리 공간(101)으로 공급되므로, 열처리 공간(101)의 내부에서 난류를 발생시켜 보빈(300)이 거치되는 위치에 상관없이 전체적으로 열처리의 균일성을 향상시킬 수가 있다. 또한, 이와 같은 프리 히터(200)도 제어부(400)에 의해 미리 설정된 온도로 제어될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)는 도 3에 도시된 열매체 가열공간(102)에서 가열된 열매체의 균일한 유동을 통해 챔버내 온도구배를 최소화하고, 원사(310) 열처리의 균일성을 확보할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)에서 챔버 본체(100) 내부의 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어 블록도이다. 도 8에서 도시된 바와 같이 제어부(400)는 제1온도센서(410) 및 제2온도센서(420)의 측정 정보를 입력받고, 입력받은 측정 정보를 토대로 배기팬(151)의 동작속도를 제어하여 챔버 본체(100)로부터 배출되는 공기 또는 열매체의 배출 속도를 조절할 수 있다.
즉, 제어부(400)는 감지센서인 제1 온도센서(410) 및 제2 온도센서(420)를 이용하여 열처리 공간(101)에 공급되는 열매체의 급기온도와 배기구(150)를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 배기팬(151)의 동작속도를 제어한다.
예를 들어, 상기 열매체의 급기온도를 측정하기 위해 챔버 본체(100) 내부의 격판(140) 일측에 제1 온도센서(410)가 설치될 수 있다. 바람직하게는, 급기온도를 측정하기 위한 제1 온도센서(410)는 격판 통공(141)에 설치된다. 또한, 상기 열매체의 배기온도를 측정하기 위한 제2 온도센서(420)는 배기구(150)의 일측에 설치된다.
제어부(400)는 제1 온도센서(410) 및 제2 온도센서(420)를 이용하여 열매체의 급기온도와 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이가 큰 경우에 배기팬(151)의 동작속도를 줄여 공기 또는 열매체의 배출 속도를 감소시킬 수 있다. 또한, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이가 작은 경우에는 배기팬(151)의 동작속도를 높이고, 챔버 본체(100) 내부의 공기 또는 열매체의 배출 속도를 증가하여 이물질의 제거 속도를 증대할 수 있다.
이 경우, 상기 급기온도와 배기온도가 모두 미리 설정된 열처리 온도 이하인 경우에는 배기팬(151)의 동작을 정지(Off)시키는 것이 바람직하다.
또한, 도 8에서 도시된 바와 같이 제어부(400)는 열매체의 급기온도를 조절하기 위해 미리 설정된 온도로 내부 히터(130) 또는 프리 히터(200)를 제어하여 열매체를 가열할 수 있다.
즉, 상기 열매체 가열공간(102)에서의 온도가 미리 설정된 온도 이하인 경우, 제어부(400)는 내부 히터(130)의 가열 상태를 증가시켜 열매체의 온도를 증가시키도록 제어할 수도 있다.
이로 인해 본 발명은 원사(310)의 열처리 균일성이 향상되고, 열처리 수율을 증대할 수 있다. 또한, 본 발명은 배기구(150)를 이용한 이물질의 배출을 통해 장비 및 원사(310)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 원사 열풍 열처리 장치(10)의 내부에서의 열매체 유동상태에 대해 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 챔버 내의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 열매체 유동상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9에서 도시된 바와 같이, 열매체 가열공간(102)에서 내부 히터(130)를 이용하여 가열된 열매체가 일정한 간격 및 크기의 격판 통공(141)을 통해 열처리 공간(101)에 균일하게 공급됨과 동시에 프리 히터(200)를 이용하여 가열된 열매체가 열매체 공급부(220)에 마련된 다수의 관통구(223)와 보빈 걸개(110)의 개방된 단부(112) 또는 걸개 통공(113)을 통해 열처리 공간(101)으로 공급된다.
본 발명은 챔버 본체(100)에 열매체를 공급하기 전에 프리 히터(200)를 이용하여 미리 열매체를 가열한다. 또한, 열처리 공간(101)에 공급되는 열매체의 급기온도와 배기구(150)를 통해 배출되는 열매체의 배기온도 차에 따라 배기팬(151)의 동작속도를 제어함으로써 도 9와 같이 가열된 열매체의 강제 대류를 발생하여 챔버내 온도구배를 최소화하고, 원사(310)의 균일한 열처리가 가능하다.
또, 본 발명은 도 10에 도시된 바와 같이 가열된 열매체가 보빈(300)과 보빈 걸개(110) 간의 이격 공간을 통해 보빈(300)의 내측면에서 원사(310) 방향으로 열풍을 송출함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 외측뿐만아니라 내측의 열처리를 동시에 수행하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 보빈(300)의 외주면에 형성된 다수의 보빈 통공(301)을 통해 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 내부로 열매체가 원활하게 유동할 수 있도록 함으로써 보빈(300)에 권취된 원사(310)의 내부 열처리 효율을 증대할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
본 발명은 원사의 열풍 열처리를 통해 원사의 강도, 내습성, 내화학성 및 내절창성이 향상된 섬유를 제조할 수 있고, 이와 같이 특성이 향상된 섬유는 해양 자재, 산업용 안전장갑, 로프, 방검복 등의 소재로 사용될 수 있다.

Claims (9)

  1. 내부에 밀폐공간이 형성된 챔버 본체;
    열처리를 위한 원사가 권취된 보빈을 거치하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 보빈 걸개;
    상기 원사를 열풍 열처리하기 위한 열매체를 상기 챔버 본체 내부로 공급하기 위해 마련된 열매체 공급관;
    상기 열매체 공급관으로부터 공급된 열매체를 가열하기 위해 상기 챔버 본체의 내부에 마련된 내부 히터; 및
    상기 열매체의 공급 초기에 발생되는 상기 챔버 본체 내부의 온도구배를 저감하기 위하여 상기 열매체를 챔버 본체 내부로 공급되기 이전에 미리 가열하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 마련된 프리 히터를 포함하는 원사 열풍 열처리 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 챔버 본체의 일측에는 챔버 본체 내부의 공기 또는 열매체를 외부로 배출하는 배기구가 더 마련되고,
    상기 배기구에는 챔버 본체 내부의 열매체를 외부로 강제 배출하는 배기팬이 마련된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
  3. 제2항에서,
    온도센서를 이용하여 상기 챔버 본체의 내부로 공급되는 열매체의 급기온도와 상기 배기구를 통해 배출되는 열매체의 배기온도를 측정하고, 측정된 급기온도와 배기온도의 차이에 따라 상기 배기팬의 동작속도를 제어하는 제어부를 더 포함하는 원사 열풍 열처리 장치.
  4. 제1항에서,
    상기 챔버 본체 내부의 공간을 상기 내부 히터에 의해 열매체를 가열하는 열매체 가열공간과 가열된 열매체에 의해 보빈 걸개에 거치된 원사를 열처리하는 열처리 공간으로 구분하기 위해 마련된 격판을 더 포함하고,
    상기 격판에는 열매체 가열공간에서 가열된 열매체가 열처리 공간에 위치하는 각 보빈 걸개에 거치된 원사에 균일하게 공급될 수 있도록 일정한 간격과 크기를 갖는 다수의 격판 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 보빈 걸개의 외주면에는 거치되는 보빈과의 이격 공간을 일정하게 유지하기 위한 걸개 스페이서가 복수 개 형성된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
  6. 제1항에서,
    열처리를 위한 원사가 권취되는 상기 보빈의 외주면에는 원사의 열처리 수행시 보빈과 보빈 걸개 사이의 이격 공간을 통해 보빈의 내측면에서 원사 방향으로 열매체를 통한 열풍이 송출될 수 있도록 열매체가 공급되는 다수의 보빈 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에서,
    상기 프리 히터를 경유하여 내부 공간으로 유입된 열매체를 내부 히터가 설치된 방향으로 연결되는 제1경로와 보빈 걸개가 설치된 방향으로 연결되는 제2경로를 통해 챔버 본체 내부로 공급하도록 상기 챔버 본체의 외부 일측에 설치된 열매체 공급부를 더 포함하는 원사 열풍 열처리 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 보빈 걸개는 일측 단부가 상기 열매체 공급부에 연통되고, 타측 단부는 챔버 본체의 내부 방향으로 개방된 중공 파이프 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
  9. 제7항에서,
    상기 보빈 걸개는 일측 단부가 상기 열매체 공급부에 연통되고, 타측 단부는 막힌 중공 파이프 형상으로 구성되며, 상기 보빈 걸개의 외주면에는 프리 히터를 통해 가열된 열매체가 상기 열매체 공급부를 통해 상기 챔버 본체 내부로 분출되는 다수의 걸개 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 원사 열풍 열처리 장치.
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