KR101184578B1 - 소성 스터코 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치와 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 석고 보드 또는 벽토(plaster) 제품에 사용되는 고온 소성 스터코를 냉각, 탈증기 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 유동층 스터코 냉각기이며, 스터코 입구와 출구가 형성된 플레넘(plenum)을 구비한 냉각기 하우징을 포함한다. 스터코 냉각기는 플레넘 내에 회전 원판를 구비하고 있다. 회전 원판은 유체를 분사하기 위한 노즐을 포함하고, 냉각기의 측면으로부터 연장된 회전 가능한 축에 연결되어 있다. 회전 원판은 또한, 스터코의 유동성을 확보하고 채널링(channeling)을 방지하며 스터코 분말이 각 부품에 쌓이는 것을 방지하기 위한 것으로서, 공기와 스터코 분말을 혼합하는데 유용한 유동층과 교반기를 포함한다. 공기는 또한, 증기가 스터코 냉각기의 상부에 위치한 공기 출구를 통해 고온 소성 스터코로부터 분리되도록 하여 스터코 탈증기 처리가 가능하다. 스터코는 플레넘을 통하여 흘러가 냉각 코일 위를 지나간 뒤 스터코 출구에 도달한다.

Description

소성 스터코 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치와 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR COOLING AND DE-STEAMING CALCINED STUCCO}

본 발명은 소성된 석고 스터코[calcined gypsum stucco(calcium sulfate hemihydrate)]의 냉각 및 탈증기(de-steaming) 처리를 위해 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다.

수십년간, 석고 산업(gypsum industry)에서는 석고 스터코(gypsum stucco)를 냉각하는 것에 관심을 기울여 왔다. 스터코(치장 벽토)는 고온에서 물리적 및 열역학적으로 불안정하다. 품질을 유지하기 위해, 재빨리 공기에 노출시켜 소성온도(250℉) 이하로 냉각시킬 필요가 있다. 이는 소성 스터코를 장시간 보관하는 경우, 꼭 필요한 것이다. 미국 집섬사(US Gypsum Company) 출원의 미국 특허 6,138,377 호에 스터코 냉각기의 예를 본 발명에서 참조한다.

저장고에 저장된 고온 다습한 상태의 소성 스터코는 시간이 지남에 따라 시효(aging) 된다. 이 시효로 인하여, 주입 농도, 수화 반응속도(hydration rate), 셋팅 시간, 가속기에 대한 반응 정도, 강도 강화 포텐셜 등의 바람직한 스터코 물성에 많은 역효과가 생긴다. 만약 저장고에서 장기간 보관된 것을 먼저 비우지 않는다면, 저장고에서 꺼낸 스터코의 성질은 크게 다를 가능성이 있다. 따라서, 시효 처리에 대한 장시간의 안정성을 위해서, 소성 스터코를 저장하기 전에 냉각 및 탈증기 처리하는 것이 필요하다.

저장 시의 시효에 대한 안정성 외에도, 스터코 튜브 밀 분쇄(tube mill grinding) 과정에서 발생하는 역학 에너지로 인해 또 다른 문제가 발생한다. 역학 에너지 때문에 스터코에 더 많은 열이 가해지기 때문에, 제조 공장에서는 스터코를 자루에 넣기에 알맞은 온도로 조절하기가 힘들어진다. 따라서, 고온의 소성 스터코를 빠르게 냉각 및 탈증기 처리하면, 스터코의 저장이 용이하게 한다.

미국 특허 6,138,377 호의 코일 냉각기 같은 종래의 냉각기는 초기 설치 비용이 높은데, 특히, 코일과, 코일 냉각기에 사용되는 열전달 유체 시스템이 비싼 것으로 알려져 있다. 또한, 같은 양의 스터코를 냉각하는 경우, 본 발명에 비해 대형의 코일 냉각기가 필요하다. 또한, 본 발명에 따른 장치로 냉각한 스터코를 이용해 벽면 보드 같은 제품을 만드는 경우, 기존 방법으로 냉각된 스터코에 비해 물과 첨가제의 필요량이 줄어든다. 따라서, 본 발명은 종래 기술의 냉각기보다 경제적이고 효율이 좋은 이점이 있다.

본 발명은 석고 보드 또는 반죽(plaster) 제품에 사용되는 고온 소성 스터코를 냉각 및 탈증기 처리하는 장치와 방법에 관한 것이다. 상기 장치는 유동층 스터코 냉각기로서, 스터코에 물을 분사하기 위한 물 분사 기구를 포함한다. 일반적으로, 고온 스팀 소성 스터코를 소성로에서 냉각기로 옮겨서, 냉각 및 탈증기 처리한다. 냉각기는, 냉각 처리 후 일정 기간 보관할 수 있는 스터코 처리 라인에, 혹은 스터코를 즉시 출하할 수 있게끔 바로 석고 보드 제조 라인에 설치될 수도 있다. 각 냉각기는, 시스템 처리량과 냉각 정도에 따라 1개 혹은 직렬 혹은 병렬의 복수 개가 구비되는 것이 바람직하다.

냉각기는 플레넘(plenum), 스터코 입구, 스터코 출구를 구비한 냉각기 하우징을 기본 구조로 포함한다. 또한, 냉각기는 물 분사 기구 또는 분배기를 포함하며, 플레넘 내의 유체, 바람직하게는 물의 분사 및 분배를 하기 위함이다. 또, 냉각기는 플레넘 안으로 스터코를 이동시켜 교반하기 위한 유동층과 교반기를 포함한다. 또한, 압축 공기를 사용하여 물 분사 기구가 막히는 것을 방지하는 등 세세한 부분까지 고려하고 있다.

고온 증기 스터코 분말은, 290~320℉ 사이 온도에서 소성로에서 플레넘으로 들어가고, 그 다음 냉각기로 옮겨가 냉각기 하우징의 플레넘 바닥에 위치한 유동층으로 흘러가게 된다. 소성로에서 냉각기까지의 거리나 모드에 따라, 스터코가 소성로를 나올 때보다 냉각기에 들어갈 때의 온도가 낮아지는 것이 바람직하다. 스터코 온도는 260~250℉ 정도로 낮아지는 것이 바람직하다.

유동층은, 일반적으로 구멍이 있는 상부 면과 공기 입구가 있는 하부 면을 가진 실린더형 챔버(chamber)로 되어 있다. 미국 특허 6,138,377 호와 같이, 유동층은 정사각형 또는 직사각형 등 어떤 모양이라도 상관없다. 유동층은 플레넘 높이보다 비교적 낮으며, 구멍난 상부 면이 플레넘의 하부 면을 포함하도록 위치하고 있다. 송풍기 공기는 공기 입구로 들어가 구멍난 상부 면을 통해 분산되고, 냉각기 하우징의 플레넘 내부로 들어간다. 효율적인 스터코 유동성을 목적으로, 공기가 직접 분말로 흘러드는 것을 방지하기 위해, 스터코, 특히, 천연 스터코를 교반기를 이용하여 공기와 섞는다. 교반기의 축에 교반기 프로펠러를 구비하고, 축은 하우징 상부를 통과하여 프로펠러를 향해 아래로 연장된다. 프로펠러는 유동층의 구멍난 상부의 바로 위에 위치하는 것이 바람직하다. 다른 실시 예에서는, 교반기가 하우징 하부로부터 연장하고, 축이 유동층의 튜브를 통과하여 프로펠러가 유동층의 구멍난 상부 면의 바로 위에 위치하도록 한다. 또한, 상기 교반기는 밀봉 수단을 구비하여, 스터코가 플레넘에서 축이 위치한 부분을 통해 새나가지 않도록 한다. 알맞은 유동성 유지를 위해, 교반기를 적절한 RPM의 모터로 구동시킨다. 이 때, 미국 특허 6,138,377 호에서와 같이, 당업자는 유동층에서 연장되는 하나 이상의 교반기를 사용하는 것도 고려해 볼 수 있을 것이다..

냉각 처리 중에, 스터코의 증기 및 증기 혼합체는 플레넘의 상부로 올라가 스터코 출구를 통해 배출된다. 다른 실시 예에서는, 미국 특허 6,138,377 호에 기재된 것과 같이, 냉각기가 공기 출구를 포함하고 있다. 상기 실시 예에서, 공기 출구는 냉각기 하우징의 상부에 위치하며 플레넘과 직접 유체 연통하여, 플레넘으로부터 증기이 빠져나가게끔 한다. 비결합존(disengagement zone)은 공기 출구 아래의 하우징의 플레넘 상부에 위치하고 있다. 비결합존은 플레넘에서 상부로 연장된 부분으로서 여분의 플레넘 공간을 제공하고, 스터코 분말 입자를 배출 공기로부터 분리하여, 공기 출구를 통해 스터코가 공기와 함께 빠져나가는 것을 방지한다.

상기 실시 예에서, 물 분사 기구가 플레넘 내에 설치되고 스터코를 냉각하는 물 또는 다른 유체를 분사한다. 바람직하게는, 하나 또는 복수의 고정 오리피스(orifice)를 사용할 수 있다. 상기 실시 예에서, 노즐이 플레넘 벽의 구멍에 고정되고, 물 공급원이 플레넘 외부로부터 상기 구멍에 연결된다. 그러나, 실험에 의하면, 물이 분배되는 특정 부분에 스터코가 남아 쌓여 분사 작용을 방해하기 때문에, 전원을 꺼서 분해 청소할 필요가 자주 있다. 본 실시형태에서는, 원판 또는 다른 회전체, 복수의 오리피스 또는 노즐이 구비된 분배기가 회전축에 설치되어 있다. 모터가 축과 원판을 회전시키기 위해 연결된다. 회전력으로 노즐 또는 노즐 주변에 붙어 있는 스터코를 털어내어 스터코가 쌓이는 것을 완화시키며, 집섬 냉각기의 작동이 느려지는 것을 방지하거나 줄일 수 있다.

유동층 효과와 물 분사로 인해, 스터코는 플레넘 챔버 상부의 스터코 출구에 다다르면서, 냉각 및 탈증기 처리된다. 냉각기 하우징을 빠져나올 때, 냉각 및 탈증기 처리된 스터코의 온도는 일반적으로 소성 온도인 250℉보다 훨씬 낮은 250~220℉ 사이가 된다. 따라서, 냉각 및 탈증기 처리된 스터코를 시효 또는 제조 공정 중에 일어나는 여러 역효과 요인을 방지하여 저장할 수 있다. 만약 212℉ 이하의 증발 온도까지 냉각되면, 스터코를 건조하여 제2 유동층으로 보내어 냉각시키는 것이 바람직하다. 제2 유동층은 스터코를 냉각하는 것과 동시에, 여분의 물기를 증발시키는 건조기 역할도 한다.

도 1은 본 발명에 따라, 부분 절단면에 물 분사 디스크가 나타나 있는 유동층 스터코 냉각 기구의 정면도이다.

도 2는 도 1의 유동층 스터코 냉각 기구의 측면도이다.

도 3은 배플(baffle)을 포함한 유동층 스터코 냉각 기구의 평면도이다.

도 4는 물 분사 디스크가 보이도록 일부 절개한 유동층 스터코 냉각 기구를 위에서 바라본 도면이다.

도 5는 플레넘 내에 설치된 축과 디스크가 보이도록 일부 절개한 물 분사 어셈블리의 측면도이다.

도 6은 물 분사 디스크의 정면도이다.

도 7은 물 분사 디스크의 측면도이다.

도 8은 공기 출구를 구비한 유동층 스터코 냉각 기구의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다.

도 9는 유동층을 통해 교반기가 설치된 스터코 냉각 기구의 다른 실시예를 나타내는 측면도이다.

도 10은 물과 공기가 스터코 냉각기로 들어가는 것을 나타내는 개요도이다.

도 1과 도 4를 참조하여 고온 소성 스터코(hot calcined stucco)를 냉각 및 탈증기 처리하는 유동층 스터코 냉각 기구(20)를 설명한다. 스터코 냉각 기구(20)는 기본적으로 하우징(21)과 플레넘(plenum)(22)을 포함하고 있다. 하우징(21)은 여러 형태로 가능하나, 일반적으로 실린더형으로 되어 있다. 스터코를 시간당 40톤을 처리하기 위한 경우를 예로 들면, 플레넘(23)은 직경 24인치에 대략 7.5피트 높이로 되어 있다. 하우징은 응용 분야와 목표 처리율에 따라 다양한 규격으로 되어 있다. 예를 들면, 시간당 80톤을 처리하기 위한 플레넘의 경우, 직경이 36인치이 다.

냉각기 하우징(21)은 스터코 입구(19)와 스터코 출구(29)를 구비하며, 각각이 냉각기 하우징(21)의 상부 근처에 위치하고 있다. 배플(baffle)(23)은 플레넘(22) 내의 스터코 출구(29)의 측면에 위치하며, 출구(29)의 흐름을 제어한다. 스터코 입구(19)와 스터코 출구(29)는 공히 플레넘(22)과 유체 연통하고 있다. 스터코 입구(19)와 스터코 출구(29)는 스터코 소정 처리율에 따라 적절한 크기로 되어 있다. 고온 증기 스터코 분말은 일반적으로 260℉~320℉ 온도에서 소성로(미도시)로부터 스터코 냉각기(20)의 플레넘(22) 내로 유입된다.

냉각과 탈증기 처리를 하는 동안, 스터코는 입구(19)를 통해 플레넘(22) 내로 유입되고 유동층(30)을 통해 들어온 공기와 분사 분배기(66)를 통해 들어온 물로 냉각된 뒤, 출구(29)를 통해 배출된다. 그 다음, 냉각된 스터코는 절단되어, 벽면 보드 제조 라인과 같은 또 다른 처리 공정으로 넘어가게 된다.

스터코 냉각 기구(20)는, 시스템의 냉각 요구도에 따라, 하나 혹은 다수의 냉각기와 직렬 또는 병렬로 연결됨이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 컴팩트하고 직립형의 스터코 냉각 기구(20)이기 때문에 제조 공장에서 차지하는 면적이 작다. 도 1 내지 도 4에서 보면, 받침대(25)를 냉각기 하우징(21) 면에 설치하여, 스터코 냉각 기구(20)를 직립 형태로 하고 있다. 당업자는 하우징을 지지하는 또 다른 형태도 고안할 수 있을 것이다.

플레넘(22) 내의 스터코를 유동화시키기 위하여, 유동층(30)을 냉각기 하우징(21)의 하부에 설치한다. 유동층(30)은, 일반적으로 구멍난 상부 면(32)과 공기 입구(46)가 있는 하부 면(33)을 구비한 실린더형 챔버로 되어 있다. 바람직한 실시형태에서, 구멍난 상부 면(32)은 석영 광섬유 또는 다른 유동층 매체를 두 개의 구멍난 판 사이에 샌드위치 압축한 것이다. 판에는 9/16 인치의 엇갈림형 중심(staggered center)에 직경 3/8 인치의 다수의 홀(hole)이 형성되어 있고, 대략 40% 정도의 면적이 오픈되어 있다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 그 밖에 스테인레스 철망 같은 것을 유동층 매체로 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 실린더형을 예로 들었으나, 유동층(30)과 플레넘(22)을 다른 형태로도 가능하다. 유동층(30)은 냉각기 하우징(21)의 하부 면에 부착되어 있다. 구멍난 상부 면(32)은 플레넘(22)의 하부 면을 형성한다. 유동층 매체는 플레넘(22)으로 들어가는 공기를 분산시킨다. 송풍기(미도시)로 송풍된 공기는 공기 입구(46)를 통해 유동층(30)으로 들어가고, 구멍난 상부 면(32)을 통하여 분산되고, 냉각기 하우징(21)의 플레넘(22)으로 유입된다. 이 때의 공기 흐름은 스터코 분말의 스팀을 제거하는데도 유용하게 사용된다.

공기가 스터코 분말로 직접 흐르는 것을 방지하고 플레넘(22)의 표면에 스터코 분말이 쌓이는 것을 줄이기 위해서, 교반기(34)를 부가적으로 사용하여 스터코 분말과 공기를 섞는다. 만약 스터코가 교반 작용 없이도 충분한 유동성을 갖게 된다면, 교반기(34) 없이 냉각기(20)의 작동이 보장되는 한도에서 교반기(34)를 생략할 수 있다.

교반기(34)는 하우징(21)의 상부(15)를 통과하는 축(36)에 설치된 교반기 프로펠러(37)를 포함하고, 프로펠러(37)는 유동층(30)의 구멍난 상부 면(32)의 바로 위에 위치한다. 프로펠러가 어떤 특정 형태에 한정될 필요는 없다. 본 실시형태에서, 프로펠러(37)는 1/4 인치 폭에 2 인치 높이의 두 쌍의 스테인레스 막대로 되어 있고, 축으로부터 플레넘(22)의 벽 근처까지 연장되어 있다. 스터코 교반의 그 외 메커니즘으로서는, 진동 게이트 교반기(swinging gate agitator) 등이 가능할 것이다. 직사각형 또는 비원통형의 하우징을 사용하건 간에, 프로펠러(37)는 플레넘(22)의 벽면에 닿지 않으면서 회전할 수 있는 크기로 되어 있다.

교반기(34)는 또한 전동 유닛(transmission unit)(38)을 포함하고 있다. 전동 유닛(38)은 모터(40)의 수평 회전을 축(36)의 수직 회전으로 변환한다. 또한, 전동 유닛(38)은 고정 위치에서 회전될 수 있도록 축(36)을 지지하는 베어링을 포함한다. 본 실시형태에서, 전동 유닛(38)으로 폭(Falk)사의 부품번호 '05UWFQZA71AB'의 기어 모터를 사용한다. 당업자는, 벨트와 도르래, 웜기어, 유성 기어(planetary gear), 그 밖의 다른 조립체와 같이, 교반기에 파워를 전달하는데 있어 다른 구조도 생각할 수 있을 것이다. 축(36)이 플레넘(22)으로 들어가는 구멍을 통하여 스터코가 누수되는 것을 방지 또는 줄이기 위하여, 구멍에다 공기압 처리 또는 그외 실링 처리를 한다. 공기는, 전동 유닛(38)과 씰(seal)(39) 사이의 관(conduit)을 통해 씰(39)로 공급된다. 관은 호스나 파이프를 통해 도 10에 나타난 압축 공기 공급원과 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 1 psi의 기압, 또는 구멍을 통해 스터코가 플레넘(22)에서 빠져나가는 것을 방지할 정도의 충분한 기압으로 공기를 조절한다. 모터(40)는 다른 회전 속도로도 작동하지만, 본 실시형태에서는 약 60RPM으로 작동한다.

도 9의 다른 실시 예를 보면, 교반기(34)가 유동층(30)을 통해 플레넘(22) 위로 연장되어 있다. 축(36)은, 하우징(21)의 하부 면으로부터 연장되어 구멍난 상부 면(32)을 통과하는 튜브(170)를 관통하고 있다. 상술한 구조는 미국 특허 6,138,377 호에 기재되어 있다. 다른 실시 예를 보면, 유동층(30)을 통과하여 연장된 상기 교반기는 종래 공지된 교반기와 유사한 형태를 가진다.

배플(baffle)(23)은 스터코 출구(29)에 설치되어 있고, 스터코가 스터코 입구(19)에서 스터코 출구(29)로 직접 흘러가는 것을 줄이거나 방지한다. 배플(23)은 하우징(21) 벽면에 부착된 10 게이지 규격의 스테인레스 강판으로 되어 있다. 배플(23)은, 약 8과 3/4 인치 폭의 본체부(13)과, 본체부(13)의 좌우에 약 4와 7/8 인치 폭의 두 개의 측부(14)을 포함하고 있다. 측부(14)는 본체부(13)의 표면에서 약 130°각도로 배열되어 있다. 배플(23)이 하우징(21)에 부착될 경우, 약 80°의 원호각을 그린다. 배플(23)은 스터코 출구(29)보다 큰 크기를 가지는 것이 바람직하다.

하우징(21)은 검사 포트(18)를 더 포함한다. 검사 포트(18)는 플레넘(22) 내부로 접근 가능하게 탈착 가능한 금속 뚜껑이 장착될 수 있다. 또한, 검사 포트(18)는, 냉각기(20) 작동 중에 플레넘(22) 안을 들여다 볼 수 있도록 투명한 뚜껑이 구비될 수 있다. 다른 실시 예에서, 검사 포트(18)는 대기 중에 열린 채로 있거나 적절한 덕워크(duck work)가 설치되어 있으며, 후술할 공기 출구(150)를 제공한다.

본 실시형태에서, 스터코 출구(29)는 하우징(21)의 측면을 따라 보통 아래쪽 으로 연장된 연장 튜브(28)에 연결되어 있다. 플레넘의 하부 근처에는 연장 튜브와 선택적으로 유체 연통하는 출구(27)가 구비되어 있다. 유체 흐름은 보통 때는 닫힌 위치에 있는 밸브에 의해 조정된다. 오퍼레이터가 공정 라인을 멈추거나 또는 스터코가 넘치는 경우에, 밸브를 열어 플레넘(22) 내의 스터코를 비운다. 제2 출구(31)는, 배출 속도를 올리고 플레넘(22) 내의 스터코를 보다 쉽게 깨끗이 비우기 위하여, 제1 출구로부터 대략 180°위치로 하우징에 위치하는 것이 바람직하다. 제2 출구(31)는 스터코를 비우는 통로로서 쓰여지지만, 연장 튜브(28)에 꼭 연결되야 하는 것은 아니다.

스터코 냉각 기구(20)에서, 유동층(30)과 교반기(34)에 연결된 저압 송풍기에 의해 유동이 발생한다. 본 실시형태에서의 송풍기는, 플레넘(22)의 수평 단면적(ft²) 당 약 20cfm 풍량을 낼 수 있고 6psi의 압력 헤드(pressure head)를 제공하는 것이 적당하다. 이 송풍기를 사용하면 스터코 냉각 기구(20) 내의 스터코 분말의 유동을 일으키는데 필요한 압력차를 낼 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 물 분사기 또는 분배기는 모터(60)와, 유체가 통과하는 채널(64)을 구비한 축(62)과, 채널(64)과 축(62)에 유체 연통하는 복수의 채널(92)을 구비한 분사 분배기(66)를 포함한다.

모터(60)는 축(62)과 분사 분배기(66)의 조립체를 1750RPM 속도로 회전시킨다. 모터는 구동축(70)과 구동 도르래(72)를 포함한다. 도르래(74)는 축(62)에 설치되어 있으며 구동 벨트(76)에 의해 구동 도드래(72)에 연결되어 있다. 당업자는 모터에서 축으로 회전력을 전달하는 것으로서, 기어 박스나 다이렉트 구동축 같은 그 밖의 구조도 생각해 볼 수 있을 것이다.

본 실시형태에서는, 모터(60)와 축(62)이 지지체(80)에 설치되어 있다. 지지체(80)는 하우징(21)의 외벽에 고정 또는 용접되어 있다. 축(62)은 베어링에 의해 지지체(80)에 탑재되어 있으며, 축(62)은 그 중심축을 중심으로 회전하게 된다. 축은 일반적으로 수평 위치로 놓이며 하우징(21)의 구멍을 통해 플레넘(22) 내로 연장된다. 축 씰(81)은 구멍 위치에서 축(62) 주변을 감싸는 형태로 되어 있다. 축 씰(81)은 플레넘 내의 물질이 구멍을 통해 새나가는 것을 방지한다. 본 실시형태에서, 축 씰(81)은 씰 외부와 내부의 압축 공기와 연통하는 공기 채널을 포함한다. 예컨대, 뉴저지, 체리힐에 있는 다마르사(Damar Inc.)의 'CinchSeal®'과 같은 제품을 예로 들 수 있는데, 'CinchSeal®' 제품을 사용하는 경우, 통상 80~100 psi의 플랜트 압축 공기 공급원(119)이 5~15 psi로 줄어들고, 적절한 파이프 또는 호스를 통해 축 씰(81)에 공급된다.

분사 분배기(66)는, 도 6 및 도 7에 자세히 나타난 바와 같이, 일반적으로 원형 디스크 모양이다. 그러나 이에 한정되지 않고 편의에 따라 다른 형태로도 가능하다. 본 실시형태에서는, 분사 분배기(66)는 해당 원판 부분(95)이 대략 4인치 직경에 3/4 인치 두께를 가진다. 분사 분배기(66)의 내부에 플레넘(90)을 포함한다. 분사 채널(92)은 플레넘(90)에서 분사 분배기 가장자리까지 연장된 부분이며, 대기와 접촉하는 부분에 오리피스(orifice)를 구비하고 있다. 분사 분배기(92)는 플레넘(90) 내의 유체가 분사 분배기(66) 밖으로 나가게 한다. 당업자는 소정 물 분사량에 따라 다양하게 채널 수를 조절할 수 있을 것이다. 본 실시형태에서, 분사 채널(92)은 약 1/16 인치 직경을 가진다. 소정 분사량과 패턴에 따라 분사 채널(92)의 직경과 그 밖의 규격을 다양하게 변경할 수 있다. 원하는 냉각 결과를 얻기 위해 꼭 필요한 것은 아니지만, 일정 패턴의 분사를 만들기 위하여 노즐을 분사 채널(92)에 설치하는 것이 바람직하다.

분사 분배기(66)는 축(26)에 부착에 이용되는 칼라부(collar portion)(94)를 포함한다. 본 실시형태에서, 칼라부(94)의 홈(미도시,thread)은 칼라부(94)를 해당 축(62)의 홈(미도시)에 장착하기 위해 사용된다. 당업자는 분사 분배기(66)를 축(62)에 연결하는 다른 구조를 고안할 수 있을 것이다. 리벳, 용접, 접착제, 나사 등을 몇가지 예로 들 수 있다. 또, 축(62)과 분사 분배기(66)는 한 개의 부품으로 형성하는 것도 가능하다.

본 실시형태에서, 분사 분배기(66)는 두 개의 부품으로 형성되어 있다. 구체적으로, 칼라부(94)와 원판부(95)를 포함하는 본체(100)와 커버(102)가 해당된다. 이러한 구조는, 커버(102)를 열 때 플레넘(90)에 용이하게 접근할 수 있는데, 이는 기계 자동화 공정으로 생산 가능한 구조이다. 또한, 분사 채널(92)의 클리닝도 용이한 구조이다. 커버는 고정자(104)에 의해 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 고정자로서 나사를 사용하였으나 다른 탈착 가능한 고정자도 가능하다. 굳이 내부를 열어다 볼 필요가 없는 경우, 커버(102)를 용접 또는 접착제를 사용하여 본체(100)에 결합시킨다.

또 다른 실시 예에서, 분사 분배기(66)는 축(62)으로부터 반경 방향으로 연장된 관 배열체로 형성되는 것도 가능하다. 관 배열체는 채널(64)과 유체 연통하여, 유체를 채널(64)에서 관 배열체로 흘려 오리피스로부터 뿜어 나오게 한다. 당업자는, 관 배열체가 축의 중심축에 수직인 것 외에도, 분배기(66)에 쌓이거나 붙은 스터코를 방지하기에 충분할 정도로 회전하다면, 축에서 소정의 각도로도 형성 가능한 것을 알 수 있을 것이다.

또 다른 실시 예에서, 축(62)에 반경 방향의 채널을 형성하여 유체를 채널(64)에서 반지름 방향의 채널로 흐르게 하거나 플레넘(22)의 안팎으로 흐르게 하여 분사 분배기(66)가 필요하지 않은 경우도 있다. 상술한 실시예에서는, 축(62)이 플레넘(22)의 일부분 또는 전 직경을 통해 연장되고, 반경 방향의 채널을 플레넘(22) 내의 축의 길이를 따라 다양한 곳에 위치시킬 수 있다.

상기 모든 실시형태에서, 유체 커플링(96)에 의해 회전축(62)에 물이 공급된다. 예컨대, 커플링으로서, 고속 단일 유체 회전 조인트인 McMaster-Carr 사의 '9177K32'를 들 수 있다. 유체 커플링(96)은 고정 파이프 또는 호스(97)로부터 물이 회전축(62)의 채널(64)로 흐르게 한다. 충분한 물이 공급되는 조건 하에서, 수도물, 중력식 급수, 펌프 등의 다양한 공급원을 이용하는 것도 가능하다. 본 실시형태에서, 도 10에서와 같이, 수도물(115)로부터 공급된 물은 30 갤론의 헤드 탱크에 일시 저장된다. 그 다음, 분당 5 갤론을 펌핑할 수 있는 물 펌프(110)에 의해 탱크로부터 공급되게 된다.

분사 분배기(66)의 물을 조절함으로써, 스터코 냉각기에서 일어나는 냉각 작용을 조절 가능하다. 본 실시형태에서, 물 펌프(110)는 물 입력부(119)와, 플랜트 압축 공기 공급원(119)으로부터의 압축 공기가 흡입되는 압축 공기 입력부(122)와, 공기 또는 물 모두를 함유한 혼합 물질을 공급하는 출력부(123)를 구비한 삼방향 밸브를 포함한다. 밸프 출력은 적절한 관 배열체를 통해 유체 커플링(97)에 연결되어 있고, 축(62) 내의 채널(64)을 경유하여 물 분사 분배기(66)로 공급된다. 본 실시형태에서는, 공기 또는 물이 출력부(123)로부터 공급되는 형태이다. 일반적인 적용 예로, 공기는 대략 80~100psi로 밸브에 전달된다. 밸브는, 열전쌍(thermocouple) 또는 그 외 플레넘(22) 내에 위치한 온도 센서(135)로부터 신호를 받는 제어부(130)에 의해 제어된다. 제어부(130)가 212℉ 미만의 온도를 검출하는 경우, 공기만이 분사 분배기(66)에 공급되도록 밸브 어셈블리(120)를 조절한다. 온도가 220℉ 이상인 경우, 밸브 어셈블리(120)는 물이 분사 분배기(66)로 공급되도록 조절한다. 당업자라면 공기와 물의 혼합물 또한 사용할 수 있으며, 소정의 냉각 레벨과 물 사용량에 따라 혼합비를 다양하게 할 수 있을 것이다. 혹 작동 중에 스터코가 분배기(66)로 들어가 막히게 되는 경우를 방지하기 위해, 플레넘(22) 내의 스터코에 계속 공기와 물을 공급하는 것이 바람직하다.

도 8 과 도 9의 다른 실시예를 보면, 스터코 혼합물로부터의 스팀은 상부로 올라가 공기 출구(150)를 통해 플레넘(22) 밖으로 배출된다. 공기 출구(150)는 냉각 하우징(21)의 상부에 위치하며, 스터코 출구(29) 위에 있기 때문에, 플레넘(22)으로부터 증기를 용이하게 배출할 수 있다. 비결합존(disengagement zone)(160)은 플레넘(22) 위로 연장된 부분이며, 스터코 출구(29) 위에 위치하고 있다. 공기가 공기 출구(150)를 통해 플레넘(22)을 빠져나올 때, 비결합존(160)은 스터코 분말 입자가 공기 출구로 들어가기 전에 밑으로 떨어질 공간을 제공하여, 공기 출구(150)를 통해 빠져나가는 공기에 스터코 분말 입자가 함께 섞이는 것을 방지한다. 공기 출구(150)는 일반적으로 먼지 수집기(미도시)와 유체 연통하여, 공기 중에 남아있는 스터코 입자를 집진하여 걸러낸다. 그러나, 굳이 공기 출구를 통하지 않고서도, 스팀을 스터코 출구(29)를 통해 플레넘(22) 밖으로 배출하여도 냉각이 충분히 될 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 하나 이상의 냉각 기구(20)를 병렬 혹은 직렬로 사용하여 냉각 시스템의 효율을 꾀할 수 있다. 이와 유사한 구조가 미국 특허 6,138,377 호에 기재되어 있다. 덧붙여, 212℉ 이하에서 재차 건조 또는 냉각을 하는 경우에는, 스터코 출구(29)로부터 나온 스터코를, 건조기, 즉, 종래 기술의 유동층 건조기(fluid bed drier)로 내보낸다. 스터코에 열을 가하지 않고 송풍하는 형태를 가진다면, 어떤 형태라도 가능할 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예와 그 밖의 실시예를 들어 상술한 바와 같이 구체적으로 설명하였으나, 본 발명에 따른 청구항은 상술한 실시예보다 광범위한 범위로 이해되어야 할 것이다.

Claims (28)

1. 플레넘(plenum)이 형성되고 수직 측면을 가지는 하우징(housing);

   상기 플레넘 내부로 스터코(stucco) 분말을 공급하기 위한 입구;

   상기 플레넘 외부로 상기 스터코 분말을 배출하기 위한 출구;

   상기 플레넘과 유체로 연결되고, 스터코를 통하여 수직 상방으로 공기를 내뿜도록 유도되어 상기 플레넘 내에서 상기 스터코 분말 및 공기를 포함하는 공기 유동 베드(air fluidized bed)를 생산하는 상기 플레넘 하부의 유동층(fluidization pad); 및

   상기 플레넘 내부의 스터코를 냉각시키도록 물을 분사하기 위하여 상기 플레넘 내부에 위치하고, 상기 플레넘 내의 회전 조립체를 포함하며, 상기 회전 조립체는 물을 공급받아 회전하면서 물을 분사하도록 이루어진 물 분사 기구; 를 포함하되,

   상기 플레넘에는 코일 냉각기가 구비되지 않으며,

   상기 회전 조립체는 오리피스(orifice)를 포함하고,

   상기 스터코 분말을 배출하기 위한 출구는 상기 플레넘의 상부에 위치하며,

   상기 물 분사 기구는 상기 유동층의 높이와 상기 스터코 분말을 배출하기 위한 출구의 높이 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 물 분사 기구는 상기 플레넘을 형성하는 벽면에 설치된 분사 노즐(nozzle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 회전 조립체는 원판을 포함하고,

   상기 원판은 상기 원판의 가장자리 상의 오리피스와 연통하는 채널을 포함하며,

   상기 오리피스는 상기 원판이 회전함에 따라 물을 분사하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 회전 조립체는 분당 1,800회 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 회전 조립체는 상기 오리피스 근처의 스터코를 제거하는 회전 속도로 회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서,

   소성 스터코를 냉각시키기 위하여 상기 유동층의 상부 및 상기 플레넘의 하부에 위치하는 교반기를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
9. 삭제
10. 제 1항에 있어서,

    상기 회전 조립체는 상기 하우징의 수직 측면과 직교하는 수평축을 중심으로 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 물 분사 기구는 제 1단부와 제 2단부를 가지는 중공축(hollow shaft)을 포함하며, 상기 제 1단부는 물을 공급받고, 상기 제 2단부는 물 분배기와 연통하며, 상기 물 분배기는 상기 중공축으로부터 공급받은 물을 분배하는 채널을 가지고, 상기 물 분배기는 상기 플레넘 내에서 회전하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
12. 플레넘이 형성되고 수직 측면을 가지는 하우징;

    상기 플레넘으로 스터코 분말이 유입되는 입구;

    상기 플레넘으로 스터코 분말이 유출되는 출구;

    상기 플레넘과 유체로 연결되고, 스터코를 통하여 수직 상방으로 공기를 내뿜도록 유도되어 상기 플레넘 내에서 상기 스터코 분말 및 공기를 포함하는 공기 유동 베드를 생산하는 상기 플레넘 하부의 유동층; 및

    상기 플레넘 내에서 물 공급원과 연통하는 오리피스; 를 포함하되,

    상기 오리피스는 상기 플레넘 내부의 스터코를 냉각시키기 위하여 상기 스터코에 물을 분사하도록 위치하며,

    상기 플레넘에는 코일 냉각기가 구비되지 않고,

    상기 오리피스는 상기 플레넘 내의 회전 조립체의 일부분이며,

    상기 스터코 분말이 유출되는 출구는 상기 플레넘의 꼭대기에 위치하고,

    상기 회전 조립체는 상기 유동층의 높이와 상기 스터코 분말이 유출되는 출구의 높이 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 유동층 상부에 위치한 하나 이상의 부분을 가져 상기 플레넘 내에서 스터코를 교반하고 상기 스터코 분말과 공기를 혼합하는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
14. 삭제
15. 삭제
16. 제 1항에 있어서,

    압축 공기 공급원을 더 포함하며,

    상기 오리피스는 상기 물 공급원과 선택적으로 연통하고 상기 압축 공기 공급원과 선택적으로 연통하고,

    상기 오리피스는 상기 플레넘 내의 상기 스터코에 공기 또는 물을 분사하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 플레넘 내의 상기 스터코의 온도를 감지하고 상기 온도와 관계된 신호를 생성하는 온도 센서; 및

    상기 신호를 받아 상기 오리피스에 공급되는 공기 또는 물의 양을 조절하는 제어부; 를 더 포함하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
18. 제 12항에 있어서,

    상기 오리피스는 상기 하우징의 수직 측면과 직교하는 수평축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
19. 수직 측면을 갖는 하우징 내의 플레넘 안으로 스터코 분말을 공급하는 단계;

    상기 플레넘의 하부에 제공되어 스터코 분말 및 공기를 포함하는 공기 유동 베드를 생산하는 유동층으로부터 상기 스터코를 통하여 수직 상방으로 공기를 분사하는 단계;

    상기 스터코를 냉각시키기 위해 상기 스터코에 상기 플레넘 내의 물 분사 기구로부터 물줄기를 분사하는 단계; 및

    상기 플레넘의 출구로부터 상기 분말을 배출하는 단계; 를 포함하되,

    상기 플레넘에는 코일 냉각기가 구비되지 않으며,

    상기 물 분사 기구는 상기 플레넘 내의 회전 조립체를 포함하고,

    상기 플레넘 내의 상기 회전 조립체는 오리피스를 포함하며,

    상기 출구는 상기 플레넘의 꼭대기에 위치하고,

    상기 물 분사 기구는 상기 유동층의 높이와 상기 출구의 높이 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 플레넘은 스터코 입구와 스터코 출구를 갖고,

    상기 스터코 출구는 상기 플레넘의 꼭대기에 위치하며,

    상기 유동층은 상기 플레넘과 유체로 연결되고, 상기 플레넘 내의 상기 스터코를 통하여 상기 공기를 내뿜어 상기 공기 유동 베드를 생산하며,

    상기 소성 스터코는 냉각 및 탈증기 처리가 되는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
21. 제 19항에 있어서,

    상기 회전 조립체는 회전하면서 물을 공급받고 물을 분사하며, 회전력은 상기 스터코가 상기 회전 조립체에 쌓이거나 부착되는 것을 방지하기에 충분하도록 회전할 때 만들어지는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
22. 제 19항에 있어서,

    상기 스터코 분말은 공기를 사용하여 상기 플레넘으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
23. 제 1항에 있어서,

    상기 유동층은 상기 플레넘의 바닥인 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.
24. 제 19항에 있어서,

    상기 하우징은 상기 플레넘을 형성하고,

    상기 물 분사 기구는 상기 하우징의 수직 측면과 직교하는 수평축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
25. 제 19항에 있어서,

    상기 플레넘으로부터 배출된 상기 스터코 분말은 220℉ 에서 250℉ 사이의 온도인 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
26. 제 19항에 있어서,

    상기 플레넘으로부터 배출된 상기 스터코 분말은 250℉ 이하의 온도인 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
27. 제 19항에 있어서,

    상기 플레넘으로부터 배출된 상기 스터코 분말은 212℉ 이하의 온도인 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 방법.
28. 제 1항에 있어서,

    상기 하우징은 상부면과 바닥면을 포함하고,

    상기 스터코 분말을 공급하기 위한 입구는 상기 하우징의 상부에 위치하며,

    배플(baffle)은 스터코 분말을 배출하기 위한 출구 근처의 상기 플레넘 내부에 위치하고,

    상기 배플은, 상기 스터코 분말을 배출하기 위한 출구 주변의 제 1 부분과 나란히 상기 측면의 내벽에 부착된 제 1 수직끝단과, 상기 스터코 분말을 배출하기 위한 출구 주변의 제 2 부분과 나란히 상기 측면의 내벽에 부착된 제 2 수직끝단을 가지며,

    상기 배플은 상기 배플과 상기 측면 사이에 위치하여 상기 플레넘과 연통하는 상부 배플 공간 및 상기 배플과 상기 측면 사이에 위치하여 상기 플레넘과 연통하는 하부 배플 공간을 형성하고,

    상기 상부 배플 공간은 상기 하부 배플 공간과 반대에 위치하고,

    상기 유동층은 상기 하우징의 상부면 아래에 수직으로 배치되며,

    상기 회전 조립체는 상기 하우징의 수직 측면과 직교하는 수평축을 중심으로 회전하도록 구성되고,

    상기 플레넘 내의 교반기를 포함하며,

    상기 교반기는 교반 프로펠러 및 상기 교반 프로펠러에 연결되어 상기 교반 프로펠러를 회전시키는 수직축으로 구성되고,

    상기 회전 조립체는 상기 하우징과 직교하는 수평축을 중심으로 회전하는 것을 특징으로 하는 뜨겁고 습한 소성 스터코 분말의 냉각 및 탈증기 처리를 위한 장치.

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