실린더 드라이어를 자동 제어하고 싶은데, 회전체에 적합한 방법 있을까요? (증기의 제어방법: 온도제어, 압력제어)

실린더 드라이어를 자동 제어하고 싶은데, 회전체에 적합한 방법 있을까요?

실린더 드라이어의 제어는 온도 제어가 아니라 압력 제어가 일반적입니다.

그 이유는 다음과 같습니다.

· 회전체이므로, 신뢰성이 높은 접촉식 온도 센서가 없습니다.

· 진정으로 제어하고 싶은 것은 피가열물의 함수율이나 두께로, 온도가 아닙니다.

· 열원을 조작한 결과가 피가열물에 나타나기까지 시간이 걸리기 때문에, 온도 제어는 적합하지 않습니다.

 

증기를 제어하는 방법 문제로, 온도 제어 문제 와 압력 제어 문제 가 있습니다.

 

1.  증기 제어 방법 중에서 온도 제어 문제

■ 온도 제어는 익숙한 제어입니다만・・・

   더운 여름이나 추운 겨울에도 에어컨으로 온도 제어된 직장은 쾌적합니다만, 냉방시의 ECO 온도는 28℃, 난방시의 ECO 온도는 20℃로 되어 있으므로 너무 효과가 나도록 주의가 필요 합니다.

 

증기 가열로 열풍 만들기 와 증기 가열로 온수 만들기

・・・등은 증기를 사용한 온도 제어의 대표적인 예입니다. 열풍이나 온수의 온도가 적정한 온도가 되도록 증기를 조정합니다. 열원을 증기로 한정하지 않는 온도 제어 그 자체는 에어컨, 자동 목욕탕 등 가까운 곳에서 널리 이용되고 있습니다.

우리는 주로 가열 수단으로서 증기를 사용하는 경우가 많고, 원하는 것은 피가열물(제품)의 온도이기 때문에, 이 온도 제어야말로 이상적인 제어 방법인 것 같습니다만, 실은 그렇지 않은 케이스도 있습니다.

 

■ 온도 측정은 어렵습니까?

온도 제어란 말 그대로, 온도를 피드백해 제어를 실시하는 것입니다만, 기본이 되어야 할 온도 측정이 의외로 어렵습니다. 온도는 측정하는 장소에 따라 차이가 있는 경우가 많고, 센서가 피측정물과 같은 온도에 도달할 때까지의 시간에 지연이 생기는 문제도 있습니다.

또한 예를 들어 시트 형태의 제품이 연속적으로 흐르는 공정 등에서는 피가열물과 온도 센서를 접촉시켜 온도를 측정하는 것 자체가 어려울 수도도 있습니다. 정확하게 온도를 측정하는 것이 고정밀 제어의 첫걸음이기 때문에 온도 측정이 어렵다는 것은 제어 전체의 결과를 좌우하는 문제가 될 수 있습니다.

 

정확하게 온도를 측정할 수 있어도 시간 지연 문제가 남습니다. 시간 지연 문제는 측정뿐만 아니라 제어 동작에도 영향을 미칩니다. 예를 들면 증기의 공급량을 증가시켜도 피가열물의 온도는 즉시 올라가지 않고 서서히 올라가는 일이 있습니다. 피가열물의 양이 많은 경우 등 특히 그 경향이 현저합니다. 이러한 경우에는, 그 거동을 잘 제어 동작에 반영시키지 않으면, 좋은 제어 결과를 얻을 수 없습니다.

 

사각형 타코야키 철판을 둥근 버너 위에 올려 놓으면 네 모퉁이의 온도는 중심 부근보다 낮기 때문에 중심 부근은 잘 구울 수 있지만, 네 모퉁이는 좀처럼 타지 않고 타는 상태에도 차이가 생깁니다. 같은 철판인데 위치에 따라 온도가 다릅니다. 스폿에서의 온도 측정이란 어디까지나 “측정한 장소의 온도”를 알 수 있을 뿐입니다.

 

또, 요리에서는 불을 끄고 난 후의 여열이 마무리에 활용되기도 하지만, 온도 제어에 있어서는, 결과가 늦게 나타나는 것은 제어를 어렵게 하는 요인이 됩니다.

 

■온도 제어로 바꾸는 방법은?

  이러한 온도 제어 특유의 문제는 열원에 의존하지 않고 발생하지만, 증기를 열원으로 하는 경우는, 이러한 문제를 회피하여 제어할 수 있는 경우가 있습니다. 그것은 온도 제어로 대체하여 공급 증기의 압력 제어로 대체하는 것입니다. 모든 경우에 이 방법이 채택되는 것은 아니지만, 잘 적용할 수 있는 케이스는 다수 있습니다.  증기의 압력 제어에서는 포화 증기만의 가열 제어 방법, 증기의 압력 제어에 대해 생각해 봅시다.

 

 

2.  증기의 압력 제어

■ 가열인데 압력을 측정하는 이유는 무엇입니까?

   온도 제어의 문제점에서는 온도 측정의 어려움이라는 관점에서 제어를 생각해 보았습니다.

따라서, 어려운 온도 측정을 하지 않고 끝낼 방법은 없나? 라는 관점에서 생각해 보겠습니다.

일반적으로 가열용 증기는 포화 증기가 사용됩니다. 포화 증기의 특징 중 하나로 “압력을 결정하면 온도가 반드시 일율적으로 결정된다”는 성질이 있는데, 이 특징을 최대한 활용한 것이 증기 가열에 있어서의 압력 제어입니다. 즉, 포화 증기는 온도를 측정하지 않아도 필요한 증기 온도를 확실하게 얻을 수 있는 것입니다.

 

■ 압력 측정의 주의사항

   압력의 측정에는 온도 측정과 같은 문제점은 없는 것일까요?

압력은 닫힌 공간의 어느 곳을 측정하든 동일한 값으로 변화는 즉시 전달됩니다. 그러므로, 온도 측정시에 문제가 되는, 측정하는 위치에 따른 온도의 차이나, 시간 지연은 압력의 경우 거의 문제가 되지 않습니다. 그 결과, 가열원인 증기의 압력을 제어함으로써 열원의 온도가 정확하게 제어됩니다.

한편, 포화 증기로 압력 제어를 할 때에 주의해야 할 점으로는 다음을 들 수 있습니다.

 

1. 열교환기의 증기실은 증기만으로 채웁니다

2. 압력 손실을 피합니다

 

특히

1.은 대전제이므로, 발생한 드레인(응축수)은 신속하게 배제해 증기실에 남기지 않도록 합니다. 또, 증기 이외의 기체가 있으면, 분압의 문제로 포화 온도를 얻을 수 없게 되므로 섞이지 않게 주의합니다. 

2.는 압력을 측정한 지점 이후에 배관 저항 등이 크면 압력이 크게 저하되어 증기 온도도 내려 버립니다. 이러한 점에 대해 충분히 주의를 기울여야 합니다.

 

닫힌 공간에서는 압력은 순식간에 전달되어 장소에 따른 차이가 없습니다.

압력 손실이 있으면 증기 온도가 떨어집니다.

증기를 수송하는 경우에는 압력 손실에 주의하세요. 배관 저항 등으로 증기의 압력이 떨어지면 그만큼 온도도 떨어져 버립니다. 장치 근처의 압력을 제어하는 등 궁리가 필요합니다.

 

■압력 제어가 유효한 장치의 예

   다음으로 증기 압력 제어가 이루어지는 구체적인 장치의 예를 살펴 보겠습니다.

예를 들면, 박막 시트 형상의 피가열물이 연속적으로 흐르는 공정에서는, 피가열물의 온도를 직접 측정하기가 매우 어렵습니다. 그러나, 부하량(이 경우, 시트의 폭·두께·비열·함수율·감는 속도 등)과 전열 면적(롤 지름·롤과의 접촉 각도 등)의 관계가 일정하면, 일정 온도의 열원을 공급함으로써 반드시 일정하고 균일한 가열을 할 수 있다고 생각할 수 있습니다.

시운전시 등, 처음에 조건출시를 실시해 적절한 조정이 끝나 버리면, 이후에는 제어하기 쉬운 압력 제어를 실시함으로써 안정적인 생산을 할 수 있다는 것입니다.

사용기기 면에서도, 압력설정값이 한 점의 고정값이면 감압밸브만으로 제어할 수 있으므로, 온도조절밸브나 제어밸브, 온도센서 등의 계측기기가 필요없어, 심플하고 신뢰성 높은 기기 구성으로 할 수 있는 장점이 있습니다.

 

이러한 증기의 압력 제어가 이용되고 있는 프로세스·장치로서는 예를 든 롤 형태의 열교환기 외에 압력 용기 안에 피가열물을 가두어 버리는 가류기나 멸균기 등의 오토클레이브, 닫아 버리면 전열면이나 피가열물의 온도 측정이 곤란한 열판 프레스기나 수지 성형 프레스기 등이 있습니다.

이들 외에도 현재 온도 제어를 하고 있는 프로세스에서도 재검토해 보면 압력 제어로 대체할 수 있는 경우가 있을지도 모릅니다.

 

ⓐ 실린더 건조기의 예

     전열면은 회전하고, 피가열물이 연속적으로 흐르기 때문에 온도 측정이 어렵습니다.

ⓑ 금형 프레스의 예

     가열 중에는 전열면이나 피가열물이 노출되어 있지 않아 측정이 어렵습니다.

 

◆ 증기 사용 계통에서 상기와 같은 상황을 고려하면, 응축수 배출시키는 스팀트랩 선정이 매우 중요합니다.

     ●스팀트랩은 증기 압력이 일정한 경우 이든 압력이 변동하는 경우 이든 모두 커버할 수 있어야 합니다.

     ●스팀트랩 형식은 어느 형식이라도, 대량의 드레인 배출킬수있어야 하고, 에어나 플래시 스팀(재증발 증기)을 배출할 수 있는 기능을 가지고 있어야 합니다. 이들을 완전히 만족하는 최적인 트랩 형식은 고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP) 입니다.

 

▶증기를 사용하는 장치의 경우, 드레인이 상승하면 압력이 감소하여 그 일부가 플래시(재증발)하지만, 통상의 스팀 트랩에서는 플래시 스팀(재증발 증기)과 증기의 구별이 불가능하기 때문에 기존의 스팀트랩은 재증발 증기의 존재를 감지하고 폐쇄하고 재 증발 증기가 응축 될 때까지 폐쇄 상태로 유지됩니다. 이 때문에 드레인의 배출을 막아 버립니다.

 

고정오리피스식 스팀트랩 (O-TRAP)은 드레인을 기기내에 체류시키지 않고 신속하게 배출하므로 공정의 처리 시간이 단축되어 생산성을 높입니다.

O-TRAP은 증기와 드레인을 분리하여 효과적으로 배출할 수 있습니다.

저압력차에 있어서도 대량의 드레인을 배출하는 것이 가능합니다.

드레인 부하의 변동에 신속하게 대응하여 확실한 드레인 배출이 가능합니다.

대형 열교환기 등의 대량의 에어가 혼입한 드레인 들도 확실하게 처리할 수 있습니다.

다양한 용량, 배관 방식에 적합한 풍부한 기종 설계 대응 능력을 갖추고 있습니다.

 

회전식인 실린더 드라이어는, 사이폰 현상을 이용하여 드레인을 배출합니다.

사이폰관이 증기에 의해 가열되기 때문에 드레인 일부가 플래시 스팀이 되어, 기존의 다른 타입의 트랩으로는 스팀록킹(Steam Rocking)이 발생해, 드레인이 배출되지 않습니다.

 

 

O-TRAP 상담 문의 : 

                      Tel : 070-7747-8290

                E-Mail : tjchung@naver.com 

                   URL : http://k.o-trap.cn