스크레이퍼드 표면 열교환기의 기원

스크레이퍼드 표면 열교환기의 기원

스크레이프 표면 열교환기의 기원과 발전은 20세기 초로 거슬러 올라갑니다. 이러한 열교환기는 단숨에 성공을 거둔 것이 아니라 특정 재료를 다룰 때 기존 열교환기가 지닌 고유한 한계에 대한 대응으로 탄생했습니다.

핵심 기원: 1920년대 - 1930년대

스크레이프 표면 열교환기의 개념과 초기 설계는 주로 이 시기에 식품 산업, 특히 마가린과 아이스크림 생산에 의해 주도적으로 형성되었습니다.

1. 해결해야 할 문제점:

o 고점도 재료: 버터, 아이스크림 믹스, 잼과 같은 재료는 점성이 매우 높아 기존의 관형 또는 판형 열교환기에서 유동성이 떨어져 쉽게 막히고 열 전달 효율이 매우 낮아집니다.

o 전단 민감도: 이러한 재료에서 지방 결정이나 얼음 결정이 형성되는 데에는 정밀한 제어가 필요합니다. 강하거나 불균일한 냉각은 거친 질감과 좋지 않은 맛을 초래할 수 있습니다.

o 오염 및 코킹: 설탕이나 단백질을 함유한 물질은 가열 표면에서 응고되거나 캐러멜화되는 경향이 있어 열 전달에 영향을 미칠 뿐만 아니라 제품 품질 저하 및 장비 세척의 어려움을 초래합니다.

2. 기술 분야의 선구자들:

스크레이프 표면 열교환기에 대한 가장 초기 특허 중 하나는 1920년대 후반에서 1930년대 초반으로 거슬러 올라갑니다. 예를 들어, 1928년경 독일의 게르하르트(Gerhard) 사(훗날 APV 그룹의 일부가 됨)의 엔지니어들은 이 분야에서 선구적인 연구를 수행했습니다.

또 다른 핵심 인물은 CO(찰리) 린으로, 그는 미국 기들러 사의 보테이터 사업부에서 최초로 상업적으로 성공한 스크레이프 표면 열교환기를 설계했습니다(1933년~1935년경). 이 장치는 원래 마가린의 연속 생산을 위해 발명되었습니다. "보테이터"라는 이름은 오랫동안 스크레이프 표면 열교환기의 대명사가 되었습니다.

혁신적인 업무 원칙

스크레이프형 표면 열교환기의 핵심 설계는 위의 문제들을 독창적으로 해결합니다.

• 긁어내는 작용: 열교환 실린더 내부에서 스크레이퍼가 장착된 로터가 고속으로 회전합니다. 원심력 또는 스프링의 힘으로 스크레이퍼는 실린더 벽에 밀착되어 내벽의 물질 막을 지속적으로 긁어냅니다.

• 네 가지 주요 장점:

1. 열 전달 표면의 지속적인 갱신: 재료의 부착 및 오염을 방지하여 매우 높은 열 전달 효율을 유지합니다.

2. 균일한 혼합 및 전단: 재료 전체의 균일한 가열 및 냉각을 보장하고, 결정화 과정(예: 지방 결정화 및 얼음 결정 형성)에 필수적인 제어 가능한 전단력을 제공합니다.

3. 극도로 높은 점도의 유체 처리: 기계적인 긁어내기 및 밀어내기 작용을 통해 기존 열교환기가 처리할 수 없는 반죽형, 크림형, 심지어 과립형 유체까지 처리할 수 있습니다.

4. 극히 짧은 체류 시간: 재료가 얇은 막 형태로 열교환기를 통과하므로 열에 민감한 재료에 매우 적합하며 제품의 맛, 색상 및 영양소 보존을 극대화합니다.

개발 및 보급

• 1940년대 - 1950년대: 제2차 세계 대전 전후 식품 산업화가 가속화되면서 스크레이퍼드 서페이스 열교환기가 유제품, 잼, 소스 산업에 빠르게 적용되었습니다. 아이스크림의 연속 냉동 또한 중요한 응용 분야였습니다.

• 1960년대부터 현재까지: 이들의 적용 분야는 식품 산업에서 화학, 제약, 석유화학 및 플라스틱 폴리머 산업으로 확대되었습니다. 이들은 폴리머 용융물, 파라핀, 아스팔트, 화장품 및 의약품과 같은 까다로운 유체를 처리하는 데 사용됩니다.

• 기술 발전: 최신 스크레이프 표면 열교환기는 재료(내마모성 및 내식성 경질 코팅 사용 등), 밀봉 기술, 자동화 제어(온도, 압력 및 속도의 정밀 제어) 및 모듈식 설계 분야에서 상당한 발전을 이루었습니다.

요약

스크레이퍼 열교환기의 기원은 정확히 1920년대와 1930년대로 거슬러 올라갑니다. 이 열교환기는 식품 산업에서 고점도 및 열에 민감한 물질의 연속 가열, 냉각, 결정화 및 살균 공정의 요구 사항을 충족하기 위해 발명되었습니다. 스크레이퍼 열교환기의 발명은 공정 산업 장비 역사에 중요한 이정표가 되었으며, 단순한 "열교환" 기능을 "열교환 및 기계적 처리"의 복합 기능으로 확장했습니다. 오늘날까지도 스크레이퍼 열교환기는 많은 산업 분야에서 없어서는 안 될 중요한 역할을 하고 있습니다.