CN110545936B - 粉末解聚器和解聚粉末的方法 - Google Patents

粉末解聚器和解聚粉末的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粉末解聚器，所述粉末解聚器包括竖直流动室、粉末入口管和振动地联接到超声换能器的超声变幅杆。所述竖直流动室包括外壁、粉末出口端口和以可密封方式接合超声变幅杆的安装端口。所述粉末入口管延伸穿过所述外壁并且对准以将气体流中的团聚粉末向下分配到所述超声变幅杆的远端上。本发明还公开了一种使用所述粉末解聚器来解聚粉末的方法。

Description

粉末解聚器和解聚粉末的方法
技术领域
本公开广义地涉及解聚气体流内的团聚颗粒的方法。
背景技术
由设备诸如重力进给料斗、螺杆等分配的粉末通常包含由松散地彼此粘附的组分颗粒构成的团聚颗粒。然后，团聚颗粒可以该形式存在于后续的加工操作中并且掺入到最终制品中，其中它们的性能可能不如未团聚的各个组分颗粒。团聚可由因素诸如湿度、压实和/或颗粒之间的粘合力等引起。虽然已经进行了许多尝试来解决该问题，但是仍然需要能够有效地解聚气体流中的团聚颗粒的方法和设备。
发明内容
本公开通过提供一种包括超声变幅杆的粉末解聚器克服了该问题，该超声变幅杆破坏团聚颗粒。
在第一方面，本公开提供了一种粉末解聚器，该粉末解聚器包括：
竖直流动室，该竖直流动室具有纵向轴线，并且包括：
外壁；
粉末出口端口，该粉末出口端口设置在竖直流动室的上端处；
安装端口，该安装端口设置在与上端相对的竖直流动室的底端处，以可密封方式接合超声变幅杆；
粉末入口管，该粉末入口管对准以将团聚粉末向下分配到超声变幅杆的远端上；和
超声换能器，该超声换能器振动地联接到超声变幅杆。
在第二方面，本公开提供了解聚包括团聚颗粒的粉末的方法，该方法包括：
提供粉末解聚器，该粉末解聚器包括：
竖直流动室，该竖直流动室具有纵向轴线，并且包括：
外壁；
粉末出口端口，该粉末出口端口设置在竖直流动室的上端处；
安装端口，该安装端口设置在与上端相对的竖直流动室的下端处，以可密封方式接合超声变幅杆；
粉末入口管，该粉末入口管延伸对准以将夹带在气体流中包括团聚组分颗粒的团聚粉末向下供给到超声变幅杆的远端上；和
超声换能器，该超声换能器振动地联接到超声变幅杆；以及
将夹带在气体流中的团聚粉末引入粉末入口管中，使得团聚组分颗粒中的至少一些接触超声变幅杆并被解聚以提供未团聚组分颗粒，由此未团聚组分颗粒中的至少一些夹带在粉末出口端口处的气体流中。
如本文所用：
术语“粉末”是指处于细分的可流动状态的颗粒物，并且不包括分散在液体载体(诸如，浆液或分散体)中的颗粒；
“团聚颗粒”是指松散地粘附在一起的聚集和/或混杂团块的组分颗粒；
“超声”是指在1千赫兹至1兆赫兹(例如，10至80千赫兹，或甚至10至50千赫兹)的范围内的振动频率；以及
“未团聚颗粒”是指未团聚并且可通过破坏团聚颗粒而形成的组分颗粒。
在考虑具体实施方式以及所附权利要求书时，将进一步理解本公开的特征和优点。
附图说明
图1为示例性粉末解聚器100的示意性透视图。
图2为粉末解聚器100的示意性俯视图。
图3为沿线3-3截取的图1的粉末解聚器100的示意性横截面侧视图。
图4为竖直流动室110和相关联的粉末入口管150的示意性仰视图。
图5A为根据本公开的团聚粉末190的示意性侧视图。
图5B为根据本公开的未团聚组分颗粒195的示意性侧视图。
图6为示出处于操作中的粉末解聚器100的示意性工艺流程图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。附图可不按比例绘制。
具体实施方式
现在参见图1至图4，粉末解聚器100包括具有纵向轴线118的中空竖直流动室110。该竖直流动室110包括具有上端114和下端116的外壁112。粉末出口端口120设置在上端114处。安装端口180设置在竖直流动室110的下端116处，以可密封方式接合超声变幅杆140。可选的压力壳体125固定到安装端口180，使得超声变幅杆140在压力壳体125内延伸。管状壳体适配器170接合压力壳体125和助力器165。
粉末入口管150的端部152沿着竖直流动室的纵向轴线118设置。竖直流动室110的上端和下端朝着纵向轴线向内渐缩。超声变幅杆140具有竖直设置在竖直流动室110内的柱形远端142。粉末入口管150延伸穿过外壁112并由可选的支撑翅片113支撑。粉末入口管150对准以将气体流中的团聚粉末向下分配到超声变幅杆140的远端142上。超声换能器160经由延伸到可选的压力壳体125中的助力器165振动地联接到超声变幅杆140。在使用中，电源线134从电源(未示出)向超声换能器160提供电能。
当由超声发生器电驱动时，换能器向助力器提供超声振动并最终向超声变幅杆提供超声振动。具有许多合适配置的超声发生器、换能器、助力器和变幅杆可广泛地商购获得。选择适当的超声换能器和发生器在本领域技术人员的能力范围内。超声变幅杆通常以1千赫兹(kHz)至1兆赫兹(MHz)，优选地10kHz至80kHz，更优选地10kHz至50kHz，并且甚至更优选地15kHz至45kHz的振动频率驱动，但也可使用其他频率。通常，变幅杆的峰到峰位移振幅在0.25微米至7密耳(0.18mm)，优选地1微米至3密耳(0.08mm)的范围内，但不是必须的。
虽然竖直流动室被示出为可围绕纵向轴线对称地旋转(例如，如图2所示)，但这不是必须的，并且其他构型也是可能的。同样，端部中的一者或两者无需为渐缩的，但这是优选的。竖直流动室无需为竖直取向的，但其优选地具有20度，更优选地具有10度，并且甚至更优选地具有5度的竖直，以便围绕纵向轴线在旋转的基础上实现粉末在竖直流动室内的均匀分布。
被示出为弹性体O型环的密封构件197在管状安装构件和超声变幅杆之间形成密封，该密封有助于减振和将粉末保持在竖直流动室内。同样，螺纹联接器199在入口管和粉末出口端口之间与相邻设备(例如，管道，未示出)形成密封。O型环197用于从粉末室围绕变幅杆的径向面密封室。如果需要，可选的空气入口端口167允许压力壳体125内的室163相对于竖直流动室被略微加压以进一步减少粉末通过密封构件的渗漏。
使用螺钉130、螺纹凸台138和固定螺钉136将粉末解聚器100的各个部分紧固在一起。
在图6中，图1至图4所示的粉末解聚器被示出处于操作中。夹带在气体流192中包括团聚组分颗粒194的团聚粉末(190)(参见图5A和图5B)通过粉末入口管150被向下引入超声变幅杆140的远端142上。来自变幅杆的振动能量导致团聚组分颗粒在竖直流动室内分离并优先上升，气体流流动将这些颗粒带向粉末出口端口，同时重力倾向于将较大的团聚颗粒保持在超声变幅杆的附近直到它们最终被解聚。
优选地，调节气体流流动，使得在一次通过粉末解聚器期间，至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或甚至至少95％的团聚颗粒被解聚，但这不是必须的。该流动将必然取决于平均组分粒径和粉末解聚器的尺寸。就任何给定尺寸的粉末解聚器而言，较低的气体流流动通常与较小的平均粒径一起使用，相反较高的气体流流动通常与较大的平均粒径一起使用。
合适的粉末包括包含石墨、粘土、六方氮化硼、颜料、无机氧化物(例如，氧化铝、氧化钙、二氧化硅、二氧化铈、氧化锌或二氧化钛)、金属、有机聚合物颗粒(例如，聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯)、干燥生物粉末(例如，孢子、细菌)的粉末。优选地，在解聚后立即使用根据本公开制备的未团聚组分颗粒以防止再次团聚。
优选地，组分颗粒的平均粒度为0.1至100微米，更优选地为1至50微米，并且更优选地为1至25微米，但这不是必须的。为了确保粉末颗粒接触超声变幅杆，粉末入口管和超声变幅杆面的远端之间的间隙优选地设置为30至250密耳(0.76至6.35mm)的间隙，但这不是必须的。本领域技术人员可观察到间隙比颗粒和团聚物尺寸大很多倍并且因此不会成为粉末流动的物理障碍。
竖直流动室、管道和相关联的部件可由任何合适的材料诸如金属、热塑性和/或固化的聚合物树脂制成。在优选的实施方案中，竖直流动室通过3D打印来制造。
根据本公开的粉末解聚器可用于粉末涂料应用中，包括但不限于油漆、粉末分散体以及织造和非织造制品的涂层。
本公开的选择实施方案
在第一实施方案中，本公开提供了一种粉末解聚器(100)，该粉末解聚器包括：
竖直流动室(110)，该竖直流动室具有纵向轴线(118)并且包括：
外壁(112)；
粉末出口端口(120)，该粉末出口端口设置在竖直流动室(110)的上端(114)处；
安装端口(180)，该安装端口设置在与上端(114)相对的竖直流动室(110)的下端(116)处，以可密封方式接合超声变幅杆(140)；和
粉末入口管(150)，该粉末入口管可选地延伸穿过外壁(112)，对准以将气体流中的团聚粉末(190)向下分配到超声变幅杆(140)的远端(142)上；
超声换能器(160)，该超声换能器振动地联接到超声变幅杆(140)。
在第二实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案所述的粉末解聚器(100)，还包括固定到安装端口(180)的压力壳体(125)，使得超声变幅杆(140)在压力壳体(125)内延伸。
在第三实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案或第二实施方案所述的粉末解聚器(100)，其中粉末入口管(150)的一端沿着竖直流动室(110)的纵向轴线(118)设置。
在第四实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第三实施方案中任一项所述的粉末解聚器(100)，其中竖直流动室(110)的上端和下端(114,116)朝着纵向轴线(118)向内渐缩。
在第五实施方案中，本公开提供了根据第一实施方案至第四实施方案中任一项所述的粉末解聚器(100)，其中超声变幅杆(140)具有竖直设置在竖直流动室(110)内的远端(142)。
在第六实施方案中，本公开提供了解聚包括团聚颗粒的粉末的方法，该方法包括：
提供粉末解聚器(100)，该粉末解聚器包括：
竖直流动室(110)，该竖直流动室具有纵向轴线(118)并且包括：
外壁(112)；
粉末出口端口(120)，该粉末出口端口设置在竖直流动室(110)的上端(114)处；
安装端口(180)，该安装端口设置在与上端(114)相对的竖直流动室(110)的下端(116)处，以可密封方式接合超声变幅杆(140)；
粉末入口管(150)，该粉末入口管延伸穿过外壁(112)并对准以将夹带在气体流(192)中包括团聚组分颗粒(未示出)的团聚粉末(190)向下供给到超声变幅杆(140)的远端(142)上；和
超声换能器(160)，该超声换能器振动地联接到超声变幅杆(140)；以及
将夹带在气体流(192)中的团聚粉末(190)引入粉末入口管(150)中，使得团聚组分颗粒(194)中的至少一些接触超声变幅杆(140)并被解聚以提供未团聚组分颗粒(195)，由此未团聚组分颗粒(195)中的至少一些夹带在粉末出口端口(120)处的气体流(192)中。
在第七实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案所述的方法，其中粉末解聚器(100)还包括固定到安装端口(180)的压力壳体(125)，使得超声变幅杆(140)在压力壳体(125)内延伸。
在第八实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案或第七实施方案所述的方法，其中粉末入口管(150)的一端沿着竖直流动室(110)的纵向轴线(118)设置。
在第九实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案至第八实施方案中任一项所述的方法，其中竖直流动室(110)的上端和下端(114,116)朝着纵向轴线(118)向内渐缩。
在第十实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案至第九实施方案中任一项所述的方法，其中超声变幅杆(140)具有竖直设置在竖直流动室(110)内的远端(142)。
在第十一实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案至第十实施方案中任一项所述的方法，其中团聚组分颗粒(194)包括团聚石墨颗粒。
在第十二实施方案中，本公开提供了根据第六实施方案至第十一实施方案中任一项所述的方法，其中未团聚组分颗粒(195)的平均粒度为0.1至100微米。
通过以下非限制性实施例，进一步示出了本公开的目的和优点，但在这些实施例中引用的具体材料及其量以及其它条件和细节不应视为对本公开的不当限制。
实施例
除非另有说明，否则实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比等均以重量计。
如图1至图4所示，粉末解聚器按比例构造，其中粉末入口管和超声变幅杆面的远端之间的间隙设定为3.2mm。竖直流动室的直径为4.0英寸(10.2cm)。超声变幅杆以20kHz的频率和200W的功率运行。真空集尘器附接到粉末出口端口。将石墨粉末(粒度等于3至7微米)以夹带在0.3cfm(8.5L/min)的空气流中的方式引入粉末入口管中。
在操作期间，除了从粉末出口端口离开的细小颗粒之外，团聚颗粒聚积在竖直流动室的外壁上。一旦局部聚积达到不能被壁的弱吸引力支撑的量，团聚物就会掉落并降落在变幅杆面上。因此粉末积聚是渐进的和自限制性的。
例如，在一次测试期间，终止入口粉末流动，但是观察到来自粉末出口端口的连续粉末流动持续近一分钟。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (10)

1.一种粉末解聚器，所述粉末解聚器包括：
竖直流动室，所述竖直流动室具有纵向轴线，并且包括：
外壁；
粉末出口端口，所述粉末出口端口设置在所述竖直流动室的上端处；
安装端口，所述安装端口设置在与所述上端相对的所述竖直流动室的下端处，以可密封方式接合超声变幅杆；
粉末入口管，所述粉末入口管对准以将气体流中的团聚粉末向下分配到所述超声变幅杆的远端上，其中所述粉末入口管具有沿所述纵向轴线设置的端部，并且其中所述粉末入口管和超声变幅杆面的远端之间的间隙设置为0.76至6.35mm的间隙；和
超声换能器，所述超声换能器振动地联接到所述超声变幅杆。
2.根据权利要求1所述的粉末解聚器，还包括固定到所述安装端口的压力壳体，使得所述超声变幅杆在所述压力壳体内延伸。
3.根据权利要求1所述的粉末解聚器，其中所述竖直流动室的所述上端和所述下端朝着所述纵向轴线向内渐缩。
4.根据权利要求1所述的粉末解聚器，其中所述超声变幅杆具有竖直设置在所述竖直流动室内的柱形远端。
5.一种解聚包括团聚颗粒的粉末的方法，所述方法包括：
提供粉末解聚器，所述粉末解聚器包括：
竖直流动室，所述竖直流动室具有纵向轴线，并且包括：
外壁；
粉末出口端口，所述粉末出口端口设置在所述竖直流动室的上端处；
安装端口，所述安装端口设置在与所述上端相对的所述竖直流动室的下端处，以可密封方式接合超声变幅杆；
粉末入口管，所述粉末入口管对准以将夹带在气体流中包括团聚组分颗粒的团聚粉末向下供给到所述超声变幅杆的远端上，其中所述粉末入口管具有沿所述纵向轴线设置的端部，并且其中所述粉末入口管和超声变幅杆面的远端之间的间隙设置为0.76至6.35mm的间隙；和
超声换能器，所述超声换能器振动地联接到所述超声变幅杆；以及
将夹带在所述气体流中的所述团聚粉末引入所述粉末入口管中，使得所述团聚组分颗粒中的至少一些接触所述超声变幅杆并被解聚，以提供未团聚组分颗粒，由此所述未团聚组分颗粒中的至少一些夹带在所述粉末出口端口处的所述气体流中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述粉末解聚器还包括固定到所述安装端口的压力壳体，使得所述超声变幅杆在所述压力壳体内延伸。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述竖直流动室的所述上端和所述下端朝着所述纵向轴线向内渐缩。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述超声变幅杆具有竖直设置在所述竖直流动室内的柱形远端。
9.根据权利要求5所述的方法，其中所述团聚组分颗粒包括团聚石墨颗粒。
10.根据权利要求5所述的方法，其中所述未团聚组分颗粒的平均粒度为0.1至100微米。
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