DE102006000491B4

DE102006000491B4 - Unterwassergranulator

Info

Publication number: DE102006000491B4
Application number: DE200610000491
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Fukutani; Koichi Honke; Kazuo Iritani; Nobuki Nagami
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: US20070119286A1; US7470118B2; JP4592572B2; DE102006000491A1; JP2007144743A

Abstract

Unterwassergranulator, wobei eine Düsen (2) aufweisende Matrizenplatte (3), durch die zu verarbeitendes, geschmolzenes Material extrudiert wird, und eine Schneideinrichtung (5) zum Schneiden des von den Düsen (2) extrudierten, zu verarbeitenden Materials in Körner installiert sind, und eine Wasserkammer (8) bereitgestellt ist, um in dieser zum Kühlen der geschnittenen Körner und zum Übertragen der Körner nach außen Kühlwasser strömen zu lassen, wobei die Wasserkammer (8) gesehen in einer Vorderansicht eine kreisförmige Form aufweist und auf einer Seite in einer ihrer diametrischen Richtungen einen Einlassabschnitt (16) zum Einbringen von Kühlwasser in die Wasserkammer (8) aufweist, und außerdem auf der anderen Seite in der diametrischen Richtung einen Auslassabschnitt (17) zum Abgeben des Kühlwassers aus ihrem Inneren nach außen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassabschnitt (16) gesehen in der Vorderansicht eine in Einströmrichtung des Kühlwassers divergierende Form aufweist und in der Wasserkammer (8) schräg ausgebildet ist, so dass das durch den Einlassabschnitt (16) strömende Kühlwasser zu der Matrizenplatte (3) in dem Inneren der Wasserkammer (8) gerichtet ist, und der Auslassabschnitt (17) in einer Richtung entgegengesetzt einer Ausströmungsrichtung des Kühlwassers gesehen in der Vorderansicht eine divergierende Form aufweist und mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer (8) asymmetrisch ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterwassergranulator zur Verwendung bei der Herstellung von Harzpellets gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Wie bekannt ist, ist ein Unterwassergranulator zur Verwendung bei der Herstellung von Harzpellets auf einer stromabwärtigen Seite eines Extruders vorgesehen und mit einer Matrizenplatte bereitgestellt, wobei die Matrizenplatte Düsen aufweist, durch die geschmolzenes Harz (geschmolzenes, zu verarbeitendes Material) extrudiert wird, und außerdem eine Schneideinrichtung aufweist, um das aus den Düsen extrudierte Harz in Pellets zu schneiden, während sie sich dreht. Zusätzlich ist ein Kasten zum Zirkulieren bereitgestellt, der die Matrizenplatte und die Schneideinrichtung abdeckt. Das Innere des Kastens zum Zirkulieren dient als Wasserkammer, die mit zirkulierendem Kühlwasser gefüllt ist.
Die Wasserkammer ist mit einem Einlassabschnitt zum Einbringen von Kühlwasser in das Innere der Wasserkammer bereitgestellt. Durch den Einlassabschnitt in die Wasserkammer zugeführtes Kühlwasser kühlt nicht nur die Matrizenplatte und die Schneideinrichtung, sondern kühlt ebenfalls die Pellets auf eine vorbestimmte Temperatur und strömt dann aus einem Auslassabschnitt der Wasserkammer nach außen. Zur gleichen Zeit werden die geschnittenen Pellets ebenfalls aus der Wasserkammer nach außen abgegeben.
In einer derartigen Wasserkammer ist es für das Kühlwasser sehr wichtig, dass es gemäß einem vorbestimmten Strömungsweg strömt. Z. B. ist es notwendig, dass das Kühlwasser in der Nähe der Matrizenplatte und der Schneideinrichtung positiv ohne Stockung strömt. Dadurch können nicht nur die Schneideinrichtung und die Matrizenplatte, sondern ebenfalls die geschnittenen Pellets auf eine vorbestimmte Temperatur gekühlt werden.
Falls jedoch die Strömung des Kühlwassers nicht gleichmäßig ist, und das Kühlwasser innerhalb der Wasserkammer stockt, können die geschnittenen Pellets für eine lange Zeit innerhalb der Wasserkammer verbleiben, oder im Gegenzug in einer zu kurzen Zeit aus der Wasserkammer abgegeben werden. Somit besteht die Möglichkeit, dass die vorgesehene Kühlzeit der Pellets nicht eingehalten werden kann, was folglich eine Verschlechterung der Qualität der Pellets bewirkt. Wenn die Pellets für eine lange Zeit in der Wasserkammer verbleiben, ist es wahrscheinlich, dass die verbleibenden Pellets gegen die Schneideinrichtung oder die innere Wand der Wasserkammer stoßen, oder sich aufeinander ablagern, was einen schlechten Einfluss auf die Arbeit ausübt, das Harz zu schneiden.
Eine Technologie zum Vermeiden solcher Nachteile ist in der japanischen offengelegten Patentschrift Nr. JP 2003 260 706 A offenbart.
Gemäß der in der japanischen offengelegten Patentschrift Nr. JP 2003 260 706 A offenbarten Technik sind (i) zumindest drei Einlassabschnitte zum Einbringen von Kühlwasser in eine Wasserkammer bereitgestellt, und (ii) ein Auslassabschnitt zum Abgeben des Kühlwassers nach außen bei einer Position bereitgestellt, die von Verlängerungen der Linien der Einlassabschnitte abweicht, um die Temperatur des Kühlwassers, das die Matrizenplatte berührt, gleichmäßig zu machen, und dabei die Form und Größe der sich ergebenden Pellets gleichmäßig zu machen.
Die Erfinder dieser Erfindung haben eine Simulation der Strömung der Kühlwasserkammer gemäß der in der japanischen offengelegten Patentschrift Nr. JP 2003 260 706 A offenbarten Technik durchgeführt. Die Simulation ergab die folgenden Punkte. Die Strömung des Kühlwassers neigt dazu, in der Nähe von Abschnitten, an denen Einlassabschnitte an die Wasserkammer gefügt sind, und einem Abschnitt, an dem der Auslassabschnitt an die Wasserkammer gefügt ist zu stocken, und in diesem Stockungsbereich vorhandene Pellets werden nicht aus der Wasserkammer nach außen abgegeben, und außerdem werden innerhalb der Wasserkammer durch die Strömung von Kühlwasser aus der Vielzahl an Einlassabschnitten und durch die durch die Drehung der Schneideinrichtung in der Wasserkammer verursachten Erregung des Kühlwassers komplizierte Strömungen erzeugt, was in dem Auftreten von Variationen in der Verweilzeit der geschnittenen Pellets in der Wasserkammer resultiert.
Diese Umstände führen zu einer Zunahme unterschiedlicher Kühlzeiten der Pellets, wodurch Schwankungen in der Qualität, Form und Größe der Pellets auftreten.
Da eine Vielzahl von Einlassabschnitten bereitgestellt ist, wird darüber hinaus die Konstruktion und Herstellung von Kühlwasserzufuhrrohren verkompliziert, und die Strömung des Kühlwassers innerhalb der Wasserkammer hängt von dem Positionsverhältnis der Vielzahl Einlassabschnitte und dem Auslassabschnitt und der Strömungsrate des Kühlwassers ab. Eine Vielzahl von Versuchen ist erforderlich, um die optimalen Werte eines solchen Positionsverhältnisses und einer solchen Strömungsrate zu bestimmen.
Ferner ist aus der DE 602 09 791 T2 ein Unterwassergranulator gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die vorstehend erwähnten Probleme zu beseitigen und einen Unterwassergranulator bereitzustellen, der eine Wasserkammer aufweist, die es ermöglicht, dass die erzeugten Pellets sofort aus der Wasserkammer abgeführt werden, und der eine gleichmäßige Verweilzeit der Pellets in der Wasserkammer erreicht.
Die Erfindung wird durch einen Unterwassergranulator gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
Zum Erreichen der voranstehend erwähnten Aufgabe weist die Erfindung die folgenden technischen Einrichtungen auf.
Gemäß der Erfindung kann die Verweilzeit von geschnittenen Pellets in dem Inneren der Wasserkammer vergleichmäßigt werden und Temperaturschwankungen der Pellets minimiert werden. Nebenbei kann die Verweilzeit der Pellets so kurz wie möglich gemacht werden, und der Kontakt der Pellets mit der Innenwand der Wasserkammer und der Schneideinrichtung kann verhindert werden.
1 ist eine Querschnitts-Seitenansicht eines Unterwassergranulators gemäß der Erfindung;
2 stellt die Form einer Wasserkammer gemäß der Erfindung dar, in der (a) eine Vorderansicht und (b) eine Ansicht von der rechten Seite ist;
3 stellt die Form einer bekannten Wasserkammer dar, die in einer Simulation verwendet wird;
4 stellt Bedingungen für die Simulation dar;
5 stellt eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit in dem Inneren der Wasserkammer dar, die durch die Simulation erhalten wurde (Draufsicht der bekannten Wasserkammer);
6 stellt Strömungslinien in dem Inneren der Wasserkammer dar, die durch die Simulation erhalten wurden (perspektivische Ansicht der bekannten Wasserkammer);
7 beschreibt ein Verfolgungsdiagramm und ein Verteilungsdiagramm der Verweilzeit von simulierten Körnern in dem Inneren der Wasserkammer, das durch die Simulation erhalten wurde (die bekannte Wasserkammer);
8 stellt Bedingungen der Form von Wasserkammern (Fall (a) bis Fall (f)) dar;
9 stellt Ergebnisse von Simulationen dar, die unter den Bedingungen der 8 durchgeführt wurden;
10 stellt ein Verhältnis zwischen dem Vorhandensein oder der Abwesenheit eines Fensterabschnitts einer Wasserkammer und eine durchschnittliche Verweilzeit von simulierten Körnern dar;
11 stellt die Form einer Wasserkammer des Falls (f)' dar;
12 umfasst ein Diagramm zum Verfolgen einer Strömung und ein Verteilungsdiagramm einer Verweilzeit von simulierten Körnern (Wasserkammer des Falls (a)');
13 umfasst ein Diagramm zum Verfolgen einer Strömung und ein Verteilungsdiagramm einer Verweilzeit von simulierten Körnern (Wasserkammer des Falls (d)');
14 umfasst ein Diagramm zum Verfolgen einer Strömung und ein Verteilungsdiagramm einer Verweilzeit von simulierten Körnern (Wasserkammer des Falls (f)');
15 umfasst ein Diagramm zum Verfolgen einer Strömung von simulierten Körnern (Wasserkammern der Fälle (a)', (d)', (f)');
16 stellt ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser und einer durchschnittlichen Verweilzeit von simulierten Körnern dar; und
17 stellt ein Verhältnis zwischen der Strömungsrate von Kühlwasser und eine durchschnittliche Verweilzeit von simulierten Körnern dar.
Ein Unterwassergranulator gemäß der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Schnitt-Seitenansicht des Unterwassergranulators, der mit 1 bezeichnet ist.
Der Unterwassergranulator 1 hat eine Matrizenplatte 3, die eine große Anzahl von Düsen 2 (Matrizenlöcher) und eine Schneideinrichtung 5 aufweist, der angepasst ist, sich entlang einer Schneidfläche 3A auf der Matrizenplatte 3 zu bewegen, um geschmolzenes Harz 4 (geschmolzenes, zu verarbeitendes Material) zu schneiden, das aus den Düsen 2 extrudiert wird. Der Unterwassergranulator 1 hat außerdem eine Antriebseinrichtung 6 zum Drehen der Schneideinrichtung 5 auf der Matrizenplatte 3.
Die Matrizenplatte 3 und die Schneideinrichtung 5 sind in dem Inneren eines Zirkulationskastens 7 installiert. Das Innere des Zirkulationskastens 7 bildet eine Wasserkammer 8 aus, die die Matrizenplatte 3 und die Schneideinrichtung 5 umgibt. Eine untere Wand 9 (in 1 die Wand auf der linken Seite) der Wasserkammer 8 ist durch die Matrizenplatte 3 bestimmt. Ein Doppelschneckenextruder oder eine Zahnradpumpe oder ähnliches ist mit der Matrizenplatte 3 auf der Seite gegenüber der Wasserkammer verbunden, d. h. mit dem Äußeren der Wasserkammer. Das von dem Doppelschneckenextruder gelieferte, geschmolzene Harz 4 tritt durch die Harzeinbringungslöcher 11, die in der Matrizenplatte 3 ausgebildet sind, erreicht dann die Düsen 2 und wird in die Wasserkammer 8 extrudiert.
Andererseits ist die Antriebseinrichtung 6 auf einer Seite einer oberen Wand 12 (in 1 die Wand auf der rechten Seite) der Wasserkammer 8 bereitgestellt. Noch genauer ist ein Lagerabschnitt 13 auf der oberen Wand 12 vorgesehen und eine drehende Welle 14 ist drehbar durch den Lagerabschnitt 13 eingefügt. Ein Basisendabschnitt der drehenden Welle 14 ist mit einem Antriebsabschnitt (nicht gezeigt), wie z. B. einem Elektromotor, verbunden. Ein vorderer Endabschnitt der drehenden Welle 14 ragt in die Wasserkammer 8 und ein zentraler Teil eines scheibenartigen Schneideinrichtungshalters 15 ist an dem vordersten Ende der drehenden Welle 14 befestigt. Die Schneideinrichtungen 5 (ebenfalls als Messer oder Klingen bezeichnet) sind radial an der Umfangskante des Schneideinrichtungshalters 15 montiert. Eine Drehachse des Schneideinrichtungshalters 15 und die der drehenden Welle 14 sind miteinander koaxial, so dass die Schneideinrichtung 5 um die Achse der drehenden Welle 14 dreht, wenn die drehende Welle 14 gedreht wird.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist die Wasserkammer 8 im Wesentlichen kreisförmig, wenn sie von vorne betrachtet wird. Ein Einlassabschnitt 16 eines rechteckigen Abschnitts ist in einem unteren Abschnitt (die untere Seite in 2) der Wasserkammer 8 ausgebildet, um Kühlwasser in die Wasserkammer 8 einzubringen. In einem oberen Abschnitt (in 2 die obere Seite) der Wasserkammer 8 ist ein Auslassabschnitt 17 eines rechteckigen Querschnitts ausgebildet, um Kühlwasser aus dem Inneren der Wasserkammer 8 zusammen mit den geschnittenen Pellets 10 nach außen abzugeben.
Fenster 18, die das Beobachten des Inneren der Wasserkammer 8 gestatten, sind auf den rechten und linken Seiten der Wasserkammer 8 ausgebildet. Die Fenster 18 sind jeweils in der Form einer Aussparung ausgebildet, wenn sie von dem Inneren der Wasserkammer 8 aus betrachtet werden. Die Fenster 18 können weggelassen werden.
Wie aus 2(a) ersichtlich ist, ist der Einlassabschnitt 16 in dieser Ausführungsform in der Form eines Horns ausgebildet, das in der Einströmrichtung des Kühlwassers in die Wasserkammer 8 divergierend ausgebildet ist. Das Verhältnis B/A zwischen einer Schnittfläche A einer Einströmseite 20 des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 und eine Schnittfläche B einer Ausströmseite 21 des Kühlwassers liegt in dem Bereich von 1,5 bis 3,0.
Insbesondere erfüllt der Einlassabschnitt 16 das folgende Verhältnis: B/A = (IL2·d)/(IL1·d) = 1,5~3,0 (1)
In der obigen Gleichung stellt IL1 die Breite auf der Einströmseite des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 dar, IL2 stellt die Breite auf der Ausströmseite des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 dar (die Breite auf der Wasserkammer 8 – Seite des Einlassabschnitts 16), und IL3 stellt den Abstand zwischen der Einströmseite 20 des Kühlwassers und der Ausströmseite 21 des Kühlwassers dar, und noch genauer den Abstand zwischen der Einströmseite des Kühlwassers und einer gedachten kreisförmigen Verlängerungslinie der Innenwand der Wasserkammer 8.
In dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen der oberen Wand 12 und der unteren Wand 9 der Wasserkammer 8d und der Abstand zwischen einer oberen Wand 12A und einer unteren Wand 9A des Einlassabschnitts 16 ebenfalls d. Deswegen ist durch das Erfüllen der Gleichung (1) gemeint, dass das Verhältnis zwischen der Breite IL1 auf der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 und der Breite IL2 auf der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 in dem Bereich von 1,5 bis 3,0 liegt.
Wie aus der Seitenansicht in der 2(b) ersichtlich ist, ist eine Verlängerungslinie der Matrizenplatte 3 und eine Mittellinie des Einlassabschnitts 16 bei einem Winkel α relativ zueinander geneigt, so dass die Wasserströmung in den Einlassabschnitt 16 gegen die Matrizenplatte 3 trifft. α = 5°~45° (2)
Falls der Einlassabschnitt 16 die Neigung α erfüllt, werden nicht nur in der Wasserkammer 8 freigegebene Pellets 10 sofort zu dem Äußeren der Wasserkammer 8 abgegeben, sondern die Verweilzeit der Pellets 10 in dem Inneren der Wasserkammer 8 wird gleichmäßig. Noch bevorzugter liegt die Neigung α in dem Bereich von 5° bis 30°.
Da in dieser Ausführungsform der Einlassabschnitt 16 in der Seitenansicht ein Parallelogramm ist, sind die obere Wand 12A und die untere Wand 9A des Einlassabschnitts 16 im Wesentlichen zueinander parallel, und eine Verlängerungslinie der Matrizenplatte 3 und der unteren Wand 9 (oder der oberen Wand 12) des Einlassabschnitts 16 sind in einem Winkel α relativ zueinander geneigt.
Wie andererseits aus 2(a) ersichtlich ist, liegt der Auslassabschnitt 17 in Form eines Horns vor, die der Form des Einlassabschnitts 16 nahezu gleich ist, die in der Richtung gegenüber der Ausströmrichtung des Kühlwassers aus der Wasserkammer 8 divergiert (in der folgenden Beschreibung wird diese Form eine umgekehrt divergente Form oder abgeschrägte Form genannt). Das Verhältnis C/D einer Schnittfläche C der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 zu einer Schnittfläche D der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Auslassabschnitts liegt in dem Bereich von 1,5 bis 3,0.
Zusätzlich ist die Form des Auslassabschnitts 17 in der Ebene mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer 8 asymmetrisch.
Insbesondere ist das folgende Verhältnis erfüllt: C/D = (OL2·d)/(OL1·d) = 1,5~3,0 (3) OL22/OL21 = 0,535/0,869 = ungefähr 2/3 (4)
In den voranstehenden Gleichungen stellt OL1 die Breite bei der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 dar, OL2 stellt die Breite auf der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 dar, und OL3 stellt den Abstand zwischen der Einströmseite 20 des Kühlwassers und der Ausströmseite 21 des Kühlwassers dar, und noch genauer den Abstand zwischen der Ausströmseite 21 des Kühlwassers und einer gedachten kreisförmigen Verlängerungslinie der inneren Wand der Wasserkammer 8.
In dieser Ausführungsform ist der Abstand zwischen einer oberen Wand 12B und einer unteren Wand 9B des Auslassabschnitts 17 ebenfalls d. Deswegen bedeutet das Erfüllen der Gleichung (3), dass das Verhältnis zwischen der Breite OL1 auf der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 und der Breite OL2 auf der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 in dem Bereich von 1,5 bis 3,0 liegt.
Die Form des Einlassabschnitts 16 und die des Auslassabschnitts 17 sind auf Basis der „Simulation der Strömung des Kühlwassers in der Wasserkammer 8” bestimmt, die später beschrieben wird. In der Wasserkammer 8, die die voranstehend beschriebene Form erfüllt, werden nämlich die in die Wasserkammer 8 freigegebenen Pellets 10 schnell zu dem Äußeren der Wasserkammer 8 abgegeben und die Verweilzeit der Pellets 10 in dem Inneren der Wasserkammer wird gleichmäßig. Im Gegenzug tritt in dem Fall einer Wasserkammer, welche die folgende zu beschreibende Form nicht erfüllt, ein Problem bei der Abgabe der Pellets auf. Die Erfinder haben diesen Punkt durch eine Fluidsimulation bestätigt.
Es folgen die Größen von verschiedenen Abschnitten der Wasserkammer gemäß der Erfindung, wie aus 2 ersichtlich ist: IL1 = 0,625 IL2 = 0,458 IL3 = 1,073 OL1 = 0,625 OL21 = 0,869 OL22 = 0,535 OL2 = OL21 + OL22 d = 0,750 R = 1,000 (5)
Die voranstehenden Größen sind durch den Radius R der Wasserkammer 8 normalisiert (dimensionslos gemacht). Die asymmetrische Form des Auslassabschnitts 17 kann gemäß dem Winkel zwischen der Ausströmseite 21 des Kühlwassers und linken und rechten Seitenwänden 23, 22 des Auslassabschnitts 17 oder durch die Länge der rechten Seitenwand 22 und die der linken Seitenwand 23 definiert sein.
Die folgende Beschreibung wird nun um ein Verfahren zur Herstellung der Pellets 10 durch den Unterwassergranulator 1 und mit Verwendung von dem aus dem Doppelschneckenextruder gelieferten, geschmolzenen Harz 4 bereitgestellt.
Das geschmolzene Harz 4, dessen Druck durch den Doppelschneckenextruder oder eine Zahnradpumpe erhöht wurde, erreicht die Düsen 2 durch die Harzeinbringungslöcher 11, die in der Matrizenplatte 3 ausgebildet sind, und wird dann wie Fäden in die Wasserkammer 8 extrudiert. Zu der gleichen Zeit werden die Harzfäden durch die entlang der Schnittfläche 3A der Matrizenplatte 3 rotierenden Schneideinrichtungen 5 in eine vorbestimmte Länge geschnitten, um Pellets 10 auszubilden. Innerhalb der Wasserkammer 8 ist eine Strömung von Kühlwasser von dem in dem unteren Abschnitt der Wasserkammer 8 ausgebildeten Einlassabschnitt 16 zu dem in dem oberen Abschnitt der Wasserkammer 8 ausgebildeten Auslassabschnitt 17 ausgebildet. Gemäß der Wasserströmung werden die Pellets 10 zu dem Äußeren der Wasserkammer 8 getragen und in Produkte getrocknet.
Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die Form des Einlassabschnitts 16 und die des Auslassabschnitts 17 der Wasserkammer eingestellt, die Gleichungen (1) bis (6) zu erfüllen, und die Verweilzeit der geschnittenen Pellets in dem Inneren der Wasserkammer 8 wird gleichförmig. Folglich können Variationen in der Temperatur der Pellets 10 auf einem Minimum gehalten werden. Zusätzlich wird die Verweilzeit der Pellets 10 kurz und es ist möglich, einen Kontakt der Pellets mit der inneren Wand der Wasserkammer 8 und mit den Schneideinrichtungen 5 zu verhindern.
Um die Form des Einlassabschnitts 16 und des Auslassabschnitts 17 der Wasserkammer 8 zu bestimmen, die voranstehend beschrieben wurde, haben die Erfinder eine „Simulation der Strömung von Kühlwasser in der Wasserkammer 8 durchgeführt. Die Details der Simulation sind in dem Folgenden beschrieben. Es kann der Fall sein, dass die Simulation der Strömung von Kühlwasser in der Wasserkammer 8 lediglich Fluidsimulation oder Einfachsimulation genannt wird.
[Fluidsimulation in der bekannten Wasserkammer]
Die Erfinder haben ein vorläufiges Experiment, das die Analyse der Strömung von Kühlwasser in dem Inneren der Wasserkammer 8 des bekannten Unterwassergranulators 1 involviert, und eine Studie, wie die Abgabefähigkeit der Pellets durch das Ändern der Form der Wasserkammer 8 verbessert wird, durchgeführt.
Zuerst haben die Erfinder die Strömung von Kühlwasser in dem Inneren der bekannten Wasserkammer analysiert, um dabei auftretende Probleme zu überprüfen. Darauffolgend wurde eine Nachverfolgung der simulierten Körner der Pellets 10 und der Verweilzeit in dem Inneren der Wasserkammer 8 berechnet, um den Zustand der Zurückhaltung der Pellets 10 zu überprüfen.
3 stellt morphologische Daten der bekannten, in der Simulation verwendeten (existierenden) Wasserkammer 8 in Form eines Drahtgittermodells dar, wobei die Wasserkammer als Wasserkammer 8 des Falls (a) bezeichnet wird.
Verschiedene Abschnitte der Wasserkammer 8 des Falls (a) entsprechen den in 2 gezeigten und ihre Größen sind wie folgt: IL1 = IL2 = 0,625 IL3 = 0,500 OL1 = 0,625 OL21 = 0,535 OL22 = 0,535 OL2 = OL21 + OL22 OL3 = 0,458 d = 0,750 R = 1,000 (6)
Die obigen Größen werden durch den Radius R der Wasserkammer 8 normalisiert (dimensionslos gemacht).
Da diese Simulation darauf zielt, die Strömung des Kühlwassers in dem Inneren der Wasserkammer 8 zu erfassen, wird der detaillierten Strömung um den drehenden Schneideinrichtungshalter 15 und den daran angebrachten Schneideinrichtungen 5 keine Aufmerksamkeit zugewendet. Deswegen wurden die Schneideinrichtungen 5 und der Schneideinrichtungshalter 15 durch eine drehende Scheibe simuliert, um eine in die Simulation eingeführte Berechnungslast zu verringern.
Die Anzahl der Umdrehungen des Schneideinrichtungshalters 15 und die Strömungsrate des Kühlwassers wurden, wie aus 4 ersichtlich ist, unter Berücksichtigung von Betriebsbedingungen einer tatsächlichen Maschine und physikalischen Eigenschaftswerten von Leitungswasser bei 330 K, die als physikalische Eigenschaftswerte des Kühlwassers verwendet wurden, eingestellt.
Als das in dieser Simulation verwendete Programm wurde ein allgemein gebräuchlicher Fluid-Analyse-Code ”Fluent Version 6” verwendet. Das Fluent ist ein numerisches hydrodynamisches Modell, das darauf einen Loser entsprechend einem nicht strukturellen Netz ausgehend von einem finiten Volumenverfahren trägt, und das ebenfalls eine parallele Verarbeitungsberechnung ausführen kann. Es wird in verschiedenen Forschungen und Entwicklungen verwendet.
5 und 6 stellen Simulationsergebnisse der Strömung des Kühlwassers in der Wasserkammer 8 (3) von Fall (a) dar.
5 stellt Geschwindigkeitsvektoren in dem Inneren der Wasserkammer 8 dar. Die Strömungsgeschwindigkeit in dem Inneren der Wasserkammer 8 ist in dem Abschnitt von dem Einlassabschnitt 16 zu der Mitte (in der Nähe der drehenden Welle 14) der Wasserkammer 8 relativ hoch und in der Nähe des Auslassabschnitts 17 einigermaßen hoch. Jedoch ist zu erkennen, dass die fragliche Strömungsgeschwindigkeit bei den Seiten der Wasserkammer 8 (in der Nähe der Fenster 18) sehr gering ist.
Aus 6 sind Strömungslinien von durch die Wasserkammer 8 strömendem Kühlwasser ersichtlich. Wie aus dieser Figur deutlich wird, strömt das von dem Einlassabschnitt 16 hereinkommende und durch die Mitte der Wasserkammer 8 tretende Wasser gleichmäßig zu dem Auslassabschnitt 17. Jedoch beschreibt das von dem Einlassabschnitt 16 und zur Seite der Wasserkammer 8 tretende Kühlwasser in der Nähe der inneren Wand der Wasserkammer 8 insbesondere in der Nähe der Fenster 18 einen mäandernden Kreis, ohne zu dem Auslassabschnitt 17 voranzugehen. Somit wird vermutet, dass die Strömung geneigt ist, an der Seite der Wasserkammer 8 zu stocken.
Es ist aus 5 und 6 deutlich, dass die obige Tendenz sogar bei dem Fall nahezu gleich ist, bei dem die Form der Wasserkammer 8 wie Fall (a)-1 bis Fall (a)-4 geändert wird, und die Anzahl der Umdrehungen der Schneideinrichtungen 5 und die Strömungsrate des Kühlwassers geändert wird. Dies bedeutet, dass das Merkmal „eine Stockung tritt bei der Seite der Wasserkammer 8 nicht auf” unabhängig von der Form der Wasserkammer 8, der Anzahl der Umdrehungen des Schneideinrichtungshalters 15 und der Strömungsrate des Kühlwassers ist. Wenn jedoch die Anzahl der Umdrehungen des Schneideinrichtungshalters 15 steigt, wird die Asymmetrie (Asymmetrie in 5 von rechts nach links) der Strömung mit Bezug auf die drehende Welle 14 deutlicher markiert.
7 zeigt die Ergebnisse einer Simulation von Verfolgungen der Pellets und Verweilzeit in dem Fall, bei dem die Pellets 10 in die oben berechnete Strömung gemischt werden.
In dieser Simulation sind simulierte Körner als Pellets 10 unter den folgenden Berechnungsbedingungen aufgenommen.
Durchmesser der simulierten Körner: 2,0, 2,4, 2,8 mm
Dichte der simulierten Körner: 900 kg/m³
Kornfreigabefläche: Berührungsfläche 3A zwischen der Matrizenplatte 3 und den Schneideinrichtungen 5
Anzahl der freigegebenen Körner: 36 (alle 10°) × 3 Reihen = 108 Stück
Anfangsgeschwindigkeit der Körner: 0,1 m/s (rechtwinklig zu der Kornfreigabefläche 3A)
Es wurde angenommen, dass ein Widerstand und ein Auftrieb des Kühlwassers auf die simulierten Körner wirkten. Der auf die simulierten Körner wirkende Widerstand kann durch das Erhalten eines Widerstandskoeffizienten Cd unter Verwendung einer Berechnungsformel bestimmt werden, die in der folgenden Wissenschaftlichen Literatur 1 oder 2 offenbart ist.
Z. B. gemäß der Berechnungsformel, die in der Wissenschaftlichen Literatur 1 offenbart ist, kann der Widerstandskoeffizient als Cd = 22,73/R_e + 0,0903/R_e ² + 3,69 im Fall einer Reynolds-Zahl R_e in dem Bereich von 0,1 bis 1,0 sein.
Wissenschaftliche Literatur 1: ”An investigation of particle trajectories in twophase flow systems, S. A. Morsi & A. J. Alexander, J. Fluid Mech. (1972), Vol. 55, Part 2, Seiten 193–208”.
Wissenschaftliche Literatur 2: „Drag Coefficient and Terminal Velocity of Spherical and Nonspherical Particles, A. Haider & O. Levenspiel, Powder Technology, 58 (1989), Seiten 63–70”.
Der Auftrieb der Pellets 10 wurde aus deren Dichte bestimmt. Zusätzlich war die Drehzahl der Schneideinrichtungen 5 auf 750 U/min eingestellt und die Strömungsrate des Kühlwassers auf 700 m³/h eingestellt.
In 7(b) sind die Freigabepositionen der simulierten Körner entlang der Abszissenachse geplottet. Wie aus 7(a) und 2 ersichtlich ist, sind bezüglich der Freigabepositionen, X-Y Koordinaten entsprechend der Mitte der Wasserkammer 8 als Ursprung berücksichtigt und „Position 1” ist auf der positiven Seite der X-Achse bereitgestellt, und dann Positionen bis zu „Position 36” in Abständen von 10° in der positiven Drehrichtung von der Position 1 eingestellt. Simulierte Körner werden von den Orten der „Position 1 bis Position 36” freigegeben. Es wird angenommen, dass in den X-Y Koordinaten der erste Quadrant (Position 1 bis Position 10) Zone 1 ist, der zweite Quadrant (Position 10 bis Position 19) Zone 2 ist, der dritte Quadrant (Position 19 bis Position 28) Zone 3 ist und der vierte Quadrant (Position 28 bis Position 36) Zone 4 ist. Die Verweilzeit der simulierten Körner (in der folgenden Beschreibung kann diese lediglich als Verweilzeit bezeichnet werden) ist entlang der Achse oder Ordinate geplottet.
Wie aus 7(b) ersichtlich ist, beträgt in der Zone 2, die auf der linken Seite des Auslassabschnitts 17 positioniert ist, die Verweilzeit der simulierten Partikel 2 bis 7 Sekunden, was länger als in den anderen Zonen und sehr lang im Vergleich mit einer durchschnittlichen Verweilzeit (= 1,833 s) in allen Zonen ist. Es kann nämlich gesagt werden, dass die simulierten Körner, die aus dieser Zone freigegeben werden, dazu neigen, innerhalb der Wasserkammer 8 zu verbleiben. Es wird angenommen, dass diese Erscheinung aus dem folgenden Grund auftritt. In Zone 2 tritt eine Strömung in eine Richtung weg von dem Auslassabschnitt 17 mit einer Drehung der Schneideinrichtung 5 auf, und es tritt ebenfalls eine Strömung von dem Einlassabschnitt 16 zu dem Auslassabschnitt 17 auf, so dass komplizierte Strömungen, die durch diese Strömungen induziert werden, ausgebildet sind, was die Stockung der Strömungen ergibt.
Ähnlich zeigt die Verfolgung (Strömungsverfolgung) der simulierten Partikel, wie aus 7(a) ersichtlich ist, dass sich die simulierten Körner, die aus Zone 2 freigegeben werden, einmal in die Drehrichtung der Schneideinrichtungen 5 bewegen und dann zu dem Auslassabschnitt 17 zurückgezwungen werden, während sie von der Strömung getragen werden, die von dem Einlassabschnitt 16 zu dem Auslassabschnitt 17 voranschreitet. Als Ergebnis wird die Verweilzeit der simulierten Körner in dem Inneren der Wasserkammer 8 lange.
Ausgehend von diesen Punkten haben die Erfinder festgestellt, dass es zum Verkürzen der durchschnittlichen Verweilzeit von simulierten Körnern (Pellets 10) in dem Inneren der Wasserkammer 8 wichtig ist, die Verweilzeit der simulierten Körner in Zone 2 zu verkürzen.
[Fluidsimulation in der Wasserkammer nach der Erfindung]
Nun wird eine Studie über die Form der Wasserkammer 8 gemacht, wobei diese Form ein Stocken der Strömung des Kühlwassers in dem Inneren der Wasserkammer zentriert auf Zone 2 ausschließt, und gestattet, dass die Pellets 10 gleichmäßig abgegeben werden.
Unter Betrachtung der Strömungsverteilung und der Verteilung der Verweilzeit von simulierten Körnern in dem Inneren der vorhandenen Wasserkammer 8, haben die Erfinder den Gedanken gefasst, dass die folgenden fünf Punkte wirkungsvoll sind, um die Verweilzeit der simulierten Körner zu verkürzen.
(1) Vergrößern des Einlassabschnitts 16
Die Strömungsgeschwindigkeit von die Wasserkammer 8 betretendem Kühlwasser muss gleichmäßig gemacht werden, um ein Stocken bei den Seiten der Wasserkammer 8 zu verhindern.
(2) Neigen des Einlassabschnitts 16 relativ zu der Matrizenplatte 3
Eine Komponente der Strömungsgeschwindigkeit in einer Richtung rechtwinklig zu der Matrizenplatte 3 muss geschaffen werden, um es für die simulierten Körner 3 einfacher zu machen, die Matrizenplatte 3 zu verlassen.
(3) Die Höhe des Einlassabschnitts 16 klein gestalten
Die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Matrizenplatte 3 ist so erhöht, um es für die simulierten Körner 3 einfacher zu machen, die Matrizenplatte 3 zu verlassen.
(4) Vergrößern des Auslassabschnitts 17
Die Einströmseite 20 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 ist zu vergrößern, um es für die simulierten Körner einfacher zu machen, aus dem Auslassabschnitt 17 abgegeben zu werden. Folglich weist der Auslassabschnitt 17 eine umgekehrt divergierende Form auf.
(5) Asymmetrisches Gestalten des Auslassabschnitts mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer 8
Da die Öffnung des Abschnitts, die die Verbindung zwischen der Zone 2 und dem Auslassabschnitt 17 bereitstellt, groß wird, werden die simulierten, in der Zone 2 vorhandenen Körner einfacher aus dem Auslassabschnitt 17 abgegeben.
Wasserkammern 8 der Formen von Fall (b) bis Fall (g), die aus 8 ersichtlich sind, werden auf Basis der obigen Annahmen eingestellt und die Berechnung der Strömung wurde mit Bezug auf jede dieser Wasserkammern ausgeführt. In Verbindung mit den in 8 gezeigten Bedingungen bedeutet „divergierender Einlass”, dass der Einlassabschnitt 16 eine divergierende Form aufweist, und bedeutet „schräger Einlass”, dass der Einlassabschnitt 16 in der Wasserkammer 8 in der Seitenansicht geneigt ausgebildet ist, um so zu der innerhalb der Wasserkammer 8 installierten Matrizenplatte 3 gerichtet zu sein. „Parallelgeschwindigkeit” bedeutet, dass die Strömungsrichtung des Kühlwassers, das in den Einlassabschnitt 16 eingebracht wird, im Wesentlichen parallel zu der Matrizenplatte 3 ist, und „Schräggeschwindigkeit” bedeutet, dass die Strömungsrichtung des in den Einlassabschnitt 16 eingebrachten Kühlwassers zu der Matrizenplatte 3 gerichtet ist. „Divergierender Auslass” bedeutet, dass die Schnittfläche der Einströmseite 20 des Kühlwassers auf der Auslassseite 17 vergrößert ist, und dass die Form des Auslassabschnitts 17 eine invertierte Form aufweist. „Asymmetrischer Auslass” bedeutet, dass die Form des Auslassabschnitts 17 in der Draufsicht mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer 8 asymmetrisch ist.
Wasserkammern 8 gemäß verschiedener Bedingungen weisen nicht die Fenster 18 auf und weisen konkav/konvex freie Innenwände auf (Fall (a)', Fall (d)', Fall (f)', Fall (g)').
In 9 sind die Simulationsergebnisse von sieben Formen von Wasserkammern 8 dargestellt.
Mit Bezug auf die Simulationsergebnisse ist zu erkennen, dass die Verweilzeiten der simulierten Partikel des Falls (d) und des Falls (f) kürzer als bei den anderen Bedingungen sind. Ebenfalls sind bei den Wasserkammern 8 des Falls (d)' und des Falls (f)', nämlich den Wasserkammern der Bedingungen des Falls (d) und des Falls (f), die keine Fenster 18 aufweisen, die Verweilzeiten der simulierten Körner kürzer als bei den anderen Bedingungen.
In 10 sind Simulationsergebnisse von durchschnittlichen Verweilzeiten von simulierten Körnern mit Bezug auf die Wasserkammern 8 dargestellt, die lediglich in dem Punkt unterschiedlich sind, ob die Fenster 18 vorhanden sind oder nicht.
Aus 10 ist ersichtlich, dass in jedem der Fälle (a), (d) und (f) die durchschnittliche Verweilzeit durch das Weglassen der Fenster 18 kürzer wird. Jedoch ist der Unterschied geringfügig.
Wenn die voranstehenden Ergebnisse synthetisch berücksichtigt werden, kann die Aussage getroffen werden, dass es für eine detaillierte Untersuchung, ob die voranstehend angenommenen Bedingungen (1) bis (5) korrekt sind oder nicht, nützlich ist, die Studie um die Wasserkammern der Fälle (d)' und (f)' zu vertiefen, deren Verweilzeit der simulierten Körner kurz ist. Der Grund ist, dass die Formen der Wasserkammern 8 nicht aufgenommen sind, deren Verweilzeit lang ist.
In diesem Zusammenhang wird nun eine detaillierte Studie über die Berechnungsergebnisse von Fall (d)' und Fall (f)' gemacht. Ein entsprechendes Vergleichsbeispiel ist der Fall (a)'. Der Grund, warum die Berechnung unter Verwendung der Wasserkammern 8 ohne Fenster 18 gemacht wurde, ist, dass es beabsichtigt ist, die Last des in der Simulation verwendeten Rechners zu verringern. In der Wasserkammer 8 des Falls (d)' weist der Einlassabschnitt 16 eine divergierende Form auf, und weist eine Neigung α auf, und die Geschwindigkeit ist schräg. In der Wasserkammer 8 des Falls (f)' weist der Einlassabschnitt 16 eine divergierende Form auf, während der Auslassabschnitt 17 eine umgekehrt divergierende Form aufweist und asymmetrisch ist.
In 11 ist die Wasserkammer 8 als Drahtgittermodell gezeigt, die die Bedingung des Falls (f)' erfüllt.
In 12 bis 14 sind Verteilungen der Strömungsgeschwindigkeiten und simulierte Verweilzeiten der Körner der Fälle (a)', (d)' und (f)' dargestellt. Aus den gleichen Figuren ist ersichtlich, dass die durchschnittliche Verweilzeit in den Wasserkammern 8 der Fälle (d)' und (f)' im Vergleich mit dem Vergleichsbeispiel des Falls (a)' um ungefähr 0,1 s oder mehr verringert wird, und die simulierte Verweilzeit der Körner in Zone 2 kurz ist.
Wie aus 15 ersichtlich ist, ist außerdem aus den Verfolgungen der Strömungen der simulierten Körner deutlich, dass im Fall (a)' die Strömungsverfolgungen der simulierten Körner einen Kreis beschreiben und bei der Seite des Einlassabschnitts 16 stocken, während eine solche Stockung bei den Wasserkammern 8 des Falls (d)' und des Falls (f)' nicht erkannt wird. Als Ergebnis ist die Verweilzeit in Zone 2 kurz.
Unter Beurteilung der voranstehenden Ergebnisse ist es bevorzugt, dass die Form der Wasserkammer 8, die eine lange Verweilzeit von durch die Schneideinrichtungen 5 geschnittenen Pellets 10 nicht gestattet, eine Form aufweist, die die Bedingungen der Fälle (d), (f) oder die Bedingungen der Fälle (d)', (f)' erfüllt. Mit anderen Worten kann durch das Ausbilden des Einlassabschnitts in eine divergierende Form oder Abschrägen des Einlassabschnitts 16 bei einem Winkel α oder durch das Ausbilden des Auslassabschnitts 17 in eine umgekehrt divergierende Form die Verweilzeit der Pellets 10 in dem Inneren der Wasserkammer 8 gleichmäßig und kurz gemacht werden, und außerdem können Variationen der Temperatur der Pellets 10 bei einem Minimum gehalten werden, und die Berührung der Pellets mit der inneren Fläche der Wasserkammer 8 und der Schneideinrichtungen 5 kann verhindert werden.
Bei der Durchführung einer weiteren Simulation haben die Erfinder herausgefunden, dass die Zurückhaltung der Pellets 10 minimal ist, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind.
Die Form des Einlassabschnitts 16 der Wasserkammer 8 erfüllt das folgende Verhältnis: (IL2·d)/(IL1·d) = 1,5~3,0 (1)
Die Abschrägung des Einlassabschnitts 16 erfüllt das folgende Verhältnis: α = 5°~45° (2)
Die Form des Auslassabschnitts 17 der Wasserkammer 8 erfüllt das folgende Verhältnis: (OL2·d)/(OL1·d) = 1,5~3,0 (3) OL22/OL21 = 0,535/0,869 = ungefähr 2/3 (4)
In den obigen Gleichungen stellt IL1 die Breite des Einlassabschnitts 16 auf der Einströmseite des Kühlwassers dar, IL2 stellt die Breite des Einlassabschnitts 16 der Ausströmseite des Kühlwassers dar (die Breite, auf der Seite der Wasserkammer 8 des Einlassabschnitts 16), und IL3 stellt den Abstand zwischen der Einströmseite 20 des Kühlwassers und der Ausströmseite 21 des Kühlwassers dar.
OL1 stellt die Breite auf der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Ausströmabschnitts 17 dar, OL2 stellt die Breite der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 dar und OL2 = OL21 + OL22. OL3 stellt den Abstand zwischen der Einströmseite 20 des Kühlwassers und der Ausströmseite 21 des Kühlwassers dar.
Der Abstand zwischen der oberen Wand 12 und der unteren Wand 9 der Wasserkammer 8 ist d, der Abstand zwischen der oberen Wand 12A und der unteren Wand 9A des Einlassabschnitts 16 ist ebenfalls d, und der Abstand zwischen der oberen Wand 12B und der unteren Wand 9B des Auslassabschnitts 17 ist ebenfalls d.
Außerdem stellt α den Winkel zwischen einer verlängerten Linie der Matrizenplatte 3 und der Mittellinie des Einlassabschnitts 16 dar.
Durch das Erfüllen der obigen Verhältnisse (1) bis (4) wird es möglich, die Verweilzeit der Pellets 10 in dem Inneren der Wasserkammer 8 gleichmäßig und kurz zu machen.
Es ist bevorzugt, dass die Schnittfläche (IL1·d) auf der Einströmseite 20 des Kühlwassers des Einlassabschnitts 16 und die Schnittfläche (OL1·d) auf der Ausströmseite 21 des Kühlwassers des Auslassabschnitts 17 einander nahezu gleich sind.
[Verhältnis von Korndurchmesser und Strömungsrate]
Da die obige Simulation unter den Bedingungen eines simulierten Korndurchmessers = 2,4 mm und einer Kühlwasserströmungsrate = 700 m³/h durchgeführt wird, wird ein sich ergebender Einfluss in dem Fall nicht berücksichtigt, bei dem der simulierte Korndurchmesser oder die Strömungsrate des Kühlwassers geändert sind. Unter Betrachtung dieses Punktes haben die Erfinder eine Simulation durchgeführt, während der simulierte Korndurchmesser oder die Strömungsrate des Kühlwassers geändert wurde.
16 zeigt eine durchschnittliche Verweilzeit von simulierten Körnern, die erhalten wird, wenn die Durchmesser von geschnittenen Pellets 10, d. h. die Durchmesser von simulierten Körnern, in dem Inneren der Wasserkammer auf z. B. 2,0, 2,4, 2,8 mm geändert werden. Die Bedingungen der Fälle (a), (d) und (f) wurden im Zusammenhang mit der Form der Wasserkammer 8 aufgenommen.
Wie aus der gleichen Figur ersichtlich ist, ist die durchschnittliche Verweilzeit unabhängig von dem Korndurchmesser nahezu gleich, soweit die Form der Wasserkammer 8 die gleiche ist. Im Gegenzug ist die Verweilzeit der simulierten Körner in den Wasserkammern 8 der Fälle (d) und (f) im Vergleich mit der bekannten Wasserkammer 8 sogar kurz, falls der Korndurchmesser geändert wird. Außerdem kann als gesamte Tendenz erkannt werden, dass die durchschnittliche Verweilzeit umso kürzer wird, desto größer der Korndurchmesser ist. Der Grund wird darin angenommen, dass der Auftrieb mehr Einfluss hat, umso größer der Korndurchmesser ist, und umso größer die Anzahl von Körnern ist, die sich bei der oberen Abschnittsseite der Wasserkammer 8 anhäufen, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit zu der Auslassseite hoch ist, was ein Steigen der Menge von Körnern ergibt, die abgegeben werden, und ein Sinken der Verweilzeit.
In 17 ist das Ergebnis der Simulation gezeigt, die unter den zwei Bedingungen von 700 m³/h und 400 m³/h mit Bezug auf die Strömungsrate des Kühlwassers durchgeführt wurde. Die Bedingungen der Fälle (a), (d) und (f) und die Bedingungen der Fälle (a)', (d)' und (f)' wurden in Verbindung mit der Form der Wasserkammer 8 aufgenommen. Der Durchmesser von jedem simulierten Korn ist bei 2,4 mm eingestellt.
Wie aus der gleichen Figur ersichtlich ist, wird die Verweilzeit der simulierten Körner in allen Formen von Wasserkammern 8 umso größer, je kleiner die Strömungsrate des Kühlwassers ist.
Der Grund wird darin angenommen, dass eine die mit der Drehung der Schneideinrichtungen 5 induzierte, drehende Strömung mehr Einfluss erhält, da die Menge des von dem Einlassabschnitt 16 zugeführten Wassers klein wird, und die simulierten Körner geneigt sind, innerhalb der Wasserkammern 8 zu verbleiben. Jedoch ändert sich bei den Formen (Fall (d), Fall (f), Fall (d)', Fall (f)') der Wasserkammern 8 gemäß der Erfindung die durchschnittliche Verweilzeit nicht so stark und beträgt sogar falls die Strömungsrate des Kühlwassers sich ändert ≤ 2 s.
Sogar wenn die Menge des Kühlwassers so klein ist wie 400 m³/h, beträgt seine durchschnittliche Verweilzeit in der Wasserkammer 8 des Falls (f)' 1,7 s, was die kürzeste Zeit ist. Im Gegenzug beträgt in der Wasserkammer 8 des Falls (a)' eine durchschnittliche Verweilzeit von 3 s und somit verursacht die Zurückhaltung der Pellets 10 ein Problem.
[Ergebnis der Simulation]
Unter Wiederholung der Versuche durch die Simulation der Strömung von Kühlwasser in der Wasserkammer 8 haben die Erfinder herausgefunden, dass das Verkürzen der durchschnittlichen Verweilzeit von simulierten Körnern (Pellets 10) durch das Ändern der Form der Wasserkammer 8 geeignet herbeigeführt werden kann.
Die folgenden vier Punkte wurden als wirkungsvoll bei der Änderung der Form der Wasserkammer 8 herausgefunden:

(1) Vergrößern des Einlassabschnitts 16 (divergierende Form des Einlassabschnitts);
(2) Gestalten des Einlassabschnitts 16 schräg, relativ zu der Matrizenplatte 3;
(4) Vergrößern des Auslassabschnitts 17 (umgekehrt divergierende Form des Auslassabschnitts 17); und
(5) Gestalten des Auslassabschnitts 17 asymmetrisch mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer 8.

Claims

Unterwassergranulator, wobei eine Düsen (2) aufweisende Matrizenplatte (3), durch die zu verarbeitendes, geschmolzenes Material extrudiert wird, und eine Schneideinrichtung (5) zum Schneiden des von den Düsen (2) extrudierten, zu verarbeitenden Materials in Körner installiert sind, und eine Wasserkammer (8) bereitgestellt ist, um in dieser zum Kühlen der geschnittenen Körner und zum Übertragen der Körner nach außen Kühlwasser strömen zu lassen, wobei die Wasserkammer (8) gesehen in einer Vorderansicht eine kreisförmige Form aufweist und auf einer Seite in einer ihrer diametrischen Richtungen einen Einlassabschnitt (16) zum Einbringen von Kühlwasser in die Wasserkammer (8) aufweist, und außerdem auf der anderen Seite in der diametrischen Richtung einen Auslassabschnitt (17) zum Abgeben des Kühlwassers aus ihrem Inneren nach außen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlassabschnitt (16) gesehen in der Vorderansicht eine in Einströmrichtung des Kühlwassers divergierende Form aufweist und in der Wasserkammer (8) schräg ausgebildet ist, so dass das durch den Einlassabschnitt (16) strömende Kühlwasser zu der Matrizenplatte (3) in dem Inneren der Wasserkammer (8) gerichtet ist, und der Auslassabschnitt (17) in einer Richtung entgegengesetzt einer Ausströmungsrichtung des Kühlwassers gesehen in der Vorderansicht eine divergierende Form aufweist und mit Bezug auf die diametrische Richtung der Wasserkammer (8) asymmetrisch ist.
Unterwassergranulator nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis (B/A) zwischen einer Schnittfläche (A) auf einer Einströmseite des Kühlwassers und einer Schnittfläche (B) auf einer Ausströmseite des Kühlwassers in dem Einlassabschnitt (16) in dem Bereich von 1,5 bis 3,0 liegt.
Unterwassergranulator nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis (C/D) zwischen einer Schnittfläche (C) auf einer Einströmseite des Kühlwassers und einer Schnittfläche (D) auf einer Ausströmseite des Kühlwassers in dem Auslassabschnitt (17) sich in einem Bereich von 1,5 bis 3,0 befindet.
Unterwassergranulator nach Anspruch 1, wobei der Neigungswinkel (α) des Einlassabschnitts (16) sich in einem Bereich von 5° bis 45° befindet.