KR101721995B1 - 섬유 구조 원심 분리기, 및 광물성 섬유를 형성하는 디바이스 및 방법 - Google Patents

섬유 구조 원심 분리기, 및 광물성 섬유를 형성하는 디바이스 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 회전축(9) 주위에서 회전하는데 적합한 섬유-형성 원심 분리기(1)에 관한 것으로, 상기 원심 분리기(1)는, 복수의 구멍(11)이 관통된 고리형 벽(10)으로서, 상기 고리형 벽(10)은 대칭축으로서 회전축(9)을 갖는, 고리형 벽(10)과, 원심 분리기(1)의 외부 표면 상에, 고리형 벽 상에 및/또는 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 고리형 벽(10) 위에 그리고 고리형 벽(10)에 가까이 위치한, 하나의 연속적 양각(relief) 또는 불연속적 양각(12)으로 된 적어도 하나의 행으로서, 상기 행은 수평이거나, 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 수평에 대해 0도를 초과하고 90도 미만의 각도로 경사지는, 적어도 하나의 행을 포함한다. 본 발명은 상기 원심 분리기를 구비한 광물성 섬유 형성 디바이스의 전력 이용을 향상시킬 수 있게 한다.

Description

섬유 구조 원심 분리기, 및 광물성 섬유를 형성하는 디바이스 및 방법{FIBER STRUCTURE CENTRIFUGE, AND DEVICE AND METHOD FOR FORMING MINERAL FIBERS}
본 발명은 또한 섬유-형성 방적기라 불리는 섬유-형성 원심 분리기에 관한 것으로, 이것은 고온의 가스 흐름을 통해 감쇠와 연관된 내부 원심 분리 방법에 의해 광물성 섬유 또는 다른 열가소성 물질을 형성할 수 있게 한다. 특히 본 발명은 예를 들어 단열 및/또는 방음 제품의 조성물에 수반되도록 설계된 유리솜의 산업 제품에 적용된다.
소량의 용융된 유리는 고속으로 회전하는 섬유-형성 원심 분리기에 삽입되고, 매우 많은 수의 구멍을 갖는 주변 상에 침투되며, 이러한 구멍을 통해 유리는 원심 분리력의 영향 하에 필라멘트의 형태로 분무된다. 이들 필라멘트는 원심 분리기의 벽을 스윕하는 고온 및 고속에서의 고리형 감쇠 흐름의 작용을 받고, 그 흐름은 필라멘트를 얇게 하고, 이러한 필라멘트를 섬유로 변환한다. 형성된 섬유는 이러한 가스 감쇠 흐름에 의해 일반적으로 가스-침투가능 스트립으로 구성된 수용 디바이스로 흐르게 된다. 이 방법은 "내부 원심 분리"라 불린다.
이 방법은 많은 향상점의 주제인데, 특히 이러한 향상점 중 일부는 섬유-형성 방적기에 관한 것이고, 이러한 향상 중 다른 것은 예를 들어, 특정 유형의 버너에 의해 고리형 감쇠 흐름을 생성하기 위한 수단에 관한 것이다. 특히 후자의 경우에 관련된 EP-B-0 189 354, EP-B-0 519 797, WO-A-97/15532를 참조하자.
섬유-형성 방적기에 대해, 문헌 FR-A-1 382 917은 그 원리가 여전히 다양하게 사용되는 섬유-형성 부재를 기재한다: 용융된 물질은 바스킷에 들어가게 되는데, 이러한 바스킷은 그 수직 벽 상에서, 물질이 바스킷에 고정된 회전 바디의 벽 상에 분무되는 구멍을 포함하고, 다수의 구멍을 포함한다. 이 벽은 섬유-형성 방적기의 "스트립"이라 불린다. 섬유 형성의 품질을 얻기 위해, 구멍은 고리형 행(row)에 분배되고, 구멍의 직경은 이들이 속하는 행에 따라 가변적이고, 이 직경은 스트립의 상부로부터 하부 부분으로 점점 더 작아진다.
특히 문헌 FR-A-2 443 436에 기재된 바와 같이 이러한 기본 원리에 대한 향상이 이루어졌으며, 이러한 수단은 방적기의 스트립의 상부로부터 하부로 용융된 물질의 층류를 얻을 수 있게 한다.
문헌 EP-A-1　370　496에 기재된 다른 변형은 섬유의 품질을 향상시키고 효율을 증가시키도록 이루어졌다. 이것은 5% 이상의 값과 상이한 표면적의 단위마다 구멍의 수를 갖는 적어도 2개의 고리형 지역으로 서로 겹쳐 위치한 복수의 고리형 지역에서의 스트립의 구멍을 분배하는 것을 수반한다.
이들 모든 예에서, 방적기의 주변 스트립은 섬유-형성 방적기에 원심 분리되는 용융된 유리에 의해, 그리고 고리형 감쇠 흐름을 생성하는 버너에 의해 송풍된 고온의 공기에 의해 가열된다.
그러나, 버너에 의한 가열은 상당한 에너지 소비의 원인이다.
그러므로, 이러한 원심 분리기가 설치된 섬유-형성 디바이스의 에너지 소비를 향상시킬 수 있게 하는 섬유-형성 원심 분리기가 필요하다.
이를 위해, 본 발명은 회전축 주위를 회전하는데 적합한 섬유-형성 원심 분리기를 제안하며, 상기 원심 분리기는,
- 복수의 구멍이 관통된 고리형 벽으로서, 상기 고리형 벽은 대칭축으로서 회전축을 갖는, 고리형 벽과,
- 원심 분리기의 외부 표면 상에, 고리형 벽 상에 및/또는 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 고리형 벽 위에 그리고 고리형 벽에 가까이 위치한, 하나의 연속적 양각(relief) 또는 불연속적 양각으로 된 적어도 하나의 행으로서, 상기 행은 수평이거나, 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 수평에 대해 0도를 초과하고 90도 미만의 각도로 경사지는, 적어도 하나의 행을 포함한다.
다른 특징적인 특징에 따라, 원심 분리기는 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각으로 된 적어도 2개의 행을 포함하고, 상기 행은 서로 평행하다.
다른 특정한 특징에 따라, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각은 지그재그 형태(staggered)의 행에 위치한다.
다른 특정한 특징에 따라, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각은 방사상 정렬된다.
다른 특정한 특징에 따라, 행의 2개의 인접한 불연속적인 양각 사이의 거리는 일정하다.
다른 특정한 특징에 따라, 불연속적인 양각은 스터드 및/또는 리브 및/또는 반구체 공동 및/또는 반원형 섹션의 그루브이다.
다른 특정한 특징에 따라, 동일한 행의 스터드는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 다이아몬드-형태의 섹션을 갖거나, 피라미드 형태를 가지고, 여기서 동일한 행의 리브는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 사다리꼴 섹션을 갖는다.
다른 특정한 특징에 따라, 스터드 또는 리브의 높이는 1 내지 5mm의 범위를 갖고, 스터드 위의 중간에 있는 섹션은 1 내지 3mm의 범위를 갖는다.
다른 특정한 특징에 따라, 반구체 공동의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖고, 여기서 그루브의 반원형 섹션의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖는다.
다른 특정한 특징에 따라, 연속적인 양각은 반원형 섹션의 그루브, 또는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 사다리꼴 섹션의 리브이고, 여기서 그루브의 반원형 섹션의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖고, 리브의 높이는 1 내지 5mm의 범위를 갖는다.
본 발명은 또한 광물성 섬유를 형성하는 디바이스를 제안하며, 상기 디바이스는,
- 전술한 섬유-형성 원심 분리기와,
- 고온의 가스 감쇠 제트를 생성하는 고리형 버너를 포함하고,
고리형 버너의 출구는 섬유-형성 위치에서 원심 분리기의 양각(들) 위에 위치하고, 가스 감쇠 제트는 원심 분리기의 고리형 벽에 접선 방향에 있다.
본 발명은 또한 전술한 광물성 섬유-형성 디바이스를 이용하여 고온 가스 감쇠와 연관된 내부 원심 분리에 의해 광물성 섬유를 형성하는 방법을 제안하며, 여기서 섬유로 형성될 물질은 원심 분리기에 흘러 들어간다.
본 발명은 또한 전술한 광물성 섬유-형성 디바이스에 의해 얻어지고, 단열 및/또는 방음 제품을 제조하기 위해 전술한 광물성 섬유-형성 방법에 따라 얻어진 광물성 섬유의 이용을 제안한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 이제 도면에 대해 설명될 것이다.
본 발명은 원심 분리기가 설치된 섬유-형성 디바이스의 에너지 소비를 향상시킬 수 있게 하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 광물성 섬유-형성 디바이스의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 섬유-형성 원심 분리기의 단면도.
도 3은 원통형 양각의 3개의 행으로부터 평탄화된 평면도로서, 2개의 인접한 행의 양각이 방사상 정렬되는, 평면도.
도 4는 원통형 양각의 3개의 행으로부터 평탄화된 평면도로서, 2개의 인접한 행의 양각이 지그재그 형태인, 평면도.
도 5는 스터드의 형태인 양각의 횡단면도(원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때).
도 6은 반구체 공동의 형태인 양각의 단면도.
도 7은 반구체 공동의 형태인 양각의 평면도.
도 8a 및 도 8b는 원통형 스터드의 3개의 행을 포함하는 원심 분리기의 세부사항을 각각 도시한 횡단면도 및 평면도로서, 2개의 인접한 행의 스터드는 지그 재그 형태인, 횡단면도 및 평면도.
도 9a 및 도 9b는 반구체 공동의 8개의 행을 포함하는 원심 분리기의 세부사항을 각각 도시한 횡단면도 및 평면도로서, 2개의 인접한 행의 반구체 공동은 지그 재그 형태인, 횡단면도 및 평면도.
도 10a 및 도 10b는 정사각형 섹션의 스터드의 2개의 행을 포함하는 원심 분리기의 세부사항을 각각 도시한 횡단면도 및 평면도로서, 2개의 인접한 행의 스터드는 지그 재그 형태이고, 상이한 높이를 갖는, 횡단면도 및 평면도.
도 11은 정사각형 섹션의 스터드의 3개의 행을 포함하는 원심 분리기의 세부사항을 도시한 평면도로서, 2개의 인접한 행의 스터드는 방사상 정렬되는, 평면도.
도 12a 및 도 12b는 다이아몬드-형태의 섹션의 스터드의 2개의 행 및 삼각형 섹션의 스터드의 하나의 행을 포함하는 원심 분리기의 세부사항을 각각 도시한 횡단면도 및 평면도로서, 2개의 인접한 행의 스터드는 지그 재그 형태인, 횡단면도 및 평면도.
여러 도면에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.
"상부(top)", "하부(bottom)", "윗면(upperside)", "아랫면(underside)"은, 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때, 즉 원심 분리기의 회전축이 도 1 및 도 2에서와 같이 수직축 상에 있을 때 수직축에 상대적으로 한정된다.
본 발명은 회전축 주위에 회전할 수 있는 섬유-형성 원심 분리기에 관한 것이다. 원심 분리기는 복수의 구멍이 관통된 고리형 벽을 포함한다. 이러한 고리형 벽은 원심 분리기의 회전축에 대해 대칭적이다. 원심 분리기는 또한, 원심 분리기의 외부 표면 상에, 고리형 벽 상에 및/또는 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 고리형 벽 위에 그리고 고리형 벽에 가까이 위치하는 불연속적인 양각 또는 연속적인 양각의 행을 포함한다. 행은 수평이거나, 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 수평에 대해 0도 초과 90도 미만의 각도로 경사진다.
그러므로, 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각의 행은 버너로부터 나오는 가스 제트에서, 버너의 출구에 가까이 있다. 양각은 난류(turbulence)를 생성하는데, 이것은 양각에 가까운 가스를 혼합할 수 있게 하고, 이것은 버너의 출구와 원심 분리기의 표면, 특히 원심 분리기의 고리형 벽 사이에서 열 교환을 향상시키는데 도움을 준다. 그러므로, 양각을 갖지 않는 원심 분리기와 동일한 버너 가열 전력을 위해, 원심 분리기의 고리형 벽의 온도는 증가한다. 유사하게, 버너의 가열 전력을 감소시킴으로써, 양각을 갖지 않는 원심 분리기에 비해 원심 분리기의 고리형 벽의 동일한 온도가 얻어질 수 있다.
그러므로, 그러한 원심 분리기를 포함하는 섬유-형성 디바이스의 에너지 소비가 향상된다.
본 발명에 따른 원심 분리기는 광물성 섬유-형성 디바이스에 병합되도록 설계된다.
도 1은 본 발명에 따른 광물성 섬유-형성 디바이스의 단면을 도시한다.
광물성 섬유-형성 디바이스는 복수의 구멍(11)이 관통된 고리형 벽(10)을 포함하는 원심 분리기(1)를 포함한다. 원심 분리기는 또한 웹(13)을 포함한다. 웹(13)은 고리형 벽과 튤립(tulip) 사이에서 원심 분리기(1)의 윗면을 형성한다. 광물성 섬유-형성 디바이스는 또한 모터(미도시)에 의해 회전되도록 설계된 축(9)을 갖는 샤프트(2)를 포함한다. 원심 분리기(1)는 웹과 정렬되는 튤립(tulip)을 통해 샤프트(2)에 부착된다. 광물성 섬유-형성 디바이스가 섬유-형성 위치에 있을 때, 축(9)은 수직이다.
샤프트(2)는 중공이다. 상부 단부에서, 샤프트(2)는 용융된 유리를 공급하기 위한 수단에 연결된다. 하부 단부에서, 샤프트(2)는 바스킷(3)에 연결된다. 바스킷(3)은 도 1에서 알 수 있듯이 원심 분리기(1) 내부에 위치한다. 샤프트(2)에 부착된 바스킷(3)은 원심 분리기(1) 및 샤프트(2)와 회전되도록 설계된다. 바스킷(3)은 복수의 구멍(31)이 관통된 고리형 벽(30)을 포함한다.
광물성 섬유-형성 디바이스가 동작 중일 때, 원심 분리기(1), 샤프트(2) 및 바스킷(3)은 샤프트(2)의 축 주위에서 회전한다. 용융된 유리는 용융된 유리를 공급하는 수단으로부터 바스킷(3)쪽으로 샤프트(2) 안으로 흐르며, 바스킷(3)에서 융용된 유리는 확산된다. 회전 영향 하에, 용융된 유리는 바스킷(3)의 고리형 벽(30) 상으로 분무되고, 바스킷(3)의 복수의 구멍(31)(대략 1.5mm 내지 3mm의 범위에 있는 직경을 가짐)을 통과하고, 부피가 있는 필라멘트(5)(대략 2mm의 직경을 가짐)의 형태로, 주변 벽(10) 상에 분무되며, 이것은 원심 분리기(1)의 "스트립"이라 불린다. 용융된 유리의 영구적인 예비는 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 관통된 복수의 구멍(11)을 공급하기 위해 원심 분리기에 형성된다. 용융된 유리는 전-섬유(pre-fibres)(7)로 확장하는 흐름 원뿔(flow cone)(6)을 형성하기 위해 원심 분리기(1)의 복수의 구멍(11)(대략 0.5mm 내지 1mm의 범위에 있는 직경을 가짐)을 통과한다.
광물성 섬유-형성 디바이스는 또한 고온의 가스 감쇠 제트를 생성하는 적어도 하나의 고리형 버너(4)를 포함한다. 가스 감쇠 제트는, 가스 감쇠 제트가 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 접선 방향에 있도록 출구(40)를 통해 고리형 버너(4)로부터 나오는 고온의(일반적으로 1350℃ 내지 1600℃) 가스 흐름이다. 섬유-형성 위치에서, 고리형 버너(4)의 출구(40)는 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10) 위에 위치한다.
고리형 버너는 예를 들어 본 출원인의 문헌 EP-A-0　189　354, EP-A-0　519　797 또는 EP-A-1　474　636의 개시에 따른다. 가스 감쇠 제트의 작용 하에, 전-섬유(7)가 감쇠되고, 그 열적 부분은 원심 분리 하에 수집되는 불연속적 섬유(8)를 생성한다.
섬유-형성 디바이스는 또한 원심 분리기의 최저 지역을 가열하고 원심 분리기의 높이에 걸쳐 온도 경사의 생성을 방지하거나 제한하기 위해 원심 분리기 및/또는 내부 버너(미도시) 하에서 유도 링을 선택적으로 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 원심 분리기(1)의 단면도를 도시한다.
전술한 바와 같이, 원심 분리기(1)는 회전축(9) 주위를 회전하는데 적합하고, 복수의 구멍(11)이 관통된 고리형 벽(10)을 포함한다. 고리형 벽(10)은 대칭축으로서 원심 분리기의 회전축(9)을 갖는다. 복수의 구멍(11)은, 전-섬유(7)로서 감쇠되어, 전술한 가스 감쇠 제트의 영향 하에 섬유(8)가 되는 흐름 원뿔(6)을 형성할 수 있게 한다.
많은 파라미터가 섬유의 치수 및 인장 세기(tensile strength)에 영향을 미치는데, 이러한 파라미터는 섬유의 품질을 결정한다. 다양한 섬유 품질은 응용에 따라 사용할 값일 수 있다. 예를 들어, 양호한 압축 저항 또는 양호한 음향 상태(acoustics)를 요구하는 응용에 대해, 짧고 부서지기 쉬운 섬유가 바람직할 것이다. 다른 한 편으로, 양호한 가열 저항을 요구하는 응용에 대해, 길고 매끄러운(silky) 섬유가 바람직할 것이다. 섬유의 품질에 영향을 주는 파라미터는 특히, 섬유의 조성물, 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)의 온도, 및 고리형 버너(4)의 출구(40)로부터 유래하는 가스 감쇠 제트의 온도이다. 고리형 버너(4)의 출구(40)로부터 유래하는 가스 감쇠 제트는 고리형 벽(10)을 가열하고 섬유를 감쇠시키는데 사용된다. 고리형 벽(10)은 또한 고리형 벽(10)의 내부 벽에 대해 축적하는 용융된 유리에 의해 가열된다. 그러므로, 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)의 온도는 원심 분리기에서 축적하는 용융된 유리의 온도 및 가스 감쇠 제트의 온도 모두에 따라 좌우된다.
원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)의 온도는 고리형 벽(10)의 구멍(11)에서 용융된 유리가 결정화되지 못하게 할 정도로 충분히 높아야 한다. 그렇지 않으면, 구멍(11)은 막힐 수 있고, 원심 분리기(1)는 빠르게 사용 불가능될 것이다.
유리의 결정화 온도는 화학적 조성물에 따라 좌우된다. 특히, 높은 알루미나 함량을 갖는 섬유에 대해, 결정화 온도는 높다. 결정화 온도가 높아질수록, 원심 분리기의 고리형 벽의 온도는 더 높아질 것이다. 가스 감쇠 제트의 매우 높은 온도는 매우 많은 에너지를 요구하고, 원심 분리기의 외부 표면을 약하게 한다. 더욱이, 가스 감쇠 제트의 고온은 단지 짧은 부서지기 쉬운 섬유를 제조할 수 있게 한다. 길고 매끄러운 섬유를 제조할 수 있기 위해, 가스 감쇠 제트의 온도가 그리 높지 않아야 한다는 것이 중요하다. 그러므로, 결정화를 방지하기 위해 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에서 충분한 온도를 보장하는 한편, 가스 감쇠 제트의 온도가 너무 높은 것을 방지하기 위해 가능하면 가스 감쇠 제트로부터 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)의 표면으로 열을 전달할 수 있는 것이 중요하다.
더 작은 알루미나 함량을 갖는 섬유에 대해, 본 발명에 따른 원심 분리기는 또한 중요한데, 이는 에너지를 절감하면서 길고 매끄러운 섬유를 제조할 수 있기 때문이다.
가스 감쇠 제트로부터 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)의 표면으로 열 전달을 향상시키기 위해, 원심 분리기(1)는, 외부 표면 상에, 하나의 연속적인 양각 또는 여러 개의 불연속적인 양각(12)을 포함한다. 이러한 양각 또는 이들 양각 또는 울퉁불퉁한 부분(asperities)은 양각(들)에 가까운 원심 분리기(1)를 둘러싸는 대기와, 또한 양각(들)에 가까운 원심 분리기의 표면 사이에서 열 교환을 향상시킬 수 있게 한다. 열 교환을 향상하는 것은 고리형 벽(10)의 온도가 감소되지 않고도 감쇠 가스 제트의 온도를 감소시킬 수 있게 한다. 따라서, 동일한 고리형 벽 온도에 대해, 원심 분리기의 양각(들) 또는 울퉁불퉁한 부분(들)에서의 열 교환은 본 발명에 따른 원심 분리기를 이용하여 최대 40%까지 증가될 수 있다.
원심 분리기(1)는 고리형 벽(10)과 웹(13) 사이의 원형부(rounding)(14)를 포함한다. 양각(들)(12)은, 버너가 원심 분리기(1) 상에서 작용하는 지역, 즉 가스 감쇠 제트에 의해 가열되는 원심 분리 지역 상에 위치한다. 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각은 이에 따라, 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 고리형 벽(10) 및/또는 고리형 벽(10) 위에 적어도 하나의 행에 위치한다. 그러므로, 바람직하게, 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행은 고리형 벽(10)과 웹(13) 사이의 원형부(14) 상에 및/또는 고리형 벽(10) 상에 위치한다. 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각의 다른 행은 웹(13) 상에, 도 1 및 도 2에 도시된 원형부(14) 상에 위치한 행에 가까이 및/또는 고리형 벽(10) 상에 위치한다. 그러므로 모든 양각은 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10) 상에 또는 고리형 벽(10)에 가까이 존재한다. 각 행은 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 고리형, 즉 수평에 있거나, 원심 분리기가 원심 분리 위치에 있을 때 수평에 대해 0도 초과 90도 미만의 각도로 경사진다.
그러므로, 양각(들)(10)은 원심 분리기(1)(특히 도 1에서 알 수 있듯이)의 고리형 벽(10) 약간 위에 위치한 고리형 버너(4)의 출구(40)에 가까이 존재하고, 버너는 고리형 벽(10)에 접선 방향으로 가스 흐름을 송풍한다. 그러므로 양각(들)은 고리형 버너(4)를 떠나는 가스와 원심 분리기의 고리형 벽(10) 사이의 열 교환을 향상하도록 완전히 위치된다.
원심 분리기(1)는 바람직하게 서로 평행한 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각의 여러 개의 행을 포함한다. 이것은 단일 행을 갖는 원심 분리기에 비해 열 교환을 향상할 수 있게 한다. 고리형 버너(4)의 출구(40)에서 감쇠 제트의 동일한 온도에 대해, 고리형 벽의 온도는 이에 따라 원심 분리기가 단 하나가 아닌 여러 개의 양각의 행을 포함하는 경우 더 높다(그러므로, 고리형 벽은 더 양호하게 가열된다). 원심 분리기가 적어도 2개의 행을 포함하는 경우, 동시에 연속적인 양각의 하나 이상의 행 및 연속적인 양각의 하나 이상의 행이 존재할 수 있다. 원심 분리기가 여러 개의 행을 포함하는 경우, 행의 적어도 하나는 수평이거나, 수평에 대해 0도 초과 90도 미만의 각도로 경사지고, 다른 행은 섬유-형성 위치에서 수직일 수 있다.
바람직하게, 불연속적인 양각의 경우에, 동일한 행의 2개의 인접한 양각(12) 사이의 거리는 일정하다. 불연속적인 양각(12)이 균일하게 분배되기 때문에, 고리형 버너(4)로부터 나오는 고온 가스 흐름과 원심 분리기의 고리형 벽(10)의 외부 표면 사이의 열 교환은 고리형 벽(10)의 전체 주변에 걸쳐 가능한 한 균일하다.
유사하게, 원심 분리기가 연속적인 양각 및/또는 불연속적인 양각의 여러 개의 행을 포함할 때, 2개의 인접한 행들 사이의 거리는 일정하며, 이것은 또한 열 교환을 균일하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 고리형 버너(4)로부터 유래하는 가스와 원심 분리기(1)의 외부 표면에 가까이 위치한 공기 사이에 온도 경사가 있다. 양각들은 고리형 버너(4)로부터 유래하는 가스와 원심 분리기(1)의 외부 표면에 가까이 위치한 공기를 혼합하도록 하는 가스 감쇠 제트에서 난류를 야기한다. 이러한 혼합은 고리형 버너(4)의 가스와, 양각에 가까운, 이에 따라 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10) 상에 또는 이에 가까운 원심 분리기의 외부 표면 사이에서 열을 더 쉽게 교환할 수 있게 한다. 이러한 혼합은 원심 분리기(1)의 외부 표면 상의 결정된 높이에 걸쳐, 특히 양각의 형태 및 치수, 서로에 대한 양각의 위치 지정, 및 이들 양각 사이의 거리에 따라 좌우되는 높이를 야기한다.
양각 또는 양각들 또는 울퉁 불퉁한 부분 또는 울퉁 불퉁한 부분들은 원심 분리기의 외부 표면으로부터 돌출하거나, 그 안으로 오목해진다. 오목해지는 양각 또는 양각들 또는 울퉁 불퉁한 부분 또는 울퉁 불퉁한 부분들은 원심 분리기의 양호한 기계적 세기를 유지하기 위해 통과하지 않는다.
그러므로, 불연속적인 양각(들) 또는 울퉁 불퉁한 부분(들)은 예를 들어 스터드, 반구체 공동, 리브 또는 그루브이다. 불연속적인 양각들의 행은 이들 4개의 카테고리 중 하나 이상의 양각을 포함할 수 있다: 스터드 및/또는 반구체 공동 및/또는 리브 및/또는 그루브.
불연속적인 양각은 찾아낸 결과에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다: 원형부(14)를 더 양호하게 가열시키기 위해 또는 가스 감쇠 제트를 덜 분열시키기 위해. 그러므로, 불연속적인 그루브의 단면은 바람직하게 반원의 형태를 갖는다. 반원의 직경은 바람직하게 1mm 내지 4mm의 범위를 갖는다. 불연속적인 리브의 단면은 임의의 유형의 형태, 예를 들어 정사각형, 삼각형, 원형 또는 사다리꼴을 갖는다. 리브의 높이는 바람직하게 1mm 내지 5mm의 범위를 갖는다.
연속적인 양각은 예를 들어, 원심 분리기 주위에 모두 이어져 있고 단면에 있어서 반원의 형태를 갖는 단일 그루브와, 또는 원심 분리기 주위에 모두 이어져 있고 단면에 있어서 정사각형, 삼각형, 원형 또는 사다리꼴 형태를 갖는 단일 리브이다. 반원의 직경은 바람직하게 1mm 내지 4mm의 범위를 갖는다. 리브의 높이는 바람직하게 1mm 내지 5mmm의 범위를 갖는다.
도 3은 원통형의 불연속적인 양각의 3개의 행으로부터 평탄화된 평면도를 도시한다. 도 3에서, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각(12)은 방사상 정렬된다. 방사상 정렬된 3개의 불연속적인 양각(12)의 난류 지역이 부분적으로 중첩되며, 이것이 열 교환을 방사상으로 증가시킬 수 있게 한다는 것을 알 수 있다.
불연속적인 양각이 예를 들어 도 1, 도 2, 도 5, 도 8a, 도 8b, 도 10a, 도 10b, 도 11 및 도 12에서와 같이 스터드일 때, 스터드는 감쇠에 대한 장애물을 형성하고, 버너로부터 유래하는 가스의 속도를 저하시킨다. 이 때 스터드의 하류에, 스터드와 나란히 위치한 복수의 분열된 지역과, 스터드 사이에 위치한 복수의 분열되지 않은 지역이 존재한다. 가스의 속도는 분열되지 않은 지역보다 분열된 지역에서 더 느려진다. 속도가 더 빨라질수록, 섬유는 더 얇아지는데, 이는 섬유가 더 감쇠되기 때문이고, 이와 반대로, 속도가 더 느려질수록, 섬유는 더 두꺼워지는데, 이는 섬유가 덜 감쇠되기 때문이다. 그러므로, 스터드의 행이 방사상 정렬될 때, 섬유는 섬유-형성 이후에 균일하지 않은 크기를 갖는다.
도 4는 원통형의 불연속적인 양각의 3개의 행으로부터 평탄화된 평면도를 도시한다. 도 4에서, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각은 지그 재그 형태이다. 이 실시예는 도 3의 실시예보다 바람직하다. 이 실시예는 난류가 중첩되지 않는다. 다른 한 편으로, 열 교환은 양각에 의해 점유된 전체 표면에 걸쳐 균일하다.
이 구성에서, 불연속적인 양각이 스터드일 때, 가스의 속도는 균일한 방식으로 어디서든 저하된다. 따라서, 섬유는 균일하게 감쇠되고, 섬유-형성 이후에 균일한 크기를 갖는다.
도 3 및 도 4의 구성에서, 불연속적인 양각이 예를 들어 도 6, 도 7, 도 9a 및 도 9b에서와 같이 반구체 공동일 때, 감쇠 가스의 속도는 장애물에 의해 저하되지 않는다. 따라서, 감쇠 가스의 동일한 온도에 대해, 섬유는 스터드가 설치된 원심 분리기보다 반구체 공동이 설치된 원심 분리기로 섬유-형성된 후에 더 얇아질 것이다.
다른 한 편으로, 반구체 공동의 경우에, 열 교환은 스터드에 대해 그리 양호하지 않은데, 이는 교환의 표면적이 더 작기 때문이다. 고리형 벽의 동일한 온도를 갖기 위해, 그러므로 버너의 온도가 양각이 스터드일 때 필요한 것보다 약간 더 높은 것을 보장할 필요가 있다.
동일한 행의 2개의 인접한 불연속적인 양각 사이의 거리는 바람직하게 1mm 내지 5mm, 예를 들어 2 내지 5mm의 범위를 갖는데, 이것은 특히 도 4의 실시예에 대해, 가스가 난류에 붙들리지 않고도 양각에 가까이 지나가는 것을 방지할 수 있게 한다.
유사하게, 원심 분리기가 여러 개의 행을 포함할 때, 2개의 인접한 행 사이의 거리는 바람직하게 1mm 내지 5mm, 예를 들어 2 내지 5mm의 범위를 갖고, 이것은 특히 도 3의 실시예에 대해, 난류 지역의 중첩을 허용한다.
열 교환은 여러 개의 치수, 특히
- 열 교환의 표면적, 이에 따라 양각의 형태 및 높이 또는 깊이,
- 온도 경사, 이에 따라 원심 분리기의 외부 표면에 걸친 양각의 높이 및/또는 난류 지역의 높이,
- 난류 지역의 치수 및 난류 지역에 수반된 유체력(hydrodynamic force)에 따라 좌우되는 열 교환 계수에 따라 좌우된다.
도 5는 스터드의 형태인 불연속적인 양각의 횡단면도를 도시한다.
이 실시예에서, 불연속적인 양각이 돌출한다. 이러한 불연속적인 양각은 제조 동안 원심 분리기의 외부 표면으로 가공되거나, 예를 들어 용접에 의해, 원심 분리기의 외부 표면에 설치되고 부착된다. 이러한 설치 및 부착의 해결책은 본 발명에 따른 원심 분리기를 얻기 위해 양각을 갖지 않는 원심 분리기에 적용할 수 있게 한다.
스터드가 더 높아질수록, 큰 높이에 걸쳐 가스를 더 많이 혼합할 수 있고, 이것은 그러므로 온도 경사를 증가시킨다. 그러나, 스터드의 크기는 가스 감쇠 제트를 너무 많이 느리게 하지 않도록 제한되어야 하므로, 섬유는 특히 스터드가 지그 재그 형태의 패턴으로 위치될 때 정확히 형성한다. 바람직하게, 각 스터드의 높이는 1 내지 5mm, 예를 들어 2 내지 5mm의 범위를 갖는다.
동일한 행의 스터드는 바람직하게 모두 동일한 형태를 갖는다. 이러한 스터드는 원형 단면(예를 들어 도 8a 및 도 8b에서), 정사각형 단면(도 10a, 도 10b 및 도 11에서와 같이), 삼각형 및/또는 다이아몬드-형태의 단면(도 12a 및 도 12b에서와 같이)을 갖거나, 피라미드 형태를 갖는다. 스터드 위의 중간 섹션은 바람직하게 1 내지 3mm, 예를 들어 2 내지 3mm의 범위를 갖는다. 형태는 열 교환의 표면적에 큰 영향을 미친다.
바람직하게, 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 가장 가까이 있는 행의 스터드는, 스터드가 가스 감쇠 제트의 속도를 저하시키는 정도까지 제한하기 위해 다른 행의 스터드(도 1, 도 2, 도 8a, 도 10a 및 도 12에 도시된 바와 같이)보다 높지 않다.
도 5는 또한 스터드에 의해 생성된 난류 지역(120)을 도시한다. 이것은 스터드의 하류에 위치한다.
도 6은 반구체 공동의 형태의 불연속적인 양각의 횡단면도를 도시한다.
이 실시예에서, 불연속적인 양각은 중공이다. 이러한 양각은 원심 분리기의 외부 표면에 가공함으로써 중공이 된다.
각 공동의 직경은 바람직하게 1mm 내지 4mm, 예를 들어 2 내지 4mm의 범위를 갖는다.
도 6은 또한 반구체 공동에 의해 생성된 난류 지역(120)을 도시한다. 가스가 반구체 공동에 들어가고, 난류 지역이 반구체 공동에 걸쳐 특정한 높이를 커버하고, 반구체 공동의 하류로 연장하는 것을 알 수 있다.
도 7은 반구체 공동의 형태인 불연속적인 양각의 세부적인 평면도를 도시한다.
도 7은 반구체 공동에서 그리고 반구체 공동의 하류에서의 가스 이동을 도시한다.
양각의 형태 및 치수는 섬유-형성 디바이스의 동작 조건에 따라 적응된다. 이러한 형태 및 치수는 예를 들어 원심 분리기 벽의 두께에 따라 좌우된다. 그러므로, 스터드는 상이한 형태를 가질 수 있다. 스터드의 형태는 가공의 어려움과 에너지 소비를 참조하여 찾아낸 결과 사이에서 절충된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 원심 분리기가 테스트되었다. 다음 실시예는 아래에 설명된 양호한 결과를 제공하였다.
지그 재그 형태의 패턴으로 위치하고 상이한 높이(도 10a 및 도 10b)를 갖는 정사각형 섹션의 스터드의 2개의 행을 포함하는 본 발명의 실시예는 원심 분리기의 양각에서의 열 교환을 대략 40%만큼 향상시키는데 도움을 준다.
지그 재그 형태의 패턴(도 9a 및 도 9b)로 위치한 반구체 공동의 8개의 행을 포함하는 본 발명의 실시예는 공동의 반경에 따라 원심 분리기의 양각에서의 열 교환을 20 내지 25%만큼 향상시킬 수 있게 한다.
스터드는 특히 반구체 공동보다 버너로부터 유래하는 가스 제트와 원심 분리기의 외부 표면 사이의 더 큰 열 교환을 허용한다. 하지만, 반구체 공동은 섬유를 더 양호하게 감쇠시킬 수 있게 한다.
고리형 벽에 가까운 삼각형의 하나의 행과 지그 재그 형태의 패턴으로 위치한 다이아몬드의 2개의 행을 포함하는 본 발명의 실시예는 원심 분리기의 양각에서의 열 교환을 대략 30%만큼 향상시킬 수 있게 한다.
본 발명은 또한 전술한 광물성 섬유를 형성하는 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 본 발명에 따른 원심 분리기(1)와, 고리형 버너의 출구(40)가 섬유-형성 위치에서 원심 분리기(1)의 양각(들)(12) 위에 위치하고 가스 감쇠 제트가 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 접선 방향에 있도록 고온 가스 감쇠 제트를 생성하는 고리형 버너(4)를 포함한다.
가스 감쇠 제트는 동시에 원심 분리기를 가열시키고 섬유를 감쇠시키는데 적합하다. 양각(들)은 버너의 가스와 원심 분리기 사이의 에너지 전달을 향상시킬 수 있게 한다. 따라서, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스는 향상된 에너지 소비를 갖는다.
더욱이, 에너지 전달이 향상되기 때문에, 주변 공기는 덜 뜨거운데, 이는 원심 분리기의 서비스 수명을 증가시킬 수 있게 한다.
더욱이, 버너의 전력이 감소되기 때문에, 버너의 가스에 의해 유입된 주변 공기가 적어지고, 후속 사용을 위해 섬유-수용 매트쪽으로 섬유를 흐르게 하는데 적은 에너지가 요구된다.
본 발명은 또한 고온 가스 감쇠와 연관된 내부 원심 분리에 의해 광물성 섬유를 형성하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 본 발명에 따른 디바이스를 이용하는데, 여기서 섬유에 형성될 물질은 원심 분리기(1)에 부어진다. 그러므로 본 발명에 따른 원심 분리기의 이용은 방법의 에너지 소비를 향상시킬 수 있게 한다.
본 발명은 또한 단열 및/또는 방음 제품을 제조하기 위해 본 발명에 따른 광물성 섬유-형성 디바이스에 의해 그리고 본 발명에 따른 광물성 섬유-형성 방법에 따라 얻어진 광물성 섬유의 이용에 관한 것이다. 그러므로 본 발명에 따른 원심 분리기의 이용은 더 양호한 품질의 광물성 섬유를 제조할 수 있게 하는데, 이것은 고리형 버너의 가스 감쇠 제트의 온도가 적은 에너지 소비로 감소될 수 있기 때문이다.

Claims (13)

  1. 광물성 섬유(mineral fibers)를 형성하는 디바이스에 있어서,
    회전축(9)을 중심으로 회전 가능한 섬유-형성 원심 분리기(1)로서,
    상기 원심 분리기(1)의 윗면(upper side)과,
    복수의 구멍(11)이 관통 형성되어 있고 대칭축으로서 상기 회전축(9)을 갖는 고리형 벽(10)과,
    상기 고리형 벽(10)과 상기 윗면의 사이에 위치한 원형부(rounding: 14), 및
    상기 원심 분리기(1)의 외부 표면 상에 위치한 하나의 연속적인 양각(relief) 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행으로서, 상기 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 상기 고리형 벽(10) 또는 상기 원형부(14)를 따라서, 또는 상기 원심 분리기(1)의 윗면을 따라서, 또는 상기 원형부(14)에 근접하게 연장되는 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행을
    포함하는, 상기 원심 분리기(1), 및
    고온의 가스 감쇠 제트를 생성하는 고리형 버너(4)를
    포함하며,
    상기 고리형 버너(4)의 출구(40)는 섬유-형성 위치에서 상기 원심 분리기(1)의 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행의 위에 위치하고, 가스 감쇠 제트는 상기 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 접선 방향을 이루며, 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행은 상기 고리형 버너(4)로부터 나오는 고온의 가스 감쇠 제트 내에 놓이며,
    상기 적어도 하나의 행은 상기 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 수평이거나 또는 수평에 대해 0도 초과 및 90도 미만의 각도로 경사지는,
    광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)으로 된 적어도 2개의 행을 포함하고, 상기 적어도 2개의 행은 서로 평행한, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각(12)은 지그재그 형태(staggered)의 행으로 위치하는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  4. 제2항에 있어서, 2개의 인접한 행의 불연속적인 양각(12)은 방사상(放射狀)으로 정렬되는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 하나의 행의 2개의 인접한 불연속적인 양각(12) 사이의 거리는 일정한, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 불연속적인 양각(12)은 스터드 또는 리브 또는 반-구체 공동(semi-spherical cavity) 또는 반원형 섹션의 그루브인, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 동일한 행의 스터드는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 다이아몬드 형태의 섹션을 갖거나 또는 피라미드 형태를 가지며, 동일한 행의 리브는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 사다리꼴 섹션을 갖는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스터드 또는 리브의 높이는 1 내지 5mm의 범위에 있는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  9. 제6항에 있어서, 반-구체 공동의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖고, 그루브의 반원형 섹션의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  10. 제6항에 있어서, 상기 연속적인 양각은 반원형 섹션의 그루브, 또는 원형, 정사각형, 삼각형 또는 사다리꼴 섹션의 리브이고, 그루브의 반원형 섹션의 직경은 1 내지 4mm의 범위를 갖고, 리브의 높이는 1 내지 5mm 사이에 있는, 광물성 섬유를 형성하는 디바이스.
  11. 섬유-형성 원심 분리기(1)를 구비한 디바이스를 사용하여, 고온의 가스 감쇠와 연관된 내부 원심 분리에 의해 광물성 섬유를 형성하는 방법으로서,
    회전축(9)을 중심으로 회전하는 상기 섬유-형성 원심 분리기(1) 안으로 섬유로 형성될 물질이 주입되며,
    상기 디바이스는
    원심 분리기(1)의 윗면과,
    복수의 구멍(11)이 관통 형성되어 있고 대칭축으로서 회전축(9)을 갖는 고리형 벽(10)과,
    상기 고리형 벽(10)과 상기 윗면의 사이에 위치한 원형부(14), 및
    상기 원심 분리기(1)의 외부 표면 상에 위치한 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행으로서, 상기 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 상기 고리형 벽(10) 또는 상기 원형부(14)를 따라서, 또는 상기 원심 분리기(1)의 윗면을 따라서, 또는 상기 원형부(14)에 근접하게 연장되는 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행을
    포함하는, 상기 원심 분리기(1), 및
    고온의 가스 감쇠 제트를 생성하는 고리형 버너(4)를
    포함하며,
    상기 고리형 버너(4)의 출구(40)는 섬유-형성 위치에서 상기 원심 분리기(1)의 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행의 위에 위치하고, 가스 감쇠 제트는 상기 원심 분리기(1)의 고리형 벽(10)에 접선 방향을 이루며, 상기 하나의 연속적인 양각 또는 불연속적인 양각(12)의 적어도 하나의 행은 상기 고리형 버너(4)로부터 나오는 고온의 가스 감쇠 제트 내에 놓이며,
    상기 적어도 하나의 행은 상기 원심 분리기(1)가 원심 분리 위치에 있을 때 수평이거나 또는 수평에 대해 0도 초과 및 90도 미만의 각도로 경사지는,
    광물성 섬유를 형성하는 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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