KR101969078B1 - 호퍼 구조물, 제습 플랜트 및 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제습 공정 유체에 의해 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물에 관한 것으로, 이용 중 상부에 있는, 메인 바디(1a), 베어링, 처리되는 과립형 플라스틱 재료를 위한 로딩 개구 또는 입구(4a)를 구비한 폐쇄 벽(1b), 메인 바디(1a) 또는 폐쇄 벽(1b) 상에 제공된 공정 유체를 위한 하나 이상의 방출 입구 또는 개구(4c), 제습된 과립형 플라스틱 재료를 위한 방출 개구(4b)로 종결되는 테이퍼형 하부 섹션(1c), 메인 바디와 테이퍼형 하부 섹션과 함께 고리형 공기 공간(AG)을 한정하도록 메인 바디(1a) 내 및 테이퍼형 하부 섹션(1c) 내에서 유체-밀봉되고 위치가능한 삽입 부재(3)로서, 삽입 부재(3)는 바닥을 향하여 테이퍼지는 하나 이상의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분(3a) 및 상부 부분(3b)을 포함하는, 삽입 부재(3), 고리형 공기 공간(AG)에 대해 하나 이상의 제습 유체 공급 덕트(26)를 포함하며, 하부 테이퍼형 섹션(1c)은 한 쌍 이상의 벽 또는 벽 세그먼트를 포함하며 고리형 공기 공간(AG) 외부에 있으며 고리형 공기 공간과 유체 소통되는 하나 이상의 챔버(25)를 한정하도록, 벽 또는 벽 세그먼트(9, 23, 22)는 다른 벽 또는 벽 세그먼트(8, 21)를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 하나 이상의 챔버(25)는 벽 또는 벽 세그먼트(9, 23, 22)에 접선방향으로 또는 평행하게 배향되는 하나 이상의 공급 덕트(26)로부터 제습하는 공정 유체가 공급가능하다.

Description

호퍼 구조물, 제습 플랜트 및 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 방법 {HOPPER STRUCTURE, DEHUMIDIFICATION PLANT AND METHOD FOR DEHUMIDIFYING GRANULAR PLASTIC MATERIAL}
본 발명은 호퍼 구조물 및 과립형 플라스틱 재료를 처리하기 위한 플랜트, 및 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 특허 출원에서, 용어 "과립체(granule)" 또는 "과립형(granular)"은 플라스틱 재료를 슬랩, 시트, 필름 또는 유사한 형태로 그라인딩-분쇄함으로써 생산된 칩, 작은 조각 또는 판을 나타내기 위한 것이다.
용어 "호퍼(hopper)"는, 대신 소정의 타입의 컨테이너로 의도되고, 때때로 또한 사일로(silo)로 지칭되고, 예를 들면, 원형, 정사각형 또는 직사각형의 단면을 가지며, 보통 적절한 방출 밸브에 의해 제어되는, 방출 입구가 구비된 테이퍼형(tapered) 방출 섹션으로 하부 부분에서 종결된다.
기지된(known) 바와 같이, 대부분의 플라스틱 재료의 과립체 또는 과립형 재료로의 변형의 공정에서, 매우 중요한 처리는 플라스틱 재료 과립체의 제습, 즉 검습기로서 기지된 폴리머 재료의 과립체에 포함된 물의 제거 공정으로 이루어진다.
습기를 흡수하는 과립체가 자체적으로 상대적인 고온에서 용융되어야 하기 때문에(변환 단계 동안) 습기를 흡수하는 과립체로부터 습기의 제거가 필요하며, 이 같은 단계 동안, 과립체 내에 함유된 잔류 물 분자는 폴리머의 분자 사슬 내로 삽입될 수 있어 폴리머의 손상을 일으킨다. 분자 사슬이 파괴되는 경우, 이해되는 바와 같이, 저급 품질의 최종 제품이 얻어지며; 어떠한 경우에서도, 제품은 거품, 기포, 착색 비균일도, 및 초기 과립체 내의 물의 존재로 인한 다른 원하지 않는 현상이 종종 발생되는 것이 예상되는, 부적절한 기계적 특성을 얻게 된다.
제습되어야 하는 과립형 플라스틱 재료는 통상적으로 고온 및 건조 공기의 발생기 장치로 액밀되게(fluid tight) 연결된 호퍼 내에 저장되고 이 발생기 장치는 전문용어로 "건조기"로 지칭되고 이 발생기 장치는 고온 및 건조 공기, 소위 공정 공기를 호퍼 내로 공급 또는 불어넣는 것이 의도된다.
공정 공기가 호퍼 내로 들어가면, 공정 공기는 제습되어야 하는 플라스틱 재료 과립체의 덩어리(mass) 모두 또는 일 부분을 횡단하여, 플라스틱 재료 과립체의 덩어리 내에 함유된 습기를 제거하고, 이어서 공정 공기는 적절한 유출 덕트를 통하여 나간다.
상술된 바와 같은 제습 공정에서, 주어진 과립형 플라스틱 재료에 대해 도달할 수 있는 제습의 정도는 제습 호퍼 내부의 과립형 플라스틱 재료의 잔류 시간, 호퍼를 통한 고온 및 건조 공기의 유량, 처리 온도 및 공기 흐름과 과립형 플라스틱 재료 사이의 상호작용에서의 열-유체-역학적 작용과 같은 다수의 요소에 종속되며, 열-유체-역학적 작용은 또한 호퍼의 내부 지오메트리에 종속된다.
제습되어야 하는 각각의 과립형 플라스틱 재료에 대해, 요구되거나 도달하여야 하는 제습 정도가 설정되거나, 소정의 경우에서 제습 정도는 제습 공정의 시작시 설정된다. 이 같은 제습 정도에 대해, 호퍼 내의 과립체의 잔류 시간 간격뿐만 아니라 공정 온도가 설정되어, 과립체 내부로부터 과립체 외부로 물 분자의 확산을 허용하도록 한다.
기지된 바와 같이, 과립형 재료 내부의 물 분자의 확산의 현상은 픽(Fick)의 제 2 법칙의 방정식에 의해 제어된다:
Figure 112011059456410-pat00001
여기서, C는 시간(t) 및 과립체의 공간 좌표(X)에 종속하는, 물 분자의 농도이고, D는 특정 플라스틱 과립형 재료 내이 습기의 확산 계수이다.
이어서, 확산 계수는 아레니우스 모델(Arrhenius model)에 따른 다른 변수에 종속한다:
Figure 112011059456410-pat00002
여기서, D0는 처리되는 재료의 타입에 따른 확산 계수이고, U는 활성 에너지이고, k는 볼츠만 상수(Boltzmann constant)이고, T는 켈빈 온도이다.
따라서, 제습 호퍼 내에 잔류하는 과립체 내의 적어도 반지름 방향으로, 즉 제습 호퍼의 동일한 단면에서의 과립체 내에서 균일한 온도를 얻어서 유지하는 것은 기본적으로 중요하다는 것을 이해할 것이다.
대신,과립체가 반지름 방향으로 상이한 온도를 가지는 경우, 상이한 확산 상수(D)가 존재하며, 상이한 제습 정도가 과립체 내에서 얻어져, 제조된 물품 또는 최종 제품의 특성에 부정적인 영향을 미치게 된다.
픽의 제 2 법칙의 분석에 따라, 호퍼 내에서 하나의 동일한 재료의 과립체의 잔류 시간이 거의 동일하다는 것이 기본적으로 중요하다는 것이 추론된다. 사실 호퍼 내의 상이한 잔류 시간은 제습 호퍼 내로부터 나오는 과립체에서 상이한 습기 농도를 초래한다.
동일한 재료의 과립체가 호퍼 내에 동일한 잔류 시간 동안 남아 있어야 하는 경우, 즉, 제습 호퍼 내로 과립형 재료의 하강 단계에서, 이는 단일 과립체의 속도 분야의 수직 성분이 호퍼의 전체 단면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 남아 있어야 한다는 것을 의미한다.
호퍼 내부로 과립형 재료의 하강 동안 설정되는 유동이 주로 두 개의 타입, "덩어리 유동" 및 "퍼넬(funnel) 유동"일 수 있다.
"질량 유동" 유동 타입은 호퍼 내부의 재료의 균일한 하강, 즉 호퍼의 직선형 섹션을 따라 다양한 속도 벡터의 모듈이 유사한 것, 즉, 과립형 재료가 균일한 방식으로 하강하고 그 안에 우선적인 하강 채널이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.
한편, "퍼넬 유동" 유동 타입은 호퍼의 단면을 따라 벡터 모듈의 값에서의 불연속성을 가진다. 동일한 단면을 따라 호퍼의 중앙 부분에서 속도 벡터는 호퍼의 벽에 근접한 속도 벡터의 모듈의 값 보다 더 큰 값을 가지게 된다. 이는 호퍼의 중앙 부분에서 재료의 우선적 하강 채널의 형성을 초래하며, 이는 아래에서 설명되는 바와 같이, 삽입 부재가 없는 호퍼 구조물이 자연적으로 발생한다.
다수의 분야에서, 통상적으로 플라스틱 재료 작업의 분야에서, 과립형 재료의 "덩어리 유동" 타입 작용은 호퍼의 하강 단계에서 얻어지는 것이 필수적이다.
원뿔형 부분을 구비한 하부 부분 상에서 종결되는 일정한 단면을 구비한 바디로 이루어지는 중공형 삽입 부재를 제습 호퍼 내에 미리 배치하기 위해 제공되는 해결책이 이미 제안되었다. 덩어리 유동 타입의 유동을 얻는 것을 허용하는 이 같은 하나의 해결책은 예를 들면 본 출원의 동일한 출원인의 이름의 EP-2 090 856호에서 제시되며, 여기에서 삽입 부재의 중공형 내부가 건조기의 유출구와 유체 소통되고 삽입 부재의 하부 원뿔형 부분은 천공되거나 관통되어, 건조기로부터 삽입 부재로 공기를 공급함으로써, 가압 공정 공기가 각각의 삽입 부재의 원뿔형 부분에서 호퍼 내에 로딩된 과립체 내로 공급된다.
하나의 이 같은 해결책으로, 호퍼 내부의 과립형 재료의 균일한 하강이 얻어지며, 처리되는 플라스틱 재료 과립체의 잔류 시간은 실질적으로 모든 과립체와 동일하다. 그럼에도 불구하고, 하나의 이 같은 호퍼 구조물로, 동일한 수준, 즉 반지름 방향으로,에 위치된 플라스틱 재료 과립체에서, 원하지 않는 열 구배를 얻으며, 이 열 구배는 과립체의 비균일 수준의 제습을 포함할 수 있다, 즉 상이한 습기 수준을 가지는 과립체가 얻어져, 최종 제조 제품의 질적 특성을 손상시킬 수 있다.
US-3 875 683호는 플라스틱 재료 과립체를 제습하기 위한 호퍼를 공개하며, 이는 미리결정된 일정한 온도에서 제습 공기를 유지하기에 적절하다. 이 같은 호퍼는 상부 원통형 섹션을 가지는 메인 바디를 포함하며; 메인 바디는 플라스틱 재료 과립체를 로딩하기 위한 상부 로딩 입구, 및 제습된 재료 과립체를 위한 방출 개구를 더 포함한다.
삽입 부재는 메인 바디의 내부에 위치되어, 메인 바디와 함께 제습되어야 하는 재료를 위한 고리형 공간을 한정한다. 복수의 구멍은 삽입 부재의 벽 상에 형성된다.
메인 바디의 하부 테이퍼형 부분은 고리형 공간 외부에 챔버를 한정하도록 하는 방식으로 그리고 그 사이가 유체 소통되는 두 개의 벽을 포함하며, 이를 위해 다수의 구멍이 외부 챔버의 내부 벽에 형성되며, 하나의 외부 벽은 내부 벽을 둘러싼다. 외부 챔버는 덕트에 의해 삽입 부재의 내부 부분과 유체 소통되게 배치된다.
더욱이, 호퍼 구조물은 외부 챔버 및 삽입 부재 내부에 위치된 가열 수단을 포함한다. 선택적으로, 추가의 가열 수단이 메인 바디의 상부 벽에 인접하게 위치될 수 있다.
이 같은 호퍼로, 제습된 가스는 챔버로 공급되어 챔버의 내부 벽 상에 형성된 구멍을 통하여 부분적으로 통과하고, 삽입 부재의 내부 영역으로 부분적으로 공급되고(상술된 덕트에 의해), 각각의 구멍을 횡단하여, 고리형 공간으로 들어간다.
이 같은 구조에 의해, 재료 과립체는 호퍼의 전체 높이에 대해 동일한 온도를 가지는 제습 가스의 스트림에 의해 횡단된다. 따라서, 제습되는 재료가 횡단된 후, 배출 가스는 호퍼로 공급되는 온도에 매우 근접한 온도를 가진다.
US-3 875 683호는 제습 가스 온도가 제습되는 재료를 포함하는 전체 고리형 공간 내에서 일정하게 유지되는 호퍼를 발명하는 것을 목적으로 한다.
플라스틱 재료 과립체를 작업하기 위한 플랜트에서, 과립체는 열 응력을 받지 않아야 하는데, 과립체가 열 응력을 받으면, 과립체의 유동학 특성에 부정적인 영향을 미친다. 따라서, 호퍼에서, US-3 875 683호에 의해 제시된 해결책으로 얻을 수 있는 바와 같은 일정한 온도가 아니라 호퍼의 수직 축선을 따른 정확한 열 구배를 얻는 것이 중요하다.
더욱이, 이 같은 US 특허에 의해 설명된 호퍼로, 감소된 에너지 소모로 만족하는 제습을 얻을 수 없다.
이에 대해, 호퍼로부터 방출된 가스는 동일한(높은) 온도의 호퍼 내로 공급된 가스를 가지며, 따라서 기지된 바와 같이, 재생은 낮은 온도, 예를 들면 40°보다 낮은 온도에서 수행되기 때문에, 재생되기 전에 냉각되어야 한다는 점에 주목하여야 한다.
FR-2 674 944 A1호는 하부 테이퍼형 섹션을 가지는 호퍼, 하부 테이퍼형 섹션으로 접선 방향으로(tangentially) 연결되는 덕트, 및 덕트 내로 가스 상태의 유체를 공급하기 위한 팬을 포함하는 플라스틱 재료 과립체를 제습하기 위한 장치를 공개한다. 이 장치는 호퍼 내에 위치되고 상방으로 향하는 정점을 가지는, 원통형 삽입 부재를 더 포함하며, 삽입 부재는 제습되는 재료를 위한 고리형 공간을 호퍼와 함께 한정한다.
호퍼의 하부 테이퍼형 섹션은 하나가 다른 하나를 둘러싸는 두 개의 벽을 가져서 챔버를 한정한다. 다수의 구멍은 하부 테이퍼형 섹션의 내부벽의 전체 길이를 통하여 형성한다. 제습 공기는 접하는 덕트로 공급되고, 이어서 외부 챔버로 공급되며, 외부 챔버로부터 제습 공기는 유입되어 고리형 공간을 따라 상승되어, 제습되는 과립형 재료를 횡단한다.
본 발명의 주요 목적은 플라스틱 재료 과립체의 호퍼 내에서 실질적으로 일정한 잔류 시간을 보장할 수 있는 과립형 플라스틱 재료의 제습을 위한 호퍼 구조물을 제공하고 제습 호퍼 내에서 동일한 수준으로 위치되는 과립체의 열 구배의 형성을 방지하거나 상당히 감소하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 즉 지금까지 제안된 호퍼 구조물에 대해 더욱 균일한 호퍼 내로 공급되는 제습 유체를 위한 이동 필드를 보장하기에 적절한 과립형 플라스틱 재료의 제습을 위한, 호퍼 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술의 제습 플랜트에 대해 감소된 에너지 소모로 과립형 플라스틱 재료의 제습을 효과적으로 달성하기에 적절한 제습 플랜트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라스틱 재료 과립체의 균일한 제습의 보장을 허용하는 제습 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따라 제습 공정 유체에 의해 과립형 플라스틱 재료의 제습을 위한 호퍼 구조물을 제공하며,
- 이용중 상부에 있는, 메인 바디, 베어링, 처리되는 과립형 플라스틱 재료에 대한 로딩 개구 또는 입구를 구비한 폐쇄 벽;
- 폐쇄 벽 상에 또는 메인 바디 상에 제공된 공정 유체를 위한 하나 이상의 방출 입구 또는 개구,
- 제습된 과립형 플라스틱 재료를 위한 방출 개구로 종결되는 테이퍼형 하부 벽,
- 그 사이에 고리형 공기 공간을 한정하도록 메인 바디 내 그리고 테이퍼형 섹션 내에 위치가능하고 유체 밀봉되는 삽입 부재로서, 삽입 부재는 바닥 을 향하여 테이퍼지는 하나 이상의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분 및 상부 부분을 포함하는, 삽입 부재, 및
고리형 공기 공간으로의 하나 이상의 제습 유체 공급 덕트를 포함하며,
하부 테이퍼형 섹션은 한 쌍 이상의 벽 또는 벽 세그먼트를 포함하며, 벽 또는 벽 세그먼트는 다른 벽 또는 벽 세그먼트를 적어도 부분적으로 둘러싸서, 고리형 공기 공간 외부에 있으며 그 사이에서 유체 소통되는 하나 이상의 챔버를 한정하도록 하며, 상기 챔버는 둘러싸는 벽 또는 벽 세그먼트에 대해 접선방향으로 또는 평행하게 배향되는 하나 이상의 공급 덕트로부터 제습 공정 유체가 공급 가능하다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 플라스틱 과립형 재료를 제습하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은:
본 발명에 따른 호퍼 구조물을 미리 배치하는 단계;
상부 로딩 입구에서 과립형 플라스틱 재료를 공급하는 단계; 및
제습 공정 유체를 하나 이상의 공급 덕트 내로 그리고 이에 따라 챔버 내로, 그리고 후속적으로 공기 공간 내로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 과립형 플라스틱 재료를 위한 처리 플랜트가 제공되며, 이는 본 발명에 따른 호퍼, 호퍼 내로 과립형 플라스틱 재료의 공급기, 호퍼로부터 나오는 계량된 양의 제습된 과립형 재료를 이용자에게 이송하도록 의도된 컨베이어 수단, 및 호퍼로 제습 공정 유체를 공급하기 위한 건조기 세트를 포함한다.
본 발명의 추가의 양태 및 장점은 도면에서 단지 예시적이고 비 제한적인 예로 도시된, 본 발명의 수 개의 현재의 바람직한 호퍼 구조물의 아래의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래 기술에 따른 호퍼 구조물의 측면도 및 평면도이며,
도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 또 다른 호퍼 구조물의 도 1a 및 도 1b에 유사한 도면이며,
도 3은 종래 기술에 따른 또 다른 호퍼 구조물의 도 1a에 유사한 도면이며,
도 4는 본 발명에 따른 일 부분이 제거된 호퍼 구조물의 거의 평면 사시도이며,
도 5는 도 4의 확대된 스케일의 상세도이며,
도 6a 및 도 6b는 각각 도 4에 따른 호퍼 구조물의 측면도 및 평면도이며,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 또 다른 호퍼 구조물 실시예의 도 6a 및 도 6b와 유사한 도면이며,
도 8은 본 발명에 따른 제습 플랜트를 개략적으로 도시한 도면이며,
도 9a,도 9b, 및 도 9c는 각각 종래 기술에 따른 두 개의 호퍼 및 본 발명에 따른 하나의 호퍼를 도시하며, 이 도면에서 온도 탐침이 상이한 호퍼 구조물 내의 열-유체-역학적 작용을 확인하기 위해 위치되는 도면이며,
도 10은 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 호퍼 구조물 및 도 9a에 도시된 종래 기술에 따른 호퍼의 테이퍼형 하부 부분에 위치된 탐침에 대한, 온도 프로파일의 그래프를 보여주며,
도 11 내지 도 13은 도 9b에 도시된 본 발명에 따른 제습 호퍼 및 도 9c에 도시된 종래 기술에 따른 호퍼 내의 상이한 수준에서의 열 변화 프로파일에 대한 그래프를 보여주며,
도 14는 본 발명에 따른 또 다른 호퍼 구조물 실시예의 도 6a와 유사한 도면이다.
도면에서, 동일한 또는 유사한 부분 또는 부품은 동일한 도면 부호로 표시되었다.
상술된 바와 같이, 도 1a 및 도 1b에 되시된 호퍼(A1)의 구조와 같은 다양한 호퍼 구조물이 이미 제안되었으며, 이 호퍼 구조물은 처리되는 과립형 플라스틱 재료에 대해 처리 챔버(B)를 한정하는 테이퍼형 하부 부분으로 종결되는 원통형 바디를 포함한다. 테이퍼형 하부 부분의 상부 부분에서(이용중 상부), 중공형, 원뿔형 확산기 삽입 부재(C)가 정점이 상방으로 향하게 제공된다. 삽입 부재 내부는 방사상 흡입 덕트(D)와 유체 소통되고, 이어서 외부 처리 유체 소스(고온 및 건조 공기), 통상적으로 건조기와 소통된다.
따라서, 제습 공정 동안, 공기는 흡입 덕트(D)로 공급되고 재료가 적절한 공기 방출 입구(S)를 통하여 호퍼의 상부에서 배출될 때까지 처리 챔버 내부를 세정하도록, 삽입 부재(C)의 하부 에지 또는 원뿔형 베이스에서 처리 챔버(B) 내에 존재하는 재료와 접촉하게 된다. 이러한 타입의 호퍼로, 다양한 과립체(granule)가 호퍼 내에서 상이한 잔류 시간을 가지기 때문에, 저급한 제습을 얻는다. 실제로, 예를 들면 원뿔형 삽입 부재(C) 위의 영역에 위치되는 과립체가 삽입 부재의 벽과의 마찰에 의해 과립체의 하강시 느려지기 때문에, 호퍼의 동일한 단면 상, 특히 삽입 부재(C) 근처의 단일 과립체의 속도 필드의 수직 성분이 일정하지 않다.
따라서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 같은 호퍼에서, 제습되는 재료 내의 처리 공기 흐름 또는 유동의 분배가 균일하지 않다.
종래 기술에서 이미 제안된 또 다른 호퍼 구조물(A2)은 도 2a 및 도 2b에 도시되며, 또 다른 호퍼 구조물은 도 1a 및 도 1b에 도시된 호퍼(A1)와 유사하지만, 삽입 부재(C) 대신, 이중 코니시티(conicity)를 구비한, 즉 바닥으로부터 상부로(이용 중), 바닥으로부터 상부로 증가하는 직경을 구비한 제 1 원뿔형 섹션(E1) 및 상부를 향하여 감소하는 직경을 구비하는 제 2 원뿔형 섹션(E2)을 가지는, 중공형 삽입 부재(E)가 제공된다. 제 1 원뿔형 섹션(E1)은 또한 천공된다. 삽입 부재(E)의 내부는 축방향 공급 덕트(F)와 유체 소통되고 축방향 공급 덕트의 유입 입구(F1)는 호퍼의 상부 영역에 있다.
또한 하나의 이 같은 해결책으로, 과립형 플라스틱 재료의 일정한 하강 속도가 얻어지지 않고 또한 과립형 플라스틱 재료 내의 처리 공기 흐름 또는 유동의 정확한 분배가 얻어지지 않기 때문에 과립형 플라스틱 재료의 높은 정도의 제습을 얻는 것이 가능하지 않다.
상술된 특허 출원 EP-2 090 856호는 대신 중공형 삽입 부재(G)(도 3)를 구비한 호퍼 구조물(A3)을 제시하며, 중공형 삽입 부재(G)는 호퍼의 하부 테이퍼형 섹션에 배치되고 호퍼(A3)의 방출 입구를 향하는 자체 정점을 구비하는 하부 원뿔형 부분(G1), 호퍼(A3)의 원통형 바디의 대부분에 걸쳐 연장하는 중간 원통형 부분(G2), 및 호퍼의 상부 영역에 있는 상부 원뿔형 부분(G3)을 가진다. 하부 원뿔체(G1)는 건조기로부터 나오는 고온 및 건조 공정 공기의 호퍼 내의 확산을 허용하도록 천공된다. 이어서 건조기로부터 나오는 가압 공정 공기는 공급 덕트(F) 내로 유입되고, 전체 삽입부를 따라 상부로부터 바닥을 향하여 유동하고, 호퍼(A3)의 상부를 향하여 재료를 통하여 확산되어 세정하도록 하부 원뿔체(G1) 내의 작은 구멍으로부터 배출되며, 호퍼의 상부에서 공기가 방출 입구(S)를 통하여 방출된다.
상술된 바와 같이 이러한 타입의 해결책은 과립형 플라스틱 재료의 하강 유동을 제어하여, 호퍼 내로 로딩된 과립형 재료의 과립체 모두에 대한 실질적으로 일치하는 잔류 시간을 얻는 것을 허용하지만, 삽입 부재와 호퍼의 내부 벽 사이를 한정하는 공기 공간 내의 공기의 최적 균일 분배를 얻는 것을 허용하지 않는다. 또한, 호퍼(A3)의 테이퍼형 하부 부분에서 특히, 원하는 처리 온도는 충분히 단시간의 기간에 설정될 수 없다.
공기는 도 1a 및 도 2a에 도시된 삽입 부재(C 및 E) 보다 상당히 큰 크기의 삽입 부재(G)를 통하여 횡단하여야 하며 이는 동일한 용적 공급 공기 유량이 주어질 때, 도 3의 실시예의 삽입 부재(G) 내부의 공기는 공기 흐름에 의해 소유되는 결론적인 낮은 동력학적 에너지로 도 2a의 호퍼 내에서의 속도 보다 낮은 속도를 가진다. 따라서, 공기 흐름을 호퍼의 낮은 부분에 균일하게 분포하도록 충분히 강제하기에 부적절하여, 처리된 플라스틱 재료 과립체의 균일한 제습 처리를 얻는 것을 방해한다.
도 4, 도 5, 도 6a, 및 도 6b를 참조하여, 제 1 호퍼 구조물(1) 실시예가 본 발명에 따른 과립형 플라스틱 재료의 제습을 위해 도시되며, 제 1 호퍼 구조물은 바람직하게는 원통형인 메인 바디(1a), 상부(상부에서 이용되는) 폐쇄 벽(1b)에서의 베어링, 및 테이퍼형 하부 섹션(1c)을 포함한다. 폐쇄 벽은 제습 기상 수단과 같은 공정 유체를 위한 하나 이상의 방출 입구(4c)(도면들에서는 2개) 및 처리되는 과립형 플라스틱 재료를 위한 로딩 입구 또는 개구(4a)를 구비한다. 방출 입구(들)(4c)가 메인 바디(1a)의 상부 부분에서 제공된다는 것이 이해될 것이다.
테이퍼형 하부 섹션(1c)은 한 쌍 이상의 벽들 또는 벽 세그먼트를 포함하며 하나(23, 22)는 다른 것(21)을 적어도 부분적으로 둘러싸서, 아래에서 더욱 상세하게 설명되는, 고리형 공기 공간(AG) 외부와 함께 하나 이상의 챔버(25)를 한정하도록 한다.
바람직하게는, 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 3개의 벽들 또는 벽 세그먼트들에 의해 형성된 특정 구성, 즉 메인 바디(1a)로부터 시작하여, 중간 원통형 벽 세그먼트(22) 및 하부 절두 원뿔형 세그먼트(23)를 가지며 벽 세그먼트(22 및 23)는 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)를 둘러싸는 벽을 구성한다. 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 내부로 중간(22) 및 하부(23) 벽 세그먼트들의 전체 길이에 걸쳐 연장되며, 또한 하부 입구 또는 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)의 단부가 고정(용접)되는, 슬리브(24)로 하단부에서 연결(용접)된다. 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 제습된 과립형 플라스틱 재료를 위한 방출 개구(4b)로 종결된다.
둘러싸는 벽 세그먼트 또는 벽(23)은 따라서 다른 벽 또는 높이 벽 세그먼트(21)의 높이 및 테이퍼 각도(β)와 상이한 높이 및 테이퍼 각도(α)를 가진다.
이러한 구조물로, 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)는 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)의 β와 상이한(더 큰) 코니시티(α)를 가져서, 상부 절두 원뿔형 벽세그먼트(21)의 연장부와 벽 세그먼트(22 및 23) 사이에서, 폐쇄형 유체-밀봉형 고리형 챔버(25)를 한정한다. 이 같은 챔버(25)는 적어도 중간 벽 세그먼트(22)(도 5)의 높이에 대응하는 높이에 대해 하나 또는 둘 이상의 벽 세그먼트(9, 21, 23)의 밴드를 균일하게 얻어진 다수의 작은 구멍을 통하여 호퍼의 테이퍼형 하부 섹션(1c)의 내부와 유체 소통된다(및 이에 따라 아래에서 논의되는 고리형 공기 공간(AG)을 구비한). 챔버(25)의 유체 밀봉을 보장하도록, 벽 세그먼트(21)는 바람직하게는 중간 섹션(22)의 에지로 용접된다.
하나 또는 둘 이상의 제습 유체 공급 덕트(26)는 이어서 제습 공정 유체로 챔버(25)를 공급하도록 의도되며, 덕트(26)는 둘러싸는 벽(22,23)에 대해 접선방향이거나 평행하게 배향된다.
이에 대해, 둘러싸는 벽이 실질적인 원형 벽 단면을 가지는 경우, 덕트(26)는 둘러싸는 벽에 대해 실질적으로 접선방향으로 배향될 것이며, 이에 의해 제습 유체를 접선방향으로 또는 주변 방향으로(아래에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이)공급한다, 즉 챔버(25) 내로 반지름 방향이 아니며, 반면에 호퍼가 실질적으로 정사각형 또는 직사각형 단면을 가지는 둘러싸는 벽을 포함하는 경우, 덕트는 둘러싸는 벽의 섹션에 대해 실질적으로 평행하게 되어, 실질적으로 접선 방향 또는 주변 방향(아래에서 더 상세히 설명됨), 즉 챔버(25) 내로 반지름 방향이 아닌 제습 유체를 공급한다.
더욱 특별하게는, 원통형 중간 벽 세그먼트(22)는 공정 유체 공급 덕트(26)의 단부에 의해 횡단되며, 이 같은 단부는 챔버(25)의 벽(22)으로 실질적으로 접선방향으로 연결된다. 챔버의 벽은 따라서 고리형 공기 공간(AG) 내로의 통로 앞에, 그리고 이에 따라 도면들에 도시된 실시예에 따라 작은 구멍(27)을 통과하여 횡단하기 전에 수집 공정 유체 및 균일화 압력의 기능을 구비한 챔버가 된다.
바람직하게는, 호퍼(1)의 메인 바디(1a) 및 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 이중 벽, 즉 내부 벽 및 외부 재킷에 의해 형성되며, 외부 재킷은 대응하는 내부 벽의 형태를 정확히 모방하여 그 사이에 고리형 공기 공간(AG)을 한정한다. 외부 재킷은 유용하게는 외부 환경을 향한 호퍼(1)의 열 손실을 감소시키도록 의도된, 외부 재킷 안에 소정의 적절한 타입의 열-절연 재료, 예를 들면, 암면 또는 유리 섬유를 수용하기 위해 제공된다.
메인 바디와 테이퍼형 섹션 사이에 고리형 공기 공간(AG)의 경계를 한정하도록 메인 바디(1a) 내 및 테이퍼형 하부 섹션(1c)에 위치 가능한 삽입 요소 또는 부재(3)가 제공된다.
더욱 특별하게는, 바람직하게는 중공형인 삽입 요소(3)는 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 섹션(3a) 및 예를 들면 원통형인 상부 부분에 의해 형성되며, 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 섹션(3a)는 바닥을 향하여 테이퍼진다. 바람직하게는, 삽입 요소(3)의 상부 부분은 예를 들면 원통형인 중간 섹션(3b) 및 상이한 코니시티를 구비한 두 개의 연속적인 상부 원뿔형 섹션(3c 및 3d)을 포함한다. 삽입 요소(3)는 유체 밀봉부를 구비하여 형성되며, 예를 들면 삽입 부재를 포함하는 다양한 부분들이 연속적인 시트 금속으로 제조될 수 있으며, 심지어 더 바람직하게는 구멍이 없으며, 시트 금속 섹션은 예를 들면 용접된 유체 밀봉부로 서로 연결된다.
삽입 요소(3)는 삽입 요소의 내부 벽으로 연속적인 고리형 공기 공간(AG)을 한정하도록, 호퍼 내부에 축방향으로 배치된다. 이를 위해, 삽입 요소(3)는 지지되고 하나의 측부 상의 삽입 부재로 그리고 다른 측부 상의 메인 바디(1a), 및/또는 테이퍼형 하부 섹션(1c)으로 연결된 브래킷에 의해 제 위치에 유지된다. 더욱 특별하게는, 고리형으로 이격된 하부 방사형 브래킷(6a)이 제공되고 삽입 부재의 원통형 부분(3b) 및 원통형 부분(3a)과 호퍼의 벽 세그먼트(21) 사이의 영역으로 용접되는 일 단부를 가진다. 삽입 부재의 상부부분의 최상부 또는 중간 섹션(3b)과 호퍼의 원통형 바디(1a)의 내부 벽 사이에 상부 방사형 브레킷(6b)이 제공된다.
고리형 공기 공간(AG)은 바람직하게는 삽입 부재(3)의 원통형 바디(1a)와 원통형 부분(3b) 사이의 원통형 중간 섹션(AG1) 및 삽입 부재(3)의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분(3a)과 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21) 사이의 하부 섹션(AG2)을 가진다.
유용하게는, 원뿔형 상부 섹션(3c 및 3d)은 상부를 향하여 테이퍼지고 재료가 호퍼(1) 내로 로딩될 때 재료의 확산기-분배기로서 작용하도록 축방향 로딩 입구(4a) 바로 아래 위치된다. 마주하는 측부 상에, 즉 벽 세그먼트(23)의 하단부에서, 호퍼(1)는 유용하게는 슬리브(24)에 의해 한정되는 방출 입구(4b)를 가진다.
본 발명의 변형예에 따라, 수 개의 접선방향 공급 덕트는 제습 공정 유체(예를 들면, 공기 또는 질소)를 위해 제공되며, 이 같은 덕트는 원통형 중간 벽 세그먼트(22)에 각도방향으로 분포한다, 즉 압력 균일 매니폴드 챔버(25) 내로 평행한 방식으로 또는 접선 방향으로 형성되고 공정 유체 소스(건조기)와 소통된다.
호퍼(1)의 하나의 이 같은 구조로, 제습 기상 수단 또는 공기는 접하는 덕트 또는 덕트들(26)로부터 접선방향 성분을 가지는 매니폴드 챔버(25) 내로 공급될 수 있어, 압력의 균일한 분포를 선호하는 챔버(25) 자체 내의 기상 수단의 소용돌이 운동을 형성하여 결론적으로 챔버의 작은 구멍(27)을 구비한 전체 영역을 따라 거의 균일한 압력 통로를 결정한다.
바람직하게는, 테이퍼형 하부 섹션(1c)의 상단부 및 삽입 부재(3)의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분(3a)은 이용중 동일한 수준에 있다.
도 7a 및 도 7b는 호퍼(1)의 구조와 유사한 호퍼 구조물을 도시하며, 이 호퍼 구조물에는 바람직하게는 원통형인 메인 바디(1a)가 더 길다, 즉 메인 바디가 삽입 부재(3)의 하부 원뿔형 섹션(3a)의 부분을 덮어서 접하는 공급 덕트(26)가 원통형 영역(1a)에 위치되지만, 항상 삽입 부재의 하부 원뿔형 단부(3a)에 위치할 때까지 메인 바디가 연장한다.
더욱 특별하게는, 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 하나 이상의 쌍의 벽을 포함하며, 하나(9)는 다른 것(8)을 적어도 부분적으로 둘러싸지만, 상이한 높이 및 테이퍼 각도(α,β)(테이퍼 각도(α) 또는 벽(9)의 코니시티> 테이퍼 각도 또는 벽(8)의 코니시티(β))를 구비하여, 고리형 공기 공간(AG) 외부의 적어도 하나의 챔버(25)를 이와 함께 한정하도록 한다.
더욱 특별하게는, 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 3개의 세그먼트가 아닌 오히려 단일 절두 원뿔형 단부이며 더욱이 두 개의 실질적인 동축 절두 원뿔형 벽으로 구성되며, 하나의 외측 또는 둘러싸는 벽(9)은 호퍼의 원통형 메인 바디(1a)와 더 긴 내부 벽(8)을 유체 밀봉되게 연결되고, 외부 벽(9)과 메인 바디(1a) 사이의 연결부에서 상부 수준로부터 더 긴 내부 벽은 벽(9)의 하단부로 연장한다. 벽들(8 및 9)사이의 상이한 코니시티에 의해, 고리형 챔버(25)가 벽들 사이를 한정한다.
바람직하게는, 테이퍼형 하부 섹션(1c) 및 더욱 특별하게는 벽(8) 및 삽입부(3)의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분(3a)의 상단부는 이용 중 동일한 수준에 있다.
본 발명에 따른 호퍼 구조물로, 아래의 단계를 포함하는, 플라스틱 과립형 재료 제습 방법이 달성될 수 있다;
- 본 발명에 따른 호퍼 구조물을 미리 배치하는 단계;
- 상부 로딩 입구(4a)에서 과립형 플라스틱 재료를 공급하는 단계; 및
- 제습 공정 유체를 공급 덕트 내로 그리고 챔버 내로, 그리고 후속적으로 공기 공간 내로 공급하는 단계.
더욱 특별하게는, 제습 공정 유체는 챔버(25) 내로 접선방향으로 공급되어, 공기 공간(AG) 내로 유체의 균일한 삽입을 얻기 위해 챔버 내에 소용돌이 상태를 형성하도록 한다.
이어서 제습 공정 유체는 챔버(25) 내로 이송되고, 챔버로부터 제습 공정 유체가 고리형 공기 공간(AG) 내로, 바람직하게는 고리형 공기 공간(AG)의 하부 섹션(AG2) 내로 공급되어, 공기 공간 내에 로딩된 과립형 플라스틱 재료와 충돌한다. 공정 유체는 이어서 공정 유체가 방출 입구 또는 개구(4c)를 통하여 방출되기 전에 공기 공간 내부로 상방으로 그리고 더욱 특별하게는 공기 공간의 원통형 중간 섹션(AG1)으로 상승한다. 과립형 플라스틱 재료는 대신 로딩 입구 또는 개구(4a) 내로 공급되고 이어서 제습 공정 유체에 대한 역-흐름으로 고리형 공기 공간(AG) 내로 떨어지거나 하강하고, 이어서 과립형 플라스틱 재료는 방출 개구(4b)를 통하여 방출되고 제습된다.
도 8에서, 제습 플랜트는 예를 들면 예비 성형품의 제조를 위한, PET와 같은, 과립형 플라스틱 재료의 처리를 위해 본 발명에 따라 도시된다.
이 같은 플랜트는 본 발명에 따른 호퍼(1), 과립형 플라스틱 재료의 공급기(101)를 포함하며, 공급기에 의해 과립형 플라스틱 재료가 미리-설정된 수준에 도달할 때까지 호퍼(1) 내부로 과립형 플라스틱 재료를 로딩하는 것이 가능하다.
호퍼(1)로부터 이용자(103)로 나오는 계량된 양의 제습된 과립형 재료를 이송하도록 의도된, 이송 수단(104, 105, 106)이 제공된다. 더욱 특별하게는, 호퍼(1)는 밸브(102)에 의해 차단가능한 자체의 방출 입구 또는 개구(4b)를 가지며, 밸브는 소정의 적절한 타입의 이송기 상으로, 또는 예비성형품의 몰딩 프레스(103)와 같은 이용자 수단의 요구 및 특정 잔류 시간의 함수로서 제습된 과립형 재료를 공급하기 위한 적절한 흡입 수단(104)과 연결된 흡입 덕트(106) 내로 방출될 수 있다.
원하는 경우, 일단 흡입 수단(104)에 의해 흡입된 (제습된) 과립형 플라스틱 재료는 예를 들면 프레스(103) 위에 직접 위치된, 보조 호퍼(105)로 공급된다. 동시에, 이 같은 단계로서, 처리되는 과립형 재료의 대응하는 로드가 공급기(101)에 의해 호퍼(1)의 상부에 공급된다.
건조기(107)는 또한 호퍼(1)로 연결된다. 제습 공정 유체를 예상된 처리 온도(PET에 대해 통상적으로 180℃)가 되게 하는 임무를 가지는 가열 그룹(109)을 횡단할 때, 이 같은 건조기는 전달 덕트(108)에 의해, 예를 들면 가압된, 제습 공정 유체를 처리되는(제습되는) 과립형 플라스틱 재료로 로딩된 호퍼(1)로 제공한다.
하나의 이 같은 플랜트로, 공기가 건조기(107)로부터 덕트(26)로 그리고 이어서 챔버(25)로 공급되고 챔버로부터, 작은 구멍(27)을 통하여, 호퍼의 상부를 향하여 상승하기 전에 과립형 플라스틱 재료 내에서 균일하게 확산된다.
공기가 과립형 플라스틱 재료를 통과하여(바닥으로부터 상부로) 호퍼의 상부에 도달하면, 배출 공기가 다시 한번 건조기(107)로 회수되기 전에, 배출 공기(즉, 과립형 재료로부터 흡수된 습기가 로딩된)는 하나 또는 둘 이상의 적절한 제습 공정 유체 방출 또는 유출 입구(4c)(도 4)를 통하여 하나 또는 둘 이상의 회수 덕트(112) 내로 들어간다.
삽입 부재(3)와 조합된 호퍼의 테이퍼형 하부 섹션(1c) 및 천공된 수집 챔버(25) 내부의 제습 기상 수단의 접선 방향의 취입 또는 공급의 특정 구조물에 의해, 본 발명에 따른 해결책은 처리된 과립형 플라스틱 재료 내의 습기의 정도 또는 양을 상당히 낮추는 최적 성능 뿐만 아니라 과립형 재료의 처리를 위한 에너지 소모의 감소를 허용한다.
호퍼의 내부 벽과 삽입 부재 사이의 공기 공간 내에 위치된 과립형 재료 내의 공기의 균일한 분배, 뿐만 아니라 덩어리 유동 타입의 과립형 재료의 하강 유동(이는 유럽 특허 출원 EP-2 090 856호에 설명된 바와 같이, 호퍼 및 삽입 부재의 구성에 의해 요구된다)에 대한 사실에 의해, 과립형 재료의 정확한 제습을 위해 필요한 공기 유량은 종래 기술에 따른 플랜트에서 필요한 공기 유량 보다 매우 적다. 결론적으로, 필요한 에너지 소모가 상당히 낮아진다.
시험 테스트는 본 발명에 따라 과립형 재료의 제습을 위한 호퍼 구조물(1)의 효율성을 테스트하기 위해 수행되었다.
도 9a, 도 9b, 및 도 9c를 참조하면, 온도 탐침 또는 센서가 도면부호 12A, 12B, 12C, 12D에 의해 표시된 상이한 수준에서 호퍼의 내부 벽과 삽입부 사이의 공기 공간에 배치되는 호퍼 구조물이 도시된다. 더욱 특별하게는, 센서(12A)는 테이퍼형 하부 섹션(1c)에 위치되고 센서(12B)는 원통형 상부 부분(1a)의 하단부에 위치되고 센서(12C)는 원통형 상부 부분(1a)의 중간 위치에 위치되고 마지막으로 센서(12D)는 원통형 상부 부분(1a)의 상단부에 위치된다.
도 9a 및 도 9c에 도시된 호퍼 구조물이 각각 도 3 및 도 2a의 종래 기술에 따른 호퍼 구조물에 대응되며, 도 9b에 도시된 호퍼 구조물은 도 7a에 도시된 본 발명에 따른 호퍼 구조물(1)에 대응된다는 것이 관찰될 것이다.
도 10의 그래프는 도 9a(곡선(13)) 및 도 9b(곡선(14))의 호퍼 구조물에서 소비된 시간의 함수로서 탐침(12A)에 의해 탐지된 온도를 나타낸다.
본 발명에 따른 호퍼 구조물로(곡선(14)), 미리-설정된 온도(예를 들면, 180℃)가 더욱 더 신속하게 도달할 수 있다. 그렇지 않으면, 종래 기술에 다른 호퍼 구조물(곡선(13))로, 도달된 온도(긴 시간 간격 후)는 100℃ 보다 작다는 것이 관찰된다.
본 발명에 따른 호퍼 구조물(챔버(25) 내 및 테이퍼형 하부 부분에서 접선 방향 공기 취입으로)은 과립형 플라스틱 재료가 들어 있는 공기 공간(AG) 내, 더욱 특별하게는 종래 기술에 따른 호퍼 구조물에 대한 공기 공간 자체의 하부 부분에서 더욱 균일한 분포에 의해 개선된 결과를 얻도록 한다.
기지된 바와 같이, 매우 낮은 습기 수준을 구비한 호퍼로부터 나오는 과립형 플라스틱 재료로부터 얻어진, 고 품질 플라스틱 재료로 제조된 품목 또는 최종 제품을 얻도록, 방사상 방향으로(즉 공기 공간 또는 호퍼의 갭에서 동일한 수준에서) 가능한 낮게 온도 변화를 가지는 것이 필수적이다; 그렇지 않으면, 호퍼 내의 축방향으로(즉, 하나의 수준로부터 호퍼 내의 공기 공간의 다른 수준으로 통과하는), 가장 큰 온도가 호퍼 내의 공기 공간(AG)의 하부 부분에서 탐지되고 가장 낮은 온도가 공기 공간(AG)의 상부에서 탐지된다.
테스트는 또한 본 발명에 따른 호퍼 구조물과 도 2a에 따른 호퍼 모두의 열-역학적 행동을 평가하도록 수행된다. 이 같은 테스트의 결과는 도 11, 도 12 및 도 13의 그레프에 도시된다.
도 11, 도 12 및 도 13에서, 대표 커브가 도 9b(곡선 15, 17 및 19) 및 도 9c(곡선 16, 18 및 20)의 호퍼 구조물에서 소모된 시간의 함수로서 탐침(12B, 12C, 및 12D)에 의해 탐지된 온도 변화를 도시한다. 이해되는 바와 같이, 호퍼 내에서 동일한 수준 또는 높이로 온도 변화의 평가를 위해 가동되게 장착된, 탐침 또는 센서(12B, 12C, 및/또는 12D)가 제공될 수 있으며, 동일한 직선 섹션의 수개의 지점에서 또는 호퍼의 공기 공간의 동일한 수준에서 온도 값을 탐지하기 위해 설정될 수 있으며, 또는 동일한 수준이지만 호퍼의 상이한 지점에서 배치되는, 두 개 또는 세 개 이상의 센서(12B 및/또는 12C 및/또는 12D)가 제공될 수 있다.
물론, 센서 또는 탐침(12B, 12C, 12D)은 호퍼의 내부 벽으로부터 더 큰 거리에 위치되며, 호퍼의 내부 벽 또는 내부 삽입 부재에 의해 "역학적"으로 명명된 제한 층 위에 위치된다.
관찰되는 바와 같이, 곡선(16, 18 및 20)을 분석함으로써, 열 변화의 100℃ 정점이 얻어지며, 본 발명에 따른 호퍼로 영에 근접한 값이 탐지된다.
이는 본 발명에 따른 호퍼 구조물에 의해, 과립형 플라스틱 재료가 호퍼 자체의 동일한 섹션이 주어진 경우, 전체 반지름 방향을 따라 동일한 온도에 있다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 호퍼 구조물이 호퍼 내부의 공기 유동의 균일한 운동 필드를 얻는 것을 가능하게 하는 것이 전적으로 명확하다.
종래 기술에 따른 호퍼 구조물에서, 재료 내에 확산되기 전에, 취입 공기 유동이 삽입 부재의 중앙에서 삽입 부재를 통과하며, 비록 적절한 절연 수단이 이용되는 경우조차, 하부 부분 내의 호퍼의 벽이 항상 원하는 제습 온도보다 낮은 온도에 있다는 것이 또한 고려될 수 있다. 더욱이, 이 같은 해결책에 따라, 공기는 삽입 부재에 근접한 호퍼의 중간 영역으로 공급되며, 호퍼의 중간 영역에는 적은 양의 과립형 플라스틱 재료가 있으며, 사실 플라스틱 재료는 주로 호퍼의 내부 벽에 근접하게 이동한다.
본 발명에 따른 호퍼 구조물로, 한편으로, 호퍼 내부에서 재료와 접촉하는 벽의 온도는 중앙 삽입 부재에 인접한 재료의 온도 보다 크거나 동일하다.
또한, 챔버(25)를 경유하여 그리고 이에 따라 작은 구멍(27)을 구비한 벽을 통하여 공기를 삽입함으로써, 삽입 부재의 원뿔형 하부면을 경유한 삽입 보다 넓은 분배면이 호퍼 내에 얻어진다. 더욱 직접적인 비교를 위해 도 4가 참조된다.
본 발명에 따른 해결책으로, 따라서 과립형 플라스틱 재료 내에 공정 공기를 균일하게 분배하는 것이 가능하다. 수직 방향으로 운동 필드는 공기 공간(AG)의 전체 하부 부분(AG2)에 결쳐 균일함을 초래하며, 공기 유동은 동일한 직선형 섹션이 주어진 경우 접선방향 및 방사상 성분을 가져서, 챔버(25) 내의 소용돌이 운동을 생성하여 결과적으로 천공된 시트 금속(27)의 전체 부분을 따라 균일한 방출 영역을 형성한다.
공기 유동의 저급한 분배는 열 교환에 부정적인 영향을 일으켜서, 호퍼로부터 존재하는 과립형 재료의 잔류 습기 상의 열 및 재료 평형 방정식(heat and material balance wquation)에 따른 영향을 가진다.
1952년의 랜즈 및 마샬 모델(Ranz and Marshall model)에 따라, 유체 흐름 내에 침지된 구에 대한 전체 열 교환 계수는 속도, 밀도, 압축성 및 점성의 특성에 종속하고 이어서 온도에 종속한다.
따라서, 또한 고 품질의 제조 품목을 얻도록 재료 내의 유체 흐름의 최적 분배를 가지는 것이 필수적이다.
특히 유럽 특허 출원 EP-2 090 856호에서 제시된 해결책을 참조하면, 본 특허 출원의 목적이 되는 해결책은 아래와 같은 것을 보장한다:
- 한편으로, 특히 전체 원주위를 따라, 특히 매니폴드 챔버(25)가 제공될 때 공기 공간을 통한 공기의 개선된 분포, 및
- 다른 한편으로, 삽입 부재 자체가 아닌 내부 벽에서 공기의 공급을 보장하며, 이에 따라 내부 벽에서 제습되는 더 큰 양의 과립형 플라스틱 재료가 존재한다.
지금부터 도 14를 참조하면, 도 6a 및 도 7a에 도시된 것과 유사한, 또 다른 실시예가 본 발명에 따른 호퍼 구조물이 도시되지만, 도 14에서 삽입 부재가 바닥으로부터 상부로 증가하는 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분을 포함하며, 유체-밀봉부가 바닥으로부터 상부로 감소하는 섹션을 구비한 원뿔형 또는 절두 원뿔형 상부 부분과 연결된다. 스페이서(6a)는 또한 테이퍼형 하부 부분을 위해 제공된다. 상부 원뿔형 또는 절두 원뿔형 섹션은 하부 원뿔형 또는 절두 원뿔형 섹션 보다 매우 큰 높이를 가진다.
이 같은 호퍼 구조물에 따라, 접선방향 취입 또는 공급은 테이퍼형 하부 부분에서 제습 공기 수단(예를 들면, 공기)을 위해 제공된다. 접선방향 공급은 접선 방향으로 배치되고 고리형 챔버(25) 내로 리딩되는 덕트(26)에 의해 얻어진다. 이어서 접선방향 덕트(26)에 의해 고리형 챔버(25) 내에 방출되는 공기는 호퍼 내부의 과립형 재료 내로 확산되기 전에, 내부 벽(21)의 하부 테이퍼형 섹션의 작은 구멍(27)을 구비한 시트 금속 부분 내로 배출된다.
도 14에 따른 호퍼 구조물은 도 4 내지 도 7b를 참조하여 설명된 본 발명에 따른 구조물과 같이, 과립형 재료 유동의 하강 속도 및 공기의 분배의 균일성을 얻는 것을 허용하지 않지만, 이 같은 호퍼 구조물 위의 과립형 플라스틱 재료를 위한 내부 함유 또는 수용 용적을 보정하여, 공기의 분배의 균일성과 한편으로는 하강 속도, 다른 한편으로는 내부 함유 또는 수용 용적 사이의 유용한 타협을 얻는 것을 허용한다.
본 발명에 따라, 제습 공기 유동은 제습 기상 수단이며, 기상 수단은 예를 들면 공기, 질소를 포함하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
대신 작은 구멍(27)은 제습되는 과립형 플라스틱 재료의 크기보다 더 작은 크기를 가진다.
본 발명의 호퍼 구조물은 다른 것 중에서 US-3 875 683호에 의해 제시된 호퍼와 상이하며, 이는 아래와 것을 포함하기 때문이다:
- 유체-밀봉된 삽입 부재; 및
- 둘러싸는 벽 또는 벽 세그먼트에 대해 접선방향으로 또는 평행하게 연결되는 제습 공정 유체를 공급하기 위한 덕트.
예를 들면 US-3 875 683호의 도 1을 보면, 제습 유체를 공급하기 위한 덕트는 실질적으로 호퍼의 벽에 대해 방사상으로 배향된다.
더욱이, US-3 875 683호에 따라 외부 챔버 및 삽입 부재가 제습 유체로 채워져야 하고 따라서 제습 유체를 공급하기 위한 덕트가 호퍼의 벽에 대해 접선방향으로 배향되는 호퍼를 이용하는 것은 무용적이고 불리하다는 것을 명심해야 한다.
더욱이, 이 같은 구조적 차이외에, 본 출원의 발명의 목적은 잔류시간이 실질적으로 일정하고 호퍼 내의 동일한 수준에서 과립체의 열 구배의 형성이 방지되거나 상당히 감소되는 호퍼 구조물을 제공하는 것이며, 반면 US-3 875 683호의 목적은 제습 가스 온도가 제습되는 재료를 포함하는 전체 고리형 공간 내에서 일정하게 유지되는 호퍼를 발명하는 것이다.
본 출원의 발명은 수직 축선을 따라 열 구배를 얻기에 적절한 호퍼 구조물에 관한 것이고, 이 호퍼 구조물에서 기상 유체는 호퍼의 하부 영역 내로 공급되고, 고리형 공간 내로 상승되고, 과립형 재료를 가열한다. 따라서, 기상 유체가 냉각되고, 기상 유체가 US-3 875 683호의 배기 기상 유체의 온도보다 낮은 온도에서 유출 덕트를 횡단하여, 현저한 에너지 절감을 얻을 수 있다.
위에서 보면, 본 발명의 호퍼는 US-3 875 683호에 의해 설명된 호퍼와 구조적으로 상이하며, 이에 관한 상이한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 하고, 다른 것 중에서 본 발명에 따른 호퍼에 의해, 에너지 소모가 감소되기 때문에, 이 같은 종래 미국 서류의 호퍼 보다 더 유용하다.
FR-2 674 944호가 관련하여, 유체 밀봉형 삽입 부재를 가지는 호퍼 구조물을 제시하지 않는다. 이해될 수 있는 바와 같이, 공기의 일 부분이 천공된 삽입부의 구멍을 횡단하며, 이는 압력 강하를 일으켜서 더 많은 양의 공기(제습 유체)가 요구된다.
더욱이, 이 같은 서류는 본 발명이 삽입 부재에 대해 완전히 상이한 삽입 부재를 가지는 호퍼를 제시한다. 사실, FR-2 674 944호의 삽입 부재는 상방으로 향하는 정점을 가지며, 반면 본 발명에 따른 삽입 요소는 바닥을 향하여 테이퍼지는 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 섹션 및 바람직하게는 원통형의 상부 부분에 의해 형성된다. 이에 대해, 도 1a 상에 도시된 호퍼와 관련한 논의가 적용된다, 즉 제습되는 재료 내의 처리 공기 흐름 또는 유동의 분배는 균일하지 않다.
또한 FR-2 674 944호에 따라, 구멍은 호퍼의 하부 테이퍼형 섹션의 내부 벽의 전체 길이를 통하여 형성되며, 반면 본 발명에 따른 복수의 작은 구멍은 바람직하게는 하부 테이퍼형 섹션의 밴드에만 형성된다는 것에 주목하여야 한다.
사실, 구멍이 FR-2 674 944호에 의해 제시된 바와 같은, 하부 테이퍼형 섹션의 전체 내부 벽을 따라 형성되는 경우, 제습 유체(예를 들면, 공기)는 과립형 재료를 위한 방출 개구를 통하여 방출될 수 있으며 공기 스트림의 일 부분이 역-흐름 관계로 횡단하지 않고 과립형 재료를 제습하지 않기 때문에 이는 제습에 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, 본 발명에 따라 호퍼가 FR-2 674 944호에 의해 제시된 바와 같이, 하부 테이퍼형 섹션의 전체 내부 벽을 따라 형성된 구멍을 가지는 호퍼에 의해 대체되어야 하는 경우, 과립형 재료를 방출하는데 있어서 문제점 또는 어려움이 발생되기 때문에, 시간당 제조 양이 감소될 수 있다.
상술된 종래의 해결책을 명심하는 본 기술분야의 기술자는 공기 또는 제습 유체가 삽입 부재 내로 직접 공급되고 후속적으로 삽입 부재의 천공된 하부 부분 내에 확산되는 해결책을 발명 또는 개선하기 위해 인용된다.
이 같은 해결책은 본 발명의 출원인의 이름으로 특허된 EP-2 090 856호에 의해 제시된 해결책과 유사한다.
EP-2 090 856호의 호퍼를 발명한 후, 출원인은 다수의 테스트를 수행하며, 이 테스트에 의해, 다른 것 중에서 유체-밀봉형 삽입 부재, 호퍼의 벽과 삽입 부재 사이의 경계를 한정하는 고리형 공간 외부의 챔버, 및 챔버에 대해 접선방향으로 또는 평행하게 배향되는, 외부 챔버로의 제습 유체를 공급하기 위한 덕트를 포함하는 호퍼를 이용하는 것이, 위에서 언급된 개선 결과를 얻을 수 있는 것으로 증명되었다.
어쨌든, 상술된 종래 기술이 조합되는 경우(알려지지 않은 이유 때문에), 이에 따라 얻어진 호퍼 구조물은 천공된 삽입 부재를 포함하지만 본 발명의 주요 구성으로서 유체-밀봉형 삽입 부재를 포함하지 않는다
상술된 호퍼 구조물은 청구범위의 내용에 의해 한정된 바와 같이 보호 범위 내에서 다양하게 변화 및 변형될 수 있다.
따라서, 예를 들면, 각도 방향으로 이격된 위치에 접선방향으로 고정되고 제습 기상 수단을 각각의 챔버(25) 내로 공급하도록 의도되는 수 개의 공급 덕트(26)가 제공될 수 있다. 이를 위해, 수 개의 챔버(25)가 제공될 수 있으며, 수 개의 챔버는 비 고리형 일 수 있지만, 테이퍼형 하부 섹션(1c)의 주변을 따라 분포된 원형 섹터를 구비할 수 있다.
또한, 호퍼는 사각 섹션 또는 소정의 경우 비-원형 섹션을 가질 수 있으며, 이 같은 경우 각각 상술되며, 예를 들면 벽들(8, 9, 22, 23)은 수 개의 다중으로 경사진 섹션들로 형성된다. 사각 섹션 호퍼의 경우, 예를 들면 공정 유체 공급 덕트(26)는 각각의 벽 또는 벽 섹션(9 또는 23)에 대해 실질적으로 평행하게 될 수 있다.
챔버(25)는 개구, 구멍 또는 소정의 경우 중간 덕트에 의해 고리형 공기 공간(AG)과 유체 소통되게 배치될 수 있으며, 따라서 복수의 작은 구멍이 필요하게 된다.

Claims (15)

  1. 제습 공정 유체에 의해 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물로서,
    - 이용 중 상부에 있는, 메인 바디(1a), 베어링, 처리되는 상기 과립형 플라스틱 재료를 위한 로딩 개구 또는 입구(mouth)(4a)를 구비한 폐쇄 벽(1b),
    - 상기 메인 바디(1a) 또는 상기 폐쇄 벽(1b) 상에 제공된 상기 제습 공정 유체를 위한 하나 이상의 방출 입구 또는 개구(4c),
    - 제습된 상기 과립형 플라스틱 재료를 위한 방출 개구(4b)로 종결되는 테이퍼형(tapered) 하부 섹션(1c),
    - 상기 메인 바디와 상기 테이퍼형 하부 섹션과 함께 고리형 공기 공간(AG)을 한정하도록 상기 메인 바디(1a) 내 및 상기 테이퍼형 하부 섹션(1c) 내에서 유체-밀봉되고 위치가능한 삽입 부재(3)로서, 상기 삽입 부재(3)는 바닥을 향하여 테이퍼지는 하나 이상의 원뿔형 또는 절두 원뿔형 하부 부분(3a) 및 상부 부분(3b)을 포함하는, 삽입 부재(3),
    상기 고리형 공기 공간(AG)에 대해 하나 이상의 제습 유체 공급 덕트(26)를 포함하는, 과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물에 있어서,
    상기 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 한 쌍 이상의 벽 또는 벽 세그먼트를 포함하며 상기 고리형 공기 공간(AG) 외부에 있으며 상기 고리형 공기 공간과 유체 소통되는 하나 이상의 챔버(25)를 한정하도록 상기 벽 또는 벽 세그먼트(9, 23, 22)는 다른 벽 또는 벽 세그먼트(8, 21)를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 상기 하나 이상의 챔버(25)는 둘러싸는 상기 벽 또는 벽 세그먼트(9, 23, 22)에 접선방향으로 또는 평행하게 배향되는 상기 하나 이상의 공급 덕트(26)로부터 제습 공정 유체가 공급가능한 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버(25)는 고리형인 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 하부 섹션(1c)은 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21), 중간 벽 세그먼트(22) 및 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)를 포함하며, 상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 상기 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)의 코니시티(conicity; α)와 상이한 코니시티(β)를 가지며 상기 챔버(25)를 한정하도록 상기 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23) 내로 연장되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 상기 중간 벽 세그먼트(22) 및 상기 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)의 내부 및 전체 거리에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 자신의 하부 단부에서 방출 입구(4b)와 소통되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 슬리브 덕트(24)와 소통되어 연결되고, 상기 슬리브 덕트로 상기 하부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(23)의 하단부가 또한 연결되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버(25)는 복수의 작은 구멍(27)을 통하여 상기 고리형 공기 공간(AG)과 유체 소통되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 작은 구멍(21)은 적어도 중간 벽 세그먼트(22)의 높이에 대응하는 높이에 대해 상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)의 밴드에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 절두 원뿔형 벽 세그먼트(21)는 용접되거나 그렇지 않은 경우 상기 중간 벽 세그먼트(22)의 상부 에지에 대한 유체 밀봉부와 고정되는 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입 부재(3)의 상기 상부 부분(3b)은 원통형인 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이퍼형 하부 섹션(1c) 및 상기 삽입 부재(3)의 상기 원뿔형 또는 상기 절두 원뿔형 하부 부분(3a)이 이용중 동일한 높이인 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 ,상기 공기 공간(AG) 내로 통과하기 전에 압력을 균등화하는, 공정 유체의 매니폴드인 것을 특징으로 하는,
    과립형 플라스틱 재료를 제습하기 위한 호퍼 구조물.
  13. 플라스틱 과립형 재료를 제습하는 방법으로서,
    - 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 호퍼 구조물을 미리 배치하는 단게;
    - 상부 로딩 입구(4a)에서 과립형 플라스틱 재료를 공급하는 단계: 및
    - 제습 공정 유체를 상기 하나 이상의 공급 덕트(26) 내로 그리고 이에 따라 상기 챔버(25) 내로, 그리고 후속적으로 고리형 공기 공간(AG) 내로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    플라스틱 과립형 재료를 제습하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 공기 공간(AG) 내로 유체의 균일한 삽입을 얻기 위해 상기 챔버 안에서 소용돌이 상태를 형성하도록, 상기 챔버(25) 내로 제습 공정 유체를 접선방향으로 공급하는 단계를 포함하는,
    플라스틱 과립형 재료를 제습하는 방법.
  15. 과립형 플라스틱 재료를 위한 처리 플랜트로서,
    청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 호퍼(1), 상기 호퍼(1) 내로의 과립형 플라스틱 재료의 공급기(101), 상기 호퍼로부터 나오는 계량된 양의 제습된 과립형 재료를 이용자에게 이송하도록 의도된 이송기 수단(104, 105, 106), 및 상기 호퍼(1)로 제습 공정 유체를 공급하도록 설정된 건조기(107)를 포함하는,
    과립형 플라스틱 재료를 위한 처리 플랜트.
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