KR102587643B1 - 플라스틱 과립 재료 처리용 중하중 와류 내부 장치 및 그에 관련된 방법 - Google Patents

플라스틱 과립 재료 처리용 중하중 와류 내부 장치 및 그에 관련된 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라스틱 과립 재료를 처리하기 위한 중하중 와류 내부장치(1)에 관한 것으로, 플라스틱 과립 재료를 수용하기 위한 진동 채널(10)로서, 상기 진동 채널은 채널 플로어(11) 및 서로 대향하는 2개의 측벽(12a, 12b)을 갖는 플라스틱 입상물을 수용하는 진동 채널(10)을 갖되, 진동 채널(10)의 길이는 길이 방향에 수직인 채널 단면의 최대 높이 및 폭보다 길이 방향(a)에서 더 큰, 진동 채널; 길이 방향(a) 및 수직 방향(z)에 의해 형성된 평면에 수직인 가로 방향 성분(y)을 갖는 진동 가진을 발생시키기 위한 적어도 2개의 진동 발생기(20); 및 진동 채널(10)의 길이 방향(a)으로 서로 이격되고, 각각은 채널 플로어(11) 및 측벽(12a,12b)을 외부에서 지지하고 또한 채널 플로어(11) 반대측면에서 진동 채널(10)을 브리지하는 적어도 2개의 채널 캐리어(31)를 포함하고, 여기서 하나의 진동 발생기(20)는 각각의 경우에 적어도 2개의 채널 캐리어(31)에 고정된다. 또한, 본 발명은 서로 달라붙는 경향이 있는 플라스틱 과립 재료의 결정화를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

플라스틱 과립 재료 처리용 중하중 와류 내부 장치 및 그에 관련된 방법
본 발명은 플라스틱 과립(granules)을 처리하기 위한 와류 트로프(swirling trough) 장치에 관한 것이다.
특정 플라스틱 과립은 과립의 구조를 변경하기 위해 실제 과립화 후에 특히 열적 후처리를 받는다. 예를 들어, 폴리락타이드 과립(PLA 과립) 폴리테트라플루오로에틸렌 과립(PET 과립)은 무정형 상태에서 과립화 공정으로부터 먼저 얻어진다. 무정형 과립은 결정화라고도 하는 후처리 단계에서 적어도 부분적으로 결정질 상태로 전환된다. 이는 분자 사슬 간의 정렬이 증가하는 결과가 된다.
온도 제어는 결정화에 대해 중요한 역할을 한다. 한편으로, 무정형 과립은 해당 반응 온도로 가져오거나 그 온도로 유지되어야 한다. 그러나, 다른 한편으로, 일부 과립, 예컨대 PLA 과립, PET 과립, 및 PU 과립은 전이(transition) 단계에서 서로 달라붙는 경향이 있다.
PLA 과립은 일반적으로 80 내지 120℃ 범위의 온도에서 과립기에서 나온다. 개별 PLA 과립 입자는 초기에 매우 끈적끈적한 표면을 가지고 있다. 유리 전이 온도는 약 60 내지 80℃이고 결정화 온도는 약 90℃로 매우 근접해 있기 때문에 결정화 중에 과립 입자가 서로 달라붙는데 이를 방지해야 하므로 PLA의 건조 및 결정화가 어렵다.
PET 과립은 또한, 약 80℃ 내지 170℃인, 결정화에 필요한 반응 온도에서 이미 끈적끈적하다. 따라서, 과립 입자의 응집을 방지하기 위해, 결정화 중에 움직여야 한다. 서로 달라붙는 경향은 결정화 정도가 증가함에 따라 감소한다.
이러한 과립 결정화를 위한 많은 기술적 해결책이 종래 기술로부터 알려져 있다.
보다 최근의 접근법은 과립화로부터 사전 건조된 따뜻한 과립을 바로 하류의 결정화 공정 동안 진동 가진(excitation)시키는 것을 고려하는 것에 기초한다. 진동 가진은 과립 입자의 접착을 방지한다. 동시에, 과립 입자에 저장된 공정 열을 결정화에 활용할 수 있으므로, 추가 열이 요구되지 않는다. 이와 대조적으로, 사일로에 일시적으로 저장된 과립은, 예를 들어, 접착을 방지하기 위해, 먼저 냉각된 다음 결정화를 위해 다시 가열되어야 한다.
EP 1 924 414 B1은, 와류 트로프 장치로 알려진 것을 사용하여, 결정화를 위한 반응 온도 범위에서 과립의 후처리를 개시하고 있다. 이러한 장치는 과립을 수용하기 위한 진동 트로프 및 진동 트로프의 진동 가진을 위한 적어도 하나의 진동 가진기(exciter)를 포함한다. 진동 가진은 진동 트로프의 길이 방향과 수직 방향에 걸쳐 있는 평면에 수직인 뚜렷한 가로 성분으로 발생한다.
이 특수한 유형의 진동 가진은 진동 트로프의 길이 방향으로 과립의 나선형 이동을 유발하며, 이는 와류 트로프 장치의 특징이다. 가로 방향의 진동 가진으로 인해, 과립 입자는 진동 트로프의 측벽에서 위쪽으로 이동한 다음, 수직 벽 부분에 도달할 때, 뒤이어 상승하는 과립 입자 위로, 트로프 내부로 다시 미끄러진다. 이로 인해 과립 입자가 서로 높은 상호 작용을 하는 중단 없는 연속 과립 유동이 발생하여, 과립 입자는 서로 공정 열을 교환할 수 있다. 이러한 방식으로, 결정화 단계에서 과립 입자의 매우 좁은 체류 시간 스펙트럼 뿐만 아니라, 동시에 매우 균질한 온도 프로파일이 달성되고, 이는 제품 품질에 유리한 영향을 미친다. 기존의 진동 컨베이어, 스크린 기계 또는 스크류 컨베이어를 사용하면, 과립 입자의 높은 상호 작용을 갖는 과립의 나선형 이동이 불가능하기 때문에 이러한 효과를 얻을 수 없다.
본 출원의 출원인에 귀속될 수 있는 EP 1924414 B1에 제안된 와류 트로프 장치는 디자인 문제로 상대적으로 소량의 제품 처리 속도에만 적합하다. 제품의 나선형 이동을 생성하는 데 필요한 가로 성분으로 인해, 제품 양이 증가함에 따라 진동 트로프의 수직 방향 및 길이 방향을 가로지르는 높은 질량 힘(mass force)이 발생한다.
본 발명의 목적은 플라스틱 과립의 결정화 동안 와류 트로프 장치를 사용하여 더 높은 제품 처리 속도를 달성하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치에 의해 달성된다. 상기 장치는, 트로프 베이스 및 2개의 대향 측벽을 갖는, 플라스틱 과립을 수용하기 위한 진동 트로프로서, 길이 방향으로 진동 트로프의 길이는 길이 방향에 수직인 트로프 단면의 최대 높이 및 폭보다 큰, 진동 트로프; 길이 방향 및 수직 방향에 의해 형성되는 평면에 수직인 가로 성분을 갖는 진동 가진을 발생시키기 위한 적어도 2개의 진동 가진기; 및 진동 트로프의 길이 방향으로 서로 이격되고, 각각은 외부에서 트로프 베이스 및 측벽을 지지하고, 또한 트로프 베이스 대향 측에서 진동 트로프를 브리지하는 적어도 두 개의 트로프 지지부를 포함하되; 하나의 진동 가진기는 각각의 경우에 적어도 2개의 트로프 지지부에 고정된다.
이러한 구성은 처음으로 제품 품질의 손실 없이 3 내지 10t의 질량을 갖는 제품 수량 처리를 가능하게 한다. 이 경우, 30 내지 60kgm/s2의 가속도를 달성할 수 있다.
트로프 지지부의 특수 디자인으로 인해, 가로 방향의 높은 질량 힘은 잘 관리될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예는 추가 청구범위의 주제를 형성한다.
따라서, 특히 안정적인 디자인을 위해, 트로프 지지부는 각각 진동 트로프를 방사상으로 둘러싸는 폐쇄형 링을 형성할 수 있다.
바람직하게는, 진동 트로프는 트로프 지지부를 실질적으로 수직으로 통과하여, 진동 트로프의 길이 방향 및 각각의 트로프 지지부의 주요 연장 평면이 75° 내지 88° 범위에서 가장 작은 각도를 둘러싸도록 한다. 따라서 트로프 지지부는 그 단면의 평면에서 실질적으로 진동 트로프를 보강한다.
한 변형예에서, 트로프 지지부의 주요 연장 평면은 진동 트로프의 길이 방향에 대해 실질적으로 가로질러 연장되는 수직 평면이다. 여러 개의 트로프 지지부가 진동 트로프의 길이 방향으로 서로 평행하게 배치될 수 있다.
다른 변형예에서, 트로프 지지부는 벽 두께가 일정한 일체형 지지 플레이트를 가지며, 여기에 진동 트로프용 통로 개구가 형성된다. 이러한 플레이트는 약간의 노력으로 생산될 수 있다. 필요한 경우, 플랜지 플레이트로 가장자리를 추가로 보강할 수 있다.
또한, 진동 트로프의 트로프 베이스는 공급 단부에서 출구 단부까지 길이 방향으로 아래쪽으로 기울어질 수 있다. 이는 진동 트로프를 통해 길이 방향으로 과립의 수송을 촉진한다. 바람직하게는, 제품 수송은 공급 단부에서 새로운 피드에 의해서만 이루어지지만, 선택적으로 진동으로 보조될 수도 있다. 그러나, 표면 진동 가진 성분은 가로 방향으로 정렬된 상태를 유지한다. 길이 방향으로 과립 입자의 높은 가속도는 회피된다.
바람직한 변형예에서, 진동 트로프의 트로프 베이스는 수평면에 대해 2° 내지 15° 범위의 각도로 길이 방향으로 기울어진다.
추가 변형예에 따르면, 진동 트로프의 공급 단부와 출구 단부 사이의 트로프 단면에는 장벽이 없다. 이는 제품 스트림의 혼합을 촉진하고 균질한 제품 품질에 유리하다.
트로프 지지부는, 한편으로는 강성이 높지만, 다른 한편으로는 적은 양의 재료를 필요로 하여 상대적으로 가벼운, 케이지형 하우징 구조물에 포함될 수 있다. 이를 위해, 추가 변형예에 따르면, 인접한 트로프 지지부는 진동 트로프의 길이 방향으로 적어도 3개의 길이 방향 부재(member)에 의해 서로 연결된다.
또한, 진동 가진의 힘 작용 방향은 진동 트로프의 제품 질량이 큰 경우에 정확하게 중요한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 바람직하게는, 또한 본 발명에 따른 장치의 전체 높이 및 지지와 관련하여, 진동 트로프 위, 그리고 바람직하게는 측벽 중 하나 옆의 위 또는 측면으로 외부 영역에서 진동 가진기들은 각각의 진동 가진기의 진동 가진의 힘 작용선이 측벽 사이의 진동 트로프 폭의 최대 20%, 바람직하게는 최대 10%의 거리에서 진동 가진기 측면 상의 측벽 상부 에지까지 연장되는 방식으로 배열된다. 진동 가진기의 상기 배열은 또한 하부로부터의 진동 트로프의 간단한 단열을 가능하게 한다.
바람직하게는, 각각의 진동 가진기의 진동 가진의 힘 작용선은 진동 트로프의 가로 방향으로 트로프 베이스의 중심의 상류와 교차하도록 진동 트로프의 폭에 정렬되고 정합된다.
추가 변형예에서, 가로 방향을 포함하는 수직 평면에서 각각의 진동 가진기의 진동 가진의 힘 작용선은 바람직하게는 트로프 베이스와 25° 내지 50° 범위의 각도를 둘러싼다. 너무 평평하고 너무 가파른 각도는 측벽에서 과립 입자의 원하는 상승과 진동 트로프에서 현저한 나선형 운동 또는 와류의 형성을 방해한다.
진동 트로프에서 과립의 나선형 이동을 촉진하기 위해, 트로프 베이스는, 트로프 단면의 평면에서 수평으로 진동 자극기로부터 아래쪽으로 경사진, 트로프 단면의 평면에서 직선 부분을 갖고, 특히 2° 내지 15°의 각도로 수평으로 기울어질 수 있다.
더 큰 트로프 폭의 경우, 직선 부분은 진동 트로프의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 비드에 의해 둘 이상의 직선 세그먼트로 분할될 수 있다. 이 경우, 평균 총 기울기는 바람직하게는 전술한 2° 내지 15°의 틀에 머문다.
이와 관련하여, 진동 트로프의 측벽들이 만곡부를 통해 트로프 베이스로 각각 병합된다면 더 유리하며, 여기에서 진동 가진기 측의 만곡부의 곡률 반경은 반대측의 만곡부의 곡률 반경보다 크다. 진동 가진기로부터 멀어지는 측의 줄어든 곡률 반경에 기인하여, 진동 트로프의 가용 용량도 증가한다.
바람직하게는, 반대측의 만곡부의 곡률반경에 대한 진동 가진기의 측의 만곡부의 곡률반경의 비율은 2 보다 크고, 더욱 바람직하게는 5 보다 크다.
또한, 측벽 사이의 진동 트로프의 폭에 대한 진동 가진기 측의 만곡부의 곡률 반경의 비율은 가능한 한 0.3 보다 작고 0.1 보다 크도록 선택되어야 한다.
이미 언급한 바와 같이, 진동 가진기 측의 만곡부의 곡률 반경은 반대측의 만곡부의 곡률 반경보다 더 크고, 특히 훨씬 더 커야 한다. 또 다른 변형예에서, 이러한 더 큰 곡률 반경은 진동 트로프의 최대 트로프 깊이, 즉, 이의 내부에서 측정된 진동 트로프의 높이의 적어도 1/4이 되도록 선택된다.
진동 트로프의 타깃 충전은 트로프 단면의 50%보다 크다.
위에서 설명된 헤비-듀티 와류 트로프 장치는 특히 서로 달라붙는 경향이 있는 플라스틱 과립을 결정화하는 방법을 수행하는 데 적합하다. 상기 방법은, 공급될 때, 결정화를 위한 그의 반응 온도 범위에서 그의 유리 전이 온도보다 높은 온도를 갖는 플라스틱 과립을 전술한 청구범위 중 하나에 따른 진동 트로프에 로딩하는 단계, 및 진동 트로프의 플라스틱 과립이 나선형 운동을 받는 방식으로 진동 가진기에 의해 진동 트로프를 가진시키는 단계를 포함하되, 진동 트로프에서 플라스틱 과립의 체류 시간은 20 내지 60분이고, 진동 트로프는 그 단면의 적어도 50%에 걸쳐 플라스틱 과립으로 채워진다. 이 경우, 과립의 공급은 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 그러나 일괄 작동도 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치의 3차원 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치의 다른 3차원 도면이다.
도 3은 도 1에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치의 단면도이다.
도 4는 비딩된 직선 부분을 갖는 변형예의 트로프 베이스의 상세도이다.
도 1 내지 도 3의 실시예는 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)의 형태로 플라스틱 과립을 결정화하기에 적합하고 이를 위해 구성된 장치를 도시한다. 본 발명의 기초가 되는 와류 트로프의 기술적 원리는 EP 1924414 B1에 설명되어 있으며, 그 내용은 본 개시에 명시적으로 포함된다.
도면 및 이하의 설명에서, x는 수평축을 나타내고, y는 x에 직교하는 수평축을 나타내고, z는 x 및 y에 직교하는 수직축을 나타내는 데카르트 좌표계 xyz를 참조한다. 수직축 z는 중력의 방향과 일치한다. 결과적으로 x축 및 y축은 중력 방향에 수직인 수평면 xy에 걸쳐 있다.
헤비-듀티 와류 트로프 장치의 경우, a는 장치의 길이 방향 축을 정의하고, b는 그에 직교하는 장치의 가로 방향을 정의하고, c는 a 및 b에 수평 직교를 정의하는 추가 데카르트 위치 좌표계 abc를 참조한다. 가로 방향 b는 y축과 일치한다. 다음에서 가로 방향에 대한 참조가 이루어진 경우, 이는 위에서 정의된 바와 같이 이해되어야 한다. 길이 방향 축 a는 x축과 일치하고, 수직 방향 c는 z축과 일치할 수 있다. 그러나, 일반적으로, 길이 방향 축 a 및 수직 방향 z는 대응하는 축 x 및 z를 향해 약간 기울어져 있으며, 이는 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
본 발명에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)는 처음에 플라스틱 과립을 수용하기 위한 진동 트로프(10)를 포함한다. 진동 트로프(10)는 실질적으로 U자형 단면 프로파일을 갖는 세장형 트로프 방식으로 디자인된다. 따라서, 트로프 베이스(11) 및, 트로프 베이스(11)에 의해 서로 연결되는, 2개의 대향 측벽(12a 및 12a)을 갖는다.
바람직하게는, 단면 프로파일은 진동 트로프(10)의 길이에 걸쳐 일정하다. 또한, 이것은 길이 방향(a)에서, 그 단부 사이에, 장벽이 없다.
측벽(12a 및 12b)은 서로 실질적으로 평행하게 배향될 수 있고 길이 방향으로 서로로부터 일정한 거리를 가질 수 있으며, 이는 바람직하게는 1,000 내지 3,000mm, 더욱 바람직하게는 1,500 내지 2,500mm의 범위이다. 그들은 진동 트로프의 길이 방향 및 수직 방향(a 및 c)로 연장된다.
측벽(12a 및 12b)은 각각 만곡부(13a 또는 13b)를 통해 트로프 베이스(11) 내로 합쳐진다.
트로프 베이스(11)는 원칙적으로 수평면(xy)에서 실질적으로 평평한 표면으로 디자인될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 진동 트로프(10)의 길이 방향(a) 및/또는 가로 방향(b)으로 약간 기울어져 있다.
따라서, 진동 트로프(10)의 트로프 베이스(11)는, 공급 단부(14)로부터 출구 단부(15)로의 과립의 통과를 촉진하기 위해, 공급 단부(14)로부터 진동 트로프(10)의 출구 단부(15)까지 길이 방향(a)으로 아래쪽으로 기울어질 수 있다. 이것은 특히 진동 트로프(10) 내의 과립의 공급이 진동 트로프(10) 내로 과립의 공급에 의해서만 전적으로, 즉, 진동 지지부를 이송하지 않고, 달성되어야 하는 경우이다. 그러나, 그 변형예에서, 길이 방향(a)으로의 과립의 공급은 또한 진동적으로 생성될 수 있다. 후자는 또한 진동 트로프(10)에서 과립의 공급 방향을 역전시킬 가능성을 포함한다.
길이 방향(a)으로의 경사는 바람직하게는 수평면(xy)에 대해 2° 내지 15° 범위의 각도(α)에서 발생한다. 위에서 정의한 좌표계와 관련하여, 이는 길이 방향 축 a가 x축과 언급된 각도 α로 설정됨을 의미한다.
가로 방향(b)으로 트로프 베이스(11)의 기울기가 도 3에 표시되어 있다. 트로프 베이스(11)는 트로프 단면의 평면에서 직선 부분, 즉, 평면 bc를 가지며, 이는, 제1 측벽(12a)에서 제2 측벽(12b)까지, 트로프 단면의 평면 bc에서 수평 b까지 아래쪽으로 경사진다. 트로프 베이스(11)의 직선 부분은 특히 수평 b에 대해 2° 내지 15°의 각도 β로 경사지는 것이 바람직하다. 따라서 트로프 베이스(11)는 진동 트로프(10)의 가로 방향(b)으로 경사진 평면을 나타낸다.
실시예의 변형예에서, 트로프 베이스(11)의 직선 부분은, 진동 트로프(10)의 길이 방향(a)으로 연장되는, 하나 이상의 비드(11a)에 의해, 상대적으로 서로에게 각진, 2개 이상의 직선 세그먼트(11b, 11c)로 분할된다. 도 4는, 예로서, 2개의 직선 세그먼트(11b 및 11c)를 갖는 비딩된 트로프 베이스(11)의 단면을 도시한다. 이 경우, 트로프 베이스(11)가 만곡부(13a, 13b)에 합류하는 지점 사이에서 측정되는, 평균 전체 기울기(β)는 바람직하게는 2° 내지 15°의 범위에서 유지된다. 트로프 베이스(11)의 비드는 강화 효과를 달성한다.
이미 언급한 바와 같이, 진동 트로프(10)의 측벽(12a 및 12b)은 각각 만곡부(13a 및 13b)를 통해 트로프 베이스(11) 내로 합쳐진다. 이 경우, 도 3에도 나타낸 바와 같이, 한 측면의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra)는 반대측면의 만곡부(13b)의 곡률 반경(rb)보다 크다. 먼저 언급된(first-mentioned) 측면의 만곡부(13a) 영역에서, 와류 형성이 과립에서 발생한다. 반대측면의 더 작은 곡률 반경(rb)은 진동 트로프(10)의 큰 충전 부피에 유리하며, 그 결과 높은 제품 처리량이 달성될 수 있다.
보다 큰 곡률 반경(ra)은 진동 트로프(10)의 최대 트로프 깊이(t), 즉, 이의 내부에서 측정된 진동 트로프(10)의 높이의 적어도 1/4이 되도록 선택된다.
먼저 언급된 측면의 만곡부(13a)의 곡률반경(ra) 대 반대측면의 만곡부(13b)의 곡률반경(rb)의 비율은 2보다 크고, 보다 바람직하게는 5보다 크다.
특히, 먼저 언급된 측면의 만곡부(13a)에 대한 적절한 곡률 반경(ra)은 트로프 폭 1,800mm에서 180 내지 450mm의 범위에 있다.
측벽(12a 및 12b) 사이의 진동 트로프(10)의 안목폭(w), 즉, 가로 방향(b 또는 y)으로 이의 연장과 관련하여, 먼저 언급된 측면의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra) 대 진동 트로프(10)의 폭의 비율은 바람직하게는 0.25 미만 및/또는 0.1보다 크다.
통상적으로, 안목폭(clear width, w)는 트로프 깊이(t)보다 크도록 선택된다.
본 발명에 따른 장치(1)는 진동 트로프(10) 상에 진동 가진을 생성하기 위한 적어도 2개의 진동 가진기(20)를 더 포함하고, 여기에서 진동 가진은 가로 방향(b 또는 y)의 성분을 갖는다. 진동 가진의 이러한 가로 방향 성분은, 진동 트로프(10)의 단면 프로파일의 형성과 관련하여, 진동 트로프(10)에서 길이 방향(a)에 평행한 축 주위 과립의 와류 또는 나선형 이동 형성에 대해 결정적이다. 또한, 진동 가진은 수직 방향(z) 또는 높이 방향(c)의 성분을 포함할 수 있다. 반대로, 세로 방향(a) 또는 x-축 방향의 비율은 무시할 수 있다.
진동 가진기(20)는, 예를 들어, 모든 진동 가진기(20)에 의한 가진이 동기적으로 발생하도록 서로 결합되는, 지향성 가진기로서 디자인될 수 있다. 그러나 다른 유형의 가진기도 가능하다.
진동 가진기(20)는 진동 트로프(10)에 직접 부착되지 않고, 오히려 케이지형 하우징 구조물(30)에 부착되며, 이는 아래에서 더 자세히 설명되고 진동 트로프(10)를 운반한다.
하우징 구조물(30)은 2개 이상의 트로프 지지부(31)에 기초하며, 바람직하게는 평행하게, 즉, 진동 트로프(10)의 길이 방향(a)으로 연속적으로 배열된다. 이 경우, 트로프 지지부(31)는, 도 1 및 도 2에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 각각 서로 이격되어 있다. 트로프 지지부(31)는 초기에 별도의 부품으로 생산될 수 있다. 이 경우, 3개의 트로프 지지부(31)가 예로서 도시되어 있다. 그러나, 진동 트로프(10)의 길이에 따라, 그 개수는 또한 더 적거나 더 크게 선택될 수 있다.
하우징 구조물(30)은 또한 인접한 트로프 지지부(31)가 서로 견고하게 연결되는 길이 방향 부재(32)를 갖는다. 본 경우에, 적어도 2개의 인접한 트로프 지지부(31) 또는, 선택적으로, 또한 모든 트로프 지지부(31)를 연결하기 위해, 진동 트로프(10)에 측면으로, 바람직하게는 x-방향으로 연장되는, 3개의 길이 방향 부재(32)가 제공된다. 길이 방향 부재(32)는 로드 형상 또는 바 형상일 수 있다. 하나의 변형예에서, 이들은 일정한 단면 프로파일을 갖는다. 특히, 길이 방향 부재(32)는 또한 중공 프로파일로 디자인될 수 있다.
하우징 구조물(30)은 스프링(40)을 통해 기판에 대해 지지된다. 스프링(40)은 바람직하게는 트로프 지지부(31)의 적어도 일부 상에 배열된다.
진동 가진기(20)는 바람직하게는 트로프 지지부(31) 상의 진동 트로프(10) 위에, 그리고 바람직하게는 먼저 언급된 측면의 측벽(12a) 위에, 또는 그 외부로 약간 측면에 안착된다.
진동 트로프(10)에서 3 내지 10t 크기 수준으로 다량의 과립을 동시에 처리하는 것과 관련하여, 트로프 지지부(31)는 특별한 방식으로 디자인된다.
트로프 지지부(31)의 단면은 도 3에서 명확하게 볼 수 있다. 트로프 지지부(31)는 진동 트로프(10)에 견고하게 연결된다. 특히, 트로프 지지부(31)는, 하부 베이스 부분(31c)으로부터 수직 상향으로 연장되는, 2개의 수직 지주(31a 및 31b)를 갖는다. 수직 지주(31a 및 31b)는 브래킷 부분(31d)에 의해 서로 연결되어, 진동 트로프(10)를 위한 통로 개구(33)가 상기 부분(31a 내지 31d) 사이에 형성된다. 트로프 지지부(31)는 x-축 및 z-축 방향으로의 주요 연장부를 갖는다. 즉, x-방향으로의 연장부는 이에 비해 상대적으로 상대적으로 작아서, 디스크형 또는 플레이트형으로 지칭될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 트로프 지지부(31)는 트로프 베이스(11) 및 진동 트로프(10)의 측벽(12a 및 12b)을 외부에서 지지한다. 따라서, 수직 지주(31a 및 31b)는 외부에서 진동 트로프의 측벽(12a 및 12b)에 기대게 된다. 마찬가지로, 트로프 베이스(11)는 하부 베이스 부분(31c) 상에 받쳐진다.
또한, 트로프 지지부(31)는 트로프 베이스(11) 반대측면에서 진동 트로프(10)를 브리지한다. 따라서, 수직 지주(31a 및 31b)를 서로 연결하는 브래킷 부분(31d)은 가로 방향(b 또는 y)으로 진동 트로프(10) 위로 연장된다.
본 경우에, 트로프 지지부(31) 각각은 진동 트로프(10)를 방사상으로 둘러싸는 폐쇄형 링을 형성한다.
이 경우에, 진동 트로프(10)는 트로프 지지부(31)를 대략 수직으로 통과한다. 즉, 진동 트로프(10)의 길이 방향(a)은 각각의 트로프 지지부(31)의 주요 연장 평면(xy)과 75° 내지 90° 범위에서 가장 작은 각도를 에워싼다.
그 결과, 하우징 구조물(30) 상에 진동 트로프(10)의 매우 안정적인 장착이 달성되어, 상대적으로 경량이 되도록 디자인될 수 있다. 특히, 가로 방향(b)으로의 진동 트로프(10)의 넓어짐 또는 폭 확장이 상쇄된다.
하나의 변형예에서, 트로프 지지부(31) 각각은, 진동 트로프(10)용 통로 개구(33)가 형성되는, 일정한 벽 두께를 갖는 일체형 지지 플레이트(34)를 갖는다. 추가 보강은 지지 플레이트(34)의 외부 에지에 용접된 플랜지 플레이트(35)에 의해 매우 쉽게 달성될 수 있다.
일체형 지지 플레이트(34) 대신에, 진동 트로프(10)를 직접 지지하는 트로프 지지부(31)의 링 구조물은 또한 여러 개별 부품으로 조립되고, 특히 용접될 수 있다.
또한, 트로프 지지부(31)를 주물로 제작하는 것이 가능하다.
진동 가진기(20)는, 각각의 진동 가진기의 진동 가진의 힘 작용선(k)이 진동 가진기 측면의 측벽(12a)의 상부 에지(12c)에 대한 측벽(12a, 12b) 사이의 진동 트로프(10)의 폭(w)의 최대 20%, 보다 바람직하게는 최대 10% 거리에 연장되는 방식으로, 하나의 측벽(12a) 위 또는 측면으로 외부 영역에서 진동 트로프(10) 위의 트로프 지지부(31)에 배열된다.
각각의 진동 가진기(20)의 진동 가진의 힘 작용선(k)은 바람직하게는 진동 트로프(10)의 가로 방향(b 또는 y)으로 트로프 베이스(11)의 중심 상류에서 트로프 베이스(11)와 교차한다. 이는, 진동 트로프(10)의, 진동 가진기 측면에서, 보다 완만하게 만곡된 만곡부(13a) 영역에서 와류 형성을 촉진하고, 처리될 과립 입자 사이의 많은 충돌 횟수를 보장한다.
또한, 가로 방향(b 또는 y)을 포함하는 수직 평면(yz)에서 각각의 진동 가진기(20)의 진동 가진의 힘 작용선(k)은 트로프 베이스(11)와 25° 내지 50° 범위의 각도(γ)를 둘러싼다.
위의 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)를 활용하여, 3 내 10t의 과립 질량이 제품 품질의 손실 없이 동시에 처리될 수 있으며, 여기에서 30 내지 60kgm/s2 범위의 가속 값이 가능하며, 이는 과립 입자가 서로 달라붙지 않는 것을 보장한다.
이 경우, 진동 트로프(10)의 타깃 충전은 트로프 단면의 50%보다 클 수 있다. 즉, 과립을 위한 처리 공간의 양호한 활용이 달성된다.
트로프형 진동 트로프(10)를 반경 방향으로 둘러싸기 때문에, 트로프 지지부(31)는 제품 흐름 방향을 가로지르는 y-축 방향으로 도입되는 힘을 흡수하는 데 특히 적합하다. 이러한 힘은 대량의 제품 충전의 경우 매우 크고, 제품의 동적 가진, 및 특히, 배제될 수 없는, 제품 내의 덩어리 형성에 의해 그 효과가 추가로 증폭될 수 있다.
진동 트로프(10)의 달성 가능한 폭은 대략 1,000 내지 3,000mm이다. 이 경우, 5,000 내지 10,000mm의 시공 길이가 가능하다.
이것은, 특정 플라스틱의 경우에, 점점 더 높은 성능, 즉, 거의 일정한 체류 시간에 대량 제품이 요구되지만, 직렬로 사용되는 진동 트로프의 수는, 설치 및 비용상의 이유로, 가능한 한 최대 3개의 와류 트로프 장치로 제한된다는 사실을 고려한다.
진동 트로프(10)를 운반하고, 여러 개의, 바람직하게는 디스크형의, 트로프 지지대(31)로 구성되며, 각각은 트로프형 진동 트로프(10)를 방사상으로 둘러싸는 동시에 진동 가진기(20)에 의해 도입된 힘을 흡수하는 하우징 구조물(30)의 디자인은, 높은 가로 방향 힘을 지지하는 능력에도 불구하고, 비교적 가볍고 생산하기에 적절하다.
위에서 설명한 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)는 특히 서로 달라붙는 경향이 있는 플라스틱 과립, 예컨대 PLA, PET 또는 PU를 결정화하는 방법을 수행하는 데 적합하다. 이를 위해, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)의 진동 트로프(10)에는 공급 시 이미 가열된, 즉, 특히 결정화를 위한 이의 반응 온도 범위에서 이의 유리 전이 온도 초과의 온도를 갖는 플라스틱 과립이 적재된다.
특히, 미가공 과립은, 상기 과립을 미리 냉각시킬 필요 없이, 에너지 절약의 관점에서, 과립화 장치로부터 직접 가져올 수 있다. 그러나, 이것은, 제한된 공간 조건의 경우에, 후속 와류 트로프 또는 와류 트로프들을 위한 충분한 공간이 있어야 함을 의미하며, 이는 큰 처리량을 가능하게 하는 컴팩트한 디자인이 매우 중요한 이유이다.
진동 트로프(10)는, 진동 트로프(10)에서 플라스틱 과립이 나선형 또는 와류와 같은 움직임을 받아, 과립이 잘 섞이도록 하는 방식으로, 트로프 지지부(31)에 공간적으로 유리하게 부착된, 진동 가진기(20)에 의해 가진된다. 결과적으로 모든 과립 입자에 대한 온도 프로파일이 매우 균일하게 유지된다. 즉, 모든 과립 입자가 가능한 한 동일한 조건에서 처리되어, 매우 균질한 제품 품질이 확립된다.
진동 가진 하에서 진동 트로프(10) 내의 플라스틱 과립의 체류 시간은, 진동 트로프가 단면적의 약 50% 이상으로 충전될 때, 일반적으로 20 내지 60분이다. 체류 시간이 끝나는 시점에, 과립 입자가 더 이상 끈적이지 않는 정도까지 결정화가 진행되어, 입자는 완전히 충전되거나 추가 장치에서 더 높은 결정화도로 결정화될 수 있다.
본 발명은 하나의 가능한 실시예 및 추가 변형을 참조하여 위에서 상세하게 설명되었다. 실시예 및 변형은 본 발명의 실현 가능성을 증명하는 역할을 한다. 추가적인 개별 특징의 맥락에서 위에서 설명된 기술적 개별 특징은 또한, 기술적으로 가능한 한, 명시적으로 설명되지 않은 경우에도, 상기 추가적인 개별 특징과 독립적으로 그리고 다른 개별 특징과 조합하여 구현될 수 있다. 따라서 본 발명은 구체적으로 기술된 실시예에 명시적으로 제한되지 않지만, 청구범위에 의해 정의된 모든 실시예를 포함한다.

Claims (19)

  1. 헤비-듀티 와류 트로프 장치로서,
    플라스틱 과립을 수용하기 위한 진동 트로프(10)로서, 트로프 베이스(11) 및 2개의 대향 측벽(12a, 12b)을 갖고, 길이 방향(a)에서 상기 진동 트로프(10)의 길이는 상기 길이 방향에 수직인 트로프 단면의 최대 높이 및 폭보다 큰, 진동 트로프(10);
    상기 길이 방향(a)과 수직 방향(z)에 의해 형성되는 평면에 수직한 가로 방향 성분(y)을 갖는 진동 가진을 발생시키기 위한 적어도 2개의 진동 가진기(20); 및
    상기 진동 트로프(10)의 길이 방향(a)으로 서로 이격되고, 각각은 트로프 베이스(11)와 측벽(12a, 12b)을 외부로부터 지지하고 또한 상기 트로프 베이스(11) 대향 측의 상기 진동 트로프(10)를 브리지하는 적어도 2개의 트로프 지지부(31)를 포함하고,
    진동 가진기(20) 중 하나는 각각의 경우에 적어도 2개의 상기 트로프 지지부(31)에 고정되고,
    상기 진동 트로프(10)가 상기 트로프 지지부(31)를 실질적으로 수직으로 통과하여, 상기 진동 트로프(10)의 길이 방향(a) 및 해당 트로프 지지부(31)의 주요 연장 평면은 75° 내지 90° 범위의 최소 각도를 둘러싸는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트로프 지지부(31) 각각은 상기 진동 트로프(10)를 방사상으로 둘러싸는 폐쇄 링을 형성하는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트로프 지지부(31)의 주요 연장 평면은 수직 평면(yz)인 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트로프 지지부(31)는 일정한 벽 두께를 갖는 일체형 지지 플레이트(34)를 가지며, 여기에 상기 진동 트로프(10)용 통로 개구(33)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 트로프(10)의 트로프 베이스(11)가 공급 단부(14)로부터 출구 단부(15)를 향해 길이 방향(a)으로 기울어지는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 트로프(10)의 트로프 베이스(11)가 공급 단부(14)로부터 출구 단부(15)를 향해 길이 방향(a)으로 수평면(xy)에 대해 2° 내지 15° 범위의 각도(α)로 기울어지는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 트로프(10)의 공급 단부(14)와 출구 단부(15) 사이의 트로프 단면에는 장벽이 없는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 트로프 지지부(31)는 상기 진동 트로프(10)의 길이 방향(a)에서 적어도 3개의 길이 방향 부재(32)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 가진기(20)는, 해당 진동 가진기(20)의 진동 가진의 힘 작용선(k)이 상기 진동 가진기 측면 상의 측벽(12a, 12b)과 측벽(12a)의 상부 에지(12c) 사이의 상기 진동 트로프(10)의 안목폭(clear width)의 최대 20% 거리에 연장되는 방식으로, 임의의 측벽(12a) 위 또는 측면으로 외부 영역에서 상기 진동 트로프(10) 위에 배열되는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 해당 진동 가진기(20)의 진동 가진의 힘 작용선(k)은 상기 진동 트로프(10)의 가로 방향(b, y)에서 상기 트로프 베이스(11)의 중심의 상류에서 상기 트로프 베이스(11)와 교차하고,
    가로 방향(b, y)을 포함하는 수직 평면에서 해당 진동 가진기(20)의 진동 가진의 힘 작용선(k)은 상기 트로프 베이스(11)와 25° 내지 50° 범위의 각도(γ)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트로프 베이스(11)는, 상기 트로프 단면의 평면(bc)에서 수평(b)으로 상기 진동 가진기(20)로부터 멀어지는 방향으로 2° 내지 15°의 각도(β)로 기울어진 상기 트로프 단면의 평면(bc)에서 직선 부분을 갖는 것을 특징으로 하는, 비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 트로프 베이스(11)는 상기 길이 방향으로 적어도 하나의 비드(11a)를 갖는 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동 트로프(10)의 측벽(12a, 12b)은 각각 만곡부(13a, 13b)를 통해 상기 트로프 베이스(11) 내로 합쳐지고, 상기 진동 가진기(20) 측의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra)는 반대측의 만곡부(13b)의 곡률 반경(rb)보다 큰 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  14. 제13항에 있어서,
    반대측의 만곡부(13b)의 곡률 반경(rb)에 대한 상기 진동 가진기(20) 측의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra)의 비율은 2 보다 크고,
    상기 측벽(12a, 12b) 사이의 상기 진동 트로프(10)의 폭에 대한 상기 진동 가진기(20)의 측의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra)의 비율은 0.3 보다 작고 0.1 보다 크고,
    상기 진동 가진기(20)의 측의 만곡부(13a)의 곡률 반경(ra)은 상기 진동 트로프(10)의 최대 트로프 깊이(t)의 적어도 1/4인 것을 특징으로 하는, 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1).
  15. 서로 달라붙는 경향이 있는 플라스틱 과립을 결정화하는 방법으로서,
    공급될 때, 유리 전이 온도보다 높고 결정화를 위한 반응 온도 범위의 온도를 갖는 플라스틱 과립을 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 헤비-듀티 와류 트로프 장치(1)의 진동 트로프(10)에 적재하는 단계, 및
    상기 진동 트로프(10) 내의 상기 플라스틱 과립이 나선형 운동을 받는 방식으로 상기 진동 가진기(20)에 의해 상기 진동 트로프(10)을 가진시키는 단계를 포함하고,
    상기 진동 트로프 내의 상기 플라스틱 과립의 체류 시간은 20 내지 60분이고 상기 진동 트로프(10)는 그 단면의 적어도 50%에 걸쳐 플라스틱 과립으로 채워지는 것을 특징으로 하는, 방법.
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