KR20030033079A - Vapor collection method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
코팅된 재료의 건조 중에 구성 성분들의 제거 및 회복을 위한 종래의 조작은 건조 유닛 또는 오븐을 일반적으로 사용한다. 수집 후드들 또는 포트들은 개방식 및 폐쇄식 건조 시스템에 이용되어 기판 또는 재료로부터 방출된 용해력이 있는 증기를 수집한다. 종래의 개방식 증기 수집 시스템은 주위의 공기를 끌어들이지 않고는 원하는 기체상 구성 성분들만을 선택적으로 끌어들이는 것이 불가능한 공기 처리 시스템을 이용한다. 폐쇄식 증기 수집 시스템은 밀폐된 체적을 정화하기 위해 비활성 기체 순환 시스템을 일반적으로 채용한다. 어느 시스템에서도, 주위 공기 또는 비활성 기체의 도입은 기체상 구성 성분들의 농도를 희석시킨다. 그래서, 희석된 증기 유동으로부터의 증기의 후속적인 분리는 어렵고 비효율적이다.Conventional operations for the removal and recovery of components during drying of the coated material generally use a drying unit or oven. Collection hoods or ports are used in open and closed drying systems to collect solvent vapor released from the substrate or material. Conventional open vapor collection systems utilize an air treatment system in which it is impossible to selectively attract only the desired gas phase components without drawing ambient air. Closed vapor collection systems generally employ an inert gas circulation system to purify the enclosed volume. In either system, the introduction of ambient air or inert gas dilutes the concentration of gas phase components. Thus, subsequent separation of the steam from the dilute steam flow is difficult and inefficient.
또한, 종래의 증기 수집 시스템과 관련된 열역학은 기판 또는 재료에서의 또는 그 부근에서의 증기의 바람직하지 않은 응축을 종종 허용한다. 다음, 응축물은 기판 또는 재료 위에 떨어질 수 있으므로 재료의 외형 또는 기능적 측면에 악영향을 미칠 수도 있다. 산업적인 환경에 있어, 공정과 처리 설비를 둘러싼 주위 조건은 외부의 물체를 포함할 수도 있다. 대용량의 건조 유닛에서, 외부의 물체는 종래의 건조 시스템의 높은 체적 유동에 의해 수집 시스템 내로 끌어들여질 수도 있다.In addition, thermodynamics associated with conventional vapor collection systems often allow undesirable condensation of vapor on or near the substrate or material. The condensate may then fall onto the substrate or material and thus adversely affect the appearance or functional aspects of the material. In an industrial environment, the ambient conditions surrounding the process and processing equipment may include external objects. In large capacity drying units, external objects may be drawn into the collection system by the high volume flow of conventional drying systems.
주위의 공기 또는 비활성 기체와 기체상 구성 성분들을 실질적으로 희석시키지 않고 기체상 구성 성분들을 수집하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 외부의 물체의 혼입을 방지하기 위해 산업적인 환경에 있어 비교적 낮은 체적 유동으로 기체상 구성 성분들을 수집하는 것이 이로울 것이다.It would be desirable to collect the gaseous components without substantially diluting the gaseous components with the ambient air or inert gas. It would also be beneficial to collect gaseous constituents with relatively low volume flow in an industrial environment to prevent the incorporation of external objects.
이 출원은 전체가 참조로 본 명세서에 합체된 미국 가출원 제60/235,214호(2000년 9월 24일 출원), 제60/235,221호(2000년 9월 24일 출원) 및 제60/274,050호(2001년 3월 7일 출원)에 대해 우선권을 주장하고 있다. 본 발명은 증기 수집 방법에 관한 것으로, 특히 기체상 구성 성분들의 수집을 실질적인 희석 없이 가능하게 하는 방법에 관한 것이다.This application is incorporated by reference in US Provisional Application Nos. 60 / 235,214, filed Sep. 24, 2000, 60 / 235,221, filed Sep. 24, 2000, and 60 / 274,050, both incorporated herein by reference. Claim on March 7, 2001). The present invention relates to a steam collection method, and more particularly to a method that enables the collection of gaseous constituents without substantial dilution.
도1은 본 발명의 개략도이다.1 is a schematic diagram of the present invention.
도2는 본 발명의 기체상 수집 장치의 바람직한 실시예의 개략도이다.2 is a schematic diagram of a preferred embodiment of the gas phase collection device of the present invention.
도3은 본 발명의 기체상 수집 장치의 바람직한 실시예의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of a preferred embodiment of the gas phase collection device of the present invention.
도4는 본 발명의 기체상 수집 장치의 바람직한 실시예의 사시도이다.4 is a perspective view of a preferred embodiment of the gas phase collection device of the present invention.
도5a는 간극 건조 시스템과 결합된 본 발명의 하나의 바람직한 실시예의 개략도이다.5A is a schematic diagram of one preferred embodiment of the present invention in combination with a gap drying system.
도5b는 선택적인 기계적 시일과 결합된 하나의 바람직한 실시예의 개략도이다.5B is a schematic of one preferred embodiment combined with an optional mechanical seal.
도6은 선택적인 신축자재의 기계적 시일과 결합된 하나의 바람직한 실시예의 개략도이다.6 is a schematic view of one preferred embodiment combined with a mechanical seal of optional stretchable material.
도7은 본 명세서에 제공된 예에서 기술된 기체상 수집 시스템 및 장치의 다른 하나의 바람직한 실시예의 개략도이다.7 is a schematic diagram of another preferred embodiment of the gas phase collection system and apparatus described in the examples provided herein.
본 발명은 기체상 구성 성분들을 실질적인 희석 없이 이송시켜서 포집하기 위한 방법과 장치를 제공한다. 이 방법과 장치는 기판의 표면에 아주 근접한 챔버를 이용하므로 기판의 표면 부근에서 기체상 구성 성분들의 수집을 가능하게 한다.The present invention provides a method and apparatus for transporting and collecting gaseous constituents without substantial dilution. This method and apparatus uses a chamber in close proximity to the surface of the substrate, thereby allowing the collection of gaseous components near the surface of the substrate.
본 발명의 방법에서는, 인접한 기체상을 갖는 적어도 하나의 주요 표면을 갖는 적어도 하나의 재료가 제공된다. 다음, 챔버가 재료의 표면에 아주 근접하게 위치되어 챔버와 재료 사이에 간극을 형성한다. 이 간극은 3cm 이하인 것이 바람직하다. 챔버와 표면과 재료 사이의 인접한 기체상은 상당한 양의 질량을 차지하는 영역을 형성한다. 인접한 기체상으로부터의 질량의 적어도 일부는 상기 영역을 통하는 유동을 유도함으로써 챔버를 통해 이송된다. 기체상의 유동은 다음의 수학식에 의해 나타내어진다.In the method of the present invention, at least one material is provided having at least one major surface with an adjacent gas phase. The chamber is then positioned very close to the surface of the material to form a gap between the chamber and the material. This gap is preferably 3 cm or less. The adjacent gaseous phase between the chamber and the surface and the material forms an area that occupies a significant amount of mass. At least a portion of the mass from the adjacent gas phase is transported through the chamber by directing flow through the region. The gas phase flow is represented by the following equation.
[수학식 1][Equation 1]
M1+ M2 + M3 = M4M1 + M2 + M3 = M4
여기에서, Ml은 압력 변화에 기인하여 간극을 통하여 상기 영역 내로의 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 전체 순 시간 평균 질량 유동이고, M2는 재료의 적어도 하나의 주요 표면으로부터 상기 영역 내로 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 시간 평균 질량 유동이고, M3은 재료의 이동에 기인하여 간극을 통하여 상기 영역 내로의 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 전체의 순 시간 평균 질량 유동이고, M4는 챔버를 통하는 단위 폭당 이송된 질량의 시간 평균 속도이다. 본 발명에서, 폭을 한정하는 치수는 재료의 운동에 대하여 수직 방향이고 그리고 재료의 평면으로의 간극의 길이이다.Here, Ml is the total net time average mass flow per unit width through the gap into and through the chamber due to the pressure change, and M2 is the unit width through and into the region from at least one major surface of the material. Is the time-averaged mass flow, M3 is the total net time-averaged mass flow per unit width through the gap into and through the chamber due to the movement of the material, and M4 is the time-averaged velocity of mass transferred per unit width through the chamber to be. In the present invention, the width defining dimension is perpendicular to the motion of the material and the length of the gap in the plane of the material.
본 발명의 방법과 장치는 챔버를 통하여 이송되는 희석 기체의 양을 실질적으로 감소시키도록 설계되어 있다. 재료의 표면에 아주 근접한 챔버와 작은 부압 변화의 사용은 희석 기체, 즉 M1의 실질적인 감소를 가능하게 한다. 압력 변화, 즉 ΔAp는 챔버의 하부 원주에서의 압력(pc)과 챔버 외부의 압력(po) 사이의 차이로서 한정되며, 여기에서 Δp=pc-po이다. Ml의 값은 일반적으로 0 보다 크고 0.25kg/sec/m 이하이며, 바람직하게는, Ml은 0 보다 크고 0.1kg/sec/m 이하이며, 가장 바람직하게는, 0 보다 크고 0.01kg/sec/m 보다 크지 않다.The method and apparatus of the present invention are designed to substantially reduce the amount of diluent gas delivered through the chamber. The use of chambers in close proximity to the surface of the material and small negative pressure changes allows for a substantial reduction of the diluent gas, M1. The pressure change, ΔAp, is defined as the difference between the pressure pc at the lower circumference of the chamber and the pressure po outside the chamber, where Δp = pc-po. The value of Ml is generally greater than 0 and less than 0.25 kg / sec / m, preferably Ml is greater than 0 and less than 0.1 kg / sec / m, most preferably greater than 0 and 0.01 kg / sec / m Not greater than
다른 표현으로, M1에 기인한 평균 속도는 챔버로 유입되는 희석 기체상 구성 성분들의 유동을 표현하기 위하여 이용될 수도 있다. 재료의 표면의 아주 근접한챔버와 작은 부압 변화의 사용은 간극을 통하는 평균 전체 순 기체상 속도, 즉 <v>의 실질적인 감소를 가능하게 한다. 본 발명에 있어, <v>의 값은 일반적으로 0 보다 크고 0.5m/sec 이하이다.In other words, the average velocity due to M1 may be used to represent the flow of dilute gas phase components entering the chamber. The use of very close chamber and small negative pressure variations of the surface of the material allows for a substantial reduction in the average overall net gas phase velocity, i.e., <v> through the gap. In the present invention, the value of <v> is generally greater than 0 and less than or equal to 0.5 m / sec.
본 발명의 방법은 수학식 1에서 M1을 실질적으로 감소시킴으로써 인접한 기체상 내의 기체상 구성 성분의 희석을 상당히 감소시키고자 하는 것이다. Ml은 압력 변화에 의해 야기된 영역 내로의 전체의 순 기체상 희석 유동을 나타낸다. 인접한 기체상의 질량의 희석은 기체상 수집 시스템과 후속의 분리 조작의 효율에 악영향을 미칠 수도 있다. 본 발명의 방법에 있어, M1은 0 보다 크고 0.25kg/sec/m 이하이다. 또한, 챔버와 재료의 표면 사이의 비교적 작은 간극으로 인해, 유도 유동에 의해 야기된 간극을 통한 기체상 구성 성분들의 체적 유속은 일반적으로 0.5m/sec보다 높지 않다.The method of the present invention seeks to significantly reduce the dilution of gas phase components in adjacent gas phases by substantially reducing M1 in equation (1). Ml represents the total net gas phase dilution flow into the region caused by the pressure change. Dilution of adjacent gas phase masses may adversely affect the efficiency of the gas phase collection system and subsequent separation operations. In the process of the invention, M1 is greater than 0 and less than 0.25 kg / sec / m. In addition, due to the relatively small gap between the chamber and the surface of the material, the volumetric flow rate of the gas phase components through the gap caused by the induced flow is generally no higher than 0.5 m / sec.
이 방법은 증기 구성 성분들의 바람직한 수집이 효율적인 방식으로 필요한 용도에 매우 적합하다. 유기 및 무기 용제는 기판 또는 재료 위에의 바람직한 성분의 침전을 허용하기 위해 운반체로서 종종 이용되는 구성 성분들의 예이다. 이 구성 성분들은 용제의 증발을 허용하기 위하여 충분한 양의 에너지를 공급하는 것에 의해 기판 또는 재료로부터 일반적으로 제거된다. 기판 또는 재료로부터 제거된 증기상 구성 성분들을 회복하는 것은, 바람직하고, 건강을 위해 종종 필요하고, 안전하고, 환경적인 이유가 있다. 본 발명은 실질적인 양의 희석 유동을 도입하지 않고 증기 구성 성분들을 수집하고 이송시키는 것이 가능하다.This method is well suited for applications where the desired collection of vapor components is required in an efficient manner. Organic and inorganic solvents are examples of components that are often used as carriers to allow for precipitation of the desired components on a substrate or material. These components are generally removed from the substrate or material by supplying a sufficient amount of energy to allow evaporation of the solvent. Recovering vapor phase components removed from the substrate or material is desirable and often necessary for health, for safe and environmental reasons. The present invention makes it possible to collect and transport vapor components without introducing a substantial amount of dilution flow.
바람직한 실시예에서, 본 발명의 방법은 적어도 하나의 증발성 구성 성분을포함하는 재료의 사용을 포함한다. 챔버는 재료의 표면에 아주 근접하게 위치된다. 다음, 에너지는 증기 구성 성분을 형성하기 위하여 적어도 하나의 증발성 구성 성분을 증발시키도록 재료를 향하게 된다. 증기 구성 성분의 적어도 일부는 챔버 내에서 포집된다. 증기 구성 성분은 일반적으로 고농도로 포집되므로 분리와 같은 후속의 공정이 보다 효율적으로 되게 한다.In a preferred embodiment, the process of the invention involves the use of a material comprising at least one evaporative component. The chamber is located very close to the surface of the material. Energy is then directed to the material to evaporate at least one vaporizable component to form a vapor component. At least some of the vapor components are collected in the chamber. Steam components are generally collected at high concentrations, making subsequent processes such as separation more efficient.
본 발명의 장치는 재료를 지지하기 위한 지지 기구를 포함한다. 재료는 인접한 기체상을 갖는 적어도 하나의 주요 표면을 가지고 있다. 챔버는 재료의 표면에 아주 근접하게 설치되어 표면과 수집 챔버 사이에 간극을 형성한다. 챔버와 재료 사이의 인접한 기체상은 상당한 양의 질량을 포함하는 영역을 형성한다. 챔버와 연통하는 기구는 인접한 기체상 내의 질량의 적어도 일부의 이송을 상기 영역을 통해 유도한다. 질량의 상기 영역을 통한 챔버 내로의 이송은 수학식 1에 의해 나타나 있다. 챔버 내의 증기는 추가적인 처리를 위해 분리 기구로 선택적으로 운반될 수도 있다.The device of the present invention includes a support mechanism for supporting a material. The material has at least one major surface with an adjacent gas phase. The chamber is installed very close to the surface of the material to form a gap between the surface and the collection chamber. Adjacent gas phase between the chamber and the material forms a region containing a significant amount of mass. The mechanism in communication with the chamber directs the transfer of at least a portion of the mass in the adjacent gas phase through the region. The transfer of mass into the chamber through this region is represented by equation (1). The vapor in the chamber may optionally be transported to a separation device for further processing.
본 발명의 방법 및 장치는 바람직하게는 이동 웨브로부터 용제를 이송시키고 수집하는 것에 사용하기에 적합하다. 작동시, 챔버는 증기들을 고농도로 수집하기 위하여 계속적으로 이동하는 웨브 위에 설치된다. 증기의 낮은 체적 유동과 높은 농도는 용제 회복의 효율을 개선하고 종래의 구성 성분 수집 장치와 관련된 오염 문제들을 실질적으로 제거한다.The method and apparatus of the present invention are preferably suitable for use in transferring and collecting the solvent from the moving web. In operation, the chamber is installed over a web that continuously moves to collect vapors at high concentrations. Low volume flow and high concentrations of steam improve the efficiency of solvent recovery and substantially eliminate contamination problems associated with conventional component collection devices.
본 발명의 방법 및 장치는 종래의 간극 건조 시스템과 결합하여 사용되는 것이 바람직하다. 일반적으로 간극 건조 시스템은 재료 내의 증발성 구성 성분들의증발 및 후속의 응축을 위해 고온 판과 응축 판 사이의 좁은 간극을 통해 재료를 운반한다. 본 장치의 형상은, 간극 건조 시스템의 다양한 위치에 있어, 간극 건조 유닛으로 유입되거나 이로부터 유출되기 전에 재료의 표면상에서 인접한 기체상 으로 대체로 존재될 수 있는 기체상 구성 요소들의 추가적인 포집을 가능하게 한다.The method and apparatus of the present invention is preferably used in combination with a conventional gap drying system. Generally, the gap drying system conveys the material through a narrow gap between the hot plate and the condensation plate for evaporation and subsequent condensation of the evaporative components in the material. The shape of the apparatus allows for the further collection of gaseous components, which may be generally present in adjacent gaseous phase on the surface of the material before entering or exiting the gap drying unit at various locations in the gap drying system. .
본 발명에 있어서, 본 출원에 사용된 용어는 다음과 같이 정의된다. "시간 평균 질량 유동"은 수학식로 나타내어지고, 여기에서 MI는 시간 평균 질량 유동(kg/sec)이고, t는 시간(sec)이고, mi는 순간적인 질량 유동(kg/sec)이다.In the present invention, the terms used in the present application are defined as follows. "Time average mass flow" is expressed as Where MI is the time-averaged mass flow (kg / sec), t is the time (sec), and mi is the instantaneous mass flow (kg / sec).
"압력 변화"는 챔버와 외부 환경사이의 압력 차이를 의미한다."Pressure change" means the pressure difference between the chamber and the external environment.
"유도 유동"은 압력 변화에 의해서 일반적으로 야기된 유동을 의미한다."Induction flow" means a flow generally caused by a change in pressure.
다른 특징과 이점들은 실시예에 대한 이하의 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백하게 될 것이다.Other features and advantages will be apparent from the following detailed description and claims of the embodiments.
본 발명의 상기 이점뿐만 아니라 다른 이점들은 첨부된 도면들이 참조되면 이하의 상세한 설명으로부터 당업자에게 쉽게 알 수 있게 될 것이다.The above advantages as well as other advantages of the present invention will be readily apparent to those skilled in the art from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 방법 및 장치(10)는 도1에 일반적으로 설명되어 있다. 이 방법은 인접한 기체상(도시되지 않음)을 갖는 적어도 하나의 주요 표면(14)을 갖는 재료(12)를 제공하는 것을 포함한다. 배출 포트(18)를 갖는 챔버(16)는 챔버(16)의 하부 원주(19)와 재료(12)의 표면(14) 사이에 간극을 형성하기 위해 아주 근접하게 위치된다. 간극은 바람직하게는 3 cm 이하의 높이(H)를 갖는다. 챔버(16)의 하부 원주(19)와 재료(12)의 표면(14) 사이의 인접한 기체상은 상당한 양의 질량을 가지고 있는 영역을 형성한다. 이 영역 내의 질량은 일반적으로 기체상이다. 그러나, 당업자라면 상기 영역이 액체상 또는 고체상 또는 모든 3상의 조합 내에 있는 질량을 포함할 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.The method and apparatus 10 of the present invention is described generally in FIG. The method includes providing a material 12 having at least one major surface 14 having an adjacent gas phase (not shown). The chamber 16 with the discharge port 18 is located in close proximity to form a gap between the lower circumference 19 of the chamber 16 and the surface 14 of the material 12. The gap preferably has a height H of 3 cm or less. The adjacent gaseous phase between the lower circumference 19 of the chamber 16 and the surface 14 of the material 12 forms an area with a significant amount of mass. The mass in this region is generally gaseous. However, those skilled in the art will appreciate that the region may comprise masses in the liquid or solid phase or in all three phase combinations.
질량의 적어도 일부는 유도 유동에 의해 챔버(16)를 통하여 이송된다. 유동은 당업자라면 일반적으로 알고 있는 종래의 기구에 의해 유도될 것이다. 챔버 내로 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 질량의 유동은 수학식 1에 의해 나타내어진다.At least a portion of the mass is transferred through the chamber 16 by induced flow. The flow will be guided by conventional instruments commonly known to those skilled in the art. The flow of mass per unit width into and through the chamber is represented by equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
MI + M2 + M3 = M4MI + M2 + M3 = M4
도1은 본 발명의 방법을 조작하는데 있어 발생되는 여러 가지의 유동 흐름들을 도시한다. M1은 압력 변화에 기인하여 간극을 통하여 상기 영역 내로의 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 전체 순 시간 평균 질량 유동이다. 본 발명에 있어서, M1은 본질적으로 희석 유동을 나타낸다. M2는 상기 재료의 적어도 하나의 주요 표면으로부터 상기 영역 내로 챔버를 통하는 단위 폭당 시간 평균 질량 유동이다. M3은 재료의 이동에 기인하여 간극을 통하여 상기 영역 내로의 그리고 챔버를 통하는 단위 폭당 전체 순 시간 평균 질량 유동이다. M3은 일반적으로 기계적인 항력으로서 알려져 있으며 재료가 통과함에 따라 챔버의 아래에서 재료의 이동에 의해 당겨지는 질량과 챔버의 아래로부터 유출되는 질량 모두를 포괄한다. 재료가 챔버의 아래에서 정적인 경우에, M3은 0일 것이다. 간극(H)이 균일한 경우(즉, 챔버의 입구와 출구에서의 간격이 동일한 경우)에, M3은 0이다. 입구와 출구의 간극들이 균일하지 않을 때(즉, 동일하지 않을 때), M3은 0이다. M4는 챔버를 통하는 단위 폭당 이송된 질량의 시간 평균 속도이다. 재료는 챔버를 통하여 이송되지 않고 간극을 통하여 상기 영역 내로 이송될 수 있는 것이 이해된다. 이러한 유동들은 수학식 1에 포함된 전체의 순 유동들에 포함되지 않는다. 본 발명에 있어서, 폭을 한정하는 치수는 재료의 이동에 대하여 수직 방향으로의 그리고 재료의 평면으로의 간극의 길이이다.Figure 1 shows the various flows of flow generated in operating the method of the present invention. M1 is the total net time average mass flow per unit width through the gap into the region and through the chamber due to pressure changes. In the present invention, M1 essentially represents a dilution flow. M2 is the time average mass flow per unit width through the chamber from at least one major surface of the material into the region. M3 is the total net time average mass flow per unit width through the gap into the region and through the chamber due to the movement of the material. M3 is generally known as mechanical drag and covers both the mass pulled by the movement of the material under the chamber as it passes and the mass exiting from the bottom of the chamber. If the material is static below the chamber, M3 will be zero. When the gap H is uniform (that is, when the gaps at the inlet and the outlet of the chamber are the same), M3 is zero. When the gaps between the inlet and outlet are not uniform (ie, not equal), M3 is zero. M4 is the time-averaged velocity of mass transferred per unit width through the chamber. It is understood that material can be conveyed into the region through the gap without being conveyed through the chamber. These flows are not included in the overall net flows included in equation (1). In the present invention, the width defining dimension is the length of the gap in the direction perpendicular to the movement of the material and in the plane of the material.
본 발명의 방법과 장치는 챔버를 통하여 이송되는 희석 기체의 양을 상당히 감소시키도록 설계된 것이다. 재료의 표면의 아주 근접한 챔버와 극히 작은 부압 변화의 사용은 희석 기체, 즉 M1의 실질적인 감소를 가능하게 한다. 압력 변화, Δp는 챔버 하부 원주에서의 압력(pc)과 챔버 외부의 압력(po) 사이의 차이로서 한정되며, 여기에서 Δp=pc-po이다. Ml의 값은 일반적으로 0 보다 크고 0.25kg/sec/m 이하이다. M1은, 바람직하게는, 0 보다 크고 0.1kg/sec/m 이하이며, 보다 바람직하게는, 0 보다 크고 0.01kg/sec/m 이하이다.The method and apparatus of the present invention are designed to significantly reduce the amount of diluent gas delivered through the chamber. The use of very small negative pressure changes and chambers in close proximity of the surface of the material allows for a substantial reduction of the diluent gas, M1. The pressure change, Δp, is defined as the difference between the pressure pc at the lower chamber circumference and the pressure po outside the chamber, where Δp = pc-po. The value of Ml is generally greater than 0 and less than 0.25 kg / sec / m. M1 becomes like this. Preferably it is larger than 0 and is 0.1 kg / sec / m or less, More preferably, it is larger than 0 and 0.01 kg / sec / m or less.
다른 표현으로, M1에 기인한 평균 속도는 챔버를 통하는 희석 기체상 구성 성분들의 유동을 표현하기 위하여 이용될 수 있다. 재료의 표면의 아주 근접한 챔버와 작은 부압 변화의 사용은, 간극을 통하는 전체 순 평균 기체상 속도, <v>의 실질적인 감소를 가능하게 한다. Ml에 기인한 평균 기체상 속도는 다음과 같이 정의된다. <v> =Ml/ρA. 여기에서, Ml은 상기와 같이 정의되고, ρ는 kg/입방미터이고, A는 평방미터 내에서 상기 영역 내로의 유동을 위해 이용 가능한 횡단면적이다. 여기에서, A=H(2w+2ℓ)인데, H는 상기와 같이 정의되고, w는 재료의 이동에 대하여 수직 방향으로의 간극의 길이이고, ℓ은 재료의 이동 방향으로의 간극의 길이이다. 본 발명에 있어서, <v>의 값은 일반적으로 0 보다 크고 0.5m/초 이하이다.In other words, the average velocity attributable to M1 can be used to represent the flow of dilute gas phase components through the chamber. The use of small negative pressure changes and chambers in close proximity of the surface of the material enables a substantial reduction in the overall net average gas phase velocity, <v>, through the gap. The average gas phase velocity due to Ml is defined as follows. <v> = Ml / ρA. Here, Ml is defined as above, p is kg / cubic meter and A is the cross sectional area available for flow into the area within square meters. Here, A = H (2w + 2 L), where H is defined as above, w is the length of the gap in the direction perpendicular to the movement of the material, and l is the length of the gap in the direction of movement of the material. In the present invention, the value of <v> is generally greater than 0 and 0.5 m / sec or less.
표면에 챔버를 아주 근접하게 하는 것과 비교적 작은 압력 변화는, 인접한 기체상으로 챔버를 통하는 질량의 이송을 최소의 희석으로 가능하게 한다. 그래서, 더 높은 농도의 하부 유동 속도가 이송되어 수집될 것이다. 본 발명의 방법은기체상으로 위치된 비교적 소량의 질량을 이송시켜 수집하기에 또한 적합하다. 간극 높이는 일반적으로 3cm 이하이며, 바람직하게는 1.5cm 이하이며, 가장 바람직하게는 0.75cm 이하이다. 또한, 바람직한 실시예에서, 간극은 챔버의 원주 주위에서 실질적으로 균일하다. 그러나, 간극은 특정한 응용을 위해 변화되거나 균일하지 않을 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 챔버는 챔버 아래에서 운반되는 재료 또는 웨브보다 더 넓은 원주를 가질 수도 있다. 이러한 경우에, 챔버는 압력 변화로부터 단위 폭당 시간 평균 질량 유동(Ml)을 보다 더 감소시키기 위해 측면들을 밀봉하도록 설계될 수 있다. 챔버는 또한 다른 기하학적 구조의 재료 표면에 부합하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 챔버는 원통형의 표면에 부합하는 반원형의 하부 원주를 가질 수 있다.The close proximity of the chamber to the surface and the relatively small pressure changes allow the transfer of mass through the chamber to adjacent gas phases with minimal dilution. Thus, a higher concentration of lower flow rate will be transported and collected. The method of the present invention is also suitable for transporting and collecting relatively small amounts of mass located on gas. The gap height is generally 3 cm or less, preferably 1.5 cm or less, and most preferably 0.75 cm or less. Also in a preferred embodiment, the gap is substantially uniform around the circumference of the chamber. However, the gap may not be varied or uniform for a particular application. In a preferred embodiment, the chamber may have a wider circumference than the material or web carried under the chamber. In such a case, the chamber may be designed to seal the sides to further reduce the time average mass flow Ml per unit width from the pressure change. The chamber can also be designed to conform to material surfaces of other geometries. For example, the chamber may have a semicircular lower circumference that matches the cylindrical surface.
이용된 재료는 챔버에 아주 근접하게 위치될 수 있는 어떠한 재료를 포함할 수도 있다. 바람직한 재료는 웨브이다. 웨브는 하나 이상의 재료층들 또는 기판 위에 도포된 코팅들을 포함할 수도 있다.The material used may comprise any material that can be located in close proximity to the chamber. Preferred materials are webs. The web may include one or more layers of material or coatings applied over the substrate.
챔버는 기체상 구성 성분들을 챔버 내로 끌어들이는 것을 실패하는 것에 대비하여 기체상 구성 성분들의 실질적인 희석없이 또는 과도한 손실없이 기체상 구성 성분들의 충분한 수집을 제공하도록 적절하게 치수 결정되고 작동된다. 당업자라면 기체상 구성 성분들의 적당한 회복을 위해 주어진 재료의 증발 속도와 필요한 유동 속도를 모두 설정하도록 챔버를 설계하고 작동시킬 수 있다. 가연성의 기체상 구성 성분들에 의해, 안전 이유로 인하여 인화성 상한 이상의 농도에서 증기를 포집하는 것이 바람직하다. 또한, 간극은 웨브의 실질적인 부분 상에 유지될 수도있다. 몇몇 챔버들도 또한 웨브 처리 경로를 따라 여러 가지 지점들에서 작동될 수도 있다. 각각 개별적인 챔버는 공정 및 재료의 변동을 설정하기 위해 서로 다른 압력, 온도 및 간극으로 작동될 수도 있다.The chamber is suitably dimensioned and operated to provide sufficient collection of gaseous components without substantial dilution or excessive loss of the gaseous components in preparation for failing to draw the gaseous components into the chamber. Those skilled in the art can design and operate the chamber to set both the evaporation rate and the required flow rate of a given material for proper recovery of gas phase components. With combustible gas phase components, it is desirable to trap steam at concentrations above the flammable upper limit for safety reasons. In addition, the gap may be retained on a substantial portion of the web. Some chambers may also be operated at various points along the web processing path. Each individual chamber may be operated at different pressures, temperatures and gaps to establish process and material variations.
상기 영역으로부터 챔버를 통하는 질량의 이송은 압력 변화를 유도하는 것에 의해 이루어진다. 압력 변화는 일반적으로 기계식 장치, 예를 들어, 펌프, 송풍기, 팬에 의해 발생된다. 압력 변화를 유도하는 기계적인 장치는 챔버와 연통한다. 그러므로, 압력 변화는 챔버를 통해 그리고 챔버 내의 배출구를 통해 질량 유동을 시작시킬 것이다. 당업자라면 압력 변화가 기체상 구성 성분들의 밀도 증감으로부터 얻어질 수도 있다는 것을 또한 알 수 있을 것이다.The transfer of mass from the region through the chamber is by inducing a pressure change. Pressure changes are generally generated by mechanical devices such as pumps, blowers and fans. The mechanical device that induces the pressure change is in communication with the chamber. Therefore, the pressure change will start mass flow through the chamber and through the outlet in the chamber. Those skilled in the art will also appreciate that pressure changes may be obtained from density variations of gas phase components.
챔버는 이 챔버를 통해 이송되는 질량의 상을 조절하는 하나 이상의 기구를 포함할 수도 있으므로 질량 내의 구성 성분들의 상 변화를 제어한다. 예를 들면, 종래의 온도 제어 장치들은 챔버의 내부 부분 상에 응축이 형성되는 것을 방지하도록 챔버 내에 합체될 수도 있다. 종래의 온도 제어 장치들의 비제한적인 예는 가열 코일, 전기 가열기 및 외부의 열원을 포함한다. 가열 코일은 증기 구성 성분의 응축을 방지하도록 챔버 내에 충분한 열을 제공한다. 종래의 가열 코일과 열전달 유체는 본 발명에 사용되기에 적합하다.The chamber may include one or more mechanisms to regulate the phase of the mass transported through the chamber, thereby controlling the phase change of the components in the mass. For example, conventional temperature control devices may be incorporated within the chamber to prevent condensation from forming on an interior portion of the chamber. Non-limiting examples of conventional temperature control devices include heating coils, electric heaters, and external heat sources. The heating coil provides sufficient heat in the chamber to prevent condensation of the vapor components. Conventional heating coils and heat transfer fluids are suitable for use in the present invention.
특정한 기체상 성분에 따라, 챔버는 화염 억제 성능을 선택적으로 포함할 수도 있다. 챔버 내에 내부적으로 설치된 화염 억제 장치는 화재 또는 폭발을 방지하기 위해 기체가 통과하는 것을 허용하지만 화염을 멈추게 한다. 화염은 자가 발열성의(열을 발생시키는) 화학 반응이 일어나는 대량의 기체이다. 화염 억제 장치는 작동 환경이 산소, 고온 및 연소성의 혼합물을 생성하기에 적합한 비율로 산소와 혼합된 가연성의 가스를 포함할 때 일반적으로 필요하다. 화염 억제 장치는 지시된 구성 요소들 중 하나를 제거함으로써 작동한다. 바람직한 실시예에서, 기체상 구성 성분들은 열 흡수 재료에 의해 인접된 폭이 좁은 간극을 통과한다. 간극과 재료 모두의 치수는 특정한 증기 혼합물에 따라 좌우된다. 예를 들면, 챔버는 전국 방화 협회 표준에 따라 치수가 정해진 메시를 갖는 미세한 메시의 금속성 스크린에 의해 바닥에 포함되는, 예를 들면 알루미늄과 같은, 확장된 금속성의 열 흡수 재료로 충전될 수도 있다.Depending on the particular gas phase component, the chamber may optionally include flame suppression performance. A flame suppressor installed internally in the chamber allows the gas to pass but stops the flame to prevent fire or explosion. A flame is a large amount of gas in which autothermal (heat-generating) chemical reactions occur. Flame arresters are generally required when the operating environment comprises combustible gases mixed with oxygen at a rate suitable to produce a mixture of oxygen, high temperature and combustibles. The flame arrestor operates by removing one of the indicated components. In a preferred embodiment, the gaseous constituents pass through narrow gaps adjacent by the heat absorbing material. The dimensions of both the gap and the material depend on the particular vapor mixture. For example, the chamber may be filled with an expanded metallic heat absorbing material, such as, for example, aluminum included at the bottom by a fine mesh metallic screen having a mesh dimensioned according to the National Fire Protection Standard.
본 발명에 이용된 선택적인 분리 장치와 운반 설비는 또한 화염 억제 성능을 구비할 수도 있다. 당업자에게 알려진 종래의 기술은 본 발명과 함께 사용되기에 적합하다. 화염 억제 장치는 비활성 기체의 도입 없이 챔버 및 후속의 처리 설비에 이용된다. 그래서, 증기 유동의 농도는 일반적으로 효율적인 분리 조작을 가능하도록 유지된다.Optional separation devices and delivery equipment used in the present invention may also have flame suppression capabilities. Conventional techniques known to those skilled in the art are suitable for use with the present invention. Flame suppression devices are used in chambers and subsequent processing facilities without the introduction of inert gases. Thus, the concentration of the vapor flow is generally maintained to enable efficient separation operation.
본 발명의 방법은 기체상 혼합물의 연속적인 수집에 적합하다. 기체상 혼합물은 일반적으로 챔버로부터 후속의 처리 단계까지 바람직하게는 희석없이 유동한다. 후속의 처리 단계들은, 예를 들면, 기체상의 하나 이상의 구성 성분들의 분리 또는 파괴와 같은 선택적인 단계들을 포함할 수도 있다. 분리 처리 단계는 제어된 방식으로 챔버 내에 내부적으로 발생될 수도 있거나 외부적으로 발생될 수도 있다. 바람직하게는, 증기 유동은 예를 들어 흡수, 흡착, 막분리 또는 응축과 같은 종래의 분리 공정을 사용하여 분리된다. 증기 혼합물의 고농도와 낮은 체적 유동은 종래의 분리 조작들의 전체 효율을 향상시킨다. 보다 바람직하게는, 증기 구성 성분의 적어도 일부는 0℃ 이상의 온도에서 증기 구성 성분의 후속의 분리를 허용하기에 충분히 높은 농도로 포집된다. 이러한 온도는 설비와 공정의 이점들을 모두 가지고 있는 분리 공정 중에 동안에 성에의 형성을 방지한다.The process of the invention is suitable for the continuous collection of gaseous mixtures. The gas phase mixture generally flows from the chamber to subsequent processing steps, preferably without dilution. Subsequent processing steps may include optional steps such as, for example, separation or destruction of one or more constituents in the gas phase. The separation treatment step may occur internally or externally within the chamber in a controlled manner. Preferably, the vapor flow is separated using conventional separation processes such as, for example, absorption, adsorption, membrane separation or condensation. The high concentration and low volume flow of the vapor mixture improves the overall efficiency of conventional separation operations. More preferably, at least a portion of the vapor component is collected at a concentration high enough to allow subsequent separation of the vapor component at temperatures above 0 ° C. This temperature prevents the formation of frost during the separation process which has both the advantages of the plant and the process.
챔버로부터의 증기 유동은 증기, 또는 증기와 액체상 혼합물을 포함할 수도 있다. 증기 유동은 분리 공정에 앞서 여과될 수 있는 입상 재료를 또한 포함할 수도 있다. 적절한 분리 공정은, 예를 들어, 기체상 유동의 증기 혼합물의 농축과, 기체성 유동의 희석 증기 혼합물의 직접적인 응축과, 기체성 유동의 농축된 증기 혼합물의 직접적인 합성의 직접적인 응축과, 직접적인 2단계 응축과, 활성탄 또는 합성 흡착 매체를 사용하는 기체성 유동의 희석 증기 혼합물의 흡착과, 활성탄 또는 합성 흡착 매체를 사용하는 기체성 유동의 농축된 증기 혼합물의 흡착과, 높은 흡수성을 갖는 매체를 사용하는 기체성 유동의 희석 증기상 구성 성분의 흡수와, 높은 흡수성을 갖는 매체를 사용하는 기체성 유동의 농축된 증기상 구성 성분의 흡수와 같은 종래의 분리 조작들을 포함할 수도 있다. 파괴 장치는 열 산화제와 같은 종래의 장치를 포함할 것이다. 선택적으로, 기체상 구성 성분의 구성에 따라, 유동은 배출되거나 여과되고 그리고 챔버를 나온 후에 배출될 수도 있다.The vapor flow from the chamber may comprise vapor, or a vapor and liquid phase mixture. The vapor flow may also include particulate material that can be filtered prior to the separation process. Suitable separation processes are, for example, concentration of the vapor mixture of the gaseous flow, direct condensation of the dilute vapor mixture of the gaseous flow, direct condensation of the direct synthesis of the concentrated vapor mixture of the gaseous flow, and two direct steps. Condensation, adsorption of a dilute vapor mixture of gaseous flow using activated carbon or synthetic adsorption medium, adsorption of a concentrated vapor mixture of gaseous flow using activated carbon or synthetic adsorption medium, and a medium having high absorbency Conventional separation operations such as absorption of the dilute vapor phase component of the gaseous flow and absorption of the concentrated vapor phase component of the gaseous flow using a medium having high absorbency may be included. Breaking devices will include conventional devices such as thermal oxidants. Optionally, depending on the composition of the gas phase components, the flow may be withdrawn or filtered and after exiting the chamber.
본 발명의 하나의 바람직한 실시예는 도2 내지 도4에 도시되어 있다. 본 발명의 장치(20)는 가열 요소(24)와 챔버(26) 사이에서 웨브 운반 시스템(도시되지 않음)에 의해 운반되는 웨브(22)를 포함한다. 웨브(22)는 적어도 하나의 증발성 구성 요소(도시되지 않음)를 함유하는 재료를 포함한다. 챔버(26)는 하부원주(28)를 포함한다. 챔버(26)는 웨브(22)에 아주 근접하게 위치되어 챔버(26)의 하부 원주(28)와 웨브(22) 사이에 간극(H)을 형성한다. 챔버(26)는 가열 코일(30), 화염 억제 요소(32) 및 화염 억제 요소(32) 위의 헤드 공간(39)을 선택적으로 포함한다. 매니폴드(34)는 압력 제어 기구(도시되지 않음)에 연결을 제공한다. 매니폴드(34)는 후속의 처리 단계에 증기를 운반하기 위하여 출구(36)를 근본적으로 제공한다.One preferred embodiment of the present invention is shown in Figures 2-4. The apparatus 20 of the present invention includes a web 22 carried by a web delivery system (not shown) between the heating element 24 and the chamber 26. Web 22 includes a material containing at least one vaporizable component (not shown). Chamber 26 includes a lower circumference 28. The chamber 26 is located very close to the web 22 to form a gap H between the lower circumference 28 of the chamber 26 and the web 22. The chamber 26 optionally includes a heating coil 30, a flame suppression element 32 and a head space 39 over the flame suppression element 32. Manifold 34 provides a connection to a pressure control mechanism (not shown). Manifold 34 essentially provides an outlet 36 for transporting steam to subsequent processing steps.
작동시, 가열 요소(24)는 웨브 재료(22)의 바닥 측면에 주로 전도성 열 에너지를 공급하여 웨브 재료 내의 증발성 구성 성분을 증발시킨다. 챔버(26)는 증기가 웨브 재료(22)로부터 방출됨에 따라 적어도 일부가 수직 간극(H)을 가로질러 챔버(26) 내로 운반되도록 하는 압력 변화로 작동된다. 챔버(26) 내로 끌어들여진 증기는 추가의 처리를 위해 매니폴드(34) 및 출구(36)를 통해 운반된다. 간극(H)과 압력 변화는 챔버(26) 내에 실질적인 희석 없이 증기를 포집하는 것을 허용한다.In operation, the heating element 24 supplies primarily conductive thermal energy to the bottom side of the web material 22 to evaporate the vaporizable components in the web material. The chamber 26 is operated at a pressure change that causes at least a portion of the vapor to be transported into the chamber 26 across the vertical gap H as vapor is released from the web material 22. Vapor drawn into chamber 26 is carried through manifold 34 and outlet 36 for further processing. The gap H and the pressure change allow the vapor to be trapped without substantial dilution in the chamber 26.
바람직한 실시예는 재료로부터 증발성 구성 성분들을 이송시키고 수집하는 것에 관한 것이다. 증발성 구성 성분은 재료 내에서, 재료의 표면상에, 또는 인접한 기체상 내에 포함될 수 있다. 재료는, 예를 들면, 코팅된 기판, 중합체, 색소, 세라믹, 페이스트, 직포, 부직포, 섬유, 분말, 종이, 음식물, 약품 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 재료는 웨브로서 제공된다. 그러나, 재료의 구분된 섹션 또는 시트가 이용될 수도 있다.Preferred embodiments relate to the transfer and collection of evaporative components from the material. Evaporative components may be included in the material, on the surface of the material, or in an adjacent gas phase. Materials include, for example, coated substrates, polymers, pigments, ceramics, pastes, wovens, nonwovens, fibers, powders, paper, food, drugs, or mixtures thereof. Preferably, the material is provided as a web. However, separate sections or sheets of material may be used.
재료는 적어도 하나의 증발성 구성 성분을 포함한다. 증발성 구성 성분은재료로부터 증발 및 분리가 가능한 어떠한 액체 또는 고체 혼합물이다. 비제한적 예는, 물 또는 에탄올과 같은, 유기 화합물과 무기 화합물 또는 복합물을 포함할 것이다. 일반적으로, 증발성 구성 성분은 본래 재료의 초기 제조를 위한 용제로서 사용되었다. 본 발명은 용제에 대한 후속적인 제거에 가장 적합하다.The material includes at least one evaporative component. Evaporable components are any liquid or solid mixtures that can be evaporated and separated from the material. Non-limiting examples will include organic compounds and inorganic compounds or complexes, such as water or ethanol. In general, evaporative components were originally used as solvents for the initial preparation of materials. The present invention is most suitable for the subsequent removal of the solvent.
본 발명에 따르면, 충분한 양의 에너지가 재료에 인가되어 적어도 하나의 증발성 구성 성분을 증발시킨다. 증발성 구성 성분을 증발시키는 데 필요한 에너지는 복사, 전도, 대류, 또는 그 조합을 통해 인가될 것이다. 전도성 가열은 평탄한 가열 판, 휘어진 가열 판에 아주 근접한 재료를 통과시키거나 가열 실린더 주위에 재료를 부분적으로 둘러싸는 것을 포함할 수 있다. 대류 가열의 예는 노즐, 제트, 플리넘에 의해 고온 공기를 재료로 향하게 하는 것을 포함한다. 무선 주파수, 초음파 에너지, 또는 적외선 에너지와 같은 전자 방사는 재료로 향하게 되고 재료에 의해 흡수되어 재료의 내부 가열을 야기할 수 있다. 에너지는 재료의 어떠한 또는 모든 표면에 인가될 수도 있다. 또한, 재료에는 충분한 내부 에너지, 예를 들면 예비 가열된 재료 또는 재료 내에서 발생되는 발열 화학 반응이 제공될 수도 있다. 에너지 인가 기술은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수도 있다.According to the invention, a sufficient amount of energy is applied to the material to evaporate at least one evaporative component. The energy needed to evaporate the evaporative component will be applied via radiation, conduction, convection, or a combination thereof. Conductive heating may include passing material in close proximity to a flat heating plate, a curved heating plate, or partially surrounding the material around the heating cylinder. Examples of convective heating include directing hot air to a material by nozzles, jets, and plenums. Electron radiation, such as radio frequency, ultrasonic energy, or infrared energy, may be directed to and absorbed by the material, causing internal heating of the material. Energy may be applied to any or all surfaces of the material. In addition, the material may be provided with sufficient internal energy, such as a preheated material or an exothermic chemical reaction occurring within the material. Energy application techniques may be used individually or in combination.
당업자라면 가열용 에너지가 종래의 공급원으로부터 공급될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 충분한 에너지는 전기, 연료의 연소, 또는 다른 열 공급원에 의해 제공될 수도 있다. 에너지는 인가 지점에 직접적으로 가열하거나 물 또는 기름과 같은 가열된 액체, 공기 또는 비활성 기체와 같은 가열된 기체 또는 스팀과 같은 가열된 증기 또는 종래의 열전달 유체를 통해 간접적으로 가열하도록 전환될 수도 있다.Those skilled in the art will appreciate that heating energy may be supplied from conventional sources. For example, sufficient energy may be provided by electricity, combustion of fuel, or other heat sources. The energy may be converted to heat directly at the point of application or indirectly through heated liquid such as water or oil, heated gas such as air or inert gas, or heated steam such as steam or conventional heat transfer fluid.
본 발명의 챔버는 재료에 아주 근접하게 위치되어 챔버의 하부 원주와 재료 사이에 간극을 형성한다. 간극은 바람직하게는 재료의 표면과 챔버의 바닥 사이에서 실질적으로 균일한 공간적 거리이다. 간극 거리는 바람직하게는, 3cm 이하이고, 보다 바람직하게는 1.5cm 이하이고, 보다 더 바람직하게는, 0.75cm 이하이다. 챔버는 증기가 챔버 내로 끌어들여지도록 하는 압력 변화로 작동된다. 재료에 대한 챔버의 근접은 증기가 챔버 내로 끌어들여짐에 따라 증기의 희석을 최소화시킨다. 간극에 더하여, 증기 구성 성분의 희석도 도2 내지 도4의 연장부(35, 37)와 같은, 챔버에 부가된 기계적인 특징을 사용함으로써 최소화될 수도 있다. 연장부는 또한 웨브를 지나 연장되어 고온 플래튼(24)에 대해 접촉할 때 측면 밀봉을 제공할 수도 있다.The chamber of the present invention is placed in close proximity to the material to form a gap between the lower circumference of the chamber and the material. The gap is preferably a substantially uniform spatial distance between the surface of the material and the bottom of the chamber. The gap distance is preferably 3 cm or less, more preferably 1.5 cm or less, even more preferably 0.75 cm or less. The chamber is operated at a pressure change that causes vapor to be drawn into the chamber. The proximity of the chamber to the material minimizes the dilution of the steam as it is drawn into the chamber. In addition to the gap, the dilution of the vapor components may also be minimized by using mechanical features added to the chamber, such as extensions 35 and 37 of FIGS. The extension may also extend beyond the web to provide a side seal when in contact with the hot platen 24.
본 발명에 따르면, 전체 질량 유동이 재료로부터 기체상 구성 성분들의 발생 비율에 근접하게 일치되도록 선택되는 것이 바람직하다. 이것은 증기 구성 성분들의 희석 혹은 손실을 방지하는 것을 보조할 것이다. 챔버로부터의 전체 체적 유동 속도는 증기 구성 성분의 체적 유동의 적어도 100%인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 챔버의 입구 표면을 가로질러 실질적으로 균일한 유동을 이루는 것이 가능하다. 이것은 헤드 공간이 다공성 매체의 층 위의 챔버 내에 존재할 때 이루어질 것이다. 공지의 경우에, 헤드 공간 내에서 측방으로의 압력 강하는 다공성 매체를 통하는 압력 강하에 대하여 무시해도 좋을 정도이다. 당업자라면 헤드 공간 및 다공성 매체의 구멍 치수가 챔버의 입구 표면을 가로질러 유동 속도를 조절하도록 조절될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.In accordance with the present invention, it is preferred that the total mass flow is chosen such that it closely matches the rate of occurrence of gas phase components from the material. This will help to prevent dilution or loss of steam components. The total volume flow rate from the chamber is preferably at least 100% of the volume flow of the vapor component. It is also possible for the invention to achieve a substantially uniform flow across the inlet surface of the chamber. This will be done when the head space is present in the chamber above the layer of porous medium. In known cases, the pressure drop to the side in the head space is negligible for the pressure drop through the porous medium. Those skilled in the art will appreciate that the pore dimensions of the head space and the porous medium can be adjusted to adjust the flow rate across the inlet surface of the chamber.
다른 하나의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 챔버는 종래의 간극 건조 시스템과 합체될 수도 있다. 간극 건조는 전도성의 우세한 열전달과 조합하여 직접적인 용제 응축을 사용하므로 용제 증기를 증발시키고 운반하기 위해 인가된 강제 대류의 사용을 필요하지 않는 시스템이다. 간극 건조기는 고온 판과 작은 간극에 의해 분리된 저온 판으로 이루어져 있다. 고온 판은 웨브의 코팅되지 않은 측면에 인접되게 위치되어 코팅용 용제를 증발시키기 위한 에너지를 공급한다. 코팅된 측면에 인접하게 위치된 저온 판은 간극을 가로지른 응축 및 용제 증기 이송을 위한 원동력을 제공한다. 저온 판에는 코팅된 표면상에 액체가 떨어지는 것을 방지하는 표면 기하학적 구조가 제공된다. 건조 및 동시적인 용제 회복은 코팅된 기판이 2개의 판들 사이의 간극을 통해 이송됨에 따라 발생된다. 건조 간극 시스템은 전체로서 참조 문헌에 의해 본 명세서에 합체된 미국 특허 제6,047,151호, 제4,980,697호, 제5,813,133호, 제5,694,701호, 제6,134,808호, 및 제5,581,905호에 충분히 설명되어 있다.In another preferred embodiment, the chamber of the present invention may be incorporated with a conventional gap drying system. Gap drying is a system that uses direct solvent condensation in combination with conductive prevailing heat transfer and therefore does not require the use of forced forced convection to evaporate and transport solvent vapors. The gap dryer consists of a hot plate and a cold plate separated by a small gap. The hot plate is positioned adjacent to the uncoated side of the web to provide energy for evaporating the coating solvent. The cold plate located adjacent to the coated side provides the driving force for condensation and solvent vapor transfer across the gap. The cold plate is provided with a surface geometry that prevents liquid dripping onto the coated surface. Drying and simultaneous solvent recovery occurs as the coated substrate is transferred through the gap between the two plates. Dry gap systems are fully described in US Pat. Nos. 6,047,151, 4,980,697, 5,813,133, 5,694,701, 6,134,808, and 5,581,905, which are incorporated herein by reference in their entirety.
챔버는 간극 건조 시스템 내에서 몇몇 임의 지점들에 위치될 것이다. 예를 들면, 챔버는 간극 건조기 또는 그 조합 내에서 간극 건조기의 양단부들 중 어느 하나에 내부적으로 설치될 것이다. 도5a는 간극 건조 시스템(42)의 후연(44)에 위치된 챔버(40)를 도시한다.The chamber will be located at some arbitrary point in the gap drying system. For example, the chamber may be installed internally at either end of the gap dryer in the gap dryer or a combination thereof. 5A shows the chamber 40 located at the trailing edge 44 of the gap drying system 42.
종래의 간극 건조식 형상에서, 약간의 기체상 구성 성분들은 이동하는 웨브로부터 항력에 의해 이송된다. 웨브와 상부 판 사이의 간극 내의 기체상 구성 성분들은 증발성 구성 성분으로 약간 포화될 것이기 때문에 중요할 수 있다. 이 구성 성분(용제 또는 다른 구성 성분)은 환경, 건강 또는 안전을 고려하면 중요할 수 있다. 그 간극이 충분히 작을 때, 배출 유동(Q)의 체적은 웨브 속력(Vweb), 상부 간극 높이(hu), 및 필름/웨브 폭(W)으로부터 쉽게 산정될 수 있다.In a conventional gap dry configuration, some gaseous components are transported by drag from the moving web. Gas phase components in the gap between the web and the top plate may be important because they will be slightly saturated with the evaporative components. This component (solvent or other component) may be important considering the environment, health or safety. When the gap is small enough, the volume of the discharge flow Q can be easily estimated from the web speed V web , the upper gap height h u , and the film / web width W.
Q=(1/2)(Vweb)(W)(hu)Q = (1/2) (V web ) (W) (h u )
예를 들면, 1.53m의 폭과 0.0492cm의 간격인 0.508m/sec의 웨브 속력에 관해서, 이것은 0.00123m3/sec의 유동을 의미한다. 이것은 본 발명보다 더 큰 크기의 몇몇 상태의 기체상 유동으로 다른 더 종래의 건조 수단으로 보다 고려할 작고 조금 더 다루기 쉬운 유동이다.For example, for a web speed of 0.508 m / sec with a width of 1.53 m and an interval of 0.0492 cm, this means a flow of 0.00123 m 3 / sec. This is a gas phase flow in some states larger in size than the present invention is a smaller and more manageable flow to consider than other more conventional drying means.
그래서 본 발명의 챔버는 웨브 재료의 인접한 기체상의 비교적 소량의 질량을 이송시켜 수집하기에 적당한 수단이다. 기본적인 실시예는 도5a에 예시되어 있다. 간극 건조 시스템(42)은 응축 판(48)과 고온 판(50) 사이에 위치된 웨브(46)를 포함한다. 거리가 H인 간극은 웨브(46)의 상부 표면과 응축 판(48) 사이에 형성된다. 응축 판(48)은 응축 표면(54)으로부터 떨어져서 응축된 재료를 운반하기 위하여 모세관 표면(52)을 포함한다. 챔버(40)는 간극 건조 시스템(42)을 나가는 기체상 구성 성분들을 수집하기 위하여 웨브(46)가 간극을 나가는 지점에 제공된다.The chamber of the present invention is thus a suitable means for transporting and collecting a relatively small mass of adjacent gaseous phase of the web material. The basic embodiment is illustrated in FIG. 5A. The gap drying system 42 includes a web 46 positioned between the condensation plate 48 and the hot plate 50. A gap of distance H is formed between the upper surface of the web 46 and the condensation plate 48. The condensation plate 48 includes a capillary surface 52 to carry the condensed material away from the condensation surface 54. The chamber 40 is provided at the point where the web 46 exits the gap to collect gaseous components that exit the gap drying system 42.
챔버를 통하는 질량 유동은 챔버의 후연에 시일을 적용함으로써 보조될 것이다. 시일은 기체가 챔버의 후연을 나가는 방지하기 위한 스위프로 기능하여 기체가 챔버 내에 있게 한다. 시일은 가압된 기체 또는 기계적인 시일을 포함한다. 도5a는 선택적인 가압 기체 공기 유동(F)을 챔버의 외부 부분(41) 상에 하방 화살표의 방향으로 나타내고 있다. 가압 기체는 이동하는 웨브(46)에 의해 운반된 어떠한 기체상 구성 성분들을 막는다. 이 기체는 깨끗한 공기, 질소, 이산화탄소, 또는 다른 비활성 기체 시스템일 수 있다.Mass flow through the chamber will be assisted by applying the seal to the trailing edge of the chamber. The seal acts as a sweep to prevent the gas from exiting the trailing edge of the chamber so that the gas is in the chamber. The seal includes a pressurized gas or a mechanical seal. 5A shows an optional pressurized gas air flow F in the direction of the down arrow on the outer portion 41 of the chamber. The pressurized gas blocks any gaseous constituents carried by the moving web 46. This gas may be clean air, nitrogen, carbon dioxide, or other inert gas system.
기계적인 시일은 기체상 구성 성분들을 챔버 내로 가압하는 데 또한 사용될 것이다. 도5b는 챔버를(40) 통하여 이송되는 희박 양을 감소시키기 위해 챔버(40)의 외부 부분(41)에 있는 가요성 시일 요소(56)의 이용을 도시하고 있다. 가요성 시일(56)은 웨브(46) 상에서 끌어지거나 웨브(46)에 대하여 작은 간극으로 이격될 수 있다. 이 경우에, 간격은 시일 부근의 출구에서 H가 0에 가까운 비균일한 것이다.Mechanical seals will also be used to pressurize the gas phase components into the chamber. 5B illustrates the use of the flexible seal element 56 in the outer portion 41 of the chamber 40 to reduce the amount of lean conveyed through the chamber 40. The flexible seal 56 may be drawn on the web 46 or spaced apart with a small gap relative to the web 46. In this case, the spacing is one where H is close to zero at the exit near the seal.
기계적인 시일은 도6에 도시된 바와 같은 신축자재의 밀봉 기구를 또한 포함한다. 신축자재의 밀봉 기구(76)는 응축 판(68) 및 고온 판(70)을 포함하여 챔버(60) 및 간극 건조 시스템(62)과 정상적인 연속 작동을 위해 맞물린 상태로 도시되어 있다. 이러한 장치에서, 신축자재의 밀봉 기구(76)는 기계적인 시일의 다른 형태보다 웨브(66)의 표면에 대하여 약간 작은 간극으로 설정될 것이다. 조금 더 작은 간극은 코팅 또는 웨브 표면을 긁거나 손상시키지 않고 포집하기 위해 이동하는 웨브(66)로부터 기체상 구성 성분들의 경계 층을 제거하는 데에 보다 효과적이다. 웨브(66)의 표면에 대한 이 간극은 0.00508cm 내지 0.0508cm 이상일 수 있다. 간극이 작으면 작을수록, 기체상 구성 성분들의 경계층을 제거하는 것이 보다 더 효과적이다. 신축자재의 밀봉 기구(76)의 효율은 밀봉 포인트에서 웨브에 상응하는 밀봉 면(78)을 유지하면서 시일의 두께를 증가시킴으로써 향상된다. 도5에 도시된 바와 같은 아이들러 롤(80)에 의해, 신축자재의 밀봉 기구(76)는 아이들러 롤(80)의 반경에 상응하는 반경 형상을 갖는다. 신축자재의 밀봉 기구의 두께는 1.5 내지 3cm 이상일 수 있다. 판의 두께가 두꺼울 수록, 밀봉 영역이 더 커져서 보다 효과적이다. 실제 두께는 아이들러 반경 및 아이들러 덮개 각도와 같은 인자들에 좌우될 것이다. 시일은 액추에이터(82) 또는 다른 기계적인 수단의 사용을 통해 수축된 위치로 이동될 것이다. 상승된 장치는 밀봉 기구(76)에 대한 오염과 웨브(66)에 대한 손상을 방지하여, 두꺼운 코팅의 통과를 허용하거나 중접(splice) 또는 다른 업셋 상태의 통과를 허용한다. 당업자라면 신축자재의 밀봉 기구(76)의 수축이 중접 또는 코팅 두께와 같은 공지의 업셋에 대하여 자동화되어 제어되거나 역전(팁 바아, 레이저 검사 장치 등과 같은)에 대한 센서(도시되지 않음)에 연결될 수도 있으므로 예측되지 않는 경우에 대비하여 수축을 허용한다.The mechanical seal also includes a telescopic sealing mechanism as shown in FIG. The stretchable sealing mechanism 76 is shown in engagement with the chamber 60 and the gap drying system 62 for normal continuous operation, including the condensation plate 68 and the hot plate 70. In this arrangement, the flexible sealing mechanism 76 will be set to a slightly smaller clearance with respect to the surface of the web 66 than other forms of mechanical seal. The smaller gap is more effective in removing the boundary layer of gas phase components from the moving web 66 to capture without scratching or damaging the coating or web surface. This gap to the surface of the web 66 may be between 0.00508 cm and 0.0508 cm or more. The smaller the gap, the more effective it is to remove the boundary layer of gas phase components. The efficiency of the telescopic sealing mechanism 76 is improved by increasing the thickness of the seal while maintaining the sealing face 78 corresponding to the web at the sealing point. By the idler roll 80 as shown in FIG. 5, the expansion mechanism sealing mechanism 76 has a radial shape corresponding to the radius of the idler roll 80. As shown in FIG. The thickness of the sealing mechanism of the stretchable material may be 1.5 to 3 cm or more. The thicker the plate is, the larger the sealing area is and the more effective it is. The actual thickness will depend on factors such as idler radius and idler cover angle. The seal will be moved to the retracted position through the use of actuator 82 or other mechanical means. The raised device prevents contamination of the sealing mechanism 76 and damage to the web 66, allowing passage of thick coatings or passage of splices or other upset conditions. A person skilled in the art may contract the contraction mechanism 76 of the flexible material to be automatically controlled for known upsets such as overlapping or coating thicknesses or connected to sensors (not shown) for reversal (such as tip bars, laser inspection devices, etc.). This allows shrinkage in case it is not expected.
본 발명의 장치는 재료를 챔버에 아주 근접하게 유지하기 위한 재료 지지 기구를 이용하여 적절한 간극을 확보한다. 종래의 재료 처리 시스템과 장치는 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다.The device of the present invention utilizes a material support mechanism to keep the material in close proximity to the chamber to ensure proper clearance. Conventional material processing systems and apparatuses are suitable for use with the present invention.
이 장치는 전술한 바와 같이 재료 상에 설치되어 재료의 표면과 챔버의 하부 원주 사이에 간극을 형성하는 챔버를 포함한다. 챔버는 종래의 재료로 구성되어 특정한 적용 표준에 맞도록 설계될 것이다. 챔버는 직립 장치로써 존재하거나 예를 들면, 오븐 수납체와 같은 밀폐된 환경 내에 설치될 것이다. 또한, 챔버 내에선택적으로 설치된 화염 억제 장치 및 가열 코일은 종래의 공지의 설비 및 재료를 포함할 것이다.The apparatus includes a chamber installed on the material as described above to form a gap between the surface of the material and the lower circumference of the chamber. The chamber will be constructed of conventional materials and designed to meet specific application standards. The chamber may be present as an upright device or installed in a closed environment, such as, for example, an oven enclosure. In addition, the flame suppression apparatus and heating coil optionally installed in the chamber will include conventionally known equipment and materials.
에너지 공급원은 전술한 바와 같이 재료 내에 있는 적어도 하나의 증발성 구성 성분을 증발시키기 위해 재료에 충분한 에너지를 공급한다. 당해 기술 분야에 일반적으로 공지된 가열 및 열전달 설비는 본 발명과 함께 사용하기에 적합하다.The energy source supplies sufficient energy to the material to evaporate at least one vaporizable component in the material as described above. Heating and heat transfer facilities generally known in the art are suitable for use with the present invention.
챔버 내에 수집되어 농축된 증기 유동은 흡수, 흡착, 막 분리 또는 응축으로 일반적으로 설명되는 종래의 분리 설비 및 공정들을 이용하여 더 분리될 것이다. 당업자라면 증기 혼합물 및 원하는 분리 효율에 근거하여 특정한 분리 조작 및 설비를 선택하는 것이 가능하다.The vapor flow collected and concentrated in the chamber will be further separated using conventional separation equipment and processes generally described as absorption, adsorption, membrane separation or condensation. It is possible for a person skilled in the art to select a particular separation operation and equipment based on the vapor mixture and the desired separation efficiency.
작동시, 본 발명은 건조 시스템에서 실질적인 희석 없이 그리고 증기 구성 성분의 응축 없이 증기 구성 성분의 적어도 일부를 포집한다. 높은 농도들에서의 증기 구성 성분의 수집은 재료의 효율적인 회복을 허용한다. 건조 시스템에서의 응축의 부재는 응축물이 제품 위에 떨어지는 것을 포함하는 품질의 문제를 감소시킨다. 본 발명은 또한 비교적 낮은 공기 유동을 이용함으로써 건조 시스템 내로의 외부의 재료의 도입을 상당히 감소시켜서 최종 제품에 대한 품질 문제를 방지한다.In operation, the present invention captures at least a portion of the steam components without substantial dilution and without condensation of the steam components in the drying system. Collection of steam constituents at high concentrations allows for efficient recovery of the material. The absence of condensation in the drying system reduces the problem of quality, including condensate falling on the product. The present invention also significantly reduces the introduction of external materials into the drying system by using a relatively low air flow to avoid quality problems for the final product.
예Yes
예1Example 1
도7을 참조하면, 직접 점화식 가열기 박스(102)를 구비한 오븐(100)은 본 예에 이용되었다. 오븐(100)은 다수의 고속 노즐(106)들을 구비한 공급 공기 플리넘(104)을 가지고 있었다. 이러한 고속 대류 노즐(106)들은 기판 재료(108)로부터 2.5cm 내에 설치되었다. 재료(108)는 표면상에 코팅된 반강성 비닐 분산을 갖는 플라스틱 필름의 웨브이었다. 고속 노즐(106)들은 재료(108)에 대하여 고속 열전달을 제공하였다. 노즐 출구에서의 방출 공기 속도는 오븐 온도에서 20 내지 30m/sec이었다. 가열기 박스는 재순환 팬(110)과 조절하는 직접 점화식 버너(112)를 구비하였다. 가열기 박스는 재순환 공기(114)와 새로운 보충 공기(116)를 혼합하여 가열기 박스(102)를 통해 이것을 통과시켰다. 직접 점화식 버너(112)는 방출 공기 온도를 150 내지 200℃로 제어하도록 조절되었다. 오븐의 바람직한 작동 압력은 오븐 배출구(118)와 보충 공기(116)를 제어함으로써 유지된다. 챔버(120)는 스테인레스강으로 제조된 10cm × 10cm × 20cm 의 길다란 구조이다. 다수의 챔버들(도시되지 않음)은 오븐(100)의 전체에 걸쳐 재료(108)로부터 1.5cm 내에 장착되었다. 각각의 챔버(120)는 상부에 3개의 1.2cm 배출구를 가지고 있었다. 3개의 배출구들은 직경이 2cm인 매니폴드(122) 내에 결합된다. 매니폴드(122)는 직경이 2cm이었고 오븐 케이싱을 통해 오븐(100)의 외부에 관통되었다. 오븐 본체의 외부의 매니폴드(122)는 응축기(124)에 연결되었다. 응축기(124)는 튜브 설계 내의 튜브이었고 스테인레스강으로 제조되었다. 내부 튜브는 지름이 2cm이었고, 외부 튜브는 지름이 3.5cm이었다. 응축기(124)는 직경이 2cm인 설비 냉각 물 입구(126)와 지름이 2cm 인 냉각식 물 입구(128)를 가지고 있었다. 설비 냉각 물은 냉각 물 입구(126)에서 5 내지 10℃이었다. 재료(108)로부터의 증기 구성 성분은 챔버(120) 내에 수집되었고, 후속해서 응축기(124) 내에서 응축되었고, 다음 분리기(130) 내에 수집되었다. 분리기(130)로부터의 깨끗한 기체성 유동은 직경이 2cm인 PVC 파이프를 통해 진공 펌프(132)로 이송되었다. 진공 펌프(132)는 챔버(120)를 오븐 작동 압력에 대해 소정 압력 변화로 유지하도록 제어되었다. 진공 펌프(132)의 방출은 오븐 본체로 다시 이송되었다. 이 방법은 재료(108)로부터 상당한 양의 증발된 구성 성분들을 실질적인 희석 없이 수집한다. 재료의 성장은 오븐의 내부 영역 내에서 4000 시간의 작동 후에 관찰되었다. 이것은 종래의 시스템에 비하여 약 100%의 개선에 상응한다.Referring to Figure 7, an oven 100 with a direct igniter heater box 102 was used in this example. The oven 100 had a supply air plenum 104 with a plurality of high speed nozzles 106. These high speed convection nozzles 106 were installed within 2.5 cm of the substrate material 108. Material 108 was a web of plastic film with a semi-rigid vinyl dispersion coated on the surface. The high speed nozzles 106 provided high speed heat transfer to the material 108. The discharge air velocity at the nozzle outlet was 20-30 m / sec at oven temperature. The heater box was provided with a recirculation fan 110 and a regulating direct ignition burner 112. The heater box mixed the recycle air 114 with fresh make-up air 116 and passed it through the heater box 102. The direct ignition burner 112 was adjusted to control the discharge air temperature to 150 to 200 ° C. The desired operating pressure of the oven is maintained by controlling the oven outlet 118 and make-up air 116. The chamber 120 is a long structure of 10 cm x 10 cm x 20 cm made of stainless steel. Multiple chambers (not shown) were mounted within 1.5 cm of material 108 throughout the oven 100. Each chamber 120 had three 1.2 cm outlets at the top. The three outlets are coupled in manifold 122 with a diameter of 2 cm. Manifold 122 was 2 cm in diameter and penetrated outside of oven 100 through an oven casing. The manifold 122 outside of the oven body is connected to the condenser 124. Condenser 124 was a tube in a tube design and made of stainless steel. The inner tube was 2 cm in diameter and the outer tube was 3.5 cm in diameter. The condenser 124 had a 2 cm diameter plant cooling water inlet 126 and a 2 cm diameter cooled water inlet 128. The plant cooling water was 5-10 ° C. at the cooling water inlet 126. Vapor constituents from the material 108 were collected in the chamber 120 and subsequently condensed in the condenser 124 and then collected in the separator 130. Clean gaseous flow from separator 130 was transferred to vacuum pump 132 through a 2 cm diameter PVC pipe. The vacuum pump 132 was controlled to maintain the chamber 120 at a predetermined pressure change with respect to the oven operating pressure. The discharge of the vacuum pump 132 was transferred back to the oven body. This method collects a substantial amount of evaporated components from material 108 without substantial dilution. Growth of the material was observed after 4000 hours of operation in the interior region of the oven. This corresponds to an improvement of about 100% over the conventional system.
예2 내지 예5Example 2-5
아래의 비교 표인 표1은 전형적인 설비 배열 및 작동 조건에서 서로 다른 시스템에 대하여 예시적인 계산을 제공한다. M1, M2, M3 및 M4에 대한 정의는 전술한 바와 같다. M5는 챔버에 제공된 어떠한 추가적인 희석 유동(예를 들면 대류식 가스 오븐들 내의 보충 공기 유동)의 단위 폭당 시간 평균 질량 유동(kg/sec/m)을 나타낸다. 재료의 폭("w"(cm))은 재료의 운동에 대하여 수직 방향으로의 (간극의) 크기이다. 시간 평균 기체상 속도("<v>")는 위에서 정의되었고 m/sec의 단위를 가지고 있다. 압력 차이("ΔP"(Pa))는 챔버의 하부 원주와 챔버의 외부 사이의 압력 변화이다. 재료의 속도("V")는 m/sec로 측정된다.The comparative table below, Table 1, provides exemplary calculations for different systems in typical plant arrangements and operating conditions. The definitions for M1, M2, M3 and M4 are as described above. M5 represents the time average mass flow (kg / sec / m) per unit width of any additional dilution flow (eg, supplemental air flow in convection gas ovens) provided to the chamber. The width of the material "w" (cm) is the size (of gaps) in the direction perpendicular to the motion of the material. The time average gas phase velocity ("<v>") is defined above and has units of m / sec. The pressure difference (“ΔP” (Pa)) is the pressure change between the lower circumference of the chamber and the outside of the chamber. The speed of the material ("V") is measured in m / sec.
간극을 통하는 기체상 구성 성분들의 평균 속도(<v>)는 열선 풍속계와 같은 속도 측정계를 사용하여 측정되거나 시스템 간극의 단면적을 알게 됨에 따라 수학식 1로부터 계산되거나 또는 다음의 수학식 2를 사용하여 추정될 수 있다.The average velocity (<v>) of gas phase components through the gap is measured using a speed measurement system such as a thermal anemometer, or calculated from Equation 1 as the cross section of the system gap is known, or using Equation 2 Can be estimated.
[수학식 2][Equation 2]
체적 유동(Q)과 질량 유동(M) 사이의 관계는 M=ρQ이며, 여기에서, ρ는 kg/m3로 표시되는 기체상 구성 성분들의 밀도이다. 기체상 온도의 의존성은 다음의 수학식으로 되는 이상 기체의 치환에 의해 합체될 수 있다.The relationship between the volumetric flow (Q) and the mass flow (M) is M = ρQ, where ρ is the density of the gas phase components expressed in kg / m 3 . The dependence of the gas phase temperature can be incorporated by substituting the ideal gas with the following equation.
[수학식 3][Equation 3]
여기에서, MW는 기체상의 분자량이고, p는 압력이고, R은 기체상수이고, 그리고 T는 기체상 온도이다.Where MW is the molecular weight of the gas phase, p is the pressure, R is the gas constant, and T is the gas phase temperature.
희석 유동(M1)은 수학식 1을 사용하여 계산될 수 있으며, M1이 유일한 미지수라면 다음의 수학식을 사용하여 계산될 수 있다.The dilution flow M1 can be calculated using Equation 1, and if M1 is the only unknown, it can be calculated using the following equation.
[수학식 4][Equation 4]
M1=ρH<v>M1 = ρH <v>
비교예2Comparative Example 2
전형적인 공기 대류 건조 시스템은 고속 대류 노즐들을 포함하는 큰 수납체로 이루어져 있었다. 웨브 형상의 재료는 폭이 76.2cm이고 높이가 10.2cm인 입구 간극을 통해 유입되었다. 이 재료는 입구 간극과 같은 치수를 갖는 출구 슬롯을 통해 유출되었다. 재료는 간극의 중심을 통해 약 1m/sec의 속도로 이송되었다. 재료는 유기 용제에 기초한 폴리에스테르 웨브로 이루어졌고, 수납체를 통과함에 따라 건조되었다. 건조기 시스템의 작동 조건은 다음과 같다. 챔버 내의 전체 재순환 유동은 고정된 18.6kg/sec/m이고, 수납체(챔버)의 압력은 -7Pa에 설정되었다.챔버를 통하는 배출 유동(M4)은 7.43kg/sec/m이었다. -5Pa의 압력 변화에 기인한 입구 및 출구 간극들을 통한 챔버 내로의 유동(M1)은 0.71kg/sec/m이었다. M1은 수학식 4를 사용하여 계산되었다. 코팅 용액 용제의 증발에 기인한 유동(M2)(즉, 건조)은 0.022kg/sec/m이었다. M2의 값은 유동 흐름(M4)이 용제에 대한 20%의 인화 하한(LFL, Lower Flammability Limit)에서 체적 용제 농도에 의한 1.5%의 LFL을 가진 것으로 유지된 것으로 가정하여 계산되었다. 챔버를 통하는 재료의 이동에 기인한, 간극 내로의 순 유동(M3)은 0이었다. 챔버 내로의 보충 공기의 유동(M5)은 6.7kg/sec/m이었다. 간극을 통하는 전체 순 평균 기체상 속도는 수학식 2, <v>= 2.9m/sec를 사용하여 계산되었다. 계산된 값은 열선 풍속계를 사용하여 얻어진 측정값에 의해 증명되었다.A typical air convection drying system consisted of a large enclosure containing high speed convection nozzles. The web-shaped material was introduced through an inlet gap of 76.2 cm in width and 10.2 cm in height. This material exited through an outlet slot having the same dimensions as the inlet gap. The material was transferred at a speed of about 1 m / sec through the center of the gap. The material consisted of a polyester web based on an organic solvent and dried as it passed through the enclosure. The operating conditions of the dryer system are as follows. The total recycle flow in the chamber was 18.6 kg / sec / m fixed, and the pressure of the receiver (chamber) was set at -7 Pa. The discharge flow M4 through the chamber was 7.43 kg / sec / m. The flow M1 into the chamber through the inlet and outlet gaps due to the pressure change of -5 Pa was 0.71 kg / sec / m. M1 was calculated using equation (4). The flow (M 2) (ie drying) due to evaporation of the coating solution solvent was 0.022 kg / sec / m. The value of M2 was calculated assuming that the flow stream (M4) remained at 1.5% LFL by volume solvent concentration at the Lower Flammability Limit (LFL) of 20%. The net flow M3 into the gap, due to the movement of the material through the chamber, was zero. The flow of supplemental air (M5) into the chamber was 6.7 kg / sec / m. The total net average gas phase velocity through the gap was calculated using Equation 2, <v> = 2.9 m / sec. The calculated values were proved by the measurements obtained using a hot wire anemometer.
비교예3Comparative Example 3
전형적인 비활성 대류 건조 시스템은 고속 대류 노즐들을 포함하는 큰 수납체(enclosure)로 이루어졌다. 재료는 76.2cm의 폭과 2.54cm의 높이를 가지고 있는 입구 간극을 통하여 유입되었다. 재료는 입구 간극과 동일한 치수를 갖는 출구 간극을 통해 유출되었다. 재료는 간극들의 중심을 통하여 1m/sec의 속도로 이송되었다. 재료는 유기 용제에 기초한 코팅을 갖는 폴리에스테르 웨브로 이루어졌고, 수납체를 통과함에 따라 건조되었다. 건조기 시스템의 작동 조건은 다음과 같았다. 챔버 내의 전체 재순환 유동은 5.66kg/sec/m이고, 수납체 압력은 2.5Pa에 설정되었다. 챔버를 통하는 배출 유동(M4)은 1.48kg/sec/m이었다. +2.5Pa의 압력 변화에 기인한, 챔버 외부로의 입구 및 출구 간극들은 통하는 유동(M1)은 0.12kg/sec/m이었다. M1은 수학식 4를 사용하여 계산되었다. 코팅 용액 용제의 증발에 기인한 유동(M2)(즉, 건조)은 0.03kg/sec/m이었다. 이것은 2%로부터 희석 유동(M5)의 부분으로서 건조기에 복귀되기 전에 M4의 외부로 회복된(분리 장치에서) 체적까지 결정되었다. 챔버를 통하는 재료의 이동에 기인한, 간극 내로의 순 유동(M3)은 0 이었다. 추가적인 희석 유동(M5)은 1.57kg/sec/m이었다. 이것은 분리 설비로부터의 복귀 유동과 비활성 기체 보충 유동으로 만들어졌다. 간극을 통하는 전체 순 평균 기체상 속도는 수학식 2, <v> = 2m/sec를 사용하여 계산되었다.A typical inert convection drying system consisted of a large enclosure containing high speed convection nozzles. The material was introduced through an inlet gap with a width of 76.2 cm and a height of 2.54 cm. The material exited through an outlet gap having the same dimensions as the inlet gap. The material was transferred at a speed of 1 m / sec through the center of the gaps. The material consisted of a polyester web with a coating based on organic solvents and dried as it passed through the enclosure. The operating conditions of the dryer system were as follows. The total recycle flow in the chamber was 5.66 kg / sec / m and the receiver pressure was set at 2.5 Pa. The discharge flow (M4) through the chamber was 1.48 kg / sec / m. Due to the pressure change of +2.5 Pa, the flow M1 through the inlet and outlet gaps outside the chamber was 0.12 kg / sec / m. M1 was calculated using equation (4). The flow (M 2) (ie drying) due to evaporation of the coating solution solvent was 0.03 kg / sec / m. This was determined from 2% to the volume recovered (in the separation unit) outside of M4 before returning to the dryer as part of the dilution flow M5. The net flow M3 into the gap, due to the movement of the material through the chamber, was zero. Additional dilution flow (M5) was 1.57 kg / sec / m. This was made with a return flow from the separation plant and an inert gas make-up flow. The total net average gas phase velocity through the gap was calculated using Equation 2, <v> = 2 m / sec.
예4Example 4
이 예에서, 증기 수집 장치는 종래의 간극 건조 시스템과 합체되어 간극 건조기를 나가는 기체상 구성 성분들을 포집하여 수집한다. 웨브는 본 발명의 장치를 통하는 운반 시스템에 의해서 운반되었다. 웨브는 에탄올과 물에 분산된 무기 재료로 코팅된 폴리에스테르 필름으로 구성되었다. 웨브는 30.5cm의 폭(w)과 0.32cm의 높이(H)를 갖는 입구 간극을 통해 유입되었다. 재료는 입구 간극과 동일한 치수를 갖는 출구 간극을 통해 유출되었다. 웨브는 간극을 통하여 그리고 챔버의 아래에서 0.015m/sec의 속도로 이송되었다. 배출 유동(M4)은 0.0066kg/sec/m인 것으로 측정되었다. 유도된 압력 변화에 기인한, 챔버의 입구 및 출구 간극들을 통하는 유동은 대략 0.0066kg/sec/m와 동일하다. M1은 수학식 1을 사용하여 계산되었다. 웨브와 코팅은 간극 건조기를 나갈 때 모든 실제 목적 건조를 위한 것이었으므로, M2는 0이었다. 이것은 표준 재건조 측정값을 사용하여 증명되었고, 여기에서 웨브와 코팅의 견본이 상승된 건조 온도에서 재건조되면서도 중량 손실이실제 없는 것으로 나타났다. 챔버를 통하는 재료의 이동에 기인한, 간극 내로의 순 유동은 0 이었고, 추가적인 희석 유동(M5)은 없었다. 간극을 통하는 평균 기체상 속도는 수학식 1 및 4와, <v>=0.086m/sec로부터 계산되었다. 그 압력 변화는 수학식 2를 사용하여 0.0045Pa인 것으로 계산되었다.In this example, the vapor collection device is incorporated with a conventional gap drying system to collect and collect gaseous components exiting the gap dryer. The web was delivered by a delivery system through the apparatus of the present invention. The web consisted of a polyester film coated with an inorganic material dispersed in ethanol and water. The web was introduced through an inlet gap having a width (w) of 30.5 cm and a height (H) of 0.32 cm. The material exited through an outlet gap having the same dimensions as the inlet gap. The web was transported at a rate of 0.015 m / sec through the gap and below the chamber. The discharge flow (M4) was measured to be 0.0066 kg / sec / m. Due to the induced pressure change, the flow through the inlet and outlet gaps of the chamber is approximately equal to 0.0066 kg / sec / m. M1 was calculated using Equation 1. M2 was zero since the web and coating were for all practical destination drying when leaving the gap dryer. This was demonstrated using standard redrying measurements, where it was found that the weight loss was practically true while the samples of the web and coating were redried at elevated drying temperatures. Due to the movement of the material through the chamber, the net flow into the gap was zero and there was no additional dilution flow (M5). Average gas phase velocities through the gaps were calculated from equations 1 and 4 and <v> = 0.086 m / sec. The pressure change was calculated to be 0.0045 Pa using Equation 2.
예5Example 5
이 예에서, 웨브는 도2 내지 도4에 개시된 것과 실질적으로 동일한 장치를 통하는 운반 시스템에 의해 운반되었다. 웨브는 톨루엔 내에 10%의 스티렌 부타디엔 중합체 용액으로 이루어진 재료로 코팅된 폴리에스테르 필름으로 구성되었다. 웨브는 챔버 아래를 통과하여 챔버의 하부 원주와 재료의 노출 표면 사이에 간극을 형성하였다. 간극은 15cm 의 폭(w)과 0.32cm의 높이(H)를 가졌다. 재료는 챔버의 아래에서 입구 간극과 동일한 간극을 갖는 간극으로 유출되었다. 웨브는 간극을 통하여 그리고 챔버의 아래에서 0.0254m/sec의 속도로 이송되었다. 건조 시스템 작동 조건은 다음과 같았다. 가열 요소는 87℃로 유지되었고, 챔버는 50℃로 유지되었다. 배출 유동(M4)은 0.00155kg/sec/m인 것으로 측정되었다. 유도된 압력 변화에 기인한, 챔버 외부로의 입구와 출구를 통하는 유동(M1)은 0.00094kg/sec/m이었다. Ml은 수학식 1을 사용하여 계산되었다. 톨루엔의 증발에 기인한 유동(M2)은 0.00061kg/sec/m이었다. 챔버를 통하는 재료의 이동에 기인한 간극 내로의 순 유동(M3)은 0이었다. 추가적인 희석 유동(M5)은 없었다. 간극을 통하는 전체 순 평균 기체상 속도는 수학식 1, 3, 및 4와, <v>= 0.123m/sec로부터 계산되었다.In this example, the web was delivered by a delivery system through a device substantially the same as that disclosed in FIGS. The web consisted of a polyester film coated with a material consisting of 10% styrene butadiene polymer solution in toluene. The web passed under the chamber to form a gap between the lower circumference of the chamber and the exposed surface of the material. The gap had a width w of 15 cm and a height H of 0.32 cm. The material flowed out of the chamber into a gap having the same gap as the inlet gap. The web was transported at a rate of 0.0254 m / sec through the gap and below the chamber. The drying system operating conditions were as follows. The heating element was kept at 87 ° C. and the chamber was kept at 50 ° C. The discharge flow (M4) was measured to be 0.00155 kg / sec / m. Due to the induced pressure change, the flow M1 through the inlet and outlet to the outside of the chamber was 0.00094 kg / sec / m. Ml was calculated using Equation 1. The flow (M2) due to evaporation of toluene was 0.00061 kg / sec / m. The net flow M3 into the gap due to the movement of the material through the chamber was zero. There was no additional dilution flow (M5). The total net average gas phase velocity through the gap was calculated from Equations 1, 3, and 4 and <v> = 0.123 m / sec.
본 발명의 일반적인 원리들에 대한 이상의 기재와 전술한 상세한 설명으로부터, 당업자라면 본 발명이 받아들일 수 있는 다양한 수정을 쉽게 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 이하의 청구범위 및 이에 준하는 것에 의해서만 제한되어야 한다.From the foregoing description of the general principles of the present invention and the foregoing detailed description, those skilled in the art will readily appreciate various modifications that can be accepted by the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be limited only by the following claims and the equivalent thereto.
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