KR20110057120A - 수중 펠레타이징 시스템을 위한 위치 설정 가능한 가스 주입 노즐 조립체 - Google Patents

수중 펠레타이징 시스템을 위한 위치 설정 가능한 가스 주입 노즐 조립체 Download PDF

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pneumatic cylinder
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로버트 지 만
찰스 더블유 시몬스
로버트 에이 라이언
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갈라 인더스트리스 인코포레이티드
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Abstract

위치 설정 가능 노즐 조립체는, 펠릿 슬러리가 펠레타이저에서부터 건조기로 보내지고 그 건조기를 지나는 속도를 증가시키도록 펠릿 슬러리 내로 압축 공기 또는 기타 가스를 주입 및 안내하는 노즐 튜브를 구비한다. 가변적으로 위치 설정 가능한 노즐 튜브는 수동 방식으로 또는 자동 제어 시스템을 이용하여 삽입되거나, 후퇴되거나, 및/또는 중간 위치에 위치 설정될 수 있다. 자동 제어 시스템은 바람직하게는 노즐 튜브에 고정되게 결합된 카트리지에 이동 가능하게 맞물린 공압 실린더를 포함한다. 공압 실린더는 피스톤을 수용하며, 이 피스톤이 카트리지에 자기적으로 결합되어 실린더 내로 압축 공기의 주입에 응답한 피스톤의 이동이 또한 상기 카트리지 및 가동 노즐 튜브를 이동시킴으로써 가변 위치를 달성한다.

Description

수중 펠레타이징 시스템을 위한 위치 설정 가능한 가스 주입 노즐 조립체{POSITIONABLE GAS INJECTION NOZZLE ASSEMBLY FOR AN UNDERWATER PELLETIZING SYSTEM}
본 발명은 일반적으로는 수중 펠레타이징 시스템(underwater pelletizing systems)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그러한 시스템에 이용되는 가스 주입 노즐에 관한 것이다.
당업자들은 부분적으로 혹은 완전히 결정화된 펠릿을 생성하는 것이 유익하며 때로는 필요로 한다는 점을 알고 있다. 결정화 달성에 도움이 되도록, 본 출원인은 미국 특허 제7,157,032호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2005/0110182호 및 제2007/0132134호, 국제 특허 출원 공개 공보 제WO 2005/051623호 및 제WO 2006/127698호에, 상류측 펠릿화 프로세스와 하류측 건조 및 그 후속 프로세스 사이의 운반 액체 내에서 펠릿의 체류 시간을 감소시키는 데에 도움을 주도록 펠릿 슬러리 내에 압축 공기 또는 기타 가스를 주입할 수 있게 하는 노즐의 사용에 대해 개시하였으며, 그 특허 문헌들은 모두 본 출원인 명의의 것으로서, 그 전체 내용을 마치 본 명세서에 기재한 것처럼 참조로서 인용된다.
마찬가지로, 국제 특허 출원 공개 공보 제WO 2007/027877호에는 펠릿 슬러리 내의 펠릿으로부터 액체의 흡인(aspiration)을 촉진시키도록 펠릿 슬러리 내에 압축 공기 또는 기타 가스를 주입할 수 있게 하는 노즐의 사용에 대해 개시하고 있다. 펠릿의 수분 함량은 상류측 펠릿화 프로세스와 하류측 건조 및 그 후속 프로세스 사이의 운반 액체 내에서 펠릿의 체류 시간을 감소시킴으로써 낮아진다. 감소된 체류 시간은 또한 형성된 펠릿의 내부열의 대부분이 간직되게 하고, 이에 따라 펠릿이 빨아들일 수 있는 습기의 양을 감소시킨다. 그 특허 문헌 역시 본 출원인 명의의 것으로서, 그 전체 내용도 참조로서 인용된다.
특정 조건 하에서, 펠릿은 펠릿화 프로세스 중에 뭉치거나 덩어리를 형성할 수 있다. 펠릿 덩어리의 형성은 수많은 원인이 있을 수 있는데, 그 중에서 점착성 펠릿이 통상적이면서도 빈번한 원인이다. 그러한 덩어리가 형성되는 경우, 그 덩어이들은 소위 "장애 지점(hang-up point)"에서 걸리게 되는 경향이 있는데, 본 명세서에 있어서 "장애 지점"이란 용어는 프로세스 전체에 걸쳐 펠릿 및/또는 이들 펠릿의 덩어리가 걸린 채로 유지됨으로써 종종 장애가 되는 축적물을 형성하는 경향이 있는 위치를 나타내는 데에 사용된다. 일례로서, 펠릿의 덩어리들은 "드롤링(drooling)", 즉 다이 구멍을 통한 용융 물질의 과도한 흐름이 다이 플레이트에서 발생할 때에 형성되어, 바람직하지 않게 큰 펠릿을 형성한다. 큰 펠릿이 유일한 문제점은 아니다. 바람직한 크기의 펠릿 역시 문제점을 생성할 수 있다. 노즐과 접촉하게 되는 접착성 펠릿이나 너무 연질의 펠릿은 그들의 접착성 및 이동하는 속도로 인해 노즐에 "부딪혀" 들러붙을 수 있다. 결국, 더욱더 많은 펠릿이 노즐에 들러붙은 펠릿과 접촉하게 되어 이들 펠릿은 서로 접착되어 응집체로서도 지칭하는 펠릿의 덩어리를 형성하기 시작한다. 궁극적으로는 그러한 펠릿의 덩어리는 운반 파이프를 통한 운반 액체와 펠릿의 흐름을 중단시키기에 충분할 정도로 커질 수 있다. 이러한 중단은 펠릿화 프로세스를 중지시키게 할 수 있다.
그러한 한 가지 장애 지점이, 전술한 특허 및 특허 출원에서 개시된 압축 가스 주입 장치 및 그 방법을 이용하는 펠릿화 라인에, 즉 펠릿 운반 파이프에서 가스 주입 노즐이 위치하는 지점에 존재하는 것으로 확인되었다. 그러한 종래 기술의 실시 형태에 따른 공기 주입용 노즐이 전체적으로 도면 부호 200으로 표시하여 도 1에 도시되어 있다. 종래 기술의 고정 노즐 튜브(200)는 바람직하게는 용접에 의해 접속부(214)의 엘보우(202)에 부착된다. 이러한 고정형 노즐 조립체(200)는 작업 개시를 용이하게 하도록 제거할 수 없다. 또한, 고정 노즐 튜브(210)의 둘레 주위에서 펠릿 슬러리가 자유로이 흐를 수 있도록 조정 가능하게 위치 설정될 수 없기 때문에 펠릿의 응집에 의한 막힘에 대한 잠재적 근원으로 기능할 수 있다. 마찬가지로, 고정된 위치는 주입되는 공기 또는 기타 가스가 밸브 조절을 통해 제어될 수 있는 정도를 제한한다.
따라서, 수중 펠레타이징 시스템에 의해 생성되는 펠릿의 결정화 및/또는 건조를 최적화하도록 조절될 수 있는 위치 설정 가능 노즐에 대한 필요성이 존재한다.
전술한 점을 고려할 때, 본 발명은, 수중 펠레타이저(underwater pelletizer)의 운반 장치 내로 압축 가스를 도입하여, 펠릿화 프로세스에서 건조 프로세스로 그리고 그 건조 프로세스를 지나 운반되는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시키는 한편, 위치 변경을 통해 슬러리 흐름의 동태(dynamics)를 제어하는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 밀봉용 전이 칼라(seal transition collar)에 부착되어 펠레타이저와 건조 장치 사이의 운반 경로 내의 엘보우에 고정된 하우징 내에서 미끄럼 운동하는 노즐 튜브-칼라를 구비하는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 목적에 있어서 노즐의 위치 설정에 의해 완전 삽입, 즉 전진 위치와 완전 후퇴 위치 사이에 조절할 수 있되, 이 조절을 특정 용례에 적합할 수 있는 바와 같이 수동으로 달성하거나, 기계식, 공압식, 유압식, 전기식, 전자식 또는 기타 방식을 단독으로 또는 조합하여 이용하는 자동 제어 시스템에 의해 달성할 수 있도록 한 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 목적에 있어서 압축 가스를 하나 이상의 중간 또는 부분 삽입 위치에서 주입할 수 있도록 바로 위에 기술한 목적에 기재한 방식 중 임의의 방식을 이용하여 자동 또는 수동으로 조절될 수 있는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 목적에 있어서 노즐이 부착될 엘보우의 루멘(lumen) 내에 경사지게 배치되되, 그 각도 범위가 하류측 조립체의 중심선으로부터 약 0도에서부터 그 하류측 조립체의 내면과 노즐 튜브의 외면의 접촉에 의해 정해지는 최대 각도에 이르도록 배치되는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 하류측 장비의 중심선을 중심으로 동심으로 중심이 맞춰지는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 압축 가스를 도입하여 펠레타이저에서 건조 장치로 그리고 그 건조 장치를 지나 운반되는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시킴으로써, 펠릿의 내부 열이 보유되어 펠릿의 건조를 촉진시켜 건조 장치를 떠나는 펠릿의 수분 함량이 약 1.0중량% 미만, 보다 바람직하게는 0.5중량% 미만, 가장 바람직하게는 0.25 중량% 미만으로 되게 하는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 추가적인 목적은, 압축 가스를 도입하여 펠레타이저에서 건조 장치로 그리고 그 건조 장치를 지나 운반되는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시킴으로써, 펠릿의 내부 열이 보유되어 펠릿의 건조는 물론 결정화를 촉진시키는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 목적에 있어서 압축 가스를 도입하여 펠레타이저에서 건조 장치로 그리고 그 건조 장치를 지나 운반되는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시킴으로써, 건조 장치를 떠나는 펠릿의 결정화가 적어도 20중량%, 보다 바람직하게는 적어도 30중량%, 가장 바람직하게는 적어도 40중량%만큼 이루어지게 하는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 펠릿화 프로세스의 개시 중에 펠릿의 걸림(hang-up)을 방지하도록 부분적으로 후퇴할 수 있는 한편, 운반 파이프 내로 흘러 그 운반 파이프를 지나는 펠릿 슬러리의 흐름을 촉진시키고 펠릿이 운반 파이프를 통해 이동할 때에 펠릿으로부터 떨어지게 운반 액체의 흡인을 용이하게 하도록 앞쪽으로 이동할 수 있는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 펠릿 슬러리의 흐름에 대한 특별한 원하는 효과를 생성하도록 임의의 개수의 단면 형상, 내면 변화부, 또는 내부 구조를 갖는 위치 설정 가능 노즐을 제공하는 데에 있다.
전술한 목적 및 기타 목적을 고려할 때, 본 발명은 폴리머 가닥을 압출 하여 펠릿으로 절단하고 이들 펠릿을 물-펠릿 슬러리로서 운반 배관을 통해 원심 분리형 건조기로 수송하는 수중 펠레타이저 장치에 이용되는 주입 장치에 관한 것이다. 이 주입 장치는 건조기로 보내지고 그 건조기를 지나는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시킴으로써 펠릿의 보다 많은 내부 열이 보유되게 물-펠릿 슬러리 내에 펠릿 속도 촉진제를 도입하도록 조절 가능한 주입 위치를 갖는 위치 설정 가능 노즐 조립체를 포함한다. 이 노즐 조립체는 이 조립체의 노즐 튜브가 운반 배관 내에 전진해 배치되는 완전 삽입 위치와, 노즐 튜브가 운반 배관을 지나는 슬러리의 전혀 차단되지 않은 흐름을 제공하도록 운반 배관으로부터 후퇴된 완전 후퇴 위치 사이에서 조절될 수 있다. 바람직하게는, 위치 설정 가능 노즐 조립체는, 노즐 튜브가 완전 삽입 위치 및 완전 후퇴 위치는 물론 이들 완전 삽입 전진 위치와 완전 후퇴 위치 사이의 다양한 중간 위치에 수동으로 배치되거나 자동 제어 시스템을 이용하여 배치될 수 있도록 구성된다.
전술한 이점은 물론 이하에서 드러날 기타 목적 및 이점들은 본 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명하고 청구 범위에 기재된 바와 같은 구조 및 작동의 세부 사항에 포함되며, 도면에 걸쳐 동일 도면 부호는 동일한 부품을 지칭한다.
도 1은 종래 기술의 고정 노즐 구성의 절개 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 원심 분리형 건조기에 연결된 위치 설정 가능 노즐과 함께 수중 펠레타이저 및 운반 배관을 포함하는 수중 펠레타이징 시스템의 개략도이다.
도 2a는 도 2의 위치 설정 가능 노즐의 확대도이다.
도 3은 도 2a의 위치 설정 가능 노즐 및 운반 배관의 일부를 노즐 튜브가 후퇴 위치에 있는 상태로 나타내는 절개 단면도이다.
도 4는 도 2a의 위치 설정 가능 노즐 및 운반 배관의 일부를 노즐 튜브가 삽입 전진 위치에 있는 상태로 나타내는 절개 단면도이다.
도 5는 도 2a의 위치 설정 가능 노즐 및 운반 배관의 일부를 노즐 튜브가 삽입 전진 위치에 있는 상태로 나타내는 개략적 평면도이다.
도 6a는 자동 제어 시스템을 이용하는 도 2a의 위치 설정 가능 노즐 및 운반 배관의 일부를 노즐 튜브가 후퇴 위치에 있는 상태로 나타내는 절개 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 라인 6b-6b를 따라 취한 노즐 튜브 하우징의 도면이다.
도 6c는 도 6a의 자동 제어 시스템의 실시예를 노즐 튜브가 삽입 전진 위치에 있는 상태로 나타내는 절개 단면도이다.
도 6d는 도 6c의 라인 6d-6d를 따라 취한 노즐 튜브 하우징의 도면이다.
도 7은 도 6a 내지 도 6d의 자동 제어 시스템에 이용되는 자기 결합 로드리스 실린더(magnetically coupled rodless cylinder)의 부분 절개도이다.
도 8은 도 6a 내지 도 6d의 자동 제어 시스템을 위한 제어 회로를 나타내는 도면이다.
도 9a는 본 발명에 따라 수직으로 배향된 직선형 핀(fin)을 수용하는 노즐 튜브의 전방 오리피스의 도면이다.
도 9b는 본 발명에 따라 수직으로 배향된 곡선형 핀을 수용하는 노즐 튜브의 전방 오리피스의 도면이다.
도 9c는 본 발명에 따른 노즐 튜브를 위한 반원형 전방 오리피스의 도면이다.
도 9d는 본 발명에 따른 노즐 튜브에 있어서의 패각상(conchoidal) 또는 C형으로 된 전방 오리피스의 도면이다.
도 9e는 본 발명에 따라 테이퍼진 말단을 갖는 노즐 튜브의 도면이다.
도 9f는 본 발명에 따라 점점 감소하게 원추형으로 테이퍼진 보어를 갖는 노즐 튜브의 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하지만, 기타 실시예들도 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 이하의 상세한 설명에 기재하거나 도면에 도시한 구조 및 구성 요소들의 배치의 세부 사항으로 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 본 발명은 기타 실시예도 가능하고 다양한 방식으로 이루어지거나 실행될 수도 있다. 또한, 개시하는 바람직한 실시예에서, 명료성을 위해 특정 용어를 사용할 것이다. 각각의 특정 용어는 유사한 목적을 달성하도록 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다는 점을 이해할 것이다. 가능하다면, 도면에서의 유사한 구성 요소들은 동일한 도면 부호로 나타낸다.
본 발명에 따른 위치 설정 가능 노즐 조립체는 다양한 폴리머 재료의 결정화를 향상시키고 또한 그 물질 및 기타 물질의 건조를 촉진시키는 한편, 종래 기술의 구조에서 직면하였던 응집체에 대한 가능한 장애 지점을 제거하는 데에 도움이 된다. 펠릿 운반 파이프 내로 압축 공기 또는 기타 가스를 주입함으로써, 펠릿 슬러리의 속도가 증가한다. 그 결과, 증가된 속도 및 그 펠릿의 표면으로부터 떨어지게 운반 액체의 흡인으로 인해 펠릿이 운반 액체에 노출되는 시간을 감소시킨다. 증가된 속도로 인해, 운반 액체 내에서의 펠릿의 체류 시간이 줄어들어, 펠릿이 더 긴 시간 동안 운반 액체에 노출되는 경우보다 더 많은 내부 열을 보유할 수 있게 된다. 사실상, 보유되는 내부 열의 증가는 펠릿의 결정화에 도움이 된다. 이러한 효과는 펠릿의 표면으로부터 떨어지게 운반 액체의 흡인에 의해 운반 액체로의 열 손실이 감소함으로서 더욱 향상된다.
펠릿의 최대 처리량을 달성하기 위해, 본 발명은 노즐의 기하학적 형상 및 위치가 조절될 수 있게 한다. 이는 펠레타이저에서 건조기로 운반되는 속도에 중요한데, 이 속도는 흡인에 의해 운반 액체로부터 펠릿을 분리시키고 그 펠릿이 보유한 내부 열의 양을 증가시키는 데에 있어서의 시스템의 효율에 영향을 준다. 또한, 노즐의 기하학적 형상 및 위치의 변경은 운반 파이프를 통한 슬러리의 유동 패턴을 변경하는 기능을 하여, 처리되는 재료와 관련한 특정 요건을 충족하도록 난류를 보다 크게 또는 작게 생성할 수 있다.
이하, 도 2를 참조하면, 전체적으로 도면 부호 100으로 나타낸 본 발명에 따른 위치 설정 가능 노즐이 펠레타이저(10)를 건조 장치(20) 및 그에 후속한 임의의 후처리 장치에 연결하는 전체적으로 도면 부호 15로 나타낸 운반 배관에 조립되어 있다. 도시 생략한 용융 및 혼합 장치가 펠레타이저(10)에 연결되고, 이 펠레타이저(10)에는 유입 파이프(12)가 부착된다. 이 유입 파이프(12)롤 통해 운반 액체가 펠레타이저(10)의 절단 챔버 내로 도입되고, 여기서 펠릿과 혼합되어 펠릿 슬러리를 형성한다. 이 펠릿 슬러리는 유출 파이프(14)를 통해 배출되어 투시창(sight glass)(16)을 거친 후에 운반 배관(15) 내의 위치 설정 가능 노즐 조립체(100)를 지나간다. 펠릿이 운반 액체에 노출되는 시간을 감소시키도록 위치 설정 가능 노즐 조립체(100)를 통해 펠릿 속도 촉진제가 운반 배관 내로 주입되어 그 내로 보내진다. 펠릿 속도 촉진제는 그 불활성 특성 및 입수의 용이성을 고려할 때에 바람직하게는 공기이다. 그러나, 질소 또는 그 유사 가스와 같은 불활성 특성을 갖는 기타 가스가 이용될 수 있다. 그와 같이 가속된 펠릿 및 운반 액체는 운반 파이프(18)를 지나 건조기 조립체(20)로 보내져 이 건조기 조립체를 지나게 되고, 여기서 펠릿은 탈수 건조된다. 가속된 펠릿 및 운반 액체에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
도시하지 않은 용융 및 혼합 장치는 임의의 종래 공지된 장치 또는 그 조합일 수 있는 것으로, 당업자들에게 공지된 바와 같은 용융 용기, 싱글 스크루 압출기, 트윈 스크루 압출기, 정적 믹서(static mixer), 연속 믹서, Banbury형 믹서 등을 포함할 수 있으며 이들에 한정되진 않는다.
펠레타이저(10)는 워터 링 펠레타이저(water ring pelletizer), 수중 펠레타이저 등일 수 있으며, 바람직하게는 당업자에게 공지되어 있는 바와 같은 압출 다이가 장착된 수중 펠레타이저이다. 운반 액체는 임의의 액체일 수 있고, 바람직하게는 물이다. 물 외에도, 본 발명에 따른 펠릿화에 유용한 기타 액체로는 알코올, 물-알코올 혼합물, 광유, 식물성 오일, 글리콜 혼합물 등이 포함된다. 선택적으로, 물 또는 기타 운반 액체는 유동성 개질제, 코팅, 소포제, 공용매(cosolvent) 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 첨가제를 함유할 수 있다. 본 명세서에서 이용하는 바와 같이 운반 액체와 관련하여 "액체" 또는 "물"이라 언급하는 경우, 이는 단지 물만이 아니라 첨가제의 여부에 관계없이 운반 액체로서 이용하기에 적합한 임의의 액체를 지칭하고자 하는 것이다.
본 발명에 따라 펠릿으로 되고 운반되는 재료는 폴리머, 왁스, 및 펠릿화에 의해 통상 처리되는 기타 압출 가능 재료일 수 있다. 일례로서, 그 재료는 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리티오에테르, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 풀리우레탄, 플루오로폴리머, 비닐 폴리머, 생분해성 폴리머 및 이들의 코폴리머를 포함할 수 있다. 추가적인 처리 전에 통상 결정화되는 재료가 본 발명에 따른 처리에 특히 적합하며, 바람직하게는 그 재료는 1중량% 미만의 수분 함량까지 건조될 수 있고 적어도 20중량% 수준까지 결정화될 수 있다. 더 바람직하게는 그 재료는 0.50중량% 미만의 수분 함량까지 건조될 수 있고 적어도 30중량% 수준까지 결정화될 수 있다. 가장 바람직하게는 그 재료는 0.25중량% 미만의 수분 함량까지 건조될 수 있고 적어도 40중량% 수준까지 결정화될 수 있다.
대안적으로 및 선택적으로, 본 발명에 따라 펠릿으로 될 재료는 당업자들에게 공지되어 있는 바와 같은 임의의 통상적인 충전재, 이 충전재들의 조합 및/또는 기타 첨가제를 함유할 수 있다. 충전재는 셀룰로오스 분말 및/또는 섬유, 분말 및 섬유를 포함한 바이오 재료 등을 포함할 수 있다.
도 2의 건조기(20)는 탈수 장치, 여과 장치, 진동 탈수 장치, 유동화 베드(fluidized bed), 텀블 건조기, 원심 분리기, 드라이어, 원심 분리형 건조기 중 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 자가 세정형 원심 분리형 건조기이다. 그러나, 액체-펠릿 슬러리에서 펠릿으로부터 액체를 분리하기 위한 임의의 분리 장치가 본 발명에 이용될 수 있다. 후처리는 당업자들에게 공지되어 있는 바와 같은 냉각, 개선된 결정화, 가열, 추가적인 건조, 사이징, 고상 중축합이나 고상 중합, 패키징 등을 포함할 수 있으며 이들에 한정되지 않는다.
본 발명에 따른 위치 설정 가능 노즐 조립체(100)의 하나의 실시예가 도 2a에 확대도로 보다 상세하게 도시되어 있다. 이 조립체는 밸브(104), 파이프(106), 체크 밸브(108), 및 엘보우(102) 내에 부분적으로 삽입되어 점선으로 도시한 바와 같이 보이지 않는 노즐 튜브(110)를 포함한다. 노즐 튜브(110)는 삽입 지점(112)에서 엘보우(102) 내로 삽입되어 엘보우(102)의 루멘 내로 연장하여 엘보우(102)와 유출 파이프(116)의 접속부(114)에 이른다. 도시 생략한 유입 가스 라인이 밸브(104)에 부착되며, 이 밸브(104)는 바람직하게는 볼 밸브이다.
투시창(16)(도 2 참조)을 지나는 펠릿 슬러리는 유입 파이프(118)를 지나 엘보우(102)로 보내져 이를 통과하게 되고, 여기서 유출 파이프(116)로 보내져 밸브(120)를 통과하기 전에 압축 가스, 바람직하게는 공기와 상호 작용하게 된다. 유입 파이프(118), 엘보우(102), 및 유출 파이프(116)는 엘보우 형상을 하고 노즐 튜브(110)를 삽입할 수 있도록 굴곡시킴으로써 변형된 단일 피스의 파이프일 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 유입 파이프(118), 엘보우(102), 및 유출 파이프(116)는 나사 결합 또는 용접 등에 의해 서로에 부착된 별개의 부품들이다. 유입 파이프(118) 및 유출 파이프(116)는 엘보우(102)와 동일한 직경을 갖거나 엘보우(102)와는 상이한 직경을 가질 수 있는 데, 이 경우, 그들은 바람직하게는 엘보우(102)의 직경으로 테이퍼진다. 바람직한 실시예에 따르면, 유입 파이프(118)와 엘보우(102)가 동일한 직경을 가지며, 유출 파이프(116)는 엘보우(102)와의 접속부(114)에서부터, 밸브(120)에 이르러 이에 연결된 파이프 연장부(122)에 대한 부착부로 가면서 직경이 점점 감소한다. 밸브(120)는 바람직하게는 나사 결합 또는 용접에 의해 운반 파이프(18)에 연결된다.
선택적으로, 유출 파이프(116)와 파이프 연장부(122)는 도 2a에 도시한 바와 같이 신속 분리 연결구(125)에 의해 분리 가능하게 부착될 수 있다. 신속 분리 연결구(125)는 임의의 적절한 파이프 신속 분리 조립체일 수 있다. 그러한 연결은 필요에 따라 검사, 청소, 유지보수 및 수리를 위해 엘보우 및 노즐 조립체에 용이하게 접근할 수 있게 한다.
유입 파이프(118), 엘보우(102), 유출 파이프(116) 및 노즐 튜브(110)는 바람직하게는 공구강, 바나듐강, 탄소강, 경화강, 스테인레스강, 니켈강 등을 비롯한 금속으로 이루어지지만, 산업 등급의 내마모성 플라스틱으로 이루어질 수도 있다. 그러한 부품들은 바람직하게는 스테인레스강으로 이루어지고, 가장 바람직하게는 저탄소 스테인레스강으로 이루어진다.
체크 밸브(108)는 바람직하게는 리시버 탱크(receiver tank)(도시 생략)와 엘보우(102) 사이에 배치되어, 리시버 탱크 내로 물과 펠릿이 역류하는 것을 방지한다. 체크 밸브(108)는 압축 공기 또는 기타 가스는 통과해 흐를 수 있게 하지만, 공기 또는 기타 가스가 통과하지 않는 때에는 운반 액체의 압력이 체크 밸브(108)를 차단하여 운반 액체와 펠릿의 역류를 방지한다. 대안적으로, 자동 밸브, 바람직하게는 액추에이터를 갖는 전기기계식 밸브로 체크 밸브(108)를 대체할 수도 있다.
밸브(104)는 조작자가 압축 공기 또는 기타 가스의 유량을 제어할 수 있게 한다. 바람직하게는, 볼 밸브로 이루어지는 밸브(104)는 볼트 체결, 용접, 또는 나사 결합 등에 의해 노즐 튜브(110)에 부착된다. 가장 바람직하게는 밸브(104), 파이프(106), 체크 밸브(108) 및 노즐 튜브(110)가 순차적으로 부착된다. 선택적으로 및 대안적으로, 전기기계식 밸브가 밸브(104) 및 체크 밸브(108)를 대체할 수도 있다.
밸브(120)는 또한 압축 공기 또는 기타 가스의 속도를 조절할 수 있다. 밸브(104)는 압축 가스 주입을 필요로 하지 않는 통상의 펠릿화 처리를 허용하도록 폐쇄될 수 있다. 밸브(104)와 밸브(120)는 모두 선택적인 것으로, 어느 하나 만을 다른 것 없이 이용할 수도 있다. 바람직하게는 밸브(104)가 압축 가스의 조절을 위해 존재하고, 가장 바람직하게는 밸브(104) 및 밸브(120)가 압축 공기 또는 기타 가스의 최량의 제어 및 조절을 위해 조합되어 상승 작용을 하게 이용될 수 있다.
위치 설정 가능 노즐 조립체는 바람직하게는 도 2에 도시하고 도 2a, 도 3, 도 4, 및 도 5에 보다 상세하게 도시한 바와 같이 배치된다. 운반 파이프(18)(도 2 참조)로 구현된 운반 도관은 바람직하게는 엘보우(102) 내로 주입되는 공기 또는 기타 가스와 직선을 이룬다. 도 2a, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 바람직하게는 운반 파이프(18)의 축선과 일직선을 이루어, 펠릿 슬러리에 대한 주입 효과를 최대화하고 펠릿 슬러리를 균일하게 흡인하도록 된다. 엘보우(102) 또는 "Y"형상과 같은 등가의 구조의 위치는 펠릿 슬러리가 펠레타이저(10)를 떠난 후에 첫 번째 엘보우가 바람직하다. 그러나, 엘보우(102)는 펠레타이저(10)로부터 더 떨어져 있고 건조기(20) 전에 위치한 선택적 엘보우(도시 생략)에 위치할 수도 있다. 선택적으로, 복수의 노즐 튜브가 적어도 하나의 엘보우에 삽입되어, 공동작용으로 적어도 하나의 운반 파이프(18)까지는 물론 그를 통과한 운반을 촉진시킬 수 있다.
도 3에서는 엘보우(102)에 대해 완전히 후퇴된 위치에서의 위치 설정 가능 노즐 조립체(100)의 일부분을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 노즐 튜브(110)의 후단부는 칼라(122)에 의해 둘러싸여 있으며, 이 칼라(122)는 노즐 튜브가 원통형 하우징(128) 내에서 미끄럼 운동할 때에 그 후단부를 안내한다. 노즐 튜브(110)와 칼라(122)는 일체형 구조로 이루어질 수 있지만, 바람직하게는 노즐 튜브(110)와 칼라(122)는 용접 등에 의해 함께 부착되는 별도의 부품이다. 노즐 튜브(110)와 칼라(122)는 바람직하게는 칼라의 각 단부의 용접부(124) 및 용접부(126)에서 용접된다.
노즐 튜브(110)와 칼라(122)는 가변적으로 위치 설정될 수 있고, 하우징(128)을 통해 자유로이 미끄럼 운동할 수 있다. 하우징(128)의 전단부(130)는 접속부(112)에서 엘보우(102)에 부착되는 밀봉용 전이 칼라(132)에 나사식으로 부착된다. 노즐 튜브(110)의 전단부는 칼라(132)의 중앙 보어(133) 내에 미끄럼 운동 가능하게 지지된다. 하우징(128) 내에서 노즐 튜브(110) 둘레에는 인장 스프링(134)이 배치된다. 칼라(122)에는 적어도 하나의 가이드 핀(pin)(136)이 부착된다. 이 가이드 핀(136)은 도 5에 상세하게 도시한 바와 같이 하우징(128) 내의 적어도 하나의 홈(138)과 정렬되어 그 내에 배치된다. 더 큰 운반 파이프 및 노즐 조립체의 경우, 더 큰 조절 능력을 제공하도록 하우징(128) 내의 적어도 2개의 해당 홈(138) 내에 위치 설정 가능하게 정렬되는 적어도 2개의 가이드 핀(136)을 구비하는 것이 바람직하다. 홈(138)은 하우징(128)의 길이를 따라 선형으로 길게 형성되어, 도 3에 도시한 바와 같이 적어도 하나의 각진 리세스(140)를 형성하거나, 도 5에 도시한 바와 같이 복수의 리세스(140, 141)를 형성한다.
도 3을 다시 살펴보면, 인장 스프링(134), 바람직하게는 코일 스프링이 칼라(122)의 전방면과 밀봉용 전이 칼라(132)의 후방면에 안착되어 있다. 도 3에서, 노즐 튜브 조립체의 후퇴 위치에서는 인장 스프링(134)이 팽창된다. 도 4에는 노즐 튜브(110)가 엘보우(102)의 루멘 내로 완전히 삽입된 위치 설정 가능 노즐 조립체(100)의 최전방 위치에서 인장 스프링(134)이 압축 상태로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 완전히 삽입된 경우에, 칼라(122)는 하우징(128) 내에 수용되고, 가이드 핀(136)은 도 5에 보다 명확하게 도시한 바와 같이 각진 리세스(140)에 로킹된다. 한편, 노즐 튜브가 단지 부분적으로 삽입된 경우에는 가이드 핀(136)은 각진 리세스(141) 내에 로킹될 것이다.
노즐 튜브(110)는 바람직하게는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 밀봉용 전이 칼라(132) 내에 배치된다. 밀봉은 O링, "쿼드(quad)" 링, 기계적 시일 등을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 당업자들에게 공지된 임의의 기계적 수단에 의해 달성된다. 바람직하게는, 밀봉은 밀봉용 전이 칼라(132) 내의 둘레 홈(144) 내에 유지되는 적어도 하나의 O링(142)을 이용하여 달성된다. O링(142)은 노즐 튜브(110)의 직경 둘레에 밀봉되게 끼워져, 노즐 튜브(110)가 적어도 하나의 O링(142)을 통과해 밀봉 및 미끄럼 운동 가능하게 배치될 수 있게 한다. 바람직하게는 적어도 2개의 O링(142)이 적어도 2개의 해당 둘레 홈(144) 내에 밀봉되게 배치된다. 가장 바람직하게는 복수개의 O링(142)이 동일한 복수개의 둘레 홈(144) 내에 밀봉되게 배치된다.
도 5에서는 도 2a에서 상응하게 도시하고 전술한 바와 같이 노즐 튜브(110)가 엘보우(102)의 루멘 내로 완전히 삽입되어 접속부(114)와 대략 동일 면으로 맞춰진 상태에서의 위시 설정 가능 노즐 조립체(100)의 일부분을 도시하고 있다. 칼라(122)는 하우징(128) 내로 삽입되어 있고, 가이드 핀(136)은 각진 리세스(140) 내에 확실하게 배치되도록 홈(138)을 통해 이동되어 있다.
노즐 튜브(110)는 대체로 밀봉용 전이 칼라(132)의 루멘 내에서의 엘보우(102)의 외면의 외측으로부터 적어도 접속부(114)에 이르는 범위, 선택적으로 그 접속부를 넘어선 범위에 걸쳐 위치 설정될 수 있다. 바람직하게는, 완전 후퇴 위치는 대략 엘보우(102)의 외면과 맞춰지고 완전 삽입 위치는 대략 접속부(114)에 위치한다.
위치 설정 가능 노즐 조립체(100) 내에서의 노즐 튜브(100)의 운동은 수동 방식이나 바람직하게는 하나 이상의 자동 제어 시스템을 이용한 방식을 비롯한 임의의 적절한 방식으로 달성될 수 있는데, 자동 제어 시스템에는 공압식, 전기식, 전자식 및 유압식 장치 및 방법이 단독으로 또는 조합되어 포함될 수 있고, 선택적으로는 프로그램 가능 논리 제어(programmable logic control : PLC)를 포함할 수 있다. 또한, 동일한 노즐 조립체 내에서 수동과 자동 제어 능력을 조합할 수도 있다. 수동 제어는 각진 리세스(140)의 위치에 의해 결정되는 위치에의 특정 배치를 필요로 한다. 그러나, 운동이 자동화되는 경우, 복수의 위치들이 이용될 수 있다. 도 5에서의 가이드 핀(136) 및 이와 관련된 홈(138)과 리세스(140, 141)를 사용하면 자동 제어 시스템을 이용한 제어의 필요성을 예상하지 못할 것이다.
노즐의 위치 설정을 위한 자동 제어 시스템을 갖는 본 발명에 따른 위치 설정 가능 노즐의 바람직한 실시예가 도 6a 내지 도 6d에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 노즐은 사용자에 의해 제어되는 공압 실린더를 이용하여 공압식으로 원하는 위치로 이동된다. 공압 실린더는 바람직하게는, 브래킷 또는 핀(162)에 의해 노즐 튜브(110) 및 칼라(122)에 고정되게 연결된 카트리지(160)에 자기적으로 맞물리는 전체적으로 도면 부호 154로 나타낸 자기 결합 로드리스 실린더(magnetically coupled rodless cylinder)(154)이다. 도 6a 및 도 6c에 도시한 바와 같이, 핀(162)은 바람직하게는 카트리지(160)와 칼라(122) 사이에 연결되고, 이 칼라(122)는 또한 노즐 튜브(110) 상에 용접된다. 그러나, 핀(162)은 노즐 튜브(110)에 직접 연결될 수도 있다. 핀(162)은 당업자들에게 공지된 바와 같은 임의의 적절한 연결 방법에 의해 카트리지(160)와 칼라(122)/노즐 튜브(110)에 연결될 수 있지만, 바람직하게는 카트리지(160) 및 칼라(122)에 볼트 체결된다. 핀(62)은 도 6b 및 도 6d에 도시한 바와 같이 노즐 튜브(110) 및 칼라(122)를 둘러싸는 하우징(129)의 슬롯(139)에 의해 그 하우징(129)을 관통한다.
본 발명에 유용한 하나의 그러한 자기 결합 로드리스 실린더는 미국의 SMC Corporation에서 Series CY1B라는 제품명으로 제조하고 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 로드리스 실린더(154)는 제1 자석(174)이 장착된 피스톤(172)이 내부에 있는 실린더 튜브(170)를 포함한다. 제2 자석(175)은 카트리지(160)의 본체(176) 내에서 실린더 튜브(170)의 외측에 지지된다.
공압 실린더를 이용하여 노즐 튜브(110)를 이동시키기 위한 제어 회로가 전체적으로 도면 부호 190으로 표시하여 도 8에 도시되어 있다. 노즐 팁(155)과 관련하여, 공압 실린더(154)는 그 원위 단부(157)에 제1 공기 입구(156)와, 그 근위 단부(159)에 제2 공기 입구(158)를 구비한다. 노즐 튜브(110)를 도 6c 및 도 6d에 도시한 완전 삽입 전진 위치로 이동시키기 위해, 푸쉬 버튼(180)과 같은 조그-인(jog-in) 기구를 조작하여 제1 공기 입구(156) 내로 압축 공기를 주입하도록 공기 작동식 차단 밸브(181)의 위치를 변경한다. 또한, 공기는 근위 단부(159)의 제2 공기 입구(158)에서 체크 밸브(184)로 주입되어, 체크 밸브(184)를 개방시켜 실린더(154)의 근위 단부, 즉 전단부에 이미 존재하는 압축 공기를 방출시키며, 이에 따라 피스톤(172)을 이와 자기적으로 맞물린 카트리지(160)와 함께 전방으로 이동시키면서 핀(162)을 도 6d에 도시한 위치로 슬롯(139) 내에서 이동시킨다.
이와 반대로, 노즐 튜브(110)를 삽입 위치에서부터 도 6a 및 도 6b에 도시한 후퇴 위치로 이동시키기 위해, 푸쉬 버튼(182)과 같은 조그-아웃(jog-out) 기구를 조작하여 제2 공기 입구(158) 내로 압축 공기를 주입하도록 공기 작동식 차단 밸브(181)의 위치를 변경한다. 또한, 공기는 원위 단부(157)의 제1 공기 입구(156)에서 체크 밸브(185)로 주입되어, 체크 밸브(185)를 개방시켜 실린더(154)의 원위 단부, 즉 후단부에 이미 존재하는 압축 공기를 방출시키며, 이에 따라 피스톤(172)을 이와 자기적으로 맞물린 카트리지(160)와 함께 전방으로 이동시키면서 핀(162)을 도 6b에 도시한 위치로 슬롯(139) 내에서 이동시킨다. 그러한 위치 설정 이벤트 사이에, 제어 회로(190)에 의해 제어되는 실린더(154)의 체크 밸브(184) 및 체크 밸브(185)는 공기 입구(156) 또는 공기 입구(158)로부터 공기가 방출될 수 없게 함으로써 노즐 튜브를 제위치에 유지한다. 체크 밸브(184) 및 체크 밸브(185)는 또한 노즐 튜브의 얼마나 신속한 이동이 이루어질지를 조정하도록 속도 제어를 제공한다.
피스톤 및 카트리지(160)를 이동시키는 데에 이용되는 압축 공기는 당업자들에게 공지되어 있는 바와 같은 공기 탱크 압축기와 같은 다양한 공기 공급원으로부터 공급될 수 있다. 이러한 공압식 실시예에 있어서, 완전 삽입 위치(도 6c 및 도 6d)와 완전 후퇴 위치(도 6a 및 도 6d) 사이에서의 노즐 튜브에 대한 임의의 개수의 중간 위치를 공기 입구(156, 158) 내로 주입되는 압축 공기의 양의 제어를 통해 실현할 수 있다. 대안적으로, 노즐 튜브의 유사한 이동 및 제어를, 자기 결합 로드리스 실린더(154) 대신에 당업자들에게 공지되어 있는 바와 같은 리니어 공압 실린더, 유압 실린더와 파워 유닛, 또는 볼 스크루나 애크미 스크루(acme screw)를 함께 사용한 서보 모터나 스텝퍼 모터를 이용하여 달성할 수도 있다. 그러나, 자기 결합 로드리스 실린더가 본 발명을 위해 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면 노즐을 이동시키기 위한 바람직한 자동 제어 시스템은 원하는 경우에 노즐 튜브의 수동 이동과 조합될 수도 있다.
바람직하게는, 노즐 튜브(110)는 펠레타이저(10)의 "작업 개시" 중에 후퇴 위치에 배치되어, 그 튜브가 운반 배관(15) 내에 장애물로서 존재하게 되는 것을 제거할 수 있다. 펠릿화 프로세스의 시작 단계 중에는 원하지 않는 응집체가 형성되기 쉬울 수 있어, 노즐 튜브(110)를 후퇴시킴으로써 운반 배관(15)의 전체 내경을 펠릿 슬러리가 이용할 수 있게 하는 것이 유리하다.
위치 설정 가능 노즐 조립체(100)는 조작자가 압축 공기 또는 기타 가스를 운반 파이프(18) 내로 주입할 수 있게 하면서도, 운반 파이프(18) 및 엘보우(102)에 대한 노즐 튜브(110)의 위치를 조절할 옵션을 갖도록 구성된다. 노즐 튜브(110)가 여전히 원하는 흡인을 생성하면서도 후퇴 및 삽입될 수 있는 정도는 유량, 펠릿 대 운반 액체 비, 운반 액체 온도, 운반 파이프(18)에 대한 엘보우(102)의 직경, 엘보우(102)와 건조기(20) 사이의 거리, 및 펠릿으로 될 재료의 종류 중 적어도 하나에 좌우되며 이들에 한정되진 않는다.
도 2a, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 노즐 튜브(110)의 외경이 예를 들면 접속부(114)에서의 엘보우(102)의 내경보다 작을 것이라는 것을 이해할 것이다. 이와 관련하여, 루멘 내의 공간은 특정 펠레타이징 시스템에 대한 최대 크기의 펠릿을 이용하여 측정하였을 때에 적어도 2개의 펠릿의 최대 합산 치수가 접속부(114)에서 노즐 튜브(110)의 외면과 엘보우(102)의 내면 사이를 지나갈 수 있게 하기에 충분하게 커야 한다. 달리 설명하지면, 노즐 튜브의 외경과 엘보우 루멘의 내경 간의 틈새는, 펠레타이저에 대해 각각 최대 치수를 갖는 적어도 2개의 펠릿이 그 틈새 영역을 걸림이나 막힘 없이 나란히 통과할 수 있게 하기에 충분하도록 크다. 예를 들면, 본 발명의 하나의 실시예에서는 0.75인치 공칭 직경의 노즐 튜브(110)가 엘보우(102)에 대한 2인치 공칭 직경의 노즐 유입 파이프(118), 2인치 공칭 직경의 엘보우(102), 및 엘보우(102)에서 건조기(20)에 이르는 1.5인치 공칭 직경의 운반 파이프(18)와 함께 이용된다. 다른 실시예에서는 0.75인치 공칭 직경의 노즐 튜브(110)가 3.0인치 공칭 직경의 엘보우(102)와 함께 사용되고, 또 다른 실시예에서는 0.5인치 공칭 직경의 노즐 튜브(110)가 2.0인치 공칭 직경의 엘보우와 함께 사용된다.
도 2a에서 엘보우(102)의 접속부(114)에 대한 노즐 튜브(110)의 배향은. 접속부(114)의 중심선을 중심으로 동심으로 중심으로 맞춰지거나, 그 중심선 위쪽으로, 중심선 아래쪽으로, 중심선의 우측 또는 좌측으로, 혹은 그 중심선에 대해 둘레 방향으로 임의의 각도로 편향될 수 있는 데, 이 각도는 노즐 튜브(110)의 중심선과 엘보우(102)의 접속부(114)의 중심선 사이에 형성되는 각도로서, 0도 내지 최대 편향에 이르는 범위일 수 있다. 최대 편향은 노즐 튜브(110)의 외면이, 엘보우(102)의 접속부(114)의 내면과 접촉하거나 및/또는 그 노즐 튜브(110)가 내로 연장하게 되는 엘보우(102)의 접속부(114)의 하류측의 임의의 장치와 접촉하게 되는 편향 정도로서 정의한다. 바람직하게는 노즐 튜브(110)가 엘보우(102)의 접속부(114)의 중심선을 중심으로 동심으로 배치되어 동일선상에 있다. 엘보우(102)의 접속부(114)의 중심선이 접속부(114)의 하류측의 운반 파이프(18)의 중심선과 동일선 상에 있다는 점을 이해할 것이다.
노즐 튜브(110)의 전방 오리피스(146)는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 다각형 등을 비롯한 임의의 형상을 할 수 있고, 바람직하게는 원형 형상을 갖는다. 전방 오리피스(146)의 직경은 노즐 튜브(110)의 직경보다 크거나, 보다 작거나, 또는 그와 동일할 수 있으며, 바람직하게는 동일하다. 전방 오리피스(146)의 직경이 노즐 튜브(110)의 직경과 동일하지 않는 경우, 그 직경은 가장 근접한 O링(142)(도 3 및 도 4 참조)에 접촉하지 않는 노즐 튜브(110)의 부분에서만 각각 점점 증가 또는 감소한다. 그러나, 말단 오리피스(146)의 직경은 밀봉용 전이 칼라(132)의 내경보다 클 수 있다. 도 9e에는 노즐 튜브(110)의 말단에 대해 감소하는 테이퍼(150)가 도시되어 있다. 마찬가지로, 전방 오리피스(146)는 도 9c에 도시한 바와 같이 반원형이거나, 도 9d에 도시한 바와 같이 패각상 또는 C형으로 될 수 있다.
노즐 튜브(110)의 내부에는 나선형 내면, 소정 윤곽의 내면, 강선(腔線)형 내면, 테이퍼형 내면, 및 이들의 수많은 조합을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 수많은 다양한 변형이 제공될 수 있다. 도 9f에서는 테이퍼가 전방 오리피스(146)를 향해 감소하고 있는 원추형으로 테이퍼진 노즐 튜브(110)를 도시하고 있다.
노즐 튜브(110)의 내부에는 추가로 또는 대안으로 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 하나 이상의 핀(fin)(152)이 포함될 수 있다. 이들 핀은 도 9a에 도시한 바와 같이 노즐 튜브(110)의 둘레에 대해 직선형으로 90도의 각을 이루거나 보다 작은 각을 이룰 수 있다. 마찬가지로, 핀은 도 9b에 도시한 바와 같이 노즐 튜브(110)의 둘레에 대해 굴곡되거나 곡선형으로 될 수 있다. 핀은 노즐 튜브(110)의 길이보다 짧은 길이에서부터 동일한 길이에 이르는 범위의 임의의 길이를 가질 수 있고, 그 높이는 노즐 튜브(110)의 반지름을 초과하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 핀(152)은 노즐 튜브(110)의 길이보다 짧고 그 높이는 노즐 튜브(110)의 반지름보다 작다. 복수의 핀이 포함되는 경우, 이들 핀은 또한 서로에 대해 임의의 각도로 배치될 수 있고 동일 또는 상이한 구조로 이루어질 수 있다. 핀의 용도는 운반 파이프(18) 내에서 보다 큰 난류 흐름의 생성을 용이하게 하는 데에 있다. 보다 구체적으로, 흡인되는 펠릿 슬러리의 유동이 층류에서부터 난류에 이르는 범위로 될 수 있다. 임의의 이론에 의해 제한되고자 하는 것은 아니지만, 공기 또는 기타 가스를 펠릿 슬러리 내로 주입하게 되면, 운반 액체를 펠릿으로부터 흡인하여, 운반 액체는 운반 파이프(18)의 내면을 따라 층류 형상으로 운반되는 한편, 증기 미스트와 펠릿은 운반 파이프(18)의 길이를 따라 운반 파이프(18)의 중심을 통해 보다 큰 난류 흐름으로 전달된다. 몇몇 경우에, 보다 큰 난류 흐름이 바람직할 수 있고, 이 경우 유리하게는 핀이 추가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 압축 공기 또는 기타 가스는 노즐 튜브(110)를 통해 연속적으로 또는 단속적으로 흐를 수 있고, 가장 바람직하게는 연속적으로 흐른다. 이러한 압축 가스는 전술한 바와 같이 펠릿을 고속으로 수송하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 고속의 가스 흐름은 운반 파이프(18)에 걸쳐 적어도 8 바아에 이르게 압력을 조절하도록 표준 밸브(104)를 사용하여 적어도 100 m3/hr의 전형적인 유동 체적을 생성하는 압축 가스를 이용하여 달성할 수 있다. 운반 파이프(18)는 표준 파이프 직경, 바람직하게는 1.5인치의 파이프 직경을 갖는다. 당업자라면, 처리 체적, 충전재를 포함한 재료 조성, 운반 액체 온도, 원하는 결정화 수준, 원하는 수분 함량 수준, 및 펠릿 또는 알갱이의 크기에 따라 유량 및 파이프 직경을 달리할 수 있을 것이다. 고속의 가스는 펠릿-물 슬러리와 효과적으로 접촉하여 흡인에 의해 수증기를 생성하고, 펠릿을 슬러리 라인에 걸쳐 분산시켜 그 펠릿이 건조기(20)까지 증가된 속도로, 바람직하게는 펠레타이저(10)에서 건조기(20)의 출구까지 1초 미만의 속도로 전달되게 한다. 고속 흡인은 공기/가스 혼합물과 펠릿의 혼합물을 생성하는데, 이 혼합물 내에 기상 혼합물은 98 내지 99 체적%에 이를 수 있다. 노즐 튜브 삽입 깊이를 조절할 뿐만 아니라, 노즐 내부의 표면 변형을 추가함으로 인해, 운반 배관 내에서의 슬러리의 유동 특성을 변경할 수 있다.
도 2a를 다시 살펴보면, 유입 파이프(118)의 수직 축선과 운반 파이프(18)의 종방향 축선 간에 형성되는 각도는, 도 2에 도시한 바와 같이 건조기(20)의 입구(22)의 높이에 대한 펠레타이저(10)의 높이의 편차에 의해 요구되는 바에 따라 0도 내지 90도 또는 그 이상으로 변화될 수 있다. 이러한 높이 차이는 펠레타이저(10)에 대한 건조기(20)의 실제 위치에 기인하거나, 건조기와 펠레타이저의 크기 차이의 결과일 수 있다. 바람직한 각도 범위는 약 30도 내지 60도이고, 보다 바람직하게는 약 45도이다. 건조기 입구(22)에서의 확장된 엘보우(24)는 고속의 흡인된 펠릿-물 슬러리의 유입용 운반 파이프(18)로부터 건조기(20)의 입구(22)로의 이행을 용이하게 하여, 펠릿이 건조기(20)로 들어가면서 덩어리질 가능성을 감소시킨다.
노즐 튜브(110)의 외면과, 유입 파이프(118), 엘보우(102), 유출 파이프(116) 및 운반 파이프(18)의 내부 루멘은 마찰, 침식, 부식, 마모 및 바람직하지 못한 접착 또는 협착을 감소시키도록 표면 처리에 의해 코팅될 수 있다. 이들 표면 처리는 질화 처리, 탄질화 처리, 및 소결 중 적어도 하나일 수 있다. 마찬가지로, 지금까지 설명한 표면들에는, 고속의 공기와 연료에 의한 변형된 열처리, 전해 도금, 무전해 도금, 플레임 스프레이(flame spray), 서멀 스프레이(thermal spray), 플라즈마 처리, 무전해 니켈 확산 처리 및 전해 플라즈마 처리가 단독으로 또는 조합되어 행해질 수 있다. 이들 처리는 그 표면을 금속화(metallizing)하며, 바람직하게는 그 표면에 금속 질화물을 고정되게 부착하며, 더 바람직하게는 그 표면에 금속 탄화물 및 금속 탄질화물을 고정되게 부착하며, 더욱 바람직하게는 그 표면에 다이아몬드형 탄소를 고정되게 부착하며, 훨씬 더 바람직하게는 그 표면에 내마모성 금속 매트릭스로 다이아몬드형 탄소를 부착하며, 그리고 가장 바람직하게는 그 표면에 금속 탄화물 매트릭스로 다이아몬드형 탄소를 부착한다. 기타 세라믹 재료도 이용될 수 있고 한정되는 일 없이 참조로서 본 발명에 포함된다. 코팅 두께는 코팅된 표면들이 기밀하게 통과해야 하는 부품들의 직경에 상당한 수정을 가하지 않도록 약 0.002인치를 초과하지 않아야 한다.
본 발명을 바람직한 실시 형태에 대해 설명하였지만, 수많은 수정, 추가 및 삭제가 첨부된 특허청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위는 물론 그 등가물로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 점은 당업자라면 이해할 것이다.

Claims (31)

  1. 폴리머 가닥을 압출하고 절단하여 펠릿을 제조하는 수중 펠레타이저 장치(underwater pelletizer apparatus)에 이용되는 주입 장치로서, 상기 수중 펠레타이저 장치는 펠레타이저 내로 액체를 도입하는 배관, 액체와 펠릿의 슬러리를 펠레타이저에서부터 펠릿을 건조시키기 위한 원심형 건조기로 운반하기 위한 운반 경로를 포함하고,
    상기 주입 장치는 위치 설정 가능 노즐 조립체를 포함하고, 이 위치 설정 가능 노즐 조립체는, 건조기로 보내지고 그 건조기를 지나는 펠릿 슬러리의 속도를 증가시킴으로써 펠릿이 보다 많은 내부 열을 보유하게 액체와 펠릿의 슬러리 내에 펠릿 속도 촉진제를 도입하도록, 하우징 내에 수용된 가동 노즐 튜브를 구비하며, 이 가동 노즐 튜브는 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 이동할 수 있는 것인 주입 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수중 펠레타이저 장치의 운반 경로는 펠레타이저에 결합된 유출 파이프를 포함하고, 이 유출 파이프를 통해 슬러리가 운반 파이프로 보내지고 이 운반 파이프가 슬러리를 건조기로 수송하며, 상기 유출 파이프와 운반 파이프는 각진 엘보우 조인트에 의해 연결되며, 상기 가동 노즐 튜브는 상기 위치 설정 가능 노즐 조립체의 하류측의 상기 운반 파이프의 축선과 일직선을 이루게 상기 엘보우 조인트 내로 연장하는 것인 주입 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 위치 설정 가능 노즐 조립체는 상기 각진 엘보우 조인트에 부착되는 밀봉용 전이 칼라, 이 밀봉용 전이 칼라에 부착된 하우징, 및 상기 노즐 튜브에 고정되는 한편 상기 하우징 내에 수용되는 미끄럼 운동 칼라를 포함하고, 이 미끄럼 운동 칼라와 노즐 튜브는 상기 하우징 내에서 자유로이 이동할 수 있는 것인 주입 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징은 인장 스프링을 포함하며, 이 인장 스프링은 가동 노즐 튜브 둘레에 배치되는 한편, 상기 미끄럼 운동 칼라의 전방면과 밀봉용 전이 칼라의 후방면에 안착되며, 상기 인장 스프링은 가동 노즐 튜브가 상기 각진 엘보우 조인트에 대해 전진할 때에 압축되는 것인 주입 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 가동 노즐 튜브는 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 수동으로 조절할 수 있으며, 상기 하우징은 가동 노즐 튜브에 대해 평행하게 연장하는 적어도 하나의 홈을 포함하고, 이 홈은 적어도 각진 리세스를 구비하며, 상기 미끄럼 운동 칼라에는 상기 홈 내에서 위치 설정 가능한 가이드 핀(pin)이 부착되어 있고, 이 가이드 핀은 상기 각진 리세스 내에 수용되는 경우에 특정 삽입 위치와 관련한 인장 스프링의 압축 설정 정도에서 노즐 조립체를 로킹시키는 것인 주입 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 펠릿 속도 촉진제는 압축 가스이고, 상기 위치 설정 가능 노즐 조립체는 압축 가스의 흐름을 제어하도록 구성된 적어도 하나의 밸브를 더 포함하는 것인 주입 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 위치 설정 가능 노즐 조립체는 가동 노즐 튜브를 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 자동적으로 이동시키고 그 위치들 사이의 임의의 위치에 가동 노즐 튜브를 위치 설정하도록 구성된 자동 제어 시스템을 포함하는 것인 주입 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자동 제어 시스템은, 자기 결합 로드리스 공압 실린더, 리니어 공압 실린더, 유입 실린더와 파워 유닛, 또는 볼 스크루나 에크미 스크루를 함께 구비한 서보 모터 혹은 스텝퍼 모터를 포함하는 것인 주입 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 자동 제어 시스템은 상기 하우징에 장착된 공압 실린더를 포함하며, 이 공압 실린더는 공압 실린더 내로 압축 공기의 주입에 응답하여 공압 실린더의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 가동 노즐 튜브를 이동시키도록 구성되는 것인 주입 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 위치 설정 가능 노즐 조립체는, 상기 가동 노즐 튜브에 고정된 한편 상기 하우징 내에 수용되는 미끄럼 운동 칼라, 및 상기 공압 실린더에 이동 가능하게 맞물리는 카트리지를 더 포함하며, 상기 공압 실린더는 피스톤을 수용하며, 이 피스톤이 상기 카트리지에 자기적으로 결합되어 압축 공기의 주입에 의한 피스톤의 이동이 또한 상기 카트리지 및 가동 노즐 튜브를 이동시키게 되는 것인 주입 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 카트리지는 하우징의 슬롯을 통과하는 핀에 의해 미끄럼 운동 칼라에 결합되는 것인 주입 장치.
  12. 폴리머 및 다른 압출 가능 재료를 처리하여 펠릿으로 만드는 처리 장치로서,
    액체 내에서 압출된 가닥을 절단하여 펠릿으로 만드는 펠레타이저;
    액체와 펠릿의 슬러리를 펠레타이저에서부터 펠릿을 액체로부터 분리하는 분리 장치로 운반하는 운반 배관; 및
    상기 처리 장치를 통과하는 펠릿의 속도를 향상시켜 펠릿이 보다 많은 내부 열을 보유하도록 상기 운반 배관 내의 액체와 펠릿의 슬러리 내로 펠릿 속도 촉진제를 도입하기 위한 주입기
    를 포함하며, 상기 주입기는 하우징 내에 배치된 위치 설정 가능 노즐 튜브를 포함하고, 이 노즐 튜브는 운반 배관 내로 삽입되어, 이 배관에 대해 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 이동할 수 있는 것인 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 노즐 튜브는 조절 가능 노즐 조립체의 일부이고, 이 조절 가능 노즐 조립체는 상기 운반 배관에 부착되는 밀봉용 전이 칼라, 이 밀봉용 전이 칼라에 부착된 하우징, 및 이 하우징 내에 수용되는 미끄럼 운동 칼라를 포함하고, 이 미끄럼 운동 칼라와 노즐 튜브는 상기 하우징 내에서 자유로이 이동할 수 있는 것인 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하우징은 인장 스프링을 포함하며, 이 인장 스프링은 노즐 튜브 둘레에 배치되는 한편, 상기 미끄럼 운동 칼라의 전방면과 밀봉용 전이 칼라의 후방면에 안착되며, 상기 인장 스프링은 노즐 조립체가 완전 삽입 위치를 향해 전진할 때에 압축되는 것인 처리 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 노즐 튜브는 수동으로 조절 가능하고, 상기 하우징은 노즐 튜브에 대해 평행하게 연장하는 적어도 하나의 홈을 포함하고, 이 홈은 적어도 각진 리세스를 구비하며, 상기 미끄럼 운동 칼라에는 상기 홈 내에서 위치 설정 가능한 가이드 핀이 부착되어 있고, 이 가이드 핀은 상기 각진 리세스 내에 수용되는 경우에 특정 삽입 위치와 관련한 인장 스프링의 압축 설정 정도에서 노즐 조립체를 로킹시키는 것인 처리 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 조절 가능 노즐 조립체는 노즐 튜브를 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 자동적으로 이동시키고 또한 그 위치들 사이의 임의의 위치에 노즐 튜브를 위치 설정하도록 구성된 자동 제어 시스템을 포함하는 것인 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 자동 제어 시스템은, 자기 결합 로드리스 공압 실린더, 리니어 공압 실린더, 유입 실린더와 파워 유닛, 또는 볼 스크루나 에크미 스크루를 함께 구비한 서보 모터 혹은 스텝퍼 모터를 포함하는 것인 처리 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 자동 제어 시스템은 상기 하우징에 제1 단부 및 제2 단부에서 장착된 공압 실린더를 포함하며, 이 공압 실린더는 공압 실린더 내로 압축 공기의 주입에 응답하여 공압 실린더의 제1 단부와 제2 단부 사이에서 노즐 튜브를 이동시키도록 구성되는 것인 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 조절 가능 노즐 조립체는, 상기 노즐 튜브에 고정된 한편 상기 하우징 내에 수용되는 미끄럼 운동 칼라, 및 상기 공압 실린더에 이동 가능하게 맞물리는 카트리지를 더 포함하며, 상기 공압 실린더는 피스톤을 수용하며, 이 피스톤이 상기 카트리지에 자기적으로 결합되어 압축 공기의 주입에 의한 피스톤의 이동이 또한 상기 카트리지 및 노즐 튜브를 이동시키게 되는 것인 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 카트리지는 하우징의 슬롯을 통과하는 핀에 의해 미끄럼 운동 칼라에 결합되는 것인 처리 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 노즐 튜브의 기하학적 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 다각형, 반원형, 패각상(conchoidal) 또는 C형 중 하나인 것인 주입 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 노즐 튜브는 유출 단부에서 테이퍼지는 것인 주입 장치.
  23. 제21항에 있어서, 상기 노즐 튜브는 그 내면이 나선형, 윤곽형, 강선형, 테이퍼형 또는 이들의 일부 조합으로 이루어지는 것인 주입 장치.
  24. 압출 가능 재료를 처리하여 펠릿으로 만드는 처리 방법으로서,
    압출 가능 재료를 가닥으로 압출하는 단계;
    액체 내에서 압출된 가닥을 절단하여 펠릿으로 만드는 단계;
    상기 펠릿 및 액체를 액체와 펠릿의 슬러리로서 운반 도관을 통해 운반하는 단계;
    위치 설정 가능 압축 가스 노즐 조립체를 상기 운반 도관 내의 원하는 삽입 정도로 조절하는 단계;
    슬러리가 운반 도관을 통해 이동할 때에 펠릿으로부터 액체의 분리를 촉진시키도록 압축 가스 노즐 조립체를 이용하여 운반 도관 내로 고속으로 압축 가스를 주입하는 단계; 및
    상기 액체로부터 펠릿을 분리하는 단계
    를 포함하는 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 압축 가스 노즐 조립체는 미끄럼 운동 칼라 내에 장착된 가스 노즐을 포함하고, 미끄럼 운동 칼라 상에는 가이드 핀이 있으며, 상기 압축 가스 노즐 조립체를 조절하는 단계는 수동으로 수행되며, 상기 압축 가스를 주입하는 단계는 운반 파이프에 장착된 하우징 내로 가스 노즐을 미끄럼 이동시키는 것을 더 포함하며, 상기 하우징은 상기 가스 노즐이 원하는 삽입 정도로 될 때에 고정된 위치에 상기 가이드 핀을 수용하도록 적어도 하나의 홈 및 각진 리세스를 구비하는 것인 처리 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 압축 가스 노즐 조립체를 조절하는 단계는 자동 제어 시스템의 제어에 의해 원하는 삽입 정도까지 압축 가스 노즐 조립체의 가스 노즐을 자동으로 이동시키는 것을 포함하는 것인 처리 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 가스 노즐을 원하는 삽입 정도까지 자동으로 이동시키는 것은, 자기 결합 로드리스 공압 실린더, 리니어 공압 실린더, 유입 실린더와 파워 유닛, 또는 볼 스크루나 에크미 스크루를 함께 구비한 서보 모터 혹은 스텝퍼 모터를 이용하여 수행하는 것인 처리 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 압축 가스 노즐 조립체는 노즐 튜브를 완전 삽입 위치와 완전 후퇴 위치 사이에서 자동으로 이동시키도록 구성된 공압 실린더를 갖는 자동 제어 시스템을 포함하며, 상기 처리 방법은, 노즐 튜브를 완전 삽입 위치로 이동시키도록 공압 실린더의 한쪽 단부 내로 압축 공기를 주입하는 단계; 및 노즐 튜브를 완전 후퇴 위치로 이동시키도록 공압 실린더의 반대측 단부 내로 압축 공기를 주입하는 단계를 포함하는 것인 처리 방법.
  29. 제28항에 있어서, 노즐 튜브를 카트리지에 고정되게 결합하고 이 카트리지를 공압 실린더 내의 피스톤에 자기적으로 결합하여, 상기 압축 공기를 주입하는 것이 피스톤을 이동시키고 나아가서는 자기적 결합을 통해 상기 카트리지 및 노즐 튜브를 이동시키도록 하는 단계를 더 포함하는 것인 처리 방법.
  30. 제24항에 있어서, 상기 압출 가능 재료는 결정화를 위해 충분한 열을 갖는 결정화 가능 폴리머 재료이며, 상기 압축 가스를 주입하는 단계는 폴리머 재료가 적어도 20%의 수준까지 자가 결정화를 시작하기에 충분한 열을 유지하게 하는 것인 처리 방법.
  31. 제24항에 있어서, 상기 압축 가스를 주입하는 단계는 액체로부터 펠릿을 분리하는 단계 중에, 액체로부터의 펠릿의 분리 및/또는 펠릿의 건조를 향상시키는 것인 처리 방법.
KR1020117000914A 2008-06-16 2009-06-11 수중 펠레타이징 시스템을 위한 위치 설정 가능한 가스 주입 노즐 조립체 KR20110057120A (ko)

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US12/213,204 US8011912B2 (en) 2008-06-16 2008-06-16 Positionable gas injection nozzle assembly for an underwater pelletizing system
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