KR20130126664A - 유리 섬유 단열재 제조에서의 수분 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

섬유 제품 제조 장치, 시스템 및 방법은 용융 재료를 섬유로 형성한다. 섬유에 냉각제 액체를 분무하여 섬유를 냉각시킨다. 분무된 냉각제 액체의 유량은 제어가능하다. 섬유에 바인더 분산물이 또한 분무된다. 미경화된 섬유 팩을 형성하도록 섬유는 컨베이어를 향하게 된다. 미경화된 팩의 두께가 측정되고 미경화된 팩의 측정된 두께를 토대로 분무된 냉각제 액체의 유량이 제어된다.

Description

유리 섬유 단열재 제조에서의 수분 제어 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING MOISTURE IN THE MANUFACTURE OF GLASS FIBER INSULATION}

관련출원의 상호참조

본 출원은, 2010 년 12 월 9 일에 출원된 미국 가출원 일련번호 61/421,306 을 우선권 주장하는데, 이 가출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다. 또한, 모두 2010 년 12 월 9 일에 출원된 일련번호 61/421,301, 및 61/421,304, 및 61/421,310 의 미국 가출원이 본원에 전부 포함된다.

본 발명은 일반적으로 섬유 유리와 같은 광물 섬유로 만들어진 단열재 제품에 관한 것이고, 특히, 형성 후드 (forming hood) 에서 수분을 모니터링 및 제어함으로써 제품 특성을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

섬유 유리 단열재 제품은 일반적으로 경화된 열경화성 폴리머 재료에 의해 함께 결합된 랜덤하게 배향된 유리 섬유를 포함한다. 유리의 용융 스트림은 랜덤한 길이의 섬유로 연신되고 형성 챔버 또는 후드로 송풍되는데 여기에서 스트림은 이동 컨베이어 또는 체인에 팩으로서 랜덤하게 배치된다. 형성 챔버에서 수송 중에 있고 연신 작동으로부터 여전히 뜨거운 상태의 섬유에 바인더의 수성 분산물 또는 용액을 분무한다. 형성 작동 중 유리 섬유 및 고온 가스의 유동으로부터 발생하는 잔열은 바인더로부터의 다량의 물을 기화시키기에 충분하여서, 바인더 분산물을 농축시키고 높은 고형물 함량을 가지는 점성 액체로서 섬유에 바인더를 침착시킨다. 또한 섬유에서 바인더를 건조시킴으로써 물이 제거될 수도 있다. 물이 기화함에 따라, 에너지 전달은 유리 섬유를 또한 냉각시킨다. 미경화된 섬유 팩은 경화 오븐으로 전달되는데 여기에서, 예를 들어, 가열된 공기는 팩을 통하여 송풍되어서 "블랭킷" 으로 알려진 일반적으로 랜덤한, 입체 구조체로 바인더를 경화시키고 유리 섬유를 함께 견고하게 결합시킨다. 섬유 블랭킷이 패키징, 저장 및 운송을 위해 압축될 수 있도록 충분한 바인더가 도포되고 경화되지만, 배치되었을 때 그것의 두께를 회복하는데, 이것은 "로프트 회복 (loft recovery)" 으로 알려진 프로세스이다.

형성 후드에서 바인더 분산물의 기화 또는 "플래싱" 은 많은 이유 때문에 중요한 문제점이 된다. 바인더 배출에 대한 환경적 관심이 첫 번째 문제점으로, 일부 주와 연방 규제국은 바인더 고형물 또는 기화된 가스의 대기로 방출을 금지시킨다. 둘째, 바인더는 체인, 사이드 후드벽 및 하류 공기 통기 장비를 포함한 형성 후드에서 장비에 축적될 수 있어서, 증가된 바인더 사용 및 장비로부터 바인더를 세척하기 때문에 더 많은 비용을 유발한다. 마지막으로, 단열재 팩의 물리적 특성은 바인더 농도 및 점도에 의해 악영향을 받을 수도 있다. 후드 벽에 부착되는 바인더 및/또는 유리 섬유는 팩으로 이탈 (dislodge) 하여 더 높은 밀도의 웨트 스폿 (wet spots) 또는 얼룩을 발생시킨다. 바인더가 점성 또는 점착성이 너무 크다면, 팩은 불균일한 밀도 (즉 수직 중량 분포) 의 징후를 나타낼 수도 있고; 바닥층에서 "단단하게 (boardy)" 될 수도 있고 그리고/또는 그렇지 않으면 바닥 가까이에서 증가된 밀도를 나타낼 수도 있다. 게다가, 제품은 오븐에서 경화되기 전 원하는 두께를 달성하지 못할 수도 있고, R-값에 대해 의도된 사양을 충족시키지 못할 수도 있다.

이 문제점들 중 일부는 종래 기술에서 부분적으로 해결되었다. 성장하는 팩 두께로 인해, 바인더 미립자는 초기 섬유화 유닛보다 나중의 섬유화 유닛에서 더 많은 정도로 수용 (entrap) 되는 경향이 있다. 팩을 통하여 배기 스트림으로 통과하는 고형물은 주로 제 1 섬유화 유닛으로부터 발생하는 경향이 있다. 이 문제점을 완화시키는 한 가지 해결법으로서, 희생 냉각수 또는 액체가 이 섬유화 유닛에서 고온 섬유 베일 (veil) 에 분무되어 바인더를 도포하기 전 고온 섬유를 냉각시킬 수도 있다. 이것은 바인더의 기화를 최소화시키는 경향이 있지만; 냉각수의 첨가는 다른 문제점들, 예로 폐수 제어 및 건조 오븐에서 경화시키는데 더 많은 에너지를 요구하는 더 젖은 팩을 유발한다. 따라서, 배출 및 물 제어를 용이하게 하기 위해서, 제조업자는 팩이 아직 발생되지 않은 초기 섬유화 유닛에서 우선적으로 냉각수를 사용하는 경향이 있고, 팩이 만들어지고 있는 후속 섬유화 유닛에서 물 사용을 감소시켜 배출 스트림으로부터 미립자를 여과할 수 있다.

Borst 의 미국 특허 3,877,911 (1975) 은 피봇가능한 래퍼 버킷 (74) 의 출구 단부 둘레에 배치된 다중 링 매니폴드를 기술한다. 제 1 링 (106) 은 냉각수를 공급하고 제 2 링 (108) 은 물의 무화를 위한 기압을 공급한다. Borst 는, 90 ~ 120 psi 의 수압과 5 ~ 15 psi 의 기압에 대해, 무화가 거의 발생하지 않고 스트림이 베일을 침투하여 베일의 내부에서 서로 충돌하는데 (도 4) 충분한 운동 에너지를 가진다는 것을 개시한다 (칼럼 6). 동일한 수압과 16 ~ 50 psi 기압에서, 약간의 무화가 발생하지만 스트림은 여전히 베일을 침투하여 베일을 냉각시킬 수 있다 (도 5).

Cooper 의 미국 특허 공개 2008-0156041 및 WO 2008/085,461 은, 링 주위에 이격된 다른 유형의 노즐을 가지는 냉각제 분무 링과 바인더 분무 링을 기술한다. 다른 노즐은 다른 분무각 특성을 가지고 무화 캡을 포함한다.

Freeman 등의 미국 특허 7,435,444 는, 미경화된 팩이 형성 영역을 이탈함에 따라 미경화된 팩의 수분 레벨을 측정하기 위해서 수분 센서를 사용하는 프로세스를 개시한다. 미리 설정된 값과 비교해 수분 레벨이 너무 높다면, 제어 유닛은 잔류 수분을 감소시키도록 하나 이상의 프로세스 조건을 변경한다.

본 발명은, 제품이 개선된 특성을 가지도록 광물 섬유 단열재 제품의 제조시 형성 후드 영역으로 도입되는 수분의 양을 모니터링 및 제어하는 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일 양태에서, 본 발명은 섬유 제품 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은:

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들에서 용융 재료를 섬유로 감쇠 (attenuating) 시키고, 상기 섬유를 상기 컨베이어로 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;

냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 적어도 하나의 액체를 상기 섬유에 분무하는 단계;

상기 섬유 팩에서 상기 바인더를 경화하는 단계;

피드백 측정치를 얻도록 경화 전 또는 후에 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하는 단계로서, 상기 섬유 팩 특성은 (a) 미경화된 섬유 팩의 두께, (b) 미경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (c) 경화된 섬유 팩의 두께, (d) 경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (e) 미경화된 섬유 팩에서 수분 분포의 균일성, (f) 미경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, (g) 경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, 및 (h) 경화된 섬유 팩의 경화도로부터 선택되는, 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하는 단계; 및

상기 피드백 측정치에 응하여 적어도 하나의 섬유화 유닛에서 분무되는 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계를 포함한다.

본 방법의 임의의 실시형태에서, 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는 냉각제 액체의 유동 제어 및/또는 사용된다면 바인더 희석제의 유동 제어를 포함할 수도 있다. 유량 제어는 적어도 하나의 다른 섬유화 유닛으로의 유동과 상이하게 적어도 하나의 섬유화 유닛으로의 유동을 조절하는 것을 포함할 수도 있고; 타당하다면, 조절은 유동을 증가 또는 감소시킬 수도 있다. 상이했던 유동이 동일하게 될 수도 있고; 동일했던 유동이 상이하게 될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 유량이 상향 조절되어야 할지 또는 하향 조절되어야 할지 결정하기 위해서 피드백 측정치는 타겟 유량과 비교될 수도 있다.

여러 피드백 측정치가 가능하다. 한 가지 피드백 측정치는 미경화된 팩의 두께일 수도 있다. 예를 들어, 두께 피드백 측정치가 타겟 두께 미만이라면, 이 방법은 액체 유동을 상향 조절하는 것을 수반할 수도 있고; 팩 두께 피드백 측정치가 타겟보다 크다면 유동은 하향 조절될 수도 있다. 다른 피드백 측정치는 경화된 팩의 경화도이다. 부족경화 (undercured) 영역은 팩에서 초과 수분을 표시하는 것일 수도 있다. 다른 피드백 측정치들은, 미경화된 팩의 두께; 미경화된 팩에서 수분 분배의 균일성; 경화된 팩의 두께; 및 경화된 팩의 경화도로부터 선택된 것들을 포함할 수도 있다. 하나 또는 다중 피드백 측정치가 사용될 수도 있다.

유리하게도, 피드백 측정치는 제조 실행 중 연속적으로 제공될 수 있어서, 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계가 연속적으로 반복될 수 있다. 대안적으로, 피드백 측정치는 제조 실행 중 이산 시간 증분으로 제공될 수도 있고 유량 제어 단계는 각각의 시간 증분에소 반복된다.

다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은;

기계 방향으로 이동할 수 있는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들로서, 각각의 섬유화 유닛은: (a) 용융 재료의 공급원으로부터 섬유를 형성하도록 된 섬유화기; (b) 섬유 팩을 형성하도록 상기 컨베이어로 섬유를 향하게 하기 위한 송풍기; 및 (c) 냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 액체를 상기 섬유에 분무하기 위한 액체 분배 시스템을 포함하는, 복수의 섬유화 유닛들;

피드백 측정치를 얻도록 경화 전 또는 후에 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하기 위한 센서로서, 상기 섬유 팩 특성은 (a) 미경화된 섬유 팩의 두께, (b) 미경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (c) 경화된 섬유 팩의 두께, (d) 경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (e) 미경화된 섬유 팩에서 수분 분포의 균일성, (f) 미경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, (g) 경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, 및 (h) 경화된 섬유 팩의 경화도로부터 선택되는, 센서;

상기 섬유 팩에서 상기 바인더를 경화하기 위한, 상기 섬유화 유닛들로부터 하류의 오븐; 및

상기 피드백 측정치와 상관관계가 있는 신호에 응하여 적어도 하나의 섬유화 유닛에서 이송된 적어도 하나의 액체의 비율을 바꾸기 위한 유체 제어 시스템을 포함한다.

제조 시스템은 비교기 또는 프로세서, 예로 컴퓨터를 더 포함할 수도 있어서, 피드백 측정치와 저장된 타겟 값을 비교하고 비교에 응하여 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 비교기는 타겟으로부터 편차의 크기 및 방향을 전달하는 신호를 발생시킬 수도 있어서, 프로세스 제어를 더 잘 안내한다. 시스템의 일부 실시형태에서, 유체 제어 시스템은 각각의 섬유화 유닛의 냉각제 분배 시스템으로 이송된 냉각제 액체의 유량을 독립적으로 설정하기 위한 복수의 제어 밸브를 더 포함한다. 이 시스템은 복수의 섬유화 유닛 각각의 독립 유량의 냉각제 액체를 모니터링하기 위한 복수의 미터를 더 포함할 수도 있다. 유사한 미터 및 제어 밸브가 바인더 분산물, 바인더 희석제의 유량을 독립적으로 설정하고, 공기 또는 다른 유체, 또는 임의의 또는 모든 전술한 유체를 무화하기 위해 선택적으로 또한 제공될 수도 있다.

다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품 제조 프로세스를 제공하고, 이 프로세스는:

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키는 단계;

상기 컨베이어로 상기 섬유를 향하게 하여 섬유 팩을 형성하고, 냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 적어도 하나의 액체를 상기 섬유에 분무하는 단계; 및

상기 섬유 팩을 경화하는 단계를 포함하고,

상기 섬유로 분무된 적어도 하나의 액체의 유량은, 액체 유동에 대하여 램프 (ramp) 높이를 도시함으로써 제품에 대해 얻어진 S-곡선상의 최적의 레벨에서 또는 그 가까이에서 액체 유동을 달성하도록 제어된다.

이 양태에서, 최적의 레벨은, 제 1 유도체가 S-곡선에서 최대값에 도달하는 변곡점 위에 있다. 일부 실시형태에서, 최적의 레벨은, 제 2 유도체가 최소값을 나타내는 지점과 제 2 유도체가 더 높은 유동으로 다시 영 (zero) 에 접근하는 지점 사이에 있다. 임의의 유체 유동이 이 S-곡선을 사용해 도시되고 제어될 수도 있을지라도, 일부 실시형태에서 그것은 가장 큰 관심을 받는 냉각제 액체의 유동이다.

본 발명은, 제품이 개선된 특성을 가지도록 광물 섬유 단열재 제품의 제조시 형성 후드 영역으로 도입된 수분의 양을 모니터링 및 제어하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

다른 양태에서, 본 발명은 섬유 스피너 (spinner) 로부터 감쇠되는 섬유 광물 재료의 베일로 액체를 분배하기 위한 장치를 포함하고, 이 장치는:

복수의 상부 분무 노즐의 제 1 어레이로서, 상부 노즐은 액체의 공급원에 유동적으로 연결되고 베일로 액체를 분배하기 위한 오리피스를 가지는, 제 1 어레이;

복수의 하부 분무 노즐의 제 2 어레이로서, 하부 노즐은 액체의 공급원에 유동적으로 연결되고 베일로 액체를 분배하기 위한 오리피스를 가지는, 제 2 어레이를 포함하고;

제 1 및 제 2 어레이는 베일 축선을 따라 서로 이격되어 있고, 각 어레이의 노즐은 베일을 향해 안쪽으로 향한다.

상부 및 하부 어레이 중 하나 또는 양자는, 노즐이 링에 배치된 원형 또는 환형 링일 수도 있다. 분무 노즐은 협각 "펀치" 분무 또는 광각 분산 분무와 같은 동일한 유형 또는 다른 유형을 가질 수도 있다. 또한, 노즐은 동일한 각 또는 다른 각으로 베일에 비스듬히 놓일 수도 있고; 예를 들어, 상부 노즐은 하부 노즐의 각보다 작은 (또는 큰) 수평선 (또는 베일 축선) 에 대한 각으로 배열될 수도 있다. 상부 및 하부 노즐로부터 분배된 액체는 다른 유체와 혼합될 수도 있다. 예를 들어, 상부 및 하부 어레이 중 어느 하나 또는 양자의 노즐은 압축 가스의 공급원에 연결될 수도 있는데, 이것은 액체 방울이 베일로 분배됨에 따라 액체 방울을 무화시킬 수 있다.

일 실시형태에서, 분무 장치는: 서로 이격된 2 개의 실질적으로 동축인 튜브형 링을 포함하는데, 각각의 링은 유입구를 통하여 액체 공급원에 연결되고 액체를 베일로 분배하기 위한 오리피스를 가지는 복수의 노즐로 유출구를 통하여 연결되는 내부를 갖는다. 일부 실시형태에서, 노즐 중 적어도 일부, 전형적으로 노즐 전부는, 상기 노즐이 하향 분무 궤적을 제공하도록 부착되는 링(들)에 의해 규정된 평면에 대해 하향으로 비스듬히 놓이고; 하지만 하나의 링에서의 노즐의 하향각은 제 2 링에서의 노즐의 각과 상이할 수도 있다. 부가적으로, 일부 노즐은 협각 또는 "펀치" 분무로 구성될 수도 있고, 다른 노즐은 광각 분무일 수도 있다. 일부 실시형태에서, 제 3 링은 2 개의 제 1 링으로부터 분배된 액체를 무화시키기 위한 공기와 같은 압축 유체를 공급하는데 사용될 수도 있다. 링은 일반적으로 이격되어 있고 섬유 베일을 외접하는 대략적으로 평행한 평면들에 있다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은;

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키고, 섬유를 컨베이어로 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;

경화가능한 바인더의 분산물을 섬유에 분무하는 단계로서 바인더 분산물은 적어도 하나의 섬유화 유닛에 분무하기 전 바인더 희석제로 바인더 농축물을 희석함으로써 혼합되는, 분산물을 섬유에 분무하는 단계; 및

팩에서 바인더를 경화시키는 단계를 포함한다.

이 양태에서, 바인더 농축물은 하나의 섬유화 유닛에서 제 1 희석 농도로 그리고 다른 제 2 섬유화 유닛에서 제 1 희석 농도와 동일하지 않은 제 2 희석 농도로 희석될 수도 있다. 바인더 농축물은 제 3 또는 후속 섬유화 유닛에서 제 1 또는 제 2 희석 농도와 동일하지 않은 제 3 (또는 후속) 희석 농도로 희석될 수도 있다. 다시 말해서, 희석 프로파일은 임의의 하나의 섬유화 유닛으로부터 임의의 다른 섬유화 유닛으로 바뀔 수도 있다. 프로파일은 목적에 따라 희석을 증가, 감소 또는 증감 모두를 위해 제공될 수도 있고; 제 1 희석 농도는 제 2 희석 농도보다 덜 희석되거나 그 반대일 수도 있다. 희석 프로파일은 단계적으로 서서히 또는 빠르게 변할 수도 있다. 희석 프로파일은 각각의 섬유화 유닛에 제공된 희석제의 양에만 영향을 주고 바인더 고형물의 양에는 영향을 주지 않을 수도 있다. 따라서, 각각의 섬유화 유닛으로 이송된 바인더 화학물질의 비율은 여전히 실질적으로 동일할 수도 있고; 또는 그것 역시 바뀔 수도 있다. 일부 실시형태에서, 바인더 희석제의 유동은 후속 섬유화 유닛에서보다 초기 섬유화 유닛에서 최대 100 % 높고; 일부 실시형태에서 바인더 희석제의 유동은 초기 및 마지막 섬유화 유닛에서 최대 50 % 높고, 중간 섬유화 유닛에서는 낮고; 또다른 실시형태에서, 바인더 희석제의 유동은 초기 섬유화 유닛에서 최대 20 % 낮고 그 후 후속 유닛에서는 실질적으로 일정하다. 일부 실시형태에서, 바인더 분산물은 임의의 개별 섬유화기에서 액체 또는 공기를 무화시킴으로써 분무된다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하기에 유용한 유체 제어 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은;

컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛으로서, 각각의 섬유화 유닛은: (a) 용융 재료의 공급원으로부터 섬유를 형성하도록 된 섬유화기; (b) 섬유 팩을 형성하도록 컨베이어로 섬유를 향하게 하기 위한 송풍기; 및 (c) 상기 액체를 섬유에 분무하기 위한 액체의 공급원에 연결된 적어도 하나의 액체 분배 시스템; 및

다른 섬유화 유닛의 액체 분배 시스템으로 이송된 액체의 유동과 독립적으로 하나의 섬유화 유닛의 액체 분배 시스템에 의해 이송된 액체의 유동을 설정하기 위한 복수의 제어 밸브를 포함하고;

적어도 하나의 액체 분배 시스템은 냉각제 액체, 바인더 분산물, 바인더 희석제 또는 그것의 조합물을 이송하기 위한 시스템으로부터 선택된다.

본 발명의 유체 제어 시스템은 상기 액체를 섬유에 분무하기 위해 제 1 및 제 2 액체의 각각의 공급원에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 액체 분배 시스템을 포함할 수도 있고, 각각의 액체 분배 시스템은 다른 섬유화 유닛의 액체 분배 시스템으로 이송된 액체의 유동과 독립적으로 하나의 섬유화 유닛의 액체 분배 시스템에 의해 이송된 액체의 유동을 설정하기 위한 별도 세트의 복수의 제어 밸브를 갖는다. 제 1 및 제 2 액체 분배 시스템은, 예를 들어, 냉각제 액체와 바인더 분산물를 위한 분배 시스템일 수도 있다. 대안적으로, 제 1 및 제 2 액체는 바인더 희석제 및 바인더 농축 분산물일 수도 있다. 각각의 장치는 2 개 ~ 약 15 개의 섬유화 유닛을 포함할 수도 있는데, 각각은 복수의 제어 밸브를 통하여 별도의 유체 제어 시스템에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 액체 분배 시스템을 갖는다. 일부 실시형태에서, 장치는 각각의 섬유화 유닛의 각각의 액체 유량을 모니터링하기 위한 미터를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 장치는 액체를 섬유로 분배하기 위해 각각의 섬유화 유닛에 복수의 노즐을 더 포함한다. 이러한 노즐은, 선택적으로, 액체 그 자체 또는 공기와 같은 제 2 무화 유체를 사용해, 액체가 분배될 때 액체를 무화시키도록 될 수도 있다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은,

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키고, 컨베이어로 섬유를 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;

포름알데히드가 없는 경화가능한 바인더의 분산물을 섬유에 분무하는 단계로서 바인더 이송 비율은 하나의 섬유화 유닛에서 다른 섬유화 유닛으로 변하는, 분산물을 섬유에 분무하는 단계; 및

팩에서 바인더를 경화시키는 단계를 포함한다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유유리 단열재 제품의 강성, 수직 중량 분포 또는 표면 품질을 개선하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은;

기계 방향으로 이동하는 컨베이어에 대해 직렬로 배열된 복수의 성형 유닛에서 용융된 유리를 섬유로 감쇠시키고, 컨베이어로 섬유를 향하여 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;

포름알데히드가 없는 경화가능한 바인더의 분산물을 섬유에 분무하는 단계로서 바인더 이송 비율은 제 1 섬유화 유닛으로부터 후속 섬유화 유닛으로 증가하는, 분산물을 섬유에 분무하는 단계; 및

팩에서 바인더를 경화시키는 단계로서, 섬유유리 단열재 제품은, 바인더 이송 비율이 모든 섬유화 유닛에서 일정한 프로세스로 제조되는 섬유유리 단열재 제품과 비교해 개선된 강성, 수직 중량 분포 또는 표면 품질에서 선택된 적어도 하나의 특성을 가지는, 바인더를 경화시키는 단계를 포함한다.

후자의 두 가지 양태의 실시형태에서, 하나의 섬유화 유닛에서 바인더의 이송 비율은 2 개의 섬유화 유닛에서 이송되는 전체 액체의 변경 없이 다른 제 2 섬유화 유닛에서 바인더의 이송 비율과 상이할 수도 있다. (앞의 양태에서의 바인더 희석제와 대비했을 때) 바인더의 이송 비율은 제 1 섬유화 유닛으로부터 마지막 섬유화 유닛으로 바인더 이송의 점진적 변화를 생성하기 위해서 복수의 섬유화 유닛을 가로질러 점진적으로 가변될 수 있고, 또는 바인더의 이송 비율은 복수의 섬유화 유닛을 가로질러 증분식으로 가변될 수 있어서 제 1 섬유화 유닛으로부터 마지막 섬유화 유닛으로 바인더 이송의 단계적 변화를 발생시킨다. 어느 하나의 양태에서, 바인더의 이송 비율은 마지막 섬유화 유닛에서 이송 비율에 비해 제 1 섬유화 유닛에서 감소될 수도 있고; 또는 그것은 제 1 섬유화 유닛에서보다 마지막 섬유화 유닛에서 더 높을 수도 있다. 일부 실시형태에서, 바인더의 이송 비율은 중간 섬유화 유닛에서보다 마지막 섬유화 유닛에서 더 높고, 제 1 섬유화 유닛에서보다 중간 섬유화 유닛에서 더 높다. 두 번째 기술한 양태에서, 바인더의 이송 비율은 일반적으로 제 1 섬유화 유닛으로부터 후속 섬유화 유닛으로 바인더 이송을 증가시키도록 바뀌지만, 이 증가는 점진적이거나 단계적일 수도 있다.

후자의 두 양태에서, 바인더 분산물은 공기 무화된 분무, 또는 액체 무화된 분무 또는 양자에 의해 이송될 수 있다. 일부 실시형태에서, 바인더 분산물은 바인더 희석제로 희석된 바인더 농축물로서 이송될 수도 있고; 이 경우에, 바인더는 이송된 물의 총량을 바꾸지 않으면서 프로파일된 비율로 이송될 수 있다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하는 방법을 제공하는데, 이 방법은;

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키고, 컨베이어로 섬유를 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;

포름알데히드가 없는 경화가능한 바인더 분산물의 무화된 스트림을 섬유에 분무하는 단계로서, 무화는 바인더 스트림을 방울로 약화시키고 방울의 평균 사이즈는 하나의 섬유화 유닛으로부터 다른 섬유화 유닛으로 바뀌는, 분무하는 단계; 및

팩에서 바인더를 경화시키는 단계를 포함한다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 프로세스의 하류 공기 요소의 부식을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 이 제조 프로세스는, 기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키고, 흡입 팬을 포함하는 하류 공기 요소에 의해 생성된 부압을 사용해 컨베이어로 섬유를 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계; 포름알데히드가 없는 경화가능한 바인더 분산물의 무화된 스트림을 섬유에 분무하는 단계; 및 팩에서 바인더를 경화시키는 단계를 포함하고; 본 발명의 방법은:

다른 섬유화 유닛에서 무화된 평균 방울 사이즈로부터 변하는 다른 평균 방울 사이즈로 하나의 섬유화 유닛에서 바인더 분산물의 스트림을 무화시키는 단계를 포함한다.

전술한 후자의 2 가지 양태에서, 바인더 분산물의 평균 방울 사이즈는 바인더 분산물의 유량 또는 압력 중 적어도 하나를 바꾸거나, 바인더 분산물로 향하게 하는 무화 가스의 유량 또는 압력 중 적어도 하나를 바꾸어줌으로써, 또는 상기 4 가지 기술의 조합에 의해 변할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 평균 방울 사이즈는 후속 섬유화 유닛에서보다 초기 섬유화 유닛에서 더 크다. 비록 섬유화 유닛의 개수는 하나의 제조 라인에서 다른 제조 라인으로 크게 바뀔 수도 있을지라도, 초기 섬유화 유닛은 적어도 제 1 의 1 ~ 2 개의 유닛, 선택적으로 제 1 의 1 ~ 4 개의 유닛을 포함할 수도 있다. 많은 실시형태에서, 포름알데히드가 없는 경화가능한 바인더는 산성 바인더, 예로 폴리아크릴산 바인더, 탄수화물 및 산성 가교제와 함께 만들어진 천연 또는 "바이오계" 바인더이다.

또다른 양태에서, 본 발명은 섬유 제품 제조 방법에 관한 것으로:

모델 입력 측정치를 얻기 위해서 (a) 주위 온도 및 (b) 주위 습도 중 적어도 하나를 측정하는 단계;

기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키고, 섬유 팩을 형성하도록 섬유를 컨베이어로 향하게 하는 단계;

기화가능한 냉각제 액체와, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 이것의 혼합물로 선택된 적어도 하나의 액체를 섬유에 분무하는 단계로서; 섬유에 분무된 적어도 하나의 액체의 유량은 모델 입력 측정치에 응하여 제어되는, 분무하는 단계; 및

팩에서 바인더를 경화하는 단계를 포함한다.

이 방법에서, 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는, 냉각제 액체와, 바인더 희석제, 바인더 분산물 또는 이것의 임의의 조합물의 유동을 조절하는 것을 포함할 수도 있다. 알려진 바와 같이, 모델 입력 측정치는 주위 온도, 또는 주위 습도 또는 양자를 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 온도를 측정할 때, 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는 (a) 모델 입력이 더 높은 주위 온도를 신호화함에 응하여 액체의 유량을 증가시키는 단계; 및 (b) 모델 입력이 더 낮은 주위 온도를 신호화함에 응하여 액체의 유량을 감소시키는 단계 중 하나 또는 양자를 포함할 수도 있다. 습도를 측정할 때, 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는 (a) 모델 입력이 더 낮은 주위 습도를 신호화함에 응하여 액체의 유량을 증가시키는 단계; 및 (b) 모델 입력이 더 높은 주위 온도를 신호화함에 응하여 액체의 유량을 감소시키는 단계 중 하나 또는 양자를 포함할 수도 있다.

또다른 양태에서, 본 발명은 이 방법들을 이용하는 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은;

기계 방향으로 이동할 수 있는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛으로서, 각각의 섬유화 유닛은: (a) 용융 재료의 공급원으로부터 섬유를 형성하도록 된 섬유화기; (b) 섬유 팩을 형성하도록 섬유를 컨베이어로 향하게 하기 위한 송풍기; 및 (c) 냉각제 액체와, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 적어도 하나의 액체를 섬유에 분무하기 위한 액체 분배 시스템을 포함하는, 복수의 섬유화 유닛;

모델 입력 측정치를 얻기 위해서 (a) 주위 온도, 및 (b) 주위 습도 중 적어도 하나를 측정하기 위한 센서;

상기 모델 입력 측정치와 상관관계가 있는 신호에 응하여 적어도 하나의 섬유화 유닛에서 이송된 적어도 하나의 액체의 비율을 바꾸기 위한 유체 제어 시스템; 및

팩에서 바인더를 경화하기 위한, 섬유화 유닛으로부터 하류의 오븐을 포함한다.

제조 시스템은, 모델 입력 측정치와 저장된 타겟 값을 비교하고 이 비교에 응하여 신호를 발생시키도록 컴퓨터와 같은 비교기 또는 프로세서를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 비교기는 타겟으로부터 편차의 크기 및 방향을 전달하는 신호를 발생시킬 수도 있어서, 프로세스의 제어를 위한 더 나은 안내를 제공한다. 이 시스템의 일부 실시형태에서, 유체 제어 시스템은 각각의 섬유화 유닛의 냉각제 분배 시스템으로 이송된 냉각제 액체의 유량을 독립적으로 설정하기 위한 복수의 제어 밸브를 더 포함한다. 이 시스템은 복수의 섬유화 유닛 각각의 독립 유량의 냉각제 액체를 모니터링하기 위한 복수의 미터를 더 포함할 수도 있다. 유사한 미터 및 제어 밸브는 바인더 분산물, 바인더 희석제의 유량을 독립적으로 설정하고, 공기 또는 다른 유체, 또는 임의의 또는 모든 전술한 유체를 무화하기 위해 선택적으로 또한 제공될 수도 있다.

본 발명의 다양한 다른 양태들은, 첨부 도면을 고려하여 읽을 때, 바람직한 실시형태에 대한 다음 상세한 설명으로부터 본 기술분야의 당업자에게 분명하게 될 것이다.

도 1 은 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 라인의 형성 후드 요소의 부분적으로 절단된 측입면도이다.
도 2 는 기화 에너지 평형 및 제품 특성에 영향을 미치는 주요 형성 후드, 오븐 에너지 인자 및 피드백 루프를 도시한 개략도이다.
도 3 은 전형적 액체 분배 링의 상평면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 액체 분배 링의 일부 단면 측면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 유체 제어 시스템의 개략도이다.
도 6a 내지 도 6d 는 이 실시예에서 검토된 임의의 데이터, 파라미터 또는 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7 은 형성 후드 수분 입력과 "램프 높이" 사이의 일반적인 S-곡선 관계를 나타낸 그래프이다.

달리 규정되지 않는 한, 본원에 사용되는 모든 기술적, 과학적 용어는 본 발명이 속하는 본 기술분야의 당업자들이 통상적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기술된 바와 유사하거나 등가인 임의의 방법 및 재료가 본 발명의 실시 및 테스팅에 사용될 수 있지만, 바람직한 방법 및 재료가 본원에 기술된다. 서적, 학술지 논문, 공개된 미국 또는 외국 특허 출원, 공개된 미국 또는 외국 특허, 및 그 밖의 참조문헌을 비롯한, 본원에 인용된 모든 참조문헌 각각은, 인용된 참조문헌에 제공되는 모든 데이터, 표, 도면, 및 본문을 포함해 전부 참조된다.

도면에서, 라인, 층, 및 구역의 두께는 명확성을 위해 과장될 수도 있다.

달리 나타내지 않는 한, 명세서와 청구항에서 사용되는 바와 같이 각도, 성분의 양과 같은 크기 범위, 분자량, 반응 조건과 같은 특성 등을 표현하는 모든 수는 용어 "약" 에 의해 모든 예에서 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 그러므로, 달리 나타내지 않는 한, 명세서와 청구항에 기술한 수치 특성은 본 발명의 실시형태에서 얻으려 하는 원하는 특성에 따라 바뀔 수도 있는 근사치이다. 본 발명의 넓은 범위로 기술한 수치 범위와 파라미터가 근사치일지라도, 특정 실시예에 기술한 수치 값은 가능한 한 정확하게 기록된다. 하지만, 임의의 수치 값은 그것의 각각의 측정치에서 발견되는 오류로부터 필수적으로 유발되는 임의의 오류를 본질적으로 포함한다. 모든 수치 범위는 범위의 외측 경계 내의 모든 가능한 증분식 서브 범위를 포함하는 것으로 이해된다. 따라서, 30 ~ 90 도 범위는, 예를 들어, 35 ~ 50 도, 45 ~ 85 도, 및 40 ~ 80 도 등을 나타낸다.

"광물 섬유" 는 섬유로 연신 또는 감쇠될 수 있는 용융된 광물을 형성하도록 용융될 수 있는 임의의 광물 재료를 말한다. 유리는 섬유 단열재용으로 가장 통상적으로 사용되는 광물 섬유이고 뒤따르는 상세한 설명은 주로 유리 섬유를 말하지만, 다른 유용한 광물 섬유는 암석, 슬래그 및 현무암을 포함한다.

"제품 특성" 은 단열 배트 (insulation batts) 가 가지는 일련의 테스트가능한 물리적 특성을 말한다. 이것은 적어도 다음의 공통 특성을 포함할 수도 있다:

● "회복" - 패키징 또는 저장 중 압축으로부터 해제 후, 원래의 또는 설계된 두께로 되돌아가는 배트 또는 블랭킷의 능력이다. 그것은 공지되거나 의도된 공칭 두께의 제품의 후압축 높이를 측정함으로써, 또는 다른 적합한 수단에 의해 테스트될 수도 있다.

● "강성" 또는 "처짐 (sag)" - 견고하게 유지하고 선형 형상을 유지하는 배트 또는 블랭킷의 능력을 말한다. 그것은 지주 (fulcrum) 에 대해 고정된 길이 구간을 가리고 벤딩 편향 또는 처짐의 각 범위를 측정함으로써 측정된다. 낮은 값은 더 강성이고 더 바람직한 제품 특성을 나타낸다. 다른 수단들이 사용될 수도 있다.

● "인장 강도" - 섬유 제품을 둘로 인열하는데 필요한 힘을 말한다. 그것은 전형적으로 기계 방향 (MD) 및 교차 기계 방향 ("CD" 또는 "XMD") 양자로 측정된다.

● "횡방향 중량 분포" (LWD 또는 "교차 중량") - 폭 전체에 대해 제품의 상대 균일성 또는 균질성이다. 그것은 또한 제품 밀도의 균일성으로 생각될 수도 있고, 동일한 폭 (및 사이즈) 의 밴드로 제품을 종방향으로 구획화하고, 밴드의 중량을 재어줌으로써, 핵 밀도 게이지에 의해, 또는 다른 적합한 수단에 의해 측정될 수도 있다.

● "수직 중량 분포" (VWD) - 두께 전체에 걸쳐 제품의 상대 균일성 또는 균질성이다. 그것은 또한 제품 밀도의 균일성으로 생각될 수도 있고, 동일한 두께 (및 사이즈) 의 층으로 제품을 수평으로 구획화하고 층의 중량을 재어줌으로써, 핵 밀도 게이지에 의하여, 또는 다른 적합한 수단에 의해 측정될 수도 있다.

물론, 다른 제품 특성은 또한 최종 제품의 평가에 사용될 수도 있지만, 위의 제품 특성은 단열재 제품의 소비자에게 중요한 것으로 발견된 것들이다.

달리 규정되지 않는 한, "증기" 및 "수증기" 는 가스 상태에서 냉각제 또는 바인더 희석제 액체, 전형적으로 물을 나타내기 위해 상호교환적으로 사용된다.

제조 시스템 개요

도 1 은 전로 (10; forehearth), 형성 후드 요소 또는 구간 (12), 램프 컨베이어 구간 (14) 및 경화 오븐 (16) 을 포함하는 유리 섬유 단열재 제품 제조 라인을 나타낸다. 노 (미도시) 로부터의 용융된 유리는 유동 경로 또는 채널 (18) 을 통하여 복수의 섬유화 스테이션 또는 유닛 (20) 으로 이동되는데 이 스테이션 또는 유닛은 도 1 에서 화살표 (19) 로 표시된 대로 기계 방향으로 이동가능한 컨베이어 (64) 에 대해 직렬로 배열된다. 각각의 섬유화 스테이션에서, 유동 채널 (18) 의 부싱 또는 구멍 (22) 은 용융된 유리 (24) 의 스트림이 스피너 (26) 로 유입되도록 허용하고, 이것은 버너 (미도시) 에 의해 가열될 수도 있다. 용융된 유리를 스피너 (26) 의 원주 측벽 내 아주 작은 오리피스로 통과시켜 일차 섬유를 형성하도록 섬유화 스피너 (26) 는 고속으로 모터 (30) 에 의해 샤프트 (28) 를 중심으로 회전된다. 비록 스피너 (26) 가 본 실시형태에서는 섬유화 유닛으로 나타나 있지만, 다른 유형의 섬유화 유닛이 본 발명에 사용될 수도 있음을 이해할 것이다.

송풍기 (32) 는 실질적으로 하향 방향으로 가열된 가스 스트림, 전형적으로 공기를 향하게 하여서 섬유에 충돌하고, 섬유를 하향 선회시키고 섬유를 2 차 섬유로 감쇠시키는데 2 차 섬유는 컨베이어 (64) 의 방향으로 하향 이동되는 베일 (60) 을 형성한다. 섬유는 기계적 또는 공압 "래퍼" (미도시) 에 의해 교차 기계 방향으로 분배될 수도 있어서, 결국 다공성 컨베이어 (64) 에 섬유 층 (62) 을 형성한다. 층 (62) 은 직렬 섬유화 유닛으로부터 부가적인 섬유의 배치로 질량 (및 전형적으로 두께) 을 획득하여, 그것이 형성 영역 (46) 을 통하여 기계 방향 (19) 으로 주행함에 따라 섬유 "팩" (66) 이 된다.

하나 이상의 냉각 링 (34) 은, 베일 내에서 형성 영역 및 특히 섬유를 냉각 하도록 물과 같은 냉각제 액체를 베일 (60) 에 분무한다. 다른 냉각제 분무기 구성이 물론 가능하지만, 링은 다수의 방향과 각도로부터 베일 (60) 전체에 걸쳐 섬유로 냉각제 액체를 이송하는 장점을 가진다. 바인더 분배 시스템은 베일 (60) 로 바인더를 분무하기 위해서 바인더 분무기 (36) 를 포함한다. 적합한 냉각제 분무 링과 바인더 분무 링은, 본원에 참조로 포함된, Cooper 의 미국 특허 공개 2008-0156041 Al 에 개시된다. 특정한 분무기 링은 도 3 및 도 4 와 관련해 이하 검토된다. 따라서, 각각의 섬유화 유닛 (20) 은 스피너 (26), 송풍기 (32), 하나 이상의 냉각 액체 분무기 (34), 및 하나 이상의 바인더 분무기 (36) 를 포함한다. 도 1 은 이러한 3 개의 섬유화 유닛 (20) 을 나타내지만, 임의의 개수가 사용될 수도 있다. 단열재 제품을 위해, 2 개 ~ 약 15 개의 유닛, 전형적으로 3 개 ~ 약 12 개의 유닛이 하나의 라인을 위한 하나의 형성 후드 요소에서 사용될 수도 있다.

전술한 형성 후드 요소 이외에, "하류 공기 요소" 는 송풍기 (32) 에 의해 형성 영역 (46) 으로 주입된 공기를 통과시키도록 체인 또는 컨베이어 (64) 아래에 부압을 생성 및 유지하는 일차 목적을 가진다. 따라서 "하류 공기 요소" 는, 컨베이어 (64) 자체를 포함해, 컨베이어 (64) 로부터 하류에 공기 처리 시스템을 포함한다. 여기에서 "하류" 는 기계 방향 (19) 이 아니라 기류 방향을 말한다. 컨베이어 (64) 는 다공성이고 또한 2 개의 날개부 (64A, 64B) 를 또한 포함할 수도 있다. 상부 날개부 (64A) 는 기계 방향 (19) 으로 주행하고, 하나 이상의 롤러 (68) 를 중심으로 하부 날개부 (64B) 로 회전하는데 이것은 벨트를 완성하기 위해서 추가 롤러 (68) 를 중심으로 회전한다. 다른 하류 공기 요소는 컨베이어 체인 (64) 의 상부 날개부 (64A) 아래에서 발견된다. 여기에서, 하나 이상의 흡입 박스 (70) 는 덕트 (72) 를 통하여 드롭아웃 박스 (74) 에 연결된다 (도 5 참조). 드롭아웃 박스 (74) 는, 미립자를 낙하시켜 공기 스트림으로부터 분리할 수 있도록 기류를 감속시키는 단지 한 가지 유형의 입자 분리기이다. 다른 입자 분리기는 사이클론 분리기, 데미스터 (demisters) 등을 포함할 수도 있다. 또한 하류에, 형성 팬 또는 송풍기 (76), 및 그것의 하우징은 결국 흡입 박스 (70) 에 부압을 제공하는데 이것은 형성 영역 (46) 으로 유입된 공기를 제거하는 것을 도와 난류를 감소시킨다. 하류 공기 요소는, 팬 또는 송풍기 (미도시) 로 이어지는 덕트 (72), 드롭아웃 박스, 분리기, 및 최종 배출 스택과 같은 추가 덕트설비를 또한 포함한다.

컨베이어 체인 (64) 이 그것의 롤러 (68) 둘레에서 회전함에 따라, 미경화된 팩 (66) 은 유출구 롤러 (80) 하부에서 형성 구간 (12) 에서 나오고, 여기에서 하향 기류 및 부압 (선택적으로 미도시된 팩 상승 팬에 의해 보조됨) 의 부재는 팩이 그것의 원래의 미압축된 높이 또는 두께를 회복할 수 있도록 한다. 후속 지지 컨베이어 또는 "램프" (82) 는, 오븐 (16) 에서 경화하기 위해 원하는 두께로 팩을 성형하기 위해 경화 오븐 (16) 을 향하여 그리고 다른 세트의 다공성 압축 컨베이어들 (84) 사이로 미경화된 섬유 팩을 이동시킨다. 오븐 (16) 에서 나올 때, 경화된 팩 또는 "블랭킷" (미도시) 이 절단 및 패키징 단계를 위해 하류로 전달된다. 일부 제품에 대해, 블랭킷은 종방향으로 다중 레인으로 분할된 후 "배트" 로 알려진 더 짧은 세그먼트로 초핑 (chop) 된다. 이것은 패키징을 위해 번들로 묶어지거나 롤링될 수도 있다.

형성 후드 구간 또는 요소 (12) 는 적어도 하나의 후드 벽 (40), 및 형성 챔버 또는 영역 (46) 을 규정하는 컨베이어 체인 (64) 양측의 보통 2 개의 이러한 후드 벽에 의해 또한 규정된다. 명확성을 위해 도 1 에서, 후드 벽 (40) 은 단지 일측에서 (컨베이어 체인 (64) 뒤) 나타내고, 좌측 단부에서 벽 (40) 의 일부가 제거되어 롤러 (42) 를 드러낸다. 전형적으로, 각각의 후드 벽 (40) 은 내향 날개부 및 외측 날개부를 가지는 루프 또는 벨트의 형태를 취한다. 내향 날개부는 형성 영역 (46) 의 측벽을 규정하고 수직 롤러 (42) 를 중심으로 회전시킴으로써 형성 영역을 통하여 이동하고; 외측 날개부는 형성 영역 (46) 의 외측에서 루프를 폐쇄한다. 유사한 벨트 구성의 단부 벽 (48; 하나는 형성 영역 (46) 의 우측 단부에 나타냄) 은 내향 날개부 (48A) 및 외향 복귀 날개부 (48B) 로 형성 영역 (46) 을 추가로 포위할 수도 있다. 하지만, 도 1 및 도 2 에 나타난 것처럼, 단부 벽 (48) 을 위한 롤러 (50, 80) 는 롤러 (42) 와 비교해 측방향으로 배향될 수도 있다. 유사한 단부 벽 (미도시) 은 형성 영역 (46) 의 좌측 단부에 존재할 수도 있다. 용어 "형성 후드벽", "후드벽" 및 "후드 벽" 은 형성 영역 (46) 을 규정하고 포위하는 벽(들)을 나타내기 위해서 본원에서 상호교환적으로 사용될 수도 있다.

질량 및 에너지 평형 모델

바인더의 도포 전 유리 베일을 냉각하기 위한 냉각수 분무의 사용이 과거에 (예컨대 Helbing 의 미국 특허 5,601,629 참조) 설명되었고 형성 작동 프로세스로 피드백 메커니즘을 제공하는 램프 수분 센서의 사용이 또한 설명되었지만 (예컨대 Freeman 등의 미국 특허 7,435,444 참조), 모든 변수들 사이의 관계에 대해 보다 엄격히 분석할 필요성이 계속 있다. 도 2 의 일부는 질량 및 에너지 평형 모델 (300) 을 나타내고 그것은 섬유 단열재의 제조시 형성 및 경화 작동에 영향을 미치는 중요한 변수 또는 인자를 나타낸다.

블록 (310) 은 형성 후드 영역 (46) 및 형성 작동을 위한 일부 중요한 입력 및 출력을 나타낸다. 위에서 알 수 있듯이, 용융된 유리는 섬유화 유닛 (20) 으로부터 들어가고, 섬유화 유닛 자체는 섬유화기 냉각 액체로 내부가 냉각된다. 스피너 (26) 에서 나온 일차 섬유는 전형적으로 잔류 산소 함량에 의해 모니터링되고 필요하다면 조절되는 연료-희박 혼합비로 공기와 혼합된 연소 가스 연료로 가열된다. 그 후, 그 일차 섬유는 감쇠되고 송풍기 (32) 로부터의 공기에 의해 실질적으로 아래로 향하게 된다. 기류의 다른 잠재적 공급원은 전술한 공압 래퍼이다. 하지만, 기류의 가장 중요한 공급원은 - 크기 순으로 - 흡입 박스 (70) 에 의해 형성 후드로 유입되는 강제적인 혼입 또는 유도되는 주위 공기이다. 형성 후드로 도입되는 모든 공기 공급원은 연관된 온도 및 습도 특성을 가져오지만, 이것의 영향은 유도된 주위 공기에 대해 가장 크다. 형성 후드 영역 (46) 은 또한 분무기 (34) 로부터 냉각제 액체 및 분무기 (36) 로부터 바인더의 유동을 수용하고, 이것은 모두 형성 영역의 사이즈 및 라인 속도에 따라 체류 시간 동안 일어난다. 블록 (310) 의 인자는, 그것을 제어할 수 있는 제조업자의 능력을 대략적으로 나타내는 그룹으로 열거된다. 예를 들어, 바인더 유동 및 냉각제 유동을 제어하는 것은 체류 시간을 제어하는 것보다 더 용이하고, 이것은 연소 파라미터, 유리 또는 기류를 제어하는 것보다 더 용이하고, 이것은 주위 온도 및 습도를 제어하는 것보다 더 용이하다.

그 결과는, 유리 섬유, 바인더, 일부 공기 틈새 및 수분을 포함한 미경화된 섬유 팩 (도 2 에서 도면부호 312 로 표시) 이다. 미경화된 팩이 블록 (314) 으로 나타낸 형성 영역에서 이탈할 때 이 인자는 차례로 "램프 높이", 즉 미경화된 팩의 두께뿐만 아니라 램프에서 팩의 수분 함유 특성을 규정한다.

팩은 블록 (316) 으로 나타낸 경화 오븐으로 공급되고, 라인 속도 및 오븐 길이에 따라 체류 시간동안 오븐에 머무르고, 팩에서 바인더를 경화시키도록 상승된 온도에서 기류를 부여받는다. 오븐에서 나온 최종 제품 또는 "블랭킷" (도 2 에서 도면부호 318 로 표시) 은 본질적으로 모든 수분을 제거하였고 유리, 경화된 바인더 및 공기로 이루어진다. 블랭킷은 임의의 측정가능한 특징을 가지고, 이 중 일부는 블록 (324) 에 열거되는데, 두께 또는 "기계 높이", 경화 상태, 및 로프트 회복, 강성/처짐, 및 밀도 균일성과 같은 물리적 특성을 포함하고, 밀도 균일성은 수직 중량 밀도 (VWD) 및 횡방향 중량 밀도 (LWD) 를 포함하고, 이것은 모두 위에서 설명된다.

따라서 형성 영역 (46) 으로 유입된 수분은 5 개의 잠재적 공급원으로부터 발생한다. 첫째, 이하 검토되는 바와 같이 물은 제 1 수성 분산물 또는 바인더 농축물을 생성하는데 사용된다. 또한 이하 검토되는 바와 같이 바인더 농축물이 수성 "희석제" 로 희석될 때 물의 제 2 공급원이 잠재적으로 사용된다. 별도의 냉각제 액체가 섬유 및 베일 환경을 냉각시키도록 분무될 때 물의 제 3 공급원이 사용된다. 수분의 제 4 공급원은 - 특히 유도된 공기 - 의 습도 및 온도의 국부적 조건으로부터 비롯되는데, 이것은 결국 기상 패턴과 상태, 근방의 세척수 및 다른 국부적인 주위 파라미터에 의존할 수도 있다. 마지막으로, 형성 영역에서 수분의 제 5 공급원은 연소 제품로서 발생되는 물이다. 일부 수분은 팩이 형성 후드에서 나갈 때 그것의 로프트를 회복할 수 있도록 팩에서 필요하다. 하지만, 섬유 팩 (312) 을 형성하는데 사용되는 수분이 더 많을수록, 이를 건조 및 경화 오븐 (316) 에서 제거하는데 더 많은 에너지가 요구되어서, 형성 후드에서 과다한 수분의 사용이 일반적으로 방지되었다.

주위 습도에 관해서는, 습도를 측정하는데 다양한 방식이 있는데, 일부는 절대 습도 또는 비습도 (specific humidity) 을 측정하고, 일부는 습도 비율 또는 상대 습도를 측정한다. 게다가, 건구 온도; 습구 온도; 이슬점 온도; 엔탈피; 포화 온도; 및 비체적과 같은 다른 인자를 토대로 습도 측정치 (절대 또는 상대) 를 발생시킬 수 있는 잘 알려진 습도 선도를 이용할 수 있다. 알려진 이 인자들 중 임의의 두 가지로, 모델에 유용한 습도 측정치를 결정할 수 있다. "상대" 또는 "비 (specific)" 로 명시되지 않는 한 모델 입력으로서 본원에 사용되는 바와 같은 용어 "주위 습도" 는 임의의 전술한 습도 인자를 포함하는 일반적인 용어이다.

이 수분 공급원의 일부 또는 심지어 대부분은 고온 유리 및 연소 가스에 의해 형성 후드로 이동된 열 에너지의 평형을 맞추거나 오프셋하기 위해서 기류와 함께 이용될 수도 있다. 이것은 바인더 점도를 충분히 낮게 유지하기에 바람직하고, 그것은 물 또는 수분의 기화 열로 열 에너지를 전달함으로써 주로 달성된다. 비록 주위 조건 (주로 온도 및 습도) 이 제어하기에 어려울 수 있을지라도, 모델은 주위 조건에 대한 정보가 보상 프로세스 (도 2 에서 화살표 (320) 으로 나타냄) 에서 사용될 수 있는 것으로 제안한다. 다른 인자들이 동일할 때, 형성 영역에서 주위 습도의 증가 또는 주위 온도의 감소는 증기 압력 및 그리하여 증발을 위한 구동력을 감소시켜서, 보상시 더 적은 냉각제 수분을 요구한다. 반대로, 주위 습도의 감소 또는 주위 온도의 증가는 증기 압력 및 그리하여 증발을 위한 구동력을 증가시켜서, 보상시 더 많은 냉각제 수분을 요구한다. 위에서 알 수 있듯이, 주위 수분 및 연소 수분 이외에, 이하 설명되는 것처럼 냉각제 액체/물이 가장 효과적일지라도 (바인더, 바인더 희석제 및 냉각제를) 조절하는데 3 가지 다른 잠재적으로 제어가능한 수분 공급원이 있다. 임의의 이 제어가능한 수분 공급원의 초기 레벨은 주위 조건의 변화를 보상하도록 설정되거나 조절될 수도 있다.

여전히 도 2 를 참조하면, 섬유 팩 (312) 의 인자는 램프 높이 (314) 를 규정한다. 이 정보는 이하 추가 검토되는 것처럼 형성 후드 (46) 로 수분 입력을 미세 조정하기 위한 피드백 정보 (라인 (322)) 로서 유용하다. 유사한 방식으로, 블랭킷의 피드백 측정치 (박스 (324), 예컨대 두께 또는 "기계 높이", 경화 상태 및/또는 물리적 특성) 는 피드백 정보 (라인 (326)) 를 (피드백 정보 라인 (328) 을 통하여) 형성 영역 (46) 및/또는 오븐 (316) 에 제공할 수 있다. 형성 후드 (310) 에 대해서처럼, 오븐 (316) 의 인자는 제어성과 대략적으로 역 순서로 제공되고; 즉, 일단 라인 속도 및 오븐 길이가 지시되면 오븐 온도 및 기류는 체류 시간보다 제어하기에 용이하다. 마지막으로, 최종 제품 피드백 측정치, 예로 "부족경화의" 경화 상태가 오븐 온도 또는 기류의 증가를 제안하는 피드백 (328) 을 보내지만 그것이 이미 최대 용량으로 제한된다면, 오븐은 수분 입력 또는 다른 프로세스 변화를 감소시키도록 형성 후드 영역에 피드백 (라인 (330)) 을 보낼 수 있다.

전술한 모델은, 냉각제 액체로 증발열 전달에 의해, 주위 조건으로부터 발생하는 에너지를 포함한, 유입되는 열 에너지를 오프셋하는데 필요한 냉각제 액체의 양을 추산하는데 사용될 수도 있다. 냉각제 액체의 대부분이 이 목적으로 사용되고, 팩이 형성 후드 영역에서 이탈할 때 단지 매우 적은 분획만 팩에서 수분으로 남아있다. 이상적으로, 냉각제 액체로부터의 수분이 바인더 분산물에서 발견되는 수분에 비해 우선적으로 증발된다. 이것은, 본원에서 검토한 대로, 각각의 분무기의 위치결정에 의해 그리고 냉각제 액체와 바인더 액체의 상대량에 의해 달성된다.

바인더

"바인더" 는, 압축가능하지만 압축이 제거될 때 다시 그것의 로프트를 회복하는 입체 구조체에서 유리 섬유를 서로 부착하는데 사용되는 열경화성 유기 물질 또는 화학물질, 흔히 폴리머 수지를 나타내는 것으로 업계에 잘 알려져 있다. 페놀 및 포름알데히드 바인더는 과거에 사용되었지만, 환경적 관심과 연관되었다. 일부 제조업자는 포름알데히드가 없는 바인더 시스템의 사용을 통하여 유해한 배출물을 처리하고자 시도해 왔다. 지금까지 이러한 포름알데히드가 없는 바인더 시스템은 폴리카르복실산과 폴리히드록실 화합물을 포함한 산성 바인더를 이용한다. 포름알데히드가 없는 바인더 조성물의 한 가지 예로는, Chen 등의 미국 특허 6,884,849 및 6,699,945 에 설명된 폴리아크릴산과 말레산 (PAT/MA) 바인더 시스템이 있다. 일부 폴리아크릴 바인더 시스템은 폴리히드록실 화합물로서 글리세롤 (PAG) 또는 트리에탄올아민 (PAT) 을 이용한다. 포름알데히드가 없는 수지에 대한 다른 접근법으로는 천연 전분 (또는 덱스트린, 말토덱스트린 또는 가변 길이의 다른 다당류) 및 시트르산 (MD/CA) 같은 다작용성 카르복실산으로 만들어진 바인더를 포함하고, 예로 2010 년 10 월 8 일에 출원된 공동 소유의 미국 특허 출원 12/900,540 에 개시된 것들이 있는데, 모두 참조로 포함된다. 그러나, 이런 카르복실산계 바인더 시스템은 낮은 pH, 예를 들어, 약 pH 3 미만에서 최상으로 이용된다. 0.3 정도의 낮은 pH 변화는 바인더 조성물의 불량한 경화를 유발할 수 있다. 이것은, 차례로, 경화시 불량한 성능을 보이는 유리 섬유 제품을 유발한다.

"산성 바인더" 또는 "저 pH 바인더" 에 대한 언급은, 수성 분산물에서, pH 가 7 미만, 일반적으로 약 6 미만, 그리고 보다 전형적으로 약 4 미만이도록 해리 상수 (Ka) 를 가지는 바인더를 의미한다.

"바인더 이송" 은, 유리 섬유로 이송되는 "바인더 화학물질" 예컨대 "바인더 고형물" 의 질량 또는 양을 말한다. 이것은 전형적으로 업계에서는 강열감량 (loss on ignition) 또는 "LOI" 에 의해 측정되는데, 이것은 섬유 광물을 연소시킬 유기 재료의 측정치이다. 섬유 팩의 중량을 잰 후, 유기 바인더 화학물질을 연소시키도록 극도의 열을 받은 후, 다시 중량을 잰다. 초기 중량으로 나눈 중량 차이 (x 100) 는 % LOI 이다.

고형물로서, 바인더 이송률은 질량/단위 시간, 예컨대 그램/분으로 적절히 고려된다. 그러나, 바인더는 물에 가용성일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있는 바인더 화학물질의 수성 분산물로서 전형적으로 이송된다. 따라서, "바인더 분산물" 은 매체 또는 매개체 (vehicle) 에서 바인더 화학물질의 혼합물을 말하고, 실제적으로, 바인더 "분산물" 의 이송은 체적/시간, 예컨대 리터/분 또는 분산물의 LPM 으로 주어진다. 2 가지 이송 표현은 단위 체적당 바인더의 질량, 즉 바인더 분산물의 농도와 상관관계가 있다. 따라서, 분당 Z 리터의 이송률로 유동하는 리터당 X 그램의 바인더 화학물질을 가지는 바인더 분산물은 분당 X*Z 그램의 바인더 화학물질을 이송한다. 바인더의 가용성 및 입도에 따라, 분산물은 콜로이드, 에멀젼 또는 현탁액뿐만 아니라 참용액 (true solutions) 을 포함할 수도 있다.

- "바인더 농축물" 이라고 하는 - 한 가지 특정 유형의 바인더 분산물은 비교적 높은 고정된 농도, 예컨대 20 ~ 40 % 의 바인더 고형물를 가지는 스톡 (stock) 분산물인데 이것은 후에 바인더 "희석제" (전형적으로 더 많은 물) 로 희석되어서 낮은 농도, 예컨대 10 % 의 바인더를 가지는 희석된 "바인더 분산물" 을 생성한다. 이런 희석된, "최종" 바인더 분산물은 그 후 유리 섬유에 분무되거나 분배된다. 바인더 화학물질의 일정한 이송 (그램/분) 은 더 많은 유량의 더 많이 희석된 바인더 분산물에 의해 여전히 달성될 수도 있다. 용어 "바인더 분산물" 은 "분무된 대로" 의 최종 희석된 형태와 농축된 스톡 형태 양자에 총칭된다. 25 ~ 30 % 고형물의 바인더 분산물은 일부 상업적 제품에 사용될 수도 있고, 5 ~ 15 % 고형물의 바인더 분산물은 다른 제품, 예로 주거 제품에 사용될 수도 있다. 형성 후드에서 바인더 점착성 및 점도는 제품 특성에 영향을 미치는 중요한 특성이고, 농도 (% 고형물), 특정 바인더 화학물질 및 온도에 의존한다.

유체 분배 시스템

유체 분배 시스템은, 복수의 상부 분무 노즐의 제 1 어레이로서, 상부 노즐은 액체의 공급원에 유동적으로 연결되고 베일로 액체를 분배하기 위한 오리피스를 가지는, 제 1 어레이; 및 복수의 하부 분무 노즐의 제 2 어레이로서, 하부 노즐은 액체의 공급원에 유동적으로 연결되고 베일로 액체를 분배하기 위한 오리피스를 가지는, 제 2 어레이를 포함하고; 제 1 어레이 및 제 2 어레이는 베일 축선을 따라 서로 이격되어 있고, 각 어레이의 노즐은 베일을 향해 안쪽으로 향한다. 노즐은 이하 검토되는 것처럼 무화를 위한 압축 가스의 공급원에 선택적으로 또한 연결될 수도 있다. 일부 실시형태에서, 노즐 축선은 이하 검토되는 것처럼 아래로 향한다. 이 어레이를 지지하고 액체 및/또는 압축 가스를 노즐로 이송하는 구조체의 성질은, 그것이 베일의 유동을 방해하지 않는다면, 중요하지 않다. 특정 실시형태가 본원에 상세히 설명된다.

이제 도 3 및 도 4 를 참조하면, 특정 바인더 또는 냉각제 링 시스템 (100) 이 나타나 있다. 링 유입구 (108) 를 통하여 액체 공급원 (106) 과 유체 연통하는 환형 내부 (104) 를 규정하는 하나 이상의 튜브형 링 (102) 이 형성된다. 간단함을 위해, 어떠한 단면적도 가능하지만 링은 튜브형이다. 링 (102) 은 유리 섬유의 하향 유동 베일 (60) 의 축선에 수직으로 전형적으로 배향되는 링 평면을 일반적으로 규정하지만, 용어 "평면" 및 "수직" 은 단지 대략적인 것으로 해석되어야 한다. 링 (102) 은, 링 내부와 유체 연통하고 유리 베일로 내부로 액체를 분무하는 복수의 제트 또는 노즐 (110) 을 포함한다. 분무된 액체는 전형적으로 예를 들어 물과 같은 냉각제 액체, 또는 수성 바인더 분산물, 또는 양자이다.

도 4 는 바인더 분산물 및/또는 냉각제 액체를 위해 사용될 수도 있는 액체 분배 시스템 (100) 의 일 실시형태를 도시한다. 본원에서 냉각수는 예시적 액체로 설명된다. 시스템 (100) 은, 동축으로 배열되지만 서로 이격된 3 개의 튜브형 링 (102A, 102B, 102C) 의 장치를 포함한다. 링은 각각 약 1 ~ 약 6 인치, 보다 전형적으로 약 2 ~ 약 5 인치 범위의 거리만큼 서로 이격되어 있다. 튜브형 단면은 3 개의 대략적으로 평행한 평면을 규정하는데; 링 평면에 평행하지만 튜브의 원주에 위치한 평면은 도 4 에서 P1, P2 및 P3 으로 표시된다. 각각의 튜브형 링은 환형 내부 공간 (104) 을 규정한다. 3 개의 동축 링의 중간 링 (102B) 은 압축 가스, 전형적으로 압축 공기의 공급원 (122) 에 유입구 (120; 개략적으로 도시됨) 를 통하여 연결된다. 상부 링 (102A) 및 및 하부 링 (102C) 은 냉각제 액체, 예컨대 물의 공급원 (106) 에 유입구 (124; 개략적으로 도시됨) 를 통하여 연결된다.

상부 링 (102A) 과 중간 링 (102B) 을 브릿지하는 것은 복수의 지지 블록 (126) 이고 이 지지 블록에 링의 축선을 향해 내부로 향한 노즐 또는 오리피스 축선을 가지는 제 1 또는 상부 노즐 (110A; 1 개 도시) 이 장착된다. 중간 링 (102B) 과 하부 링 (102C) 을 브릿지하는 것은 복수의 지지 블록 (128) 이고 이 지지 블록에 링의 축선을 향해 내부로 향한 오리피스 또는 노즐 축선을 또한 가지는 제 2 또는 하부 노즐 (110B; 1 개 도시) 이 장착된다. 지지 블록 (126, 128) 은 링 둘레에 환형으로 연장되거나 그것은 단지 노즐의 위치에서만 존재하고 링 둘레의 어딘가에서 불연속적일 수도 있다. 사실상, 그것의 가장 넓은 구성에서, 링은 전혀 필요하지 않고; 그것은 단지 상부 노즐 및 하부 노즐의 어레이를 지지하고 어레이로 유체를 이송하기 위한 편리한 수단이다.

도시된 실시형태에서, 중간 링 (102B) 의 직경은 상부 링 (102A) 의 직경보다 약간 더 커서, 제 1 노즐 오리피스 축선과 평면 (P2) 사이의 각도 (A2) 는 대략적으로 10 도가 되도록 지지 블록 (126) 및 제 1 노즐 (110A) 이 아래로 비스듬히 놓이도록 한다. 이 각도 (A2) 는 약 0 ~ 20 도, 또는 약 5 ~ 약 15 도의 범위에서 변할 수도 있다. 유사하게, 하부 링 (102C) 의 직경은 중간 링 (102B) 의 직경보다 약간 더 커서, 제 2 노즐 오리피스 축선과 평면 (P3) 사이의 각도 (A3) 가 대략적으로 25 도가 되도록 지지 블록 (128) 및 제 2 노즐 (110B) 이 아래로 비스듬히 놓이도록 한다. 이 각도는 약 15 ~ 40 도, 또는 약 15 ~ 약 30 도의 범위에서 가변될 수도 있다. 링 (102) 의 직경을 가변시키는 것은 노즐 (110A, 110B) 의 축선을 위한 하향각을 달성하는 단 한가지 방식으로, 다른 수단이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 링 (102) 은 모두 동일한 직경일 수도 있고 장착 블록 (126, 128) 은 노즐 (110) 이 장착되는 각을 이루는 면을 포함할 수도 있다. 일반적으로, 그러나, 상부 링 노즐 (110A) 은 하부 링 노즐 (110B) 보다 다소 더 작은 각도로 하향 편향된다.

상부 링 (102A) 과 연관된 제 1 노즐 (110A) 및 지지 블록 (126) 의 개수는 약 3 개 ~ 약 12 개, 보다 전형적으로 약 6 개 ~ 약 10 개의 범위에 있을 수도 있다. 공기 캡 (114) 및 노즐 구성의 선택에 의해 정의된 대로, 제 1 노즐 (110A) 의 분무 패턴은 모두 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 하부 링 (102C) 과 연관된 제 2 노즐 (110B) 및 지지 블록 (128) 의 개수는 약 3 개 ~ 약 12 개, 보다 전형적으로 약 6 개 ~ 약 10 개의 범위에 있을 수도 있다. 공기 캡 (114) 및 노즐 구성의 선택에 의해 정의된 대로, 제 2 노즐 (110B) 의 분무 패턴은 모두 동일할 수도 있고 또는 상이할 수도 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 노즐 (110A) 중 적어도 일부의 분무 패턴은 제 2 노즐 (110B) 중 적어도 일부의 분무 패턴과 상이할 것이다. 예를 들어, 제 1 또는 상부 노즐 (110A) 은 베일 (60) 에서 외부 섬유를 빠르게 냉각시키도록 잘 맞추어진 광각 또는 플랫 분무를 포함할 수도 있고 하부 또는 제 2 노즐은 베일 (60) 의 내부 환경을 냉각시키도록 잘 맞추어진 협각 또는 펀치 분무를 포함할 수도 있다.

이러한 하나의 노즐의 작동은 이하 자세히 설명되는데, 각 노즐의 작동은 본질적으로 동일한 것으로 이해된다. 냉각수 (또는, 대안적으로, 바인더 분산물) 는 공급원 (106) 으로부터 라인을 통하여 상부 및 하부 링 (102A, 102C) 의 링의 내부 (104) 로 개방된 유입구 (124) 로 가압되거나 펌핑되어서, 액체는 상부 링 및 하부 링 전체에 걸쳐 분배된다. 지지 블록 (126, 128) 은 상부 링 및 하부 링의 환형 내부 (104) 로 개방된 내부 액체 보어 또는 통로를 포함하고, 화살표 (125) 에 의해 개략적으로 나타낸 것처럼 노즐의 중심 오리피스 및 노즐 출구 (112) 로 이어진다. 압축 가스 (공기) 는 공급원 (122) 으로부터 라인을 통하여 링의 환형 내부로 개방된 중간 링 (102B) 의 유입구 (120) 로 이동되어서, 공기가 중간 링 전체에 분배된다. 지지 블록 (126, 128) 은 중간 링 (102B) 의 내부로 개방되는 내부 공기 통로를 포함하고, 노즐 보어 (도시되지 않았지만, 화살표 (123) 로 개략적으로 나타냄) 를 통하여 노즐 (110) 의 중심 오리피스의 출구 (112) 가까이의 공기 캡 (114) 내 환형 공간으로 이어진다. 여기에서, 압축된 공기는 물을 작은 방울 또는 입자로 무화시키기 위해서 제 1 노즐 (110A) 및 제 2 노즐 (110B) 각각에서 냉각수와 혼합하도록 허용된다. 공기와 냉각수가 지지 블록에서 혼합되지 않도록 지지 블록 (126, 128) 의 내부 공기 통로와 내부 액체 통로는 구별된다. 선택된 노즐의 유형에 따라, 공기와 액체는 노즐 내에서 혼합될 수도 있고 ("내부-혼합") 또는 액체가 노즐 오리피스에서 나간 후 혼합될 수도 있다 ("외부-혼합"). 노즐에서 이탈할 때, 냉각제 액체는 동심 링 시스템 (100) 내에 배치된 유리 베일 (60) 안으로 작은 입자 또는 방울로 분배된다.

공기-무화된, 외부-혼합 노즐은 본 발명에 따라 섬유로 액체를 분무하기에 적합한 것으로 발견되었다. 이 노즐은 이송될 액체를 통과시키기 위해 중심 오리피스 및 출구 (112) 를 가지고, 보어는 액체 출구 (112) 둘레에서 공기 캡 (114)내 환형 공간으로 이어진다. 액체가 노즐 오리피스에서 유출될 때까지 공기와 액체는 혼합되지 않아서, 방울의 사이즈에 대해 더 양호하게 제어한다. 공기 캡 (114) 은 액체의 분포 형태: 예를 들어, 협각 펀치 분무, 광각 분무, 플랫 분무 등을 정하도록 선택될 수도 있다. 이러한 노즐은 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.

전술한 분배 시스템이 냉각제 액체를 위해 사용될 때, 동일하거나 상이한 제 2 분배 시스템이 바인더 분산물을 위해 사용된다. 전형적으로 냉각제 분배 시스템은, 바인더 분산물을 적용하기 전 형성 후드 환경의 냉각을 극대화하도록 바인더 분배 시스템 위에 위치한다. 이것은, 바인더 점도가 온도에 민감하고 제품 특성이 바인더 점도에 민감하기 때문에 바람직하다.

무화

섬유를 빠르게 냉각시키는 것, 즉 섬유 형성으로부터 바인더 적용까지 매우 급격한 온도 구배 곡선을 만드는 것이 유리하다. 바인더는 양호하게 거동할 뿐만 아니라 (적은 증발 및 점도 변화), 컨베이어에서 팩을 통하여 흡입되는 공기는 보다 균일한 온도를 가지고 더 적은 웨트 스폿 및 더 균일한 중량 분포를 이끈다. 형성시 섬유의 온도는 1,600 ~ 2,000 F 만큼 높을 수도 있는데, 이것은 섬유가 하향 송풍기에 의해 감쇠될 때까지 약 50 % 떨어질 수 있다. 이것은 바인더 적용을 위해 여전히 아주 뜨거워서, 냉각수는 섬유의 베일 (내측 및 외측 양자) 및 주위 공기 환경을 약 300 ~ 600 F 또는 바인더 적용을 위한 바람직한 온도에 대해 약 400 ~ 550 F 로 빠르게 냉각시키도록 적용된다. 이런 큰 온도 하강은 12 인 치 정도로 적을 수도 있는 거리를 가로질러 발생하여서, 매우 급격한 구배를 유발한다.

용융된 섬유 및 형성 후드 환경으로부터 제거될 수 있는 총 열량은 형성 후드로 도입되는 질량과 냉각제 액체의 기화열의 함수이다. 하지만, 이런 열 제거 반응률, - 즉 그것의 효율성 - 은, 적어도 부분적으로, 뜨거운 섬유 또는 공기 분자와 충돌하는데 이용할 수 있는 냉각 방울의 총 표면적의 함수이다. 따라서, 냉각제 방울의 표면적/질량비를 증가시키는 것은 적은 냉각제 질량으로 비슷한 증발 냉각을 달성하는 방식이다. 상기 다른 방식은 증발 냉각 반응을 가속화시킨다. 반면에, 냉각제 방울의 표면적/질량비를 감소시키는 것은 증발 냉각 효율성을 감소시킨다.

냉각제 액체 유량은 (단위 시간당) 전달 가능한 전체 열을 제어하기 위해서 유지 (또는 변화) 될 수 있다. 하지만 하나의 노즐로부터 다른 노즐로, 하나의 섬유화기 유닛으로부터 다른 유닛으로 방울 사이즈를 바꾸면, 표면적/질량 비를 제어할 수 있도록 하여서, 다양한 노즐/섬유화 유닛에서 증발열 전달 효율을 제어한다. 이것은 중요한데 왜냐하면 바인더가 휘발, 사전 경화 또는 배출물 문제 또는 하류 성분 문제 또는 제품 특성 문제를 야기하도록 너무 점성을 띠게 되는 위험을 줄이기 위해서 초기 섬유화 유닛에서 더 빠르게 증발열 전달하기를 희망할 수도 있기 때문이다. 대안적으로, 전체 물 입력을 최소화하도록 증발 전달을 희생하지 않으면서 후속 섬유화기 유닛에서 냉각제 유량을 감소시키기를 희망할 수도 있다. 둘 중 어느 하나는 방울 사이즈의 차동 제어를 가능하게 하는 본 발명으로 가능하다. 방울 사이즈는 차동 공기 무화 또는 차동 액체 스트림 압력 또는 양자를 통하여 제어될 수도 있다.

일부 실시형태에서, 액체를 이송하는 노즐 (110) 은 작은 방울의 액체를 이송하는 무화 노즐이다. "무화" 와 "무화하다" 는, 더 작은 사이즈의 방울 또는 "입자" 로 액체 스트림을 파괴하기 위해서, 힘, 전형적으로 유체 압력을 사용하는 프로세스를 말한다. 압력을 가하는 유체는 액체 자체일 수도 있고, 이 경우에 프로세스는 "액체 압력 무화" 또는 "LP 무화" 이고 방울 또는 입자의 평균 직경은 전형적으로 물에 대해 약 50 ~ 약 300 미크론의 범위에 있다. LP 무화된 바인더 분산물에 대해, 방울 사이즈는 약 100 ~ 약 600 미크론, 보다 개연적으로 약 150 ~ 약 400 미크론으로 다양할 수도 있다. 대안적으로, 유체 압력은 별도의 유체/가스, 전형적으로 공기에 의해 공급될 수도 있고, 이 경우에 프로세스는 "공기 무화" 이고 방울 또는 입자의 평균 직경은 물에 대해 약 5 ~ 약 100 미크론, 보다 개연적으로 약 10 ~ 약 50 미크론의 범위에 있을 수 있다. 공기 무화된 바인더 분산물에 대해, 방울 사이즈는 약 10 ~ 약 300 미크론, 보다 개연적으로 약 30 ~ 약 150 미크론으로 다양할 수도 있다.

무화된 방울 사이즈는 여러 인자: (1) 노즐 자체의 치수 및 구성; (2) 액체 점도 및 표면 장력; (3) 유체 유량 (액체 스트림 및 무화 유체/가스 양자); 및 (4) 유체 압력 (액체 스트림 및 무화 유체/가스 양자) 에 의존한다. 일단 다른 인자들이 지시 또는 고정되면 유체 유동 및 압력이 우선적으로 제어된다. 무화는 일반적으로 넓은 분포의 방울 사이즈를 발생시키고 방울 직경의 정확한 측정이 어렵다는 것을 이해해야 한다. 2 개의 통상적으로 사용되는 "방울 사이즈" 의 정의는 엄격히 평균 직경이 아니라, 예를 들어, 표면적 대 체적의 비율 ("사우터 평균 직경"); 또는 강하 직경의 분포에서 중간값인 강하 직경 ("체적 중간 직경") 에 의해 결정된 치수이다. 흔히 2 개는 바뀔 것이고, 체적 중간 직경은 전형적으로 사우터 평균 직경을 초과한다. 이런 어려움이 주어졌을 때, 특정 조건의 유체 및 압력 범위하에 특정 노즐에 의해 발생되는 평균 방울 직경의 추산을 위한 노즐 제조업자의 전매특허의 데이터에 의존하는 것이 이 분야에서 관례적이다. 본원에 사용되는 것처럼 "평균 방울 사이즈" 는 임의의 이런 전형적인 중심치의 측정을 포함한다.

중요하게, 방울 사이즈의 선택은 절충 (tradeoffs) 을 수반한다. 주어진 초기 속력에 대해, 더 큰 방울은 더 큰 질량을 가져서 더 큰 모멘텀을 가지지만; 더 작은 표면적/질량 비를 가지게 된다. 반면에, 더 작은 방울은 더 적은 질량과 모멘텀, 및 더 큰 표면적/질량 비를 갖는다. 일부 상황에서, 예로 초기 섬유화 유닛에서 바인더 분산을 위해, 그리고 베일 침투를 위해, 더 큰 방울이 더 잘 맞을 수도 있고; 다른 상황에서는, 예컨대 더 신속한 열 전달을 위해, 더 작은 방울의 더 큰 표면적이 더 적합할 수도 있다. 충분한 물이 용융된 섬유를 충분히 냉각시키기 위해서 첨가되어야 하고 너무 많은 물이 첨가되는 주변 환경은 후속 건조 및 경화 오븐에서 에너지 낭비와 또한 세척수의 낭비를 초래한다. 미세한 방울 사이즈는 매우 효율적으로 냉각시켜서, 등가의 냉각을 달성하는데 더 큰 방울보다 더 적은 냉각제의 사용을 요구한다. 하지만 그것은 베일 내부로 침투하기에 충분한 모멘텀을 가지지 않을 수도 있다. 다량의 혼입된 공기가 (용융 재료와 함께) 냉각되어야 하므로 고도의 무화는 더 적은 물의 사용으로 동일한 정도의 냉각을 허용하고, 냉각제 시스템의 효율을 높인다.

반면에, 큰 방울은 (동일 질량에 대해) 미세한 방울보다 증발 냉각을 위해 더 적은 표면적을 갖는다. 이 때문에, 등가의 증발 냉각을 위해 더 많은 양이 요구될 수도 있고, 더 큰 방울은 결코 완전히 증발하지 않고 대신에 팩 내 부가적인 수분에 기여할 수도 있다. 그러나, 이것은 일부 섬유화기 유닛에 대해 바람직할 수도 있고 더 적은 압축 공기를 사용하는 비용상의 장점을 갖는다. 위에서 알 수 있듯이, 더 큰 방울 사이즈는 형성 후드에서 초기 섬유화기 유닛, 예로 제 1 의 1 ~ 4 또는 제 1 의 1 ~ 2 유닛에서 산성 바인더 적용에 유용할 수도 있다. 이것은, 중력이 방울을 기류 밖으로 떨어지게 하는 충분한 질량을 가지고 방울이 부식을 일으킬 수도 있는 하류 공기 요소로 전달되지 않도록, LP 무화에 의해 달성되는 사이즈를 심지어 가질 수도 있다.

유체 제어 시스템-장치

도 5 는 형성 후드에서 물 또는 수분의 양을 모니터링 및 제어하기 위한 제어 시스템 (200) 을 나타낸다. 비록 이 시스템은 압축 가스로서 공기를 그리고 냉각제 액체로서 물을 사용해 설명되지만, 다른 압축 가스 또는 냉각제 액체가 대신 사용될 수도 있음을 이해해야 한다. 일련의 냉각제 분무 링 (202) 이 섬유화 유닛의 일부로서 개략적으로 나타나 있고, 이것은 선택적으로 도 3 및 도 4 의 장치처럼 구성될 수도 있다. 냉각수의 공급원 (106) 은, 라인 (204) 을 통하여 각각의 섬유화 유닛의 냉각제 링(들) (202) 의 유입구 (206) 로 이어진다. 3 개의 섬유화 유닛이 나타나 있지만, 단지 제 1 유닛만 상세히 설명되고, 제 2 및 후속 섬유화 유닛은 유사하게 구성되고 작동된다는 점이 이해된다. 이런 모든 냉각제 링으로 물의 유동은 마스터 가변 제어 밸브 (208) 및 마스터 미터 (210) 에서 전체적으로 제어되고 모니터링된다. 게다가, 각각의 개별 섬유화 유닛 링으로 물의 유동은 개별적인 가변 제어 밸브 (212) 및 미터 (214) 에 의해 제어 및 모니터링될 수도 있고 이 밸브와 미터 각각은 순차적 섬유화 유닛의 냉각제 링으로 이어지는 라인에 삽입된다.

압축 공기의 공급원 (122) 은, 각각의 섬유화 유닛에서 냉각제 링 (202) 과 연관된 공기 링의 유입구 (218) 로 라인 (216) 을 통하여 이동되는 공기를 제공하고, 전술한 대로, 이 공기는 베일로 분무되는 냉각제 액체를 무화시키는데 사용될 수도 있다. 이런 모든 냉각제 링으로의 기류는 마스터 가변 제어 밸브 (220) 및 마스터 미터 (222) 에서 전체적으로 제어되고 모니터링된다. 게다가, 개별 밸브 (211) 및 선택적 미터 (213) 는 각각의 냉각제 링 시스템 (202) 으로 이어지는 라인 (216) 에 배치된다. 앞 절에서 설명된 바와 같이, 이것은 다양한 섬유화기 유닛의 냉각제 노즐에 대해 차동 제어를 가능하게 한다.

전형적으로 바인더 농축물인 바인더 분산물 공급원 (224) 은 라인 (226) 을 통하여 결국 각각의 섬유화 유닛의 바인더 링 (230) 의 유입구 (228) 로 이어진다. 다시, 비록 3 개의 섬유화 유닛이 나타나 있지만, 단지 두 번째 유닛만 상세히 설명되고, 제 1 섬유화 유닛과 다른 섬유화 유닛은 유사하게 구성되고 작동된다는 점을 이해한다. 바인더 링은 2 개 또는 3 개의 링을 포함할 수도 있고 선택적으로 전술한 도 3 및 도 4 의 장치처럼 구성될 수도 있다. 이런 모든 바인더 링으로 바인더 유동은 마스터 가변 제어 밸브 (232) 및 마스터 미터 (234) 에서 전체적으로 제어되고 모니터링된다. 각각의 개별 섬유화 유닛 (예컨대, 두 번째 유닛) 에서, 바인더 농축물 라인 (226) 은 먼저 개별화된 가변 제어 밸브 (242) 및 연관된 미터 (244) 로 이어지고, 그 후 바인더 링 (230) 의 유입구 (228) 에 도달하기 전 정적 혼합기 (246) 로 이어진다. 부가적으로, 물 공급원 (106) 은 바인더 농축물을 위한 잠재적 희석제로서 각각의 섬유화 유닛의 바인더 링 (230) 으로 라인 (236) 을 통하여 또한 이어진다. 이런 모든 바인더 링으로의 희석제 유동은 마스터 가변 제어 밸브 (238) 및 마스터 미터 (240) 에서 전체적으로 제어되고 모니터링되고, 각각의 개별 섬유화 유닛 (예컨대 두 번째 유닛) 으로 유동은 정적 혼합기 (246) 및 바인더 링 (230) 의 유입구 (228) 에 도달하기 전 개별화된 가변 제어 밸브 (248) 및 연관된 미터 (250) 에 의해 제어된다. 정적 혼합기 (246) 에서 나오는 유동은 "배합된 유동" 이고, 이 비율은 미터 (244, 250) 에서 측정된 유량의 합계이다. 미터 (미도시) 는 바람직하다면 이 배합된 유량을 기록하는데 사용될 수도 있다. 앞서와 같이, 압축 공기의 공급원 (122) 은 라인 (216) 을 통하여 각각의 섬유화 유닛에서 바인더 링 (230) 과 연관된 공기 링의 유입구 (252) 로 이어지고, 이 공기는 베일로 분무된 바인더 분산물을 무화하는데 사용될 수도 있다. 개별 밸브 (215) 와 선택적 미터 (217) 는 공기 공급원 (122) 과 각각의 개별 바인더 링 시스템 (230) 사이의 라인 (216) 에 배치된다. 이 밸브 (215) 는 다양한 섬유화기 유닛의 바인더 분산물 노즐에 대해 차동 제어할 수 있다.

전술한 유체 제어 시스템의 한 가지 장점은, 그것이 임의의 이유 때문에, 예로 유지보수 때문에 또는 다른 제품로 작업 변화에 의해 요청되는 다른 섬유화기 구성 때문에, 정지될 (또는 정지 후 재시작) 필요가 있는 섬유화 유닛을 용이하게 조절한다는 것이다. 산성 또는 그 밖의 부식성 바인더 분산물을 위해, 라인, 밸브, 미터, 링 및 노즐의 구성을 위한 재료의 선택은 이 바인더 분산물의 부식성을 고려해야 한다.

모든 가변 제어 밸브에 대해, 단순한 수동 노브가 비유동 상태로부터 최대 유동 상태로 바꾸는데 사용될 수도 있는데, 이것은 유체 시스템에서 알려진 대로 라인의 단면적과 초기 압력에 의해 지시된다. 가변 제어 밸브는, 바람직하다면, 보다 복잡한 전자 작동식 밸브 시스템을 또한 포함할 수도 있다. 사용되는 미터는 각각의 위치에서 압력 및/또는 유동을 측정할 수도 있다. 적합한 유량계는 예를 들어 Rotameter 상표의 Dwyer 뿐만 아니라 다른 공급자로부터의 미터를 포함한다. 임의의 적합한 밸브 또는 미터는 이용될 수도 있고 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.

사용 유체 제어 시스템-방법

유체 제어 시스템 (200) 은 다른 섬유화기 유닛과 독립적으로 각각의 섬유화 유닛 (20) 에서 유체 이송을 제어 또는 "프로파일" 하기 위해서 작동할 수 있고, 따라서 형성 후드 내 수분; 냉각수, 바인더 희석제, 및 바인더 분산물의 주요 공급원에 대해 더 많이 제어한다. 위에서 알 수 있듯이, 냉각수는 밸브 (208) 에 의해 전체적으로 제어되고 바인더 희석제는 밸브 (238) 에 의해 전체적으로 제어된다. 보다 중요하게, 냉각수의 도입은 각각의 냉각제 링 (202) 으로 제공된 냉각수의 양을 조절하도록 독립적으로 사용될 수 있는 일련의 밸브 (212) 에 의해 각각의 개별 섬유화 유닛 (20) 에서 보다 정확하게 제어된다. 냉각제 액체의 유동 제어는, 모든 섬유화 유닛에 대해 실질적으로 고르거나 일정한 (예컨대 임의의 두 유닛 사이에서 10 % 초과하여 변경되지 않음) 유동 프로파일, 또는 적어도 2 개의 유닛 사이에서 실질적으로 변하는 유동 프로파일을 유발할 수도 있다. 유사하게, 바인더 희석제 물 (및/또는 바인더 분산물) 의 도입은 각각의 바인더 링 (230) 에 제공되는 바인더 희석제 물의 양을 차동적으로 조절하는데 사용될 수 있는 일련의 밸브 (248) 에 의해 각각의 개별 섬유화 유닛 (20) 에서 보다 정확하게 제어된다. 임의의 밸브 (212, 248) 는 제품 특성을 개선하도록 각각의 섬유화 유닛에서 이송되는 물의 양을 변경 또는 "프로파일" 하도록 조절될 수도 있다.

바인더 희석제는 바인더 화학물질의 이송률 변경 유무에 관계없이 변할 수도 있음에 주목해야 한다. 예를 들어, 20 % 바인더 농축물의 3.5 LPM 의 유량은 10 % 농도로 희석되는 7 리터/분 (LPM) 과 동량의 바인더 화학물질을 이송하지만, 바인더 링에 대략적으로 물의 절반 양을 이송한다. 각각의 섬유화 유닛에서 희석 정도를 변경함으로써, 실시예에 나타낸 것처럼, 유닛에서 바인더 화학물질의 이송에 영향을 주지 않거나 영향을 주면서 각각의 섬유화 유닛 (20) 에서 물 입력을 "프로파일" 할 수 있다.

"프로파일링" 은 성분, 흔히 냉각수이지만 선택적으로 하나의 섬유화 유닛에서 분무되는 바인더 분산물 또는 바인더 희석제를 다른 섬유화 유닛에서 분무되는 양으로부터 변화시키는 것을 나타낸다. 이러한 변화는 양 증가, 양 감소 또는 양자를 반영할 수도 있고; 사실상 점진적 증분식이거나 급격할 수도 있다. 또한, 섬유화 유닛은 둘 이상의 세트로 그룹화될 수도 있고 "프로파일" 은 한 세트로부터 다른 세트로 증가 또는 감소를 포함할 수도 있다. 각각의 세트는 1 ~ 약 10 개의 유닛, 전형적으로 1 ~ 약 4 개의 유닛을 포함할 수도 있다. 실시예 1 및 아래 표 1 에 나타난 것처럼, 특히 설정점 1, 5, 7, 및 9 는 "프로파일링" 의 예시이다. 설정점 1 및 9 에서, 냉각수는 초기 2 ~ 3 개의 섬유화 유닛에 대해 약 7 리터/분 (LPM) 으로 유동하고, 그 후 제 10 유닛에서 약 1 LPM 으로 점진적으로 점점 가늘어진다. 설정점 5 및 7 에서, 바인더 희석제는 제 1 의 몇개의 섬유화 유닛에 대해 약 5 LPM 이고 그 후 유닛 8, 9 및 10 에 대해 1 또는 1.5 LPM 으로 점점 가늘어진다. 바인더 희석제 또는 바인더 화학물질 자체의 이송은 바람직하다면 유사하게 프로파일될 수도 있다.

프로파일링은 각각의 액체에 대해 분리되어 제어될 수 있고 다음을 특징으로 하는 패턴을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 패턴으로 발생한다:

● 섬유화 유닛 #1 과 #2 사이의 약간의 증가 또는 감소 후, 유동 레벨의 정적 증가 또는 감소가 뒤따름;

● 거의 모든 유닛을 가로질러 실질적으로 일정한 레벨;

● 초기 값을 가지는 초기 유닛으로부터, 초기 값의 0 ~ 70 %, 보다 전형적으로 초기 값의 15 ~ 50 % 인 최종 값을 가지는 최종 유닛으로 점진적 가늘어짐;

● 마지막 세트의 유닛까지 가늘어지고, 마지막 세트의 유닛에서 유동은 감소된 레벨에서 일정하게 유지됨;

● 중간 또는 최종 유닛에서 유동보다 최대 100 % 초과하는 초기 유닛에서의 높은 유량; 및

● 초기 유닛으로부터 중간 유닛으로 감소 후 최종 유닛으로 증가가 뒤따르고, 제 1 및 최종 유닛은 유사한 유량을 가질 것이고, 중간 유닛은 전형적으로 1 ~ 50 % 낮거나, 보다 전형적으로 5 ~ 20% 낮은 유량을 가질 것이다.

반면에, "노즐 프로파일링" 은 본원에 기술하였으나 개별 노즐의 레벨에서의 프로파일링; 즉, 동일한 섬유화기 유닛 내에서 하나의 노즐로부터 다른 노즐로 상이하게 적어도 하나의 유체의 유동 제어를 말한다. 노즐 프로파일링은 예를 들어 (1) 광각 노즐 대 협각 노즐; (2) 상부 어레이 노즐 대 하부 어레이 노즐; (3) 더 많이 내향으로 기울어진 노즐 대 더 적게 내향으로 기울어진 노즐; (4) 더 많이 하향으로 기울어진 노즐 대 더 적게 하향으로 기울어진 노즐; (5) 기계 방향 및 교차 기계 방향 양자에서, 어레이의 일측에서의 노즐 대 어레이의 타측에서의 노즐; 및 (6) 이것들의 임의의 조합 간에 상이하게 유동을 제어하는 것으로 나타낼 수 있다.

섬유화 유닛의 설명과 관련해, "제 1", "제 2", "일" 및 "다른" 섬유화 유닛이라는 언급은, 일 유닛과 그 밖의 다른 유닛을 단지 구별하는 역할만 하고 "다음" 과 같은 임의의 특정 서수 위치를 나타내지 않고, 특정 유닛 또는 위치 #1 과 #2 로 명백하게 제한되지 않는다. 초기, 중간, 최종, 마지막, 나중의 또는 후속 유닛의 언급은 상대적 서수 위치만 말하고, 임의의 특정 유닛 또는 위치를 말하지 않는다. 특정 섬유화 유닛이 의도될 때, 용어 "위치 #" 또는 "유닛 #" 이 사용될 것이고, #N 은 위치 #1 에서부터 순차적으로 가장 먼 위치를 나타낸다. 하지만, 컨베이어 (64) 위에서 섬유화 유닛의 순차적 배향이 중요하고, 유닛 #1 은 형성 영역으로 진입할 때 베어 컨베이어 (64) 위의 유닛이고, 컨베이어 (64) 가 유닛 #2, #3, #4 등의 아래에서 최종 섬유화 유닛 #N 으로 이동함에 따라 팩 (66) 은 점진적으로 성장한다. 섬유화 유닛의 순차적 배향은, 분할 형성의 경우에서처럼, 기계 방향과 일치할 수도 있지만, 일치할 필요는 없다.

각각의 섬유화 유닛에서 보다 정확하게 유동을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각제 유동 대 전체 액체 유동의 상당히 높은 비율이 가능하고 더 높은 램프 높이와 개선된 제품 특성을 발생시키는데 바람직한 것으로 또한 발견되었다. 실시예 1 및 5 에 나타난 것처럼, 종래 기술에 따른 생산 라인은, 모든 섬유화 유닛을 가로질러 평균했을 때 냉각수가 형성 영역에서 전체 액체의 약 15 % ~ 약 30 % 를 형성하도록 일반적으로 냉각수와 다른 액체를 비율적으로 사용하였다. 출원인은, 전체 액체의 약 35 % ~ 약 80 % 범위, 보다 전형적으로 약 40 % ~ 약 60 % 범위의 상당히 높은 평균 레벨의 냉각제 액체를 사용하는 것이 이로운 결과를 발생시킬 수 있음을 발견하였다. 표 1 및 도 6a 는 이런 현상을 도시하는데, 이것은 형성 후드의 목적으로 바인더 물에 대해 "우선적으로" 및 "희생적으로" 냉각수를 사용하는 것으로 또한 설명될 수도 있다.

다소 놀랍게도, 냉각수 대 전체 액체의 이런 더 높은 비율은 램프 수분의 대응하여 큰 증가 없이 더 높은 램프 높이를 발생시켰다. 실시예 4 및 도 6d 는 이를 도시한다. 그러므로, 전술한 밸브 시스템을 사용하는 다른 방법은 램프 높이/램프 수분 비율을 개선하는 것이다.

관련 양태에서, 개선된 균일성 및 제품 특성에 최적인 액체 유동 (전형적으로 냉각수 유동) 의 레벨이 존재하는 것을 발견하였다. 적합한 경화능이 제공된다면, 오븐으로 이동하는 팩이 최대로 두꺼울 때 균일성과 제품 특성이 일반적으로 최상이다. 또한, 대체로 팩 두께 또는 램프 높이는 형성 프로세스에서 더 많은 물이 사용될 때 -단지 어느 정도까지는- 증가한다. 이것은 도 7 에 나타나 있는데, 여기에서 램프 높이는 냉각수 유동에 대한 종속 변수로 도시된다. 이것은 S 자 모양 (sigmoida) 또는 S-곡선 A, B, C 를 발생시키는 것으로 발견되었고, 이것은 제조되는 제품의 두께 및 유형에 따라 위치 및 형상이 변하고, 각 유형의 단열재 제품에 대해 경험적으로 결정되어야 한다. 예를 들어, 곡선은 R-20 또는 R-31 단열재에 대해서보다 R-12 단열재에 대해 더 얕을 수도 있고; 밀도가 큰 상업용 단열재 제품은 주거용 단열재와 상이한 곡선을 발생시킨다. 하지만, 곡선의 일반적인 S 자 모양 성질은 각 유형의 단열재에 대해 유효하다.

더욱이, S-곡선 B 는, 최적 레벨의 액체 (물) 가 각각의 제품에 대해 결정될 수 있음을 보여준다. 곡선의 급상승부가 감속되어 안정 상태를 유지하기 시작할 때, 더 많은 냉각수를 첨가하면 감소 복귀점에 도달한다. S-곡선의 이 영역에서 냉각제 유동은 "최적의" 액체 유동 레벨로 칭한다. 각각의 S-곡선의 정확한 파라미터가 경험적으로 결정되었을 때, 최적의 유동 영역은 유도체 기능으로 설명될 수 있다. 예를 들어, S 자 모양의 곡선은 상승부의 중간 가까이에 변곡점 (402) 을 가지고, 여기에서 제 1 유도체는 최대값에 도달하고 제 2 유도체는 0 이다. 최적의 유동 범위 (404) 는 이 변곡점 위에 있을 것이고, 제 1 유도체는 그것의 최대값으로부터 하강한다. 또한, 제 2 유도체가 이 최적의 영역에서 항상 음의 값일 때, 그것은 제 3 유도체가 영인 2 차 변곡점 (406) 에서 최소 지점 (최대 음의 값) 이다. 바람직한 실시형태에서, 바람직한 최적의 유동 범위 (408) 는, 심지어, 제 2 유도체가 그것의 최소값에 도달하는 이 지점 위에 있다. 이 지점 (406) 으로부터, 제 1 및 제 2 유도체가 영에 접근하는 지점 (410) 까지 냉각제 유동 레벨은 바람직한 최적의 유동 레벨 (408) 로 고려된다.

본 발명의 유체 제어 시스템에 의해 가능한 방법은 제조 라인의 하류 공기 요소의 부식을 제한하는 능력이다. 많은 바인더 분산물은 (예컨대 폴리아크릴산, 폴리카르복실산 등과 같은 열경화성제, 또는 pH 조절을 위한 광물 산성으로 인해) 산성이고 이 산성 바인더는 금속에 많이 부식을 일으킬 수 있다. 이 산성 바인더 분산물의 일부가 섬유 팩에서 빠져나와 컨베이어를 통하여 드롭아웃 박스, 덕트설비, 형성 팬 및 다른 하류 공기 요소로 흡입될 때 상당한 부식 문제가 발생한다. 이것은, 섬유 팩이 바인더를 캡처하기 위해서 많은 질량을 아직 얻지 못한 초기 섬유화 유닛에서 가장 많이 발생하기 쉽다. 바인더 분산물 자체 또는 바인더 분산물에 적용된 무화 가스 중 어느 하나를 위한 유동 또는 압력 제어를 이용함으로써, 초기 섬유화 유닛에서 방울의 평균 사이즈는 후속 섬유화 유닛에서 방울의 사이즈와 별개로 조절될 수 있다. 컨베이어를 통과한다면, LP 무화에 의해 달성될 수 있는 것과 같은 더 큰 방울 사이즈는, 하류 공기 요소를 분산하는 기류에 혼입되기보다는 흡입 박스 영역에서 벽과 드레인 (drains) 에 수집되는 경향이 있다. 이것은 방울의 질량 및 모멘텀의 함수로 생각되지만, 이 이론은 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 산성 바인더는, 예를 들어 Cline 등의 미국 특허 7,754,020 에서 알 수 있듯이 흡입 박스 드레인으로부터 세척될 수 있어서, 하류 공기 요소가 과다하게 부식되는 것을 막는다.

보다 균일한 VWD 를 위해 조절하는 대안적 방식

수직 중량 분포 ("VWD") 와 같은 제품 특성을 개선하기 위한 다수의 대안예가 가능하다. 예를 들어, 섬유 직경을 증가시킨다. 더 큰 섬유를 갖는 팩은, 전체 유리 양이 동일하게 주어진다면, 더 작은 섬유를 가지는 팩보다 형성 체인에서 팩을 통과하는 기류에 더 적은 저항을 가진다. 이것은, 더 큰 섬유를 갖는 팩이 더 작은 섬유를 가지는 팩보다 적게 압축될 것이고 형성 후드에서 나오는 더 높은 로프트 회복을 가지는 경향이 있음을 의미한다. 더 큰 섬유는 또한 더 작은 섬유보다 더 강하여서, 더 큰 섬유는 더 작은 섬유보다 점성 바인더 분산물에 대해 더 잘 회복할 수 있고, 다시 형성 후드에서 나오는 더 높은 로프트 회복을 이끈다.

VWD 를 개선하는 다른 대안적 수단은 형성 흡입, 또는 팩과 체인을 통하여 유입되는 공기를 변경하는 것이다. 형성 흡입은 팩 회복에 상충적 역할을 한다. 한편으로는, 더 높은 흡입은, 더 많은 주위 공기가 형성 후드 및 팩을 통하여 유입되어 이를 냉각/건조시켜서, 바인더 분산물로부터 증발을 감소/증가시키는 것을 의미한다. 이것은 주위 조건에 의해 지시되는데: 더 뜨겁고, 더 건조한 날에, 더 높은 흡입은 후드에서 부가적 증발을 만들 것이고, 더 춥고, 더 습한 날에, 더 높은 흡입은 후드에서 증발을 감소시키는 경향이 있을 것이다. 다른 한편으로는, 더 높은 흡입은 팩을 더 많이 압축시킬 것이고, 이런 공기역학적 압축은 팩에서 중량 분포에 비선형으로 영향을 미치는 경향이 있어서, 더 많은 섬유가 팩의 바닥을 향하여 이동되어, 더 나쁜 VWD 를 초래한다.

VWD 를 개선하는 다른 가능한 수단은 형성 후드로 진입하는 주위 혼입된 공기를 변경하는 것이다. 섬유화기에서 섬유를 감쇠 및 냉각시키는데 사용되는 송풍기 공기 분사 때문에, 전형적으로 플랜트 내에서부터 형성 후드로 혼입되는 적지 않은 양의 주위 공기가 있다. 이 공기는 주로 흡입 팬을 통하여 유출되는 것이다. 이 공기가 더 많이 냉각되고 더욱 습해질수록, 형성 후드에서 바인더 분산물의 증발을 위한 구동력이 더 적어진다. 이를 수행하기 위한 다양한 메커니즘이 있는데, 이것은 모두 베일로 냉각제를 직접 적용하는 것보다는 더 많이 포함되고, 그것은 작동자가 섬유화기와 형성 후드에 접근 및 유지하는데 더 큰 어려움을 초래한다. 또한, 이 방법은 모두 베일로 냉각제를 직접 적용하는 것만큼 에너지 효율적이지 않고 용이하게 제어되지 않는다. 한 가지 방법은 플랜트 외부에서부터 형성 후드로 직접 공기를 파이프 수송하는 것인데, 왜냐하면 플랜트에서 고온 프로세스는 형성 후드에 도달하기 전 일반적으로 외부 공기를 가열하기 때문이다. 이것은 형성 후드의 상당한 덕트화 및 변경을 요구한다. 다른 방법은 공조기와 유사하게 형성 후드의 입구 근처에서 냉각제 코일을 사용하는 것이다. 이것은 형성 후드 둘레에 부가적 밀집 현상을 발생시킨다. 형성 후드의 입구 가까이에서 물 미스트 분무는 다른 선택이고, 베일로 직접 냉각제 분무만큼 여전히 용이하게 제어되지는 않지만, 혼입된 공기를 조절하기 위한 가장 실제적 실시형태인 것으로 생각된다.

유사하게, 공기 래퍼로부터의 공기 분사는 VWD 개선을 보조하는데 사용될 수 있다. 이 기기에서 공기는 증발을 감소시키도록 냉각될 수 있다. 공기가 고온/건조 상태이면 기류는 감소될 수 있고 또는 공기가 저온/습한 상태이면 기류는 증가될 수 있다. 공기 래퍼는 일반적으로 전체 열 평형에 적은 영향을 미치지만, 공기 래퍼는 제거될 수도 있고 횡방향 중량 분포의 대안적 수단이 이용될 수 있다.

VWD 를 개선하는 다른 가능한 수단은, (최종 팩을 형성하기 위해서 하나 또는 다수의 형성 체인이 존재하는지에 따라) 형성 후드를 따라 체인에 섬유를 배치한 제 1 유닛에서 가장 낮은 풀 (pull) 로부터 체인에 섬유를 배치한 마지막 유닛에서 가장 높은 풀까지 유리 풀을 프로파일한다. 이 경우에, 목적은 상류 유닛으로부터의 더 적은 유리 (및 바인더 분산물) 가 하류 섬유화기의 증발 효과를 부여받도록 형성 후드에서 팩의 체류 시간을 최소화하는 것이다. 이 경우에 대부분의 팩은, 후드에서 나가기 전 흡입으로부터 보다 짧은 기간의 최대 공기역학적 압축을 또한 경험하고 있다. 분명히, 극도로, 후드에서 나가기 전 단지 마지막 유닛만 섬유화하도록 풀은 프로파일될 수 있다. 이것은 형성 후드를 작동하는 가장 바람직한 수단이 아닌데 왜냐하면 그것은 팩 특성을 획득하는 가장 선호되는 방법에서처럼 직접 냉각제 분무와 특히 결부되는, 후드를 가로질러 균일한 풀과 비교해 총 처리량을 일반적으로 제한한다. 또한, 각각의 섬유화기가 상이한 풀에서 실행될 때, 후드의 제어는 더욱 복잡하다.

조건 피드백 센서

여전히 도 5 를 참조하면, 제어 프로세서 (264) 와 연결된 주위 센서 (260) 및 팩 조건 센서 (262) 가 나타나 있다. 주위 센서 (260) 는 주위 온도 또는 주위 습도 또는 양자와 같은 국부적 조건을 감지할 수 있고, 제어 프로세서 (264) 로의 입력으로 공급되는 주위 조건을 나타내는 적어도 하나의 출력 신호 (266) 를 발생시킨다. 주위 온도 센서의 예로는 온도계와 디지털 온도 탐촉자를 포함한다. 주위 습도 센서의 예로는 습도계 또는 건습계를 포함한다.

게다가, 팩 조건 센서 (262) 는 형성 후드 (12) 와 오븐 (16) 사이에서 또는 대안적으로, 오븐 (16) 에서 나갈 때 램프 (82) 에서의 팩 조건을 감지할 수 있다. 센서가 모니터링할 수도 있는 유용한 팩 조건은, (a) 미경화된 팩의 두께 ("램프 높이"), (b) 미경화된 팩 두께의 균일성, (c) 경화된 팩의 두께 ("기계 높이"), (d) 경화된 팩 두께의 균일성, (e) 미경화된 팩에서 수분 분포의 균일성, (f) 미경화된 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, (g) 경화된 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, 및 (h) 경화된 팩에서 경화도를 포함한다.

이런 팩 조건들 - 및 특히 램프 높이 - 은 최종 단열재 제품의 임의의 바람직한 특성과 상관관계가 있는 것으로 발견되었다. 센서는 팩 조건을 나타내는 피드백 출력 신호 (268) 를 발생시키는데, 이것은 제어 프로세서 (264) 로 입력으로서 공급된다. 램프 높이 센서의 예로는, 육안으로 관찰되는 단순한 자, 레이저 빔, 또는 가변 높이에서의 광학 빔을 포함한다. 연속 측정 또는 관찰은, 경과 (historical) 데이터 및 팩 두께의 균일성을 평가하는 능력을 제공한다. 램프 수분 함량 센서의 예로는 온라인 측정을 위한 마이크로파 및 적외선 센서, 또는 팩을 샘플링하여 차이에 의해 수분을 결정하도록 습한 샘플 및 건조 샘플의 중량을 재는 것을 포함한다. 팩의 너비 또는 높이를 가로질러 다수의 위치에서의 측정 또는 관찰은, 화합물 데이터 및 팩 수분 및/또는 밀도의 균일성 조건을 결정할 수 있는 능력을 제공한다.

부가적 팩 조건 측정치 (또는 "블랭킷 조건" 측정치) 는, "블랭킷" 제품이 팩 조건의 측정치와 유사한 방식으로 오븐 (16) 으로부터 나온 후 경화된, "블랭킷" 제품에 이용될 수도 있다. 도 2 와 관련해 알 수 있듯이, 블랭킷 두께, "기계 높이" 의 측정치는 램프 높이 신호와 유사한 방식으로 수분 제어 프로세서 (264) 로 피드백으로서 또한 사용될 수도 있다. 또한, 경화도의 측정치 (또는 경화 상태) 가 얻어져 액체 입력 조절을 위한 제어 프로세서 (264) 로 전송될 수도 있다. 예를 들어, 제품이 부족경화된 것으로 감지된다면, 형성 영역으로 액체 입력을 제한하는 것이 바람직할 수도 있다.

주위 및 팩 센서 (260, 262) 로부터의 출력은, 형성 후드로 유입되는 다양한 액체의 유동을 제어하기 위해서 가변 제어 밸브를 설정 또는 재설정하는 피드백으로서 사용된다. 이 목적으로, 제어 프로세서 (264) 는 냉각제 링 (202) 을 통하여 물을 도입하는 역할을 하는 가변 제어 밸브 (208, 212) 를 제어하기 위한 제 1 출력부 (270); 및 바인더 링 (230) 을 통하여 물을 도입하는 역할을 하는 가변 제어 밸브 (232, 238, 242, 248) 를 제어하기 위한 제 2 출력부 (272) 를 포함한다. 명확성을 위해, 각각의 유체 분배 시스템에 대해 단일 출력 라인 (270, 272) 만 나타나 있지만, 실제로는 복수의 신호 라인이 바람직하고, 각각의 밸브에 대해 하나의 라인이 제어된다. 따라서, 제어 프로세서 (264) 는, (밸브 (208, 238 또는 232) 를 통하여) 모든 섬유화 위치를 가로질러 전체적으로, 또는 하나 이상의 개별 섬유화 유닛에서 개별적으로, 전술한 임의의 유체를 조절하는데 사용될 수도 있다. 피드백 신호, 및 이런 피드백에 응하여 수행된 조절은, 프로세스에서 가변성에 대한 공차에 따라 연속적으로 또는 미리 정해진 시간 증분으로 제공될 수도 있다.

제어 신호 (270, 272) 는, 특정 액체의 프로파일된 유동 또는 보장된 조건으로서 고른 유동을 조성하는데 이용될 수도 있다. 예를 들어, 팩 조건 센서 (262) 가 원하는 타겟 높이 미만인 램프 높이를 나타낸다면, 프로세서 (264) 는 형성 영역 (12) 으로 냉각수를 증가시키도록 밸브 (208) 또는 임의의 밸브 (212) 개방을 필요로 할 수도 있다. 다른 예로서, 수용가능한 램프 높이와 "단단한 바닥" 을 구비한 단열재 팩 (66) 을 작동자가 관찰한다면, 작동자는 2 가지 잠재적 동작 중 어느 하나를 취할 수도 있는데: (a) 작동자는 후속 밸브 (212) 에서 유동을 유지하거나 감소시키면서, 초기 밸브 (212) 를 통하여 초기 섬유화 유닛으로 냉각수의 유동을 증가시킬 수도 있고; 또는 (b) 작동자는 밸브 (242) 를 통하여 초기 섬유화 유닛으로 바인더의 유동을 감소시키고 후속 섬유화 유닛의 밸브 (242) 에서 유동을 유지 또는 증가시킬 수도 있다. 또다른 예로서, 수분 균일성 피드백이 팩의 상부층이 하부층들에 비해 높은 수분을 포함한다면, 적정한 피드백 제어는 형성 후드의 (기계 방향으로) 하류 단부 가까이에 위치한 섬유화 유닛에서 물 (냉각제 또는 바인더 희석제) 의 유동을 감소시킬 것이다.

일부 실시형태에서, 제어 프로세서 (264) 는, 오븐 (274) 으로부터 피드백 (도 2 의 라인 (328)) 을 수용하고, 타겟 또는 미리 정해진 설정점 (276) 의 입력을 위한 다른 입력을 포함한다. 오븐 피드백 (328) 은, 최대 기류, 온도 또는 팬 속도와 같은 임의의 용량 제한 조건을 나타낼 수도 있다. 마지막으로, 오븐 (274) 의 용량을 초과한다면, 결과적으로 제품은 완전히 경화되지 않을 것 같다. 이러한 조건에서, 작동자는 하나 이상의 섬유화 유닛에서 액체의 유동을 다시 다이얼로 조정할 수도 있어서, 하나 이상의 유닛을 완전히 제거하거나, 처리량 (체류 시간) 을 감소시켜서 전체 수분이 오븐의 용량 내에 있도록 한다. 타겟 (276) 은 프로세서로 사전에 프로그램될 수도 있고 또는 키보드나 터치스크린과 같은 입력 수단 (미도시) 을 통하여 국부적으로 입력될 수도 있다. 그 후, 프로세서 (264) 는 센서 출력부 (266, 268) 를 미리 정해진 타겟 (276) 과 비교하여 그것이 출력부 (270, 272) 를 통하여 안내해야 하는 응답을 결정한다. 램프 높이 (팩 두께) 에 대한 타겟 값은, 제조된 특정 제품 및 그것의 의도된 R-값에 의존할 것이다. 균일성 타겟은 프로세스 제어 한도와 같이 설정될 수도 있어서, 타겟 초과 및 미만의 수용가능한 범위 (예컨대 +/- 임의의 퍼센트) 가 설정될 수도 있다. 수분 함량에 대한 타겟 값은, 하단에서 회복/두께의 손실 및 상단에서 오븐의 건조/경화 용량에 의해 범위가 정해진 수용가능한 수분 함량 범위에 의해 결정될 수 있다.

전술한 임의의 피드백 제어는, 작동자가 피드백에 의해 필요한 조절에 관여하면서 수동으로 수행될 수도 있다. 대안적으로, 주위 온도 또는 습도, 램프 높이 또는 기계 높이 등과 같은 테스트 또는 측정이 온라인으로 연속적으로 수행될 수 있을 때, 피드백은 자동화될 수도 있고 논리 회로에 의해 제어될 수도 있는데, 이것은 수분 프로세서 (264) 에 존재할 수 있다.

실시예

실시예 1

10 개의 섬유화 유닛 각각으로 이송된 가변량의 물로 시험이 수행된다. 아래 표 1 에 따라 10 가지 설정점 또는 예가 설계되었다. 액체는, 바인더 분산물로서, 바인더 분산물을 위한 희석제로서, 또는 냉각수로서 형성 후드로 진입하고, 각각의 레벨은 표 1 에 나타난 것처럼 변하거나 일정하게 유지된다. 설정점 1 및 설정점 9 는 현재 기술 상태를 나타내기 위해서 낮은 평균 레벨에서 감소하거나 프로파일된 희석제 및 냉각수를 이용한 제어로 설계되었다. 다른 설정점들은 다양한 물 공급원을 높은 평균 레벨에서 일정하게 또는 고르게 유지하였고, 나머지는 하나의 유닛으로부터 다음 유닛으로 변경되거나 프로파일되었다. 유동은 분당 리터, LPM 으로 주어진다.

전체 물의 퍼센트로 냉각수 분획을 나타내는 그래프가 도 6a 에 제공된다. 제어 설정점 1 및 9 는, (주로 배출물 제어를 위해) 초기 섬유화 유닛에서 고 레벨의 물을 사용하고 과잉 수분 및 건조 시간을 막기 위해서 후 유닛에서 물을 가늘어지게 하는 기술 실시 상태를 도시한다. 반면에, 실험 설정점 2 ~ 8 및 10 은 모두 전체 액체 퍼센트로서 냉각제 액체가 초기 섬유화 유닛으로부터 후 섬유화 유닛으로 어떻게 단조 증가하는지 도시한다. "단조 증가" 는, 레벨이 결코 감소하지 않는 것을 의미하고; 그것은 계속해서 상승하거나 적어도 정적 상태를 유지한다. 수학 용어로, 제 1 유도체는 양의 값 또는 영일 수도 있지만, 결코 음의 값이 될 수는 없다.

표 1 과 도 6a 의 데이터로부터 제 2 관찰에 의하면, 2 개의 제어 설정점 (설정점 1 및 9) 은 29 % 의 전체 액체에 대한 평균 퍼센트 냉각제를 가진다. 이것은, 형성 영역에서 모든 유닛을 가로질러 냉각수의 평균 퍼센트가 약 25 ~ 35 % 이고, 어떤 유닛에서도 40 % 를 거의 초과하지 않는 종래 기술의 사용과 일치한다. 반면에, 실험 설정점에서, 냉각수 퍼센트는 어떤 유닛에서도 40 % 보다 거의 낮지 않고 모든 실험 설정점에 대한 평균은 종래 기술의 레벨보다 훨씬 높은 약 44 % ~ 약 60 % 이다. 절대적으로 그리고 바인더 희석제/바인더 분산물 및 냉각제로부터 전체 액체의 퍼센트 양자에서, 이전보다 상당히 더 많은 냉각수가 사용되고 있다.

일부 설정점들에 대해 측정된 램프 및 라인 종단 ("EOL") 제품 특성이 아래 표 2 에 주어진다.

실시예 2

표 2 에 주어진 여러 변수들 사이에 중요한 관계가 있는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 수직 밀도 분포, 회복 측정치 및 강성 측정치로도 이해되는 수직 중량 분포 (VWD) 의 제품 특성은 모두 팩이 형성 영역에서 나가서 그것의 미압축 상태, 즉 "램프 높이" 를 회복함에 따라 팩의 두께 증가와 함께 급격하게 개선되었음을 발견하였다.

R12 및 R20 의 R-값을 가지는 단열재 배트는 표준 상용 작동으로 제조되었다. 품질 제어 데이터는, 가변 실행 시간에서 EOL 회복 및 강성/처짐에 대한 값을 얻도록 이런 제조 실행으로부터 조사되었다. 생성 데이터는 램프 높이를 얻기 위해서 취해졌고 이 램프 높이는 각각의 선택된 실행 시간 동안 각각의 제품 특성과 짝을 이루었다. 회복 및 강성/처짐 양자는 R12 및 R20 배트 양자에 대해 램프 높이와 상관관계를 보여주는 것을 발견하였다. 도 6b 및 도 6c 는 이 관계를 도시한다. 회복 두께는 R12 에 대해 평균 약 98 ㎜ 이었고 R20 에 대해 평균 약 160 ㎜ 이었다. 램프 높이가 증가함에 따라, R-값 양자의 로프트 회복이 또한 증가된다 (도 6b). 반면에, 램프 높이가 증가함에 따라, 편향 처짐각은 양 R-값의 배트에 대해 감소되었다 (더 강성인 배트를 나타냄) (도 6c).

임의의 특정한 이론에 얽매이지 않도록 하면서, 오븐에서 경화하기 위한 높이를 브릿지하도록 재압축될 때, 임의의 초기 밀도 변화는 더 얇은 램프 높이를 가질 때보다 더 두꺼운 램프 높이를 가질 때 임의의 초기 밀도 변화가 더욱 용이하게 최소화되는 것을 알았다. "단단한" 바닥, 특정한 형태의 불균일한 밀도 분포는 램프 높이 증가로 또한 감소되거나 제거된다.

실시예 3

상대 양의 바인더 유동 및 냉각수 유동의 영향을 결정하기 위해서 또한 시험되었다. 설정점은 4, 5 및 6 LPM 의 바인더 유동을 필요로 하였고, 바인더 농도는 바인더 화학물질 (동일한 고형물/동일한 LOI 함량) 의 동일한 이송을 위해 조절된다. 냉각수 유동은 가변되었고 램프 높이는 모니터링되었다. 각각의 바인더 유동 레벨 (4, 5 또는 6 LPM) 에 대해, 최소 및 최대 램프 높이는 거의 동일하였고, 대략 최소값에 대해 250 ㎜ 이고 최대값에 대해 450 ㎜ 이다. 하지만 각각의 상이한 바인더 유동 (4, 5, 또는 6 LPM) 에서 그것은 동일한 램프 높이 레벨을 달성하기 위해서 상이한 레벨의 냉각제 유동을 취한다. 예상대로, 바인더 유동이 아래로 향할 때, 냉각제 유동 레벨은 비슷한 램프 높이를 달성하기 위해서 증가되어야 한다. 따라서, 램프 높이는 형성 후드에 제공된 전체 물과 관련된다.

실시예 4

실시예 3 에서 알 수 있듯이, 형성 후드에서 더 많은 수분은 더 높은 램프 높이를 이끌었다. 하지만, 놀랍게도, 이것은 램프 수분의 대응하는 증가를 수반하지 않았음을 발견하였다. 표 2 의 마지막 줄은 이것을 보여준다.

램프 높이는, 램프 높이 (㎜) 대 수분 함량 (%) 의 비율을 계산함으로써 수분 함량으로 표준화되었다. 이것은, 수분 함량을 지나치게 높이지 않으면서 생성된 더 높은 퍼센트의 냉각수가 램프 높이를 증가시키는 것을 보여준다. 도 6d 는 이 데이터를 예시로 도시한다. 냉각수의 퍼센트가 증가함에 따라, 정해진 양의 램프 수분에 대해 램프 높이가 또한 증가한다.

실시예 5

더 높은 레벨의 수분이 사용되는 정도를 설명하기 위해서, 출원인은 아래 표 3 의 데이터를 발생시키도록 생성 데이터를 취하였다. 가변 R 값 및 바인더 조성을 가지는 제품이 식별되었다. 개별적인 종래 기술에 따른 제품 (PUF 및 PA) 에 대한 냉각수/전체 물 퍼센트는 약 13 % 에서 약 30 % 로 바뀌고, 그 그룹의 평균은 20 % 이다. 반면에, 본 발명에 따른 개별 제품에 대한 냉각수/전체 물 퍼센트 (NS) 는 약 44 % 에서 약 51 % 로 바뀌고, 그 그룹의 평균은 49 % 이다. 거의 플랫 프로파일로, 일관되게 높은 평균 레벨의 냉각수가 사용된다.

증가된 냉각수의 사용이 개선된 램프 높이와 바람직한 특성을 발생시키면서, 결국 오븐 건조 용량을 초과할 수도 있는 충분한 램프 수분이 도입된다. 하지만, 냉각수의 레벨이 너무 낮게 설정된다면, 제품은 "단단한 바닥", 감소된 강성 및 회복을 포함한 밀도 분포 문제를 가진다. 이런 한계 내에, 최고 램프 높이와 최상의 제품 특성을 발생시키는 최적의 물 레벨 (404) (또는 바람직한 범위 (408)) 의 정점 가까이에서 허용가능한 물 입력 범위가 있다. 이 최적 레벨 너머 부가적 냉각수는 램프 높이를 더 많이 개선하지 못한다. 도 7 은 유사한 데이터를 도시한 S-곡선 (400) 을 나타낸다.

실시예 6

추가 시험에서, 형성 후드로 이동되는 다량의 유도 또는 혼입된 공기로 인해, 주위 조건 - 구체적으로 온도 및 습도 - 은 또한 램프 높이와 결과적으로 제품 특성에 영향을 미치는 것을 알았다. 팩 형성 프로세스에 대한 질량 및 에너지 평형 모델은 주위 조건의 변화에 대한 냉각제 유동의 민감도를 분석하는데 사용된다. 증발을 증가시키는 임의의 주위 조건 변화 (예컨대 온도 증가 또는 습도 감소) 는 램프 높이 및 수분을 감소시키는 경향이 있고, 형성 후드로 액체 유동을 조절함으로써 주위 조건을 변경시키는 영향을 보상할 수 있다. 또한, 이 보상 관계를 수량화할 수 있었다. 예를 들어, 섬유화 유닛당 냉각제 유동은 주위 온도의 섭씨 온도 변화당 약 +0.05 ~ 약 +0.3 LPM 만큼 조절될 수 있고, 주위 비습도의 0.001 (㎏ 수분/㎏ 건조 공기) 당 약 -0.05 ~ 약 -0.25 LPM 만큼 조절될 수 있는데, 부호 (+/-) 는 주위 변화 방향에 대한 조절 방향을 나타낸다. 열 평형에 의해 결정된 바와 같은 민감도는 수분 제어를 위한 기점으로서 사용될 수 있고, 본원에 검토된 대로 램프 높이 등과 같은 피드백 측정치를 토대로 생성을 개선한다.

부가적으로, 실시예 5 와 도 7 의 S-곡선 B 는 주위 조건의 변화로 우측 또는 좌측으로 시프트하는 것으로 발견되었다. 설명의 간단함을 위해, 다른 주위 조건은 일정하게 유지되는 것으로 가정될 것이다. 주위 온도의 증가는 (예로, 곡선 B 에서 곡선 C 로) 곡선을 우측으로 시프트하여서, 증가된 건조/증발로 인해 등가 유동의 냉각제 액체가 낮은 램프 높이를 발생시킨다. 반대로, 주위 습도의 증가는 (예로, 곡선 B 에서 곡선 A 로) 곡선을 좌측으로 시프트하여서, 등가 유동의 냉각제 액체가 높은 램프 높이를 발생시킨다. 명백하게, 곡선이 B 에서 A 로 또는 B 에서 C 로 시프트함에 따라, 최적의 냉각제 유동 범위 (404, 408) 가 또한 시프트한다. 위에서 검토한 관계와 그것이 주위 조건에 의해 영향을 받는 방법을 알게 되면 섬유화 프로세스를 더 정밀하게 제어할 수 있도록 하는데, 이것은 개선된 제품 특성을 가지는 보다 균일한 제품을 생성한다.

본 발명의 작동 원리 및 양태는, 본 발명의 바람직한 실시형태로 설명되고 예시되었다. 하지만, 본 발명은 본원의 사상 또는 범위에서 벗어나지 않으면서 구체적으로 설명되고 도시된 것과 다르게 본 발명이 실시될 수도 있음을 이해해야 한다.

Claims (24)

1. 섬유 제품 제조 방법으로서;
   기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들에서 용융 재료를 섬유로 감쇠 (attenuating) 시키고, 상기 섬유를 상기 컨베이어로 향하게 하여 섬유 팩을 형성하는 단계;
   냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 적어도 하나의 액체를 상기 섬유에 분무하는 단계;
   상기 섬유 팩에서 상기 바인더를 경화하는 단계;
   피드백 측정치를 얻도록 경화 전 또는 후에 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하는 단계로서, 상기 섬유 팩 특성은 (a) 미경화된 섬유 팩의 두께, (b) 미경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (c) 경화된 섬유 팩의 두께, (d) 경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (e) 미경화된 섬유 팩에서 수분 분포의 균일성, (f) 미경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, (g) 경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, 및 (h) 경화된 섬유 팩의 경화도로부터 선택되는, 상기 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하는 단계; 및
   상기 피드백 측정치에 응하여 적어도 하나의 섬유화 유닛에서 분무되는 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계를 포함하는, 섬유 제품 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는, 냉각제 액체의 유동을 제어하는 단계를 포함하는, 섬유 제품 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 냉각제 액체의 유동을 제어하는 단계는, 적어도 하나의 다른 섬유화 유닛으로의 유동과 상이하게 적어도 하나의 섬유화 유닛으로 상기 냉각제 액체의 유동을 조절하는 것을 포함하는, 섬유 제품 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는, 바인더 희석제의 유동을 제어하는 단계를 포함하는, 섬유 제품 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 바인더 희석제의 유동을 제어하는 단계는, 적어도 하나의 다른 섬유화 유닛으로의 유동과 상이하게 적어도 하나의 섬유화 유닛으로 상기 바인더 희석제의 유동을 조절하는 것을 포함하는, 섬유 제품 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 피드백 측정치는, 유량이 상향 조절되어야 하는지 하향 조절되어야 하는지 결정하기 위해서 타겟과 비교되는, 섬유 제품 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 피드백 측정치는 상기 미경화된 섬유 팩의 두께인, 섬유 제품 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   팩 두께의 피드백 측정치가 타겟 미만이라면 액체의 유동은 상향 조절되는, 섬유 제품 제조 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   팩 두께의 피드백 측정치가 타겟을 초과하면 액체의 유동은 하향 조절되는, 섬유 제품 제조 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 측정치는 상기 경화된 섬유 팩의 경화도인, 섬유 제품 제조 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 측정치는 제조 실행 중 연속적으로 제공되고 상기 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는 연속적으로 반복되는, 섬유 제품 제조 방법.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 피드백 측정치는 제조 실행 중 시간 증분으로 제공되고 상기 적어도 하나의 액체의 유량을 제어하는 단계는 각각의 시간 증분에 반복되는, 섬유 제품 제조 방법.
13. 제 1 항에 있어서,
    피드백 측정치로서 측정된 상기 적어도 하나의 섬유 팩 특성은, 상기 미경화된 섬유 팩의 두께; 상기 미경화된 섬유 팩에서 수분 분포의 균일성; 상기 경화된 섬유 팩의 두께; 및 상기 경화된 섬유 팩에서 경화도로부터 선택되는, 섬유 제품 제조 방법.
14. 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템으로서,
    상기 시스템은;
    기계 방향으로 이동할 수 있는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들로서, 각각의 섬유화 유닛은: (a) 용융 재료의 공급원으로부터 섬유를 형성하도록 된 섬유화기; (b) 섬유 팩을 형성하도록 상기 컨베이어로 섬유를 향하게 하기 위한 송풍기; 및 (c) 냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 액체를 상기 섬유에 분무하기 위한 액체 분배 시스템을 포함하는, 상기 복수의 섬유화 유닛들;
    피드백 측정치를 얻도록 경화 전 또는 후에 적어도 하나의 섬유 팩 특성을 측정하기 위한 센서로서, 상기 섬유 팩 특성은 (a) 미경화된 섬유 팩의 두께, (b) 미경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (c) 경화된 섬유 팩의 두께, (d) 경화된 섬유 팩 두께의 균일성, (e) 미경화된 섬유 팩에서 수분 분포의 균일성, (f) 미경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, (g) 경화된 섬유 팩에서 수직 팩 밀도의 균일성, 및 (h) 경화된 섬유 팩의 경화도로부터 선택되는, 상기 센서;
    상기 섬유 팩에서 상기 바인더를 경화하기 위한, 상기 섬유화 유닛들로부터 하류의 오븐; 및
    상기 피드백 측정치와 상관관계가 있는 신호에 응하여 적어도 하나의 섬유화 유닛에서 이송된 적어도 하나의 액체의 비율을 바꾸기 위한 유체 제어 시스템을 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 피드백 측정치를 저장된 타겟 값과 비교하고 상기 비교에 응하여 신호를 발생시키는 비교기를 더 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 비교기는 상기 타겟으로부터 편차의 크기와 방향을 전달하는 신호를 발생시키는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 유체 제어 시스템은, 각각의 섬유화 유닛의 상기 냉각제 분배 시스템으로 이송된 냉각제 액체의 유량을 독립적으로 설정하기 위한 복수의 제어 밸브들을 더 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 섬유화 유닛들 각각에 대한 독립 유량의 냉각제 액체를 모니터링하기 위한 복수의 미터들 (meters) 을 더 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
19. 제 14 항에 있어서,
    상기 유체 제어 시스템은, 상기 각각의 섬유화 유닛의 선택적 바인더 희석제 시스템으로 이송된 바인더 희석제의 유량을 독립적으로 설정하기 위한 복수의 제어 밸브들을 더 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 섬유화 유닛들 각각에 대한 독립 유량의 바인더 희석제를 모니터링하기 위한 복수의 미터들을 더 포함하는, 섬유 제품을 제조하기 위한 제조 시스템.
21. 섬유 제품 제조 프로세스로서,
    기계 방향으로 이동하는 컨베이어와 연관된 복수의 섬유화 유닛들에서 용융 재료를 섬유로 감쇠시키는 단계;
    상기 컨베이어로 상기 섬유를 향하게 하여 섬유 팩을 형성하고, 냉각제 액체, 바인더 희석제, 경화가능한 바인더의 분산물 및 그것의 혼합물에서 선택된 적어도 하나의 액체를 상기 섬유에 분무하는 단계; 및
    상기 섬유 팩을 경화하는 단계를 포함하고,
    상기 섬유로 분무된 적어도 하나의 액체의 유량은, 액체 유동에 대하여 램프 (ramp) 높이를 도시함으로써 제품에 대해 얻어진 S-곡선상의 최적의 레벨에서 또는 그 가까이에서 액체 유동을 달성하도록 제어되는, 섬유 제품 제조 프로세스.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 최적의 레벨은, 제 1 유도체가 최대값에 도달하는 변곡점 위에 있는, 섬유 제품 제조 프로세스.
23. 제 21 항에 있어서,
    상기 최적의 레벨은, 제 2 유도체가 최소값을 나타내는 지점과 상기 제 2 유도체가 더 높은 유동으로 영 (zero) 에 다시 접근하는 지점 사이에 있는, 섬유 제품 제조 프로세스.
24. 제 21 항에 있어서,
    상기 섬유로 분무된 냉각제 액체의 유량은, 상기 냉각제 액체 유동에 대하여 상기 램프 높이를 도시함으로써 제품에 대해 얻어진 S-곡선상의 최적의 레벨에서 또는 그 가까이에서 액체 유동을 달성하도록 제어되는, 섬유 제품 제조 프로세스.

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