KR20170084322A - 개구된 하류측 면이 중실 면 플레이트에 의해 덮인 플레이트 바디를 갖는 다이 플레이트 - Google Patents

Abstract

수중 펠레타이저용 다이 플레이트를 제공한다. 다이 플레이트는 다이 플레이트 바디와 중실 면 플레이트를 포함한다. 다이 플레이트 바디의 하류측 면에는, 다이 플레이트 바다와, 이 다이 플레이트 바디의 하류측 면에 고정되어 커팅면을 형성하는 중실 면 플레이트 간의 접촉 표면적을 감소시키는 복수의 단열 구멍이 드릴링 가공된다. 원형 홈이 바람직하게는 다이 플레이트 바디의 하류측 면 내로 그 외측 둘레부와 동심으로 밀링 가공되어, 동일면으로 맞춰지는 외측 하류측 표면을 갖는 외측 링과 중앙 보스를 생성하며, 이들이 함께 중실 면 플레이트를 지지하는 다이 플레이트 바디의 하류측 면을 형성한다. 단열 구멍 및 홈은 질소, 불활성 가스, 진공 또는 부분 진공 등의 비반응성 분위기로 채워진다.

Description

개구된 하류측 면이 중실 면 플레이트에 의해 덮인 플레이트 바디를 갖는 다이 플레이트{DIE PLATE WITH DIE PLATE BODY HAVING AN APERTURED DOWNSTREAM FACE COVERED BY A SOLID FACE PLATE}

본 발명은 수중 펠레타이저(underwater pelletizer) 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 개구된 하류측 면(downstream face)을 갖는 다이 플레이트 바디 및 중실 면 플레이트(solid face plate)를 구비하는 수중 펠레타이저용 압출 다이 플레이트에 관한 것이다.

공지의 수중 펠레타이저는 용융 폴리머가 압출되는 압출 오리피스가 관통 연장하는 압출 다이 또는 다이 플레이트를 포함한다. 커터 나이프를 갖는 커터 허브는 폴리머의 스트랜드를 펠릿으로 절단하도록 압출 다이 플레이트의 면에 그에 면하면서 회전 가능한 관계로 배향되어 있다. 물 입구와 출구를 갖는 워터 박스 또는 커팅 챔버가 물의 순환을 제공하여, 압출되는 폴리머의 스트랜드를 냉각 고화시켜, 커터 허브 상의 나이프가 그 스트랜드를 펠릿으로 절단할 수 있게 한다. 워터 박스를 통해 순환하는 물은 펠릿을 동반하여 물-펠릿 슬러리를 형성하고, 이 슬러리는 워터 박스의 출구를 통해 배출된다.

공지의 실무에서는 압출 다이 플레이트의 다이 면에 리세스를 제공하고, 그 리세스 내에 단열재를 배치하여, 압출 다이 플레이트 및 그 압출 오리피스로부터 압출되는 용융 폴리머로부터 워터 박스를 통해 순환하는 물로의 열전달을 감소시키고 있다. 리세스 내에 삽입된 단열재는 통상 적절한 매스틱(mastic), 접착제 등에 의해 제위치에 장착되고 그 리세스 내에서 얇은 금속 플레이트로 덮이는 개스킷 재료이다. 그 얇은 플레이트는 단열재를 리세스 내에 제위치에 유지하도록 적절한 파스너에 의해 다이 플레이트에 고정된다. 단열재는 그 리세스 내에서 겪게 되는 온도로 인해 상당한 열화를 겪게 되며, 몇몇 경우에, 다이 면의 중앙 리세스 영역을 효과적으로 단열하지 못하게 된다. 효과적이지 못한 단열은 용융 폴리머가 압출 오리피스를 통해 압출될 때에 그 폴리머의 과도한 냉각을 초래하여, 다이 면에서의 용융 폴리머의 동결(freeze off)을 초래한다.

이러한 문제점에 대한 하나의 해결책은 본 출원인이 공동 소유한 미국 특허 제6,824,371호(이하, '371 특허)에 기재된 바와 같이 다이 면의 리세스를 실질적으로 채우는 원형 플레이트의 형태의 단열 플러그를 제공하는 것이다. '371 특허의 전체 개시 내용은 본 명세서에 완전히 기재된 바와 같이 전체적으로 분명히 참조로 원용된다.

본 명세서에서 개스킷 엘리미네터 플러그(gasket eliminator plug: GEP)로서 지칭하는 '371 특허의 원형 플레이트는 압출 다이 플레이트의 오리피스를 통해 압출되는 용융 폴리머로부터 수중 펠레타이저의 워터 박스를 통해 순환하는 물로의 열전달을 감소시키고 또한 종래의 단열 기법에서 겪게 되는 바와 같은 열화 및 저하를 겪지 않는다. 하지만, '371 특허의 GEP 또는 종래의 단열재와 다이 면 간의 공차가 매우 작다. 따라서, 정기 유지보수 중에 GEP를 설치 또는 제거할 시에 다이 면을 손상시키기 쉽다. 이는 GEP가 제조하는 데에 비교적 비용이 많이 들고 게다가 정확하게 작동하기 위해 다이 플레이트 내에서 억지 끼워 맞춤(tight fit)되어야 한다는 점에서 문제가 된다.

압출 오리피스를 통해 압출될 때에 용융 폴리머의 과냉의 문제점에 대한 다른 해결책이 역시 본 출원인이 공동 소유한 미국 특허 제8,512,021호(이하, '012 특허)에 개시되어 있다. '021 특허의 전체 개시 내용은 본 명세서에 완전히 기재된 바와 같이 전체적으로 분명히 참조로 원용된다.

'021 특허에 개시된 중실 면 다이 플레이트의 하류측 면은 GEP의 필요성을 제거하는 솔리드 센터를 갖고 있다. 중실 면 다이 플레이트는 폴리에틸렌, EVA 및 PVC 등의 폴리머를 펠레타이징할 때에 잘 작동한다. 하지만, PET, 나일론 6.6 및 폴리카보네이트 등의 고온 재료를 펠레타이징하는 경우, '021 특허의 중실 면 다이 플레이트 구조에 의해 제공되는 것보다 훨씬 더 우수한 열 성능을 갖는 것이 바람직할 것이다.

종래 기술의 단열 기법과 관련된 기지의 문제점을 제거하고 또한 개선된 단열 성능을 제공하기 위해, 본 발명은 개구된 하류측 면을 갖는 다이 플레이트 바디와 중실 면 플레이트를 구비한 수중 펠레타이저용 다이 플레이트를 제공하다. 다이 플레이트 바디는 단일체형 구조일 수 있지만, 바람직하게는, 다이 플레이트 베이스 부재와 '021 특허에 개시된 바와 같은 제거 가능한 다이 인서트 바디를 포함한 2부품 구조를 갖는다. 본 명세서에서 사용하는 바와 같은 "다이 플레이트 바디"와 "다이 인서트 바디"는 서로 교체 가능하게 사용된다.

다이 인서트 바디는, 압출 다이 구멍을 둘러싸는 경질 내마모성 요소(또는 요소들)를 갖는 캐리어 또는 홀딩 플레이트로 구성된 중실 면 플레이트에 의해 덮이는 개구된 하류측 면을 구비한다. 캐리어는 단일 피스의 재료로 구성된 평판 디스크의 형상을 가지며, 바람직하게는 경질 내마모성 요소를 유지하도록 그 둘레에 인접하여 대체로 환형의 슬롯 또는 채널을 구비하는 한편, 그 경질 내마모성 요소는 바람직하게는 편평하고 대체로 환형의 링의 형상을 갖는다. 그 경질 내마모성 요소는 슬롯 또는 채널 내에 끼워 맞춰지고 나면, 캐리어에 의해 유지, 지지 및 보호된다. 경질 내마모성 링 요소는 용접, 질소 분위기 브레이징 또는 진공 브레이징을 비롯한 브레이징, 또는 기타 상응하는 기법에 의해 캐리어에 부착되고 채널 내에 고정될 수 있다.

중실 면 플레이트는 커터 나이프 및 커팅 챔버를 통해 흐르는 물과 접촉하도록 다이 인서트 바디의 하류측 개구된 면에 고정된다. 그 면 플레이트가 솔리드형이기 때문에, 커팅 챔버를 통해 흐르는 물은 다이 플레이트를 지나 누설되는 것이 방지된다. 중실 면 플레이트는 또한 용융 폴리머가 다이 플레이트를 지나 커팅 챔버 내로 누설될 수 없도록 보장한다.

다이 플레이트 바디의 개구된 하류측 면에는 적어도 그 중심 부분에 형성된 복수의 개방 개구 또는 종방향 연장 단열 구멍이 마련된다. 중심 부분에 형성하는 것에 추가하여, 그 종방향 연장 단열 구멍은 또한 다이 플레이트 바디의 외측 둘레부에 인접하여, 압출 오리피스들 사이에 형성될 수도 있다. 다이 플레이트를 완전히 관통하게 연장하지는 않는 단열 구멍들은 면 플레이트에 의해 덮일 때에 중공 또는 개방 상태로 유지되어, 중실 면 플레이트와 접촉하는 다이 플레이트 바디의 표면적을 감소시킴으로써 캐리어로의 열전달을 억제하는 기능을 한다.

하류측 면의 복수의 개방 또는 중공 단열 구멍에 추가하여, 다이 플레이트 바디의 개구된 면을 압출 오리피스가 형성되어 있는 다이 플레이트의 둘레부와, 다이 플레이트 바디의 최중앙 부분 사이에 절삭된 원형 홈을 구비할 수 있다. 그 원형 홈은 하류측 면을 압출 오리피스를 포함한 외측 링과, 단열 구멍이 형성된 중앙 보스로 나눈다. 원형 홈과 단열 구멍의 조합은 플레이트 바디의 개구된 하류측 면과 중실 면 플레이트의 접촉 표면적을 현저히 감소시켜, 캐리어로의 열전달을 더욱 억제하여 개선된 단열 성능을 제공한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 다이 플레이트 바디와 중실 면 플레이트를 포함하고, 다이 플레이트 바디의 하류측 면은 캐리어로의 열전달에 대한 개선된 단열을 위해 적어도 그 중심 부분에 천공된 복수의 중공 또는 개방 단열 구멍을 구비하는, 수중 펠레타이저용 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 복수의 중공 또는 개방 단열 구멍이 다이 플레이트의 하류측 면의 중심 부분뿐만 아니라, 압출 오리피스들 사이에서 다이 플레이트의 외측 둘레부 내로 천공되는, 상기한 목적에 따른 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 다이 플레이트 바디의 하류측 면이 압출 오리피스를 포함하는 외측 링과 복수의 단열 구멍을 갖는 중앙 보스를 형성하도록 그 내에 절삭된 원형 홈을 구비하는, 상기한 목적 또는 바로 전에 언급한 두 가지의 목적에 따른 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 중실 면 플레이트가 환형 슬롯 또는 채널이 형성된 단일체형의 디스크 형상 캐리어와, 그 슬롯 또는 채널 내에 끼워 맞춰져 그 둘레에 인접한 캐리어의 하류측 면 내에서 동일면으로 되도록 된 경질 내마모성 링형 요소를 구비하는, 상기한 목적들에 따른 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 개구된 하류측 면을 갖는 다이 인서트 바디와, 이 다이 인서트 바디의 개구된 하류측 면에 영구적으로 또는 제거 가능하게 부착될 수 있는 중실 면 플레이트를 구비하고, 제거 가능한 부착은 동일 다이 인서트 바디가 복수의 중실 면 플레이트와 조립될 수 있게 하는, 상기한 목적들에 따른 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다. 제거 가능한 부착은 또한 전체 다이 인서트 바디 대신에 중실 면 플레이트만이 교체될 필요가 있을 때에 비용 및 시간 절약을 가져온다.

본 발명의 또 다른 목적은, 용융 폴리머 및 수중 펠레타이저의 하우징으로부터 커팅 허브, 커터 나이프 및 다이 면과 관련된 커팅 챔버를 통해 순환하는 물로의 열전달을 감소시키는, 상기한 목적들에 따른 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 통상의 제조 형태에 상응하고, 간단한 구조로 이루어지며, 사용하기에도 용이하여, 그 작동에 있어서 경제적으로 실현 가능하고 장기간 지속되고 또한 비교적 문제를 일으키지 않는 장치를 제공하는, 상기한 목적들에 따른 수중 펠레타이저용 다이 플레이트를 제공하는 데에 있다.

전술한 목적 및 이점은 물론 이하에서 명백해질 기타 목적 및 이점은, 본 명세서의 일부를 이루는 첨부 도면을 참조하여 아래에 보다 상세하게 기재되고 청구 범위에 기재된 바와 같은 구조 및 작동의 세부 사항에 포함되며, 도면에 걸쳐 동일 도면 부호는 동일한 부품을 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따라, 베이스 부재와, 중실 면 플레이트가 장착된 개구된 하류측 면을 갖는 다이 인서트 바디를 포함한 2부품 다이 플레이트 바디를 도시하는, 수중 펠레타이저의 부분 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 것과 유사하지만, 본 발명에 따라 중실 면 플레이트가 그 상에 장착된 개구된 하류측 면을 갖는 단일체형 다이 플레이트 바디를 도시하는 부분 단면도이다.
도 3은, 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 개구된 하류측 면으로부터 이격되어 있고 단열 구멍이 그 중앙 부분에 형성된, 도 1에 도시한 것과 유사한 2부품 구성을 갖는 본 발명의 다이 플레이트의 제1 실시예에 따른 다이 인서트 바디 및 면 플레이트의 분해 사시도이다.
도 4는 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 개구된 하류측 면으로부터 이격되어 있고, 단열 구멍이 하류측 면의 중앙 부분에는 물론 그 외주부에도 형성된, 제2 실시예에 따른 본 발명의 2부품 다이 플레이트에 따른 다이 인서트 바디 및 면 플레이트의 분해 사시도이다.
도 5는 조립된 상태의 도 4에 도시한 다이 인서트 바디와 중실 면 플레이트의 정면도로서, 그 단열 구멍은 파선으로 도시하고 있다.
도 6은 도 5의 라인 A-A를 따라 취한 조립된 다이 인서트 바디와 면 플레이트의 단면도이다.
도 7은 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 개구된 하류측 면으로부터 이격되어 있고, 원형 홈이 그 내에 형성되어 압출 오리피스 사이에 단열 구멍을 갖는 외측 링과 단열 구멍을 갖는 중앙 보스를 생성하고 있는, 제3 실시예에 따른 본 발명의 다이 플레이트의 분해 사시도이다.
도 8은 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 개구된 하류측 면으로부터 이격되어 있고, 원형 홈이 외측 링과 중앙 보스를 생성하도록 형성되어 있고, 단열 구멍은 중앙 보스에만 형성되고 외측 링에서의 압출 오리피스 사이에는 형성되지 않은, 제4 실시예에 따른 본 발명의 다이 플레이트의 분해 사시도이다.
도 9는 조립된 상태의 도 7에 도시한 다이 인서트 바디와 중실 면 플레이트의 정면도로서, 그 중앙 보스와 단열 구멍은 파선으로 도시하고 있다.
도 10은 도 9의 라인 A-A를 따라 취한 조립된 다이 인서트 바디와 면 플레이트의 단면도이다.
도 11은 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 하류측 면으로부터 이격되어 있고, 그 하류측 면은 지지 포스트/필라 구성을 가지며, 외측 둘레측 필라가 중실 면 플레이트의 압출 오리피스와 정렬되도록 그를 통과해 형성된 구멍을 갖고 있는, 제5 실시예에 따른 본 발명의 다이 플레이트의 분해 사시도이다.

도면에 도시한 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하는 데에 있어서, 특정 용어들은 명료성을 위해 분류될 것이다. 하지만, 본 발명은 선택된 특정 용어들에 한정되는 것은 아니며, 각 특정 용어가 유사한 목적을 달성하기 위해 유사한 방식으로 작동하는 모든 기술적 등가물을 포함한다는 점을 이해할 것이다.

도 1 및 도 2는 전체적으로 도면 부호 100, 100'으로 각각 나타낸 본 발명에 따른 다이 플레이트를 포함하는 수중 펠레타이저를 도시하고 있다. 도 1의 다이 플레이트(100)는 다이 플레이트 베이스 부재(21)와 이에 장착된 제거 가능한 다이 인서트 바디(30)를 포함하는 2부품 구조를 갖는다. 도 2는 도 1과 유사하지만 단일체형 구조의 바디(121)를 갖는 다이 플레이트(100')를 도시한다. 본 명세서에서의 논의를 용이하게 하기 위해, "다이 인서트 바디"라는 용어는 그 용어가 단일체형 구조의 다이 플레이트 바디도 포함하고자 한다는 조건 하에서 언급될 것이다.

다이 플레이트(100, 100')는 전체적으로 도면 부호 12로 나타낸 압출기의 하우징에 장착된다. 하우징(12)은 상류측 장비로부터 용융 폴리머를 받아들이기 위한 유입 통로(14)를 포함한다. 용융 폴리머는 노즈 콘(nose cone)(16)에 의해 외측으로 방향 전환되어, 다이 플레이트(100)의 복수의 압출 오리피스(18)를 통과한다. 다이 플레이트(100)는 바람직하게는 그 둘레부로부터 내측으로 연장하는 방사상 가열 요소(22)와, 하우징(12)의 나사 형성 개구(28) 내로 나사 체결되는 볼트(26)를 수용하는 복수의 개구(24)를 포함한다.

단일체형이든 2부품 구조든 관계없이, 다이 플레이트(100, 100')은 하류측에 부착면(32)을 갖는다. 부착면(32) 상에는 전체적으로 도면 부호 34로 나타낸 중실 면 플레이트가 장착되며, 그 중실 면 플레이트는 디스크형 캐리어(36)와, '021 특허에서 보다 구체적으로 설명하고 있는 바와 같이 캐리어 내의 환형 슬롯 또는 채널 내에 끼워지는 대체로 환형의 경질 내마모성 요소(38)를 포함한다. 경질 내마모성 요소를 갖는 중실 면 플레이트의 하류측은 펠레타이저 커팅면을 형성한다. 중실 면 플레이트(34)의 외측 둘레부는 다이 플레이트 바디의 압출 오리피스(18)와 정렬되는 복수의 개구 또는 압출 오리피스 연장부를 갖는다. 달리 언급하지 않는다면, 본 명세서에서 이용하는 바와 같은 "압출 오리피스"란 용어는 다이 플레이트 바디의 오리피스(18)는 물론, 그 오리피스(18)와 정렬되고 압출되는 폴리머를 위한 출구 개구(19)를 중실 면 플레이트에 형성하는 압출 오리피스 연장부도 포함하고자 한 것이다.

다이 플레이트(100, 100')는 또한 노즈 콘(16)을 다이 플레이트에서 제위치에 유지하는 데에 이용되는 체결 요소(142)를 수용하도록 보어(40)를 포함한다. 도 1에 도시한 실시예에서, 보어(40)는 2부품 다이 플레이트(100)의 다이 인서트 바디(30) 부분에 있다.

전체적으로 도면 부호 50으로 나타낸 중공 하우징 형태의 워터 박스 또는 커팅 챔버가 볼트(26)에 의해 다이 플레이트(100, 100') 및 하우징(12)에 고정된 플랜지(52)를 포함한다. 시일 개스킷(27)이 다이 플레이트(100, 100') 및 캐리어(36)와 커팅 챔버(50) 간의 수밀 밀봉을 보장한다.

커팅 챔버(50)는 물 유입구(54), 물-펠릿 슬러리 출구(56) 및 구동 유닛(도시 생략) 상의 유사한 플랜지와 관련된 플랜지(58)를 포함한다. 커팅 챔버를 통해 순환하는 물은 압출되는 폴리머를 냉각 및 고화시키고, 펠릿을 동반하여 출구(56)를 통해 배출될 물-펠릿 슬러리를 형성한다. 펠레타이저 커팅면에서 오리피스(18)를 통해 압출되는 폴리머 스트랜드를 펠릿으로 절단하는 커터 나이프, 커터 허브 및 구동 샤프트 등의 커팅 챔버 및 펠레타이저와 관련된 기타 표준 구성 요소들은 도시 생략하지만, 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 다이 플레이트(100, 100')에서 압출 구멍 또는 오리피스(18)를 통해 용융 폴리머를 압출하도록 공지의 방식으로 통상의 구조 및 기능을 갖는다.

캐리어(36) 내에 끼워 맞춰진 경질 내마모성 요소(38)를 포함한 솔리드 플레이트(34)는 다이 인서트 바다(30)와 동일면으로 되게 안착되며, 용접, 브레이징 또는 기타 상응 기법에 의해 그에 부착될 수 있다. 하나의 바람직한 방법은 질소 분위기 브레이징이며, 보다 바람직하게는 진공 브레이징이다.

대안적으로, 중실 면 플레이트(34)는 제위치에 볼트 체결될 수도 있다. 볼트 체결되는 경우, 소켓 머리 캡 스크루 등의 체결 요소가 경질 내마모성 요소(도시 생략)의 내면에 마련된 카운터보어 홀 내에 끼워진다. 이러한 구조에 있어서, 중실 면 플레이트(34)는 교체 가능하여, 다이 인서트 바디로부터 개별적으로 교체될 수 있어, 사용자에게 있어 비용 절감을 가져온다. 사용자는 또한 복수의 중실 면 플레이트를 동일 다이 인서트 바디와 함께 이용할 수 있고, 이는 제품의 교체 간에 유지 보수에 이점을 제공한다.

캐리어(36) 내에서 경질 내마모성 요소(38)의 매립 위치를 감안하면, 캐리어는 경질 내마모성 요소(38)의 에지(60)(도 6 및 도 10 참조)를 보호하여, 그 에지들의 손상을 방지한다. 캐리어(36)의 단일체형 구조는 단열 플레이트나 '371 특허에서 개시된 바와 같은 GEP에 대한 필요성을 제거한다. GEP의 제조비용을 고려하면, 그 제거도 역시 사용자에게 비용 절감을 가져온다. 추가로, 캐리어는 솔리드형, 즉 캐리어가 압출 오리피스에 의해 에워싸인 중앙 영역을 비롯한 다이 플레이트의 전체 하류측 면을 덮기 때문에, 캐리어는 다이 플레이트의 전체 하류측 면을 커팅 챔버 내의 냉각액의 냉각 효과로부터 단열시켜, 열 손실을 감소시키고 작동 효율을 증가시킨다.

중실 면 플레이트(34)에는 또한 경질 내마모성 요소에 남아 있는 마모 수명을 나타내는 마모 한계 표시용 구멍(도시 생략)이 마련될 수도 있다. 그 구멍은 솔리드 다이 플레이트가 그 최대치까지 마모되는 경우에 노출되도록 캐리어 내로 기계 가공될 수 있다.

다이 인서트 바디(30)는 통상 탄소강으로 이루어지는 반면, 경질 내마모성 요소(38)는 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드 합금, 코발트계 경질 클래딩 재료, 니켈계 경질 클래딩 재료 등의 고내마모성 재료로 이루어진다. 바람직한 구조에서, 캐리어(36)는 니켈 합금으로 이루어진다. 경질 내마모성 요소(38)는 솔리드 텅스텐 카바이드 링으로서 형성되거나, 대안적으로는 당업계에 공지된 바와 같은 복수의 텅스텐 카바이드 타일로 이루어질 수도 있다. 일반적으로, 소형의 다이는 중실 면 링을 갖고 제조하는 한편, 타일은 대형 다이 플레이트의 제조에 이용된다.

다이 플레이트의 2부품 구조(도 1 참조)에서 다이 인서트 바디와 면 플레이트의 제1 실시예의 분해도가 도 3에 도시되어 있다. 전체적으로 도면 부호 101로 나타낸 다이 플레이트는 다이 인서트 바디(130)와 중실 면 플레이트(34)를 포함한다. 다이 인서트 바디(130)의 하류측 면(132)에는 그 면(132)의 중앙 부분(136)에 형성된 복수의 개방 개구 또는 복수의 종방향 연장 중공 단열 구멍(134)이 마련된다. 그러한 개방 개구 또는 단열 구멍은, 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 하류측 면에 부착될 때에 그 구멍 내에 질소 또는 불활성 가스 등의 비반응성 분위기를 가두도록 마련되어, 비반응성 또는 불활성 가스로 채워진 복수의 밀봉된 캐비티를 생성한다. 비반응성 분위기 가스는 양호한 단열 특성을 제공하며 고상 단열재에 비해 우수한 것으로 확인되었다.

대안적으로, 본 명세서에서 설명하는 각 실시예에서, 단열 구멍 내에는 진공 또는 부분 진공이 형성될 수도 있다. 하나의 바람직한 실시예에 따르면, 단열 구멍은 그 내에 진공 또는 저진공/분압 질소 분위기를 갖는다. 질소 분위기는, 캐리어층을 다이 면에 브레이징하는 데에 필요한 온도에 금속이 노출되는 경우에, 산소의 존재하에서 발생할 수 있는 바와 같은 금속에서의 산화물의 형성을 방지하는 데에 바람직할 수 있다. 불활성 분위기의 경우, 아르곤 또는 임의의 불활성 가스가 이용될 수 있다.

전체적으로 도면 부호 102로 나타낸 본 발명에 따른 2부품 다이 플레이트의 제2 실시예의 분해도가 도 4에 도시되어 있다. 다이 플레이트(102)의 2부품 구조는 다이 인서트 바디(131)와 중실 면 플레이트(34)를 포함한다. 다이 인서트 바디(131)의 하류측 면(133)에는 그 면(133)의 중앙 부분(136)에 형성된 복수의 개방 개구 또는 복수의 종방향 연장 중공 단열 구멍(134)이 마련된다. 중앙 부분(136)에 형성된 구멍에 추가하여, 외측 단열 구멍(135)이 다이 인서트 바디(131)의 하류측 면(133)의 외측 에지에 인접한 외측 링 형상의 둘레 영역(138)에서 압출 오리피스(18)들 사이에 형성된다. 제1 실시예에서와 같이, 종방향 연장 단열 구멍(135)은 개방되는데, 다시 말해 고상 단열재로 채워지지 않는다. 오히려, 그 구멍들은 질소 또는 불활성 가스 등의 비반응성 분위기 가스를 수용하여, 하류측 면이 중실 면 플레이트로 덮일 때에 가스 충전 캐비티를 형성한다. 대안적으로, 앞서 언급한 바와 같이, 구멍은 진공 또는 부분 진공을 수용하여, 중실 면 플레이트에 의해 덮인 다이 인서트 바디의 하류측 면에 밀봉 캐비티를 형성할 수도 있다.

도시한 바와 같은 제1 및 제2 실시예에서, 개구된 면을 갖는 다이 인서트 바디(130, 131)는 2부품 다이 플레이트 구조로서 구성되지만, 앞서 언급한 바와 같이 다이 플레이트의 단일체형 구조도 도 2에 도시한 바와 같이 역시 가능하다. 2부품 구조와 단일체형 구조 모두에 있어서, 중실 면 플레이트(34)와 접촉하는 다이 인서트 바디의 표면적의 감소는 캐리어(36)로의 열전달을 감소시킨다.

복수의 압출 오리피스(18)의 출구 개구(19)를 갖는 중실 면 플레이트(34)가 다이 플레이트(102)의 제2 실시예의 다이 인서트 바디(131)에 결합될 때의 정면도가 도 5에 도시되어 있다. 제2 실시예에 있어서 외측 둘레 영역(138)에 형성된 단열 구멍(135)과 중앙 부분(136)에 형성된 단열 구멍(134)은 중실 면 플레이트(34)에 덮이며, 따라서 파선으로 도시되어 있다.

도 6은 하류측 면(133)의 둘레 영역(138)에서 압출 오리피스와 단열 구멍(135)을 통과해 연장하는 도 5의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이다.

도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 단열 구멍(134, 135)은 다이 인서트 바디(131)를 완전히 관통하지 않는다. 구멍(134, 135)은 바람직하게는 깊이가 약 0.050인치 내지 0.500인치이며, 동일한 다이 인서트 바디에서 복수의 상이한 구멍 깊이가 존재할 수도 있다. 마찬가지로, 구멍은 직경이 균일할 수 있거나, 도 4에 도시한 바와 같이 둘레 영역(138)에서의 소직경의 외측 구멍(135)과 중앙 부분(136)에서의 대직경 구멍(134)과 같이 상이한 직경을 가질 수도 있다. 구멍의 직경은 더 작거나 더 클 수도 있지만, 바람직한 그 크기 범위는 약 0.062인치 내이 약 0.250인치이다. 구멍들 간의 간격은 대체로 구멍의 직경에 좌우되지만, 구멍 직경의 약 1.2배 내지 약 2배가 바람직하다. 구멍들 간의 간격은 면(132)의 일체성을 보장하기 위해 약 0.020인치보다 작지 않은 것이 바람직하다.

중앙에 위치한 단열 구멍(134)들의 그리드형 배치는 도 3에 도시한 바와 같은 60ㅀ삼각형 그리드 패턴 또는 정사각형 패턴, 원형 패턴 등을 생성할 수 있다. 60ㅀ삼각형 그리드 패턴은 다른 대안적인 구멍 패턴과 비교할 때에 그 구멍 배치가 보다 많은 수의 구멍을 다이 인서트 바디(130)의 중앙 부분 내에 설치할 수 있게 한다는 점에서 바람직하다. 또한, 단열 구멍은 하류측 면에서 둥근 것으로서 도시하고 있지만, 육각형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형 및 타원형 등의 기타 구멍 형상으로 이루어질 수도 있다.

전체적으로 도면 부호 300으로 나타낸 본 발명에 따른 다이 플레이트의 제3 실시예의 분해도가 도 7에 도시되어 있다.

다이 플레이트(300)의 제3 실시예는 전체적으로 도면 부호 240으로 나타낸 대체로 원형의 홈을 갖는 다이 인서트 바디(230)를 구비하며, 그 원형 홈은 다이 인서트 바디(230)에 있어서의 압출 오리피스(18)와 외측 단열 구멍(135)이 형성된 전체적으로 도면 부호 248로 나타낸 외측 둘레부와, 다이 인서트 바디에 있어서의 전체적으로 도면 부호 250으로 나타낸 최중앙 부분 사이에 절삭되어 있다. 이에 의해, 홈(240)은 하류측 면을 압출 오리피스(18)와 외측 단열 구멍(135)을 갖는 외측 링(242)과, 이 링(242)으로부터 홈(240)에 의해 이격되어 있고 단열 구멍(134)이 역시 형성된 중앙 보스(244)로 분할한다. 원형 홈(240)은 바람직하게는 중앙에 위치한 단열 구멍(134)의 일부를 잘라 내어, 중앙 보스(244)의 외측 둘레부 주위에 반원형 절결부(246)를 남기게 된다. 링(242)의 내경부는 바람직하게는 중실 면 플레이트와 열 접촉하는 하류측 면의 표면적을 더욱 감소시키도록 모따기한 상측 에지(236)를 갖는다.

본 발명에 따른 다이 플레이트의 제4 실시예가 도 8에 도시되어 있고 전체적으로 도면 부호 400으로 나타내어져 있다. 제3 실시예와 마찬가지로, 다이 플레이트의 제4 실시예는 원형의 홈(240)을 갖는 다이 인서트 바디(231)를 구비하며, 그 원형 홈은 다이 인서트 바디(231)에 있어서의 압출 오리피스(18)가 형성된 전체적으로 도면 부호 249로 나타낸 외측 둘레부와, 다이 인서트 바디(231)의 최중앙 부분(250) 사이에 절삭되어 있다. 이에 의해, 홈(240)은 압출 오리피스(18)를 갖는 외측 링(243)과, 이 링(243)으로부터 홈(240)에 의해 이격되어 있고 단열 구멍(134)이 역시 형성된 중앙 보스(244)를 생성한다. 도시한 바와 같이, 제4 실시예에서, 단열 구멍(134)의 형성은 중앙 보스(244)로 제한되며, 링(243)에서 압출 오리피스들 사이에는 외측 단열 구멍이 형성되지 않는다. 제3 실시예에서와 같이, 링(243)의 내경부는 모따기한 상부 에지(235)를 구비하는 것이 바람직하다.

제3 및 제4 실시예 모두에 있어서, 원형 홈(240)과 보스(244)에서의 단열 구멍(134)의 조합은 다이 인서트 바디(230, 231)에 있어서의 결과적인 "하류측 면"의 표면적을 상당히 감소시키며, 나아가서는 캐리어로의 열전달을 억제한다. 홈이 형성된 실시예 각각에서, "하류측 면"은 링(242, 243)의 외측면(237, 238)과 보스(244)의 외측면(239)에 의해 구성된다. 외측면(237, 238, 339)은 다이 플레이트가 조립되는 경우에 중실 면 플레이트(34)의 상류측과 맞대진다. 또한, 제1 및 제2 실시예에서와 같이, 개방 개구 또는 단열 구멍은, 중실 면 플레이트가 다이 인서트 바디의 하류측 면에 부착될 때에 그 구멍 내에 질소 또는 불활성 가스 등의 비반응성 분위기를 가두도록 마련되어, 복수의 가스 충전 캐비티를 생성한다. 홈은 그 내에 갇힌 가스를 제외하고는 개방 또는 "미충전" 상태로 유지된다. 대안적으로는, 진공 또는 부분 진공이 단열 구멍에서와 같이 홈 내에 형성될 수도 있다.

복수의 압출 오리피스(18)의 출구 개구(19)를 갖는 중실 면 플레이트(34)가 다이 플레이트(300)의 제3 실시예의 다이 인서트 바디(230)에 결합될 때의 정면도가 도 9에 도시되어 있다. 제3 실시예에 있어서 홈, 둘레 영역(248)에 형성된 외측 단열 구멍(135) 및 중앙 부분(250)에 형성된 단열 구멍(134)은 중실 면 플레이트(34)에 덮이며, 따라서 파선으로 도시되어 있다.

도 10은 하류측 면(237)의 둘레 영역(248)에서 압출 오리피스와 단열 구멍(135)을 통과해 연장하는 도 9의 라인 A-A를 따라 취한 단면도이다.

모든 실시예에 있어서, 단열 구멍은 바람직하게는 다이 인서트 바디 내로 드릴링되지만, 다른 제조 방법이 이용될 수도 있다. 제3 및 제4 실시예에서 볼 수 있는 홈(240)은 중앙 보스(244)를 형성하도록 밀링 가공된다. 중앙 보스(244)의 외면(239)은 링(242, 243)의 외면(237, 238)과 동일면으로 된다. 중앙 보스는 캐리어(36)의 처짐 및 굽힘을 감소시키도록 중실 면 플레이트(34)를 위한 구조적 지지를 제공한다. 밀링 가공된 홈(240)은, 대체로 원형으로 캐리어(36) 및 마모면(38)에 대해 동심을 이룸으로써, 다이 인서트 플레이트(230, 231)와 캐리어(36)의 온도를 동등하게 하는 데에 도움을 주어, 압출 오리피스(18)를 통한 폴리머의 균일한 흐름을 촉진시킨다.

다른 형상의 보스를 남기도록 이루어진 홈이 역시 형성될 수 있다. 예를 들면, 홈은 중실 면 플레이트를 지지하도록 4개의 바람직하게는 등간격으로 이격된 보스를 남기는 2개의 교차하는 라인 형태로 이루어질 수도 있다. 도 11에 도시한 전체적으로 도면 부호 500으로 나타낸 바와 같은 다이 플레이트의 제5 실시예에서와 같은 중앙 부분의 대부분을 잘라나는 것도 가능하다. 다이 플레이트(500)의 제5 실시예에서, 그러한 절결 부분은 중앙에 위치한 지지 포스트 또는 필라(502)와 외측의 지지 포스트 또는 필라(504)를 남긴다. 이러한 구조에 있어서, 중앙에 배치된 지지 포스트 또는 필라(502)는 그 내에 단열 구멍이 형성되지 않는다. 하지만, 원하는 단열 특성은 포스트 또는 필라(502)들 사이에 개방 영역(506)에 의해 제공된다. 필라(502)들은, 그 개수가 충분하고 또한 그 사이의 간격이 캐리어가 그 굽힘 또는 변형을 방지하도록 적절하게 지지되도록 보장하기에 충분히 작다면 서로 규칙적 또는 불규칙적 간격으로 이격될 수도 있다. 외측의 포스트 또는 필라(504)에는, 압출 오리피스(18)를 통과하는 폴리머가 압출되는 중실 면 플레이트의 압출 오리피스 출구(19)와 정렬되도록 구멍(335)이 관통 형성된다.

열전달에 이용 가능한 다이 플레이트의 하류측 면의 표면적을 감소시키는 것과, 하류측 면에 대한 중실 면 플레이트의 양호한 브레이징 부착을 지지하기에 충분한 표면적을 유지하는 것 간의 원하는 밸런스를 유념한다면, 다이 플레이트 바디의 개구된 하류측 면에 있어서의 그 하류측 면과 그에 고정된 중실 면 플레이트 간에 감소된 접촉 면적을 제공하는 다른 구성도 가능하고 본 발명의 범위 내에 포함된다.

본 명세서에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 환형 홈의 유무에 관계없이 단지 하류측 면에 종방향 연장 단열 구멍의 형성만을 이용하여 다이 플레이트 바디에 대한 효과적인 단열을 제공한다. 매우 양호한 단열 성능을 얻는 데에 추가적인 부품 또는 요소는 요구되지 않는다. 오히려, 비반응성 분위기 또는 불활성 가스로 채워지거나 그 내에 진공이 형성된 구멍만을, 다이 플레이트 바디의 전체 하류측 면을 덮는 중실 면 플레이트와 조합하여, 다이 플레이트 바디의 열손실을 상당히 감소시키고 커팅면에서 용융 폴리머의 동결을 효과적으로 방지하는 것으로 확인되었다.

상기한 상세한 설명 및 도면은 단지 본 발명의 원리의 예시로서만 고려되어야 한다. 본 발명은 다양한 형상 및 사이즈로 구성될 수 있으며, 바람직한 실시예의 치수들에 의해 한정되지 않는다. 본 발명의 수많은 용례가 당업자들에게 용이하게 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명을 개시한 특정예 또는 도시하고 설명한 바와 똑같은 구조 및 작동으로 제한하는 것은 바람직하지 않다. 오히려, 모든 적절한 수정 및 등가물이 재분류되어 본 발명의 범위 내에 속할 수 있다.

Claims (21)

1. 수중 펠레타이저(underwater pelletizer)용 다이 플레이트로서:
   다이 플레이트 바디로서, 상기 다이 플레이트 바디의 둘레부에 인접하여 대체로 원형으로 배치된 복수의 압출 오리피스와, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면(downstream face)에 형성된 복수의 개방 개구를 구비하는 다이 플레이트 바디; 및
   상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면을 덮도록 배치된 중실 면 플레이트(solid face plate)로서, 상기 중실 면 플레이트의 둘레부를 통과해 연장하고 상기 다이 플레이트 바디의 압출 오리피스에 대응하는 압출 오리피스 연장부를 구비하며, 상기 중실 면 플레이트의 하류측 부분이 펠레타이저 커팅면을 형성하며, 상기 복수의 개방 개구가 상기 중실 면 플레이트에 의해 덮이는 경우에 중공 캐비티를 형성하는 것인 중실 면 플레이트
   를 포함하는 다이 플레이트.
2. 제1항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티는 비반응성 분위기를 제공하는 것인 다이 플레이트.
3. 제1항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티는 질소 또는 불활성 가스로 채워지는 것인 다이 플레이트.
4. 제1항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티 내에는 진공이 형성되는 것인 다이 플레이트.
5. 제1항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디는 단일체형 구조를 갖는 것인 다이 플레이트.
6. 제1항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디는 다이 플레이트 베이스 부재와 제거 가능한 다이 인서트 바디를 포함하는 2부품 구조를 갖는 것인 다이 플레이트.
7. 제1항에 있어서, 상기 중실 면 플레이트는 상기 압출 오리피스 연장부를 둘러싸는 경질 내마모성 요소 또는 요소들을 갖는 디스크형 캐리어를 포함하는 것인 다이 플레이트.
8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중앙 부분에 형성된 종방향 연장 단열 구멍인 것인 다이 플레이트.
9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면을, 상기 압출 오리피스를 갖는 외측 링과 상기 중앙 부분에 형성된 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 갖는 중앙 보스로 나누는 대체로 원형의 홈을 포함하는 것인 다이 플레이트.
10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중앙 부분에 형성된 제1 복수의 종방향 연장 단열 구멍과, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 둘레부에 인접하여 상기 압출 오리피스들 사이에 형성된 제2 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 포함하는 것인 다이 플레이트.
11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 제1 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 갖는 중앙 보스와, 상기 제2 복수의 단열 구멍을 갖는 외측 링을 형성하도록 상기 다이 플레이 바디의 둘레부와 중앙 부분을 분할하는 대체로 원형의 홈을 더 포함하는 것인 다이 플레이트.
12. 수중 펠레타이저로서:
    다이 플레이트 바디를 포함한 다이 플레이트로서, 상기 다이 플레이트 바디의 둘레부에 인접하여 대체로 원형으로 배치된 복수의 압출 오리피스와, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면에 형성된 복수의 개방 개구를 구비하는 다이 플레이트;
    상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면을 덮도록 배치된 중실 면 플레이트로서, 상기 중실 면 플레이트의 둘레부를 통과해 연장하고 상기 다이 플레이트 바디의 압출 오리피스에 대응하는 압출 오리피스 연장부를 구비하며, 상기 중실 면 플레이트의 하류측 부분이 펠레타이저 커팅면을 형성하고, 상기 복수의 개방 개구가 상기 중실 면 플레이트에 의해 덮이는 경우에 중공 캐비티를 형성하는 것인 중실 면 플레이트;
    상기 압출 오리피스를 통해 압출되는 폴리머를 절단하여 펠릿을 형성하도록 상기 커팅면에 인접하여 배치된 복수의 커터 블레이드를 구비하는 커터 허브 조립체; 및
    상기 커터 허브 조립체를 에워싸는 커팅 챔버로서, 물 입구와 물-펠릿 슬러리 출구를 포함하며, 상기 커팅 챔버를 통해 물이 순환하여 상기 펠릿을 냉각 및 고화시키고 그 펠릿을 동반하여 상기 출구를 통해 배출될 물-펠릿 슬러리를 형성하는 것인 커팅 챔버
    를 포함하는 수중 펠레타이저.
13. 제12항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티는 비반응성 분위기를 제공하는 것인 수중 펠레타이저.
14. 제12항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티는 질소 또는 불활성 가스로 채워지는 것인 수중 펠레타이저.
15. 제12항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중공 캐비티 내에는 진공이 형성되는 것인 수중 펠레타이저.
16. 제12항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중앙 부분에 형성된 종방향 연장 단열 구멍인 것인 수중 펠레타이저.
17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면을, 상기 압출 오리피스를 갖는 외측 링과 상기 다이 플레이트 바디의 중앙 부분에 형성된 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 갖는 중앙 보스로 나누는 대체로 원형의 홈을 포함하는 것인 수중 펠레타이저.
18. 제12항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 중앙 부분에 형성된 제1 복수의 종방향 연장 단열 구멍과, 상기 다이 플레이트 바디의 하류측 면의 둘레부에 인접하여 상기 압출 오리피스들 사이에 형성된 제2 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 포함하는 것인 수중 펠레타이저.
19. 제18항에 있어서, 상기 복수의 단열 개구는, 상기 제1 복수의 종방향 연장 단열 구멍을 갖는 중앙 보스와, 상기 제2 복수의 단열 구멍을 갖는 외측 링을 형성하도록 상기 다이 플레이 바디의 둘레부와 중앙 부분을 분할하는 대체로 원형의 홈을 더 포함하는 것인 수중 펠레타이저.
20. 제12항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디는 단일체형 구조를 갖는 것인 수중 펠레타이저.
21. 제12항에 있어서, 상기 다이 플레이트 바디는 다이 플레이트 베이스 부재와 제거 가능한 다이 인서트 바디를 포함하는 2부품 구조를 갖는 것인 수중 펠레타이저.

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