KR20210151920A

KR20210151920A - 미립자 재료들을 냉각하기 위한 디바이스

Info

Publication number: KR20210151920A
Application number: KR1020217036825A
Authority: KR
Inventors: 마이클 아이그너; 크리스티안 바그너; 롤란트 휴베르; 클라우스 파이히팅거
Original assignee: 에레마 엔지니어링 리싸이클링 마쉬넨 운트 안라겐 게젤샤프트 엠. 베.하.
Priority date: 2019-04-12
Filing date: 2020-04-09
Publication date: 2021-12-14
Also published as: AT522286A1; CA3134412A1; EP3953128A1; HUE065580T2; UA128267C2; US11504884B2; PL3953128T3; CN113692337A; AT522286B1; ZA202105716B; EP3953128B1; JP2022528933A; PT3953128T; AU2020256908A1; BR112021016239A2; TW202039198A; MX2021010771A; DK3953128T3; WO2020206477A1; CN113692337B

Abstract

본 발명은 미립자 재료들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스에 관한 것으로, 이 디바이스는, 특히 절두원추형 외부 측방향 면(3)을 갖는 외부 용기(2), 및 외부 용기(2) 내부에 적어도 국부적으로 배열되는, 특히 절두원추형 내부 측방향 면(5)을 갖는 내부 용기(4)를 포함하며, 간극(6)은 외부 측방향 면(3)과 내부 측방향 면(5) 사이에 형성되고, 디바이스(1)의 유입구측 시작 구역(11)에서, 가스 스트림 및 입자들을 간극(6) 내로 도입하기 위한 유입구 디바이스(7)가 제공되며, 유출구 디바이스(7)의 반대편에 있는, 디바이스(1)의 유출구측 단부 구역(12)에서, 입자들을 위한 유출구 개구(15)가 제공되고, 유입구 디바이스(7)는, 가스 스트림 및 입자들이 간극(6) 내로 실질적으로 접선방향으로 도입될 수 있는 방식으로 배열되고 그리고/또는 설계된다.

Description

미립자 재료들을 냉각하기 위한 디바이스

본 발명은 제1 항에 따른 미립자 재료들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스에 관한 것이다.

과립들은 예를 들어 압출기에서 고분자 재료를 가소화함으로써 제조된다. 그 후, 천공된 판을 통해 나오는 가닥형 중합체 용융물은 칼들을 회전시킴으로써 작은 크기의 입자들로 절단된다. 그 후, 적어도 코어 영역이 여전히 용융 상태인 이러한 과립들은 가스 또는 물 유동에서 냉각되고 그리고 고형화되고 그리고 동시에 유체 유동과 함께 멀리 수송된다.

그 후, 입자들의 후속적인 추가 냉각은 예를 들어 추가의 하류 냉각 디바이스들에서 발생한다. 원통형 냉각 용기들은, 예를 들어, 과립들이 프로세스에서 이동되고 그리고 냉각되는 종래 기술로부터 공지된다.

본 발명의 목적은, 과립들의 체류 시간이 가능한 한 높게 유지될 수 있으며 그리고 개별 입자들의 체류 시간 스펙트럼이 좁게 유지될 수 있으며, 그리고 입자들이 선별된 상태로 유지되는 이러한 냉각 유닛을 생성하는 것이다.

본 발명은 제1 항의 특징들에 따른 디바이스에 의해 이 목적을 해결한다. 본 발명에 따르면, 디바이스는, 특히 절두원추형 외부 쉘 표면을 갖는 외부 용기, 및 내부 용기를 포함하며, 내부 용기는, 특히 절두원추형 내부 쉘 표면를 갖는 외부 용기의 내부에서 적어도 섹션들로 배열되는 것이 제공되며, 중간 공간은 외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면 사이에 형성된다. 디바이스의 유입구측 초기 구역에서, 입자들 또는 과립들뿐만 아니라 가스 유동을 중간 공간으로 도입하기 위한 유입구 장비가 제공되며, 입자들을 위한 유출구 개구는 유입구 장비의 반대편에 있는 디바이스의 유출구측 단부 구역에 제공된다. 유입구 장비는, 상기 가스 유동 및 상기 입자들이 상기 중간 공간 내로 본질 적으로 접선방향으로 도입될 수 있는 방식으로 배열되고 그리고/또는 설계된다.

가스 유동 또는 입자들의 특별한 접선방향 도입 및 외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면 사이의 중간 공간을 통한 결과적인 움직임은, 입자들이 디바이스를 통해 가야하는 경로를 연장시키고 그리고 이에 따라 체류 시간에서 증가를 지지한다. 동시에, 입자들의 체류 시간 스펙트럼은 좁게 유지된다. 이러한 방식으로 유도되는 공기 유동은 또한, 가스를 충분히 층류로 유지하고 그리고 난류가 존재하지 않는다. 따라서, 입자들은 좁은 속도 범위로 유지되고 그리고 입자들의 감속으로 이어질 것인 제어되지 않은 충돌들이 감소된다.

더욱이, 입자들의 벽들과의 접촉은 또한 최소화되고 그리고 입자들의 감속 및/또는 증착이 방지된다. 벽에 대한 과립 입자들의 부착이 또한 회피된다. 과립 입자들의 서로 달라붙는 것이 또한 가능한 가장 큰 규모로 방지되는 것이 특히 유리하다.

입자들은 배열체를 통해 통과되는 매체, 특히 가스에 의해 수송된다. 이 가스는 임의의 가스 또는 가스 혼합물일 수 있으며, 특히 공기가 사용된다. 가스 유동은 입자들을 수송하며, 이에 의해, 이러한 재료 입자들 또는 과립들 또는 소시지들 등은, 예컨대, 열적 영향, 냉각 또는 가스에 의해 개시되거나 유도되는 반응에 의해 가스 유동의 도움으로 냉각되고 그리고 선택적으로 추가로 고형화되고 그리고/또는 선택적으로 추가로 화학적으로 반응된다. 예컨대, 물과 같은 증발 매체가 또한 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 배열체는 가닥들을 과립물로 형성하는 것이 가능한 모든 재료들에 대해 사용될 수 있다. 이들은, 중합체들, 도우들(doughs), 세라믹 질량체들, 고무, 열가소성 폴리우레탄들, 실리콘들 등이 포함된다. 과립화된 재료들은 섬유들로 강화될 수 있고 그리고/또는 또한 부분적으로 가교될 수도 있다. 과립화될 재료들은 폴리에스테르들, 폴리올레핀들 또는 심지어 폴리아미드들에 기초될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배열체에 의해 연화될 수 있거나 용융될 수 있고 그리고 입자들로 변환되거나, 고형화될 수 있는, 모든 적어도 부분적으로 가소화가능한, 바람직하게는 압출가능한 재료들을 수송하는 것 그리고 특히 수송 동안 이 재료들을 냉각시키는 것이 또한 가능하다.

디바이스의 유리한 추가의 개량예들은 종속항들의 특징들로부터 초래된다.

예를 들어, 외부 쉘 표면 및/또는 내부 쉘 표면이 중심 길이방향 축에 대해 실질적으로 회전 대칭으로 배열되는 것이 제공될 때, 설계의 이유들로 유리하다.

디바이스는 일반적으로 수직으로 설정되지만, 또한 경사진 포지션에서 편의에 따라 아래로 또는 수평으로 놓여 설정될 수 있다.

유리한 가스 유동을 달성하기 위해, 외부 쉘 표면(3) 및/또는 상기 내부 쉘 표면(5)은 상기 중심 길이방향 축에 대해 원추각(β)만큼 경사질 때 유리하며, 원추 각은 1° <= β <= 15°의 범위, 특히 3° <= β <= 10°의 범위, 바람직하게는 3° <= β <= 6°의 범위에 있다. 이는, 공기 유동을 충분히 높게 유지하는 것을 돕고 그리고 입자들이 특히 오랜 시간 동안 중간 공간에서 선별된 상태로 유지되는 것을 유발시키고 그리고 또한, 특히 더 무거운 입자들이 대응하여 긴 시간 동안 냉각 깔때기에 유지되는 것을 유발시키는 것을 돕는다.

외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면이 접촉 없이 모든 측면 상에서 서로 이격될 때 외란-없는(disturbance-free) 유동이 달성될 수 있다.

외부 쉘 표면과 상기 내부 쉘 표면 사이의 중간 공간의 폭이 20mm <= a <= 200mm의 범위, 특히 50mm <= a <= 100mm의 범위, 바람직하게는 60mm <= a <= 80mm의 범위에 있을 때, 유리한 체류 시간이 또한 초래된다. 이는 또한 입자들이 오랜 시간 동안 중간 공간에 그리고 선별된 상태로 유지되는 것을 유발시킨다. 너무 큰 거리는, 원주 방향으로의 너무 적은 공기 유동 및 이에 따라 입자들의 체류 시간의 감소를 초래할 것이다. 너무 좁은 갭은, 공기 속도 및 입자들의 밀도를 증가시킬 것이며, 이는 한편으로 보다 짧은 체류 시간뿐만 아니라 서로 간에 입자들의 보다 높은 충돌 및 부딪힘 확률을 초래할 것이다.

이러한 맥락에서, 중간 공간(6)의 폭을 선택할 때, 과립들 또는 입자들의 크기 또는 직경이 또한 고려되는 것이 유리하다. 유리한 폭(a)은 입자들의 평균 직경의 4배 내지 40배의 범위에 있다.

유리한 실시예에 따르면, 외부 쉘 표면 및 내부 쉘 표면이 서로 평행하게 정렬되는 것이 제공된다.

대안적으로, 외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면 사이의 중간 공간의 폭이 유출구측 단부 구역의 방향으로, 특히 균일하게 감소되는 것이 제공될 수 있다. 중간 공간의 이러한 테이퍼(taper)는, 보다 작은 입자들에 대해 특히 유리한데, 왜냐하면 보다 좁은 중간 공간을 통한 가스 유동의 가속 효과가 분리 효과를 유지하는데 사용되기 때문이다.

대안적으로, 외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면 사이의 중간 공간의 폭은 유출구측 단부 구역의 방향으로, 특히 균일하게 증가되는 것이 또한 제공될 수 있다. 반대로, 높이에서 증가되는 중간 공간은, 보다 큰 입자들에 대해 또한 이점들을 가지는데, 왜냐하면 벽들과의 충돌들에 유발되는 제동 효과가 감소되며 그리고 이에 따라 분리가 또한 용이하게 유지되기 때문이다.

내부 용기 또는 내부 쉘 표면은 외부 용기 또는 외부 쉘 표면보다 더 짧거나 덜 높다. 이러한 맥락에서, 외부 용기 또는 외부 쉘 표면의 길이 또는 높이가 내부 용기 또는 내부 쉘 표면의 길이 또는 높이보다 더 클 때 유리한 것으로 판명되었다. 비율(hi : ha)이 0.1 내지 1의 범위, 특히 0.3 내지 0.85의 범위, 바람직하게는 0.50 내지 0.75의 범위일 때 특히 유리하다.

유입구 장비를 디바이스에 유리하게 배치하거나 연결시킬 수 있기 위해, 외부 쉘 표면과 내부 쉘 표면이 이들의 유입구측 초기 구역들에서 동일한 높이일 때 바람직하다.

더욱이, 유입구측 초기 구역의 외부 쉘 표면의 직경은 유출구측 단부 구역에서의 그의 직경보다 더 크거나, 외부 용기가 유출구측 단부 구역의 방향으로 테이퍼질 때 유리하다.

유사하게, 다시 말해, 유입구측 초기 구역의 내부 쉘 표면의 직경이 유출구 단부 구역의 그의 유출구측 직경보다 더 크거나, 내부 용기가 유출구측 단부 구역의 방향으로 테이퍼질 때, 이는 내부 용기에 대해 또한 유리하다.

따라서, 보다 균일한 유속, 이익이 있는 체류 시간, 및 이익이 있는 체류 시간 스펙트럼은, 외부 쉘 표면 및 내부 쉘 표면이 유출구측 단부 구역의 방향으로 테이퍼질 때 달성될 수 있다.

가스 유동으로부터의 입자들의 효과적인 분리를 위해, 외부 쉘 표면이 추가로 연장되거나, 유출구측 단부 구역의 방향으로 내부 쉘 표면보다 더 길 때, 유리하다. 그 결과, 유출구 근처의 디바이스의 이러한 섹션에 분리 구역이 존재하며, 이 분리 구역에서, 내부 용기는 이미 그의 단부에 있으며 그리고 규정된 중간 공간이 또한 존재하지 않는다. 이 분리 구역은 단지 외부 용기 또는 외부 쉘 표면에 의해 제한된다. 거기서, 또한, 입자들은, 입자들이 유출구에 도달할 때까지 외부 쉘 표면을 따라 나선형으로 계속 이동한다. 다른 한편으로, 가스 유동은 중간 공간의 단부에서 또는 분리 구역에서 반대 방향으로, 즉 유입구의 방향으로 내부 용기를 통해 배출되고 그리고 이에 따라 입자들은 가스 유동으로부터 분리된다.

가스 유동으로부터의 입자들의 분리를 위해, 내부 쉘 표면이 유입구측 초기 구역에 가까운 그의 단부에서 개방되거나 가스 투과성일 때 그리고 이에 따라 가스가 유입구측 초기 구역에 가까운 내부 쉘 표면의 이러한 개구를 통해 빼내어질 수 있는 것이 유리하다. 이 개구에는 예를 들어 그리드에 의한 가스 투과성 커버 표면이 제공될 수 있다.

입자들의 분리는 내부 쉘 표면과 비교하여 외부 쉘 표면의 연속에 의해 보조된다. 이러한 맥락에서, 유출구측 단부 구역의 직경에 의해 규정되는 외부 쉘 표면의 개구 또는 유출구 개구의 직경에 의해 규정되는 영역은, 충분한 유동 저항이 가스에 대해 형성되는 방식으로 유출구측 단부 구역의 직경에 의해 규정되는 내부 쉘 표면의 개구에 대해 감소되는 것이 가스로부터의 입자들의 효과적인 분리를 위해 특히 유리하다.

따라서, 외부 쉘 표면은, 유출구측 개구에 의해 규정되는 유출구 개구가 너무 작고 그리고 임의의 가스 또는 공기가 이러한 개구로부터 거의 빠져나갈 수 없으며 그리고 가스가 빠져나가기 위해 내부 용기를 통해 경로를 취해야 할 정도로 매우 많은 저항을 제공할 때까지 테이퍼질 수 있다. 그러나, 이는 보다 큰 전체 높이를 요구하고 그리고 때때로 설계 이유들로 비실용적이다.

이러한 점에서, 특히 수직 설치의 경우에서의 유리한 배열체는, 부가의 테이퍼진, 특히 절두원추형의 유출구 노즐이 외부 쉘 표면의 유출구측 단부 구역에, 즉, 유출구측 개구에 배열되는 것이며, 여기서 실제 유출 개구는 그 후, 제공되며, 이 실제 유출 개구를 통해 입자들이 디바이스를 나간다. 이 유출구 노즐은 벽들의 보다 가파른 각도들을 가지고 그리고 이에 따라 높이에 걸쳐 더 신속하게 테이퍼링한다. 이는, 작은 전체 높이로 우수한 가스 분리를 초래한다. 따라서, 외부 쉘 표면들의 유출구측 개구가 감소되는데, 왜냐하면 유출 개구가 훨씬 더 작은 영역을 가지기 때문이다. 이러한 맥락에서, 이 유출 개구의 영역이 유출구측 단부 구역에서의 직경에 의해 외부 쉘 표면의 개구의 영역의 <= 20%, 바람직하게는 <= 10%일 때, 가스 유동으로부터 입자의 우수한 분리에 대해 특히 유리하다.

중간 공간에서 접선방향 유동을 달성하기 위해, 유입구 장비가 유입구 채널, 및 특히 그 상류에 배열되는 유입구 노즐을 가질 때 유리하며, 이 유입구 노즐을 통해, 냉각될 입자들뿐만 아니라 가스 유동이 공급될 수 있다. 유입구 채널은 공간을 절약하기 위해 곡선형이고 그리고 중간 공간과 동일한 폭을 갖는다. 유입구 채널은 외부 쉘 표면 및 내부 쉘 표면의 원주부에 평행하게 진행되고, 그리고 이에 따라 본질적으로 접선방향으로 중간 공간 내로 개방된다.

따라서, 이러한 방식으로 지향되는 가스 또는 입자 유동은 한편으로는, 중간 공간의 내부 또는 외부 원주부에 대해 접선방향으로 이동하지만, 또한 유리하게는 낮은 진입각으로 도입된다. 이러한 맥락에서, 유입구 채널이 길이방향 축에 수직으로 배향된 평면에 대해 각도(α)로 중간 공간으로 개방될 때 유리하며, 이 진입 각(α)은 0 < α <= 10°의 범위에 있다. 유입구 채널이 그의 전체 길이방향 범위에 걸쳐 이 각도로 일정하게 경사질 때 유동 조건들에 대해 특히 유리하다. 이러한 방향성 배향을 형성함으로써, 심지어 대량의 매체에 대한 요구의 경우에 지향된 입자 움직임을 발생시키는 것이 가능하다.

따라서, 이 입사 각(α)이 입자들 또는 미립자들뿐만 아니라 가스의 유동의 필수적인 방향인 것으로 이해된다. 그 후, 이 진입 각은 또한 중간 공간에서 입자들의 추가의 코스에 걸쳐 적어도 초기 섹션에서 유지된다.

이러한 방식으로, 입자들 또는 가스는 중간 공간으로 접선 방향으로뿐만 아니라 유출구의 방향으로 약간 유동한다. 이는, 예를 들어, 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 체류 시간, 체류 시간 스펙트럼 및 분리에 대해 유리한 움직임 패턴을 초래한다. 따라서, 입자들은 유입구측 초기 구역으로부터 나선형 경로들을 따라 유출구측 단부 구역으로 이동하며, 이러한 나선형 경로들의 직경은 점점 더 작아진다.

가스 유동의 양 또는 속도는 일반적으로 요건들 및 입자 크기들에 적응된다. 이러한 맥락에서, 부가적인 양의 가스가 도입될 때 유리할 수 있다. 이러한 맥락에서, 입자들이 아닌 부가의 가스가 유리하게는 또한 이러한 가스 유입 개구들을 통해 중간 공간으로 본질적으로 접선방향으로 도입될 수 있는 방식으로 배열되고 그리고/또는 형성되는, 외부 쉘 표면에서 그리고/또는 내부 쉘 표면에서 부가의 가스 유입 개구들이 형성될 때, 유리하다. 부가의 가스 유동은, 유입구 장비를 통한 1차 가스 유동을 지지하여, 따라서 입자들의 추가의 냉각으로 이어지고 그리고 체류 시간에 영향을 준다. 이는, 예를 들어 차가운 가스를 추가로 이에 따라 냉각시키기 위해 차가운 가스가 또한 깔때기 내로 도입될 수 있는 것을 의미한다. 특정 반응들을 개시하기 위해, 반응성 가스는 또한 여기에 도입될 수 있다.

본 발명의 추가의 이점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명백할 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예들의 특히 유리하지만 제한적이지 않은 예들을 참조하여 아래에서 개략적으로 예시되고, 그리고 도면들을 참조하여 예로서 설명된다.

다음 도면들은 개략적으로 도시한다:
도 1은 본 발명에 따른 디바이스를 사시도로 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 디바이스의 측면도를 도시한다.
도 3a 또는 도 3b는 이 디바이스를 통과하는 단면(B-B)을 도시한다.
도 4는 위로부터의 평면도를 도시한다.
도 5는 공지된 비교 장비로의 검사를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 2개의 냉각 장비들로의 검사들을 도시한다.

도 1 내지 도 4는 상이한 관점들로부터의 본 발명에 따른 디바이스(1)를 도시한다. 본 실시예에서, 디바이스(1)는 수직으로, 다시 말해, 지지 프레임에 위치결정된다. 유입구 장비(7)는 가스 또는 입자 유동을 도입하기 위한 디바이스(1)의 최상부 구역에 배열된다. 디바이스(1)의 이 상부 섹션은 유입구측 초기 구역(11)으로 규정된다. 유입구 장비(7)의 반대편에 있는 디바이스(1)의 섹션은 유출구측 단부 구역(12)으로 규정된다. 이는 또한, 입자들이 디바이스(1)를 떠나는 유출구 개구(15)가 위치되는 곳이다.

디바이스(1)는 외부 용기(2) 및 내부에 배열되는 내부 용기(4)를 포함한다. 외부 용기(2)는 절두원추형 외부 쉘 표면(3)을 가지며, 내부 용기(4)는 절두원추형 내부 쉘 표면(5)을 갖는다. 내부 용기(4)는, 중간 공간(6)이 외부 쉘 표면(3)과 내부 쉘 표면(5) 사이에 형성되는 방식으로 외부 용기(2)에 배열된다. 외부 쉘 표면(3)과 내부 쉘 표면(5) 사이의 중간 공간의 폭(a)은 본 경우에 약 70mm이다.

외부 쉘 표면(3)과 내부 쉘 표면(5)은 서로 연속적으로 이격되어 있고 그리고 임의의 지점에서도 접촉하지 않는다. 이에 따라, 중간 공간(6)은 장벽이 없으며, 그리고 가스가 유동하고 그리고 입자들이 나선형으로 순환하는 절두원추형 환형 공간이 형성된다.

외부 쉘 표면(3) 및 내부 쉘 표면(5)은 중심 길이방향 축(10)에 대해 원추 각(β)만큼 경사진다. 실시예의 본 예에서, 원추 각(β)은 약 5°이다.

실시예의 본 예에서, 외부 쉘 표면(3) 및 내부 쉘 표면(5)은 서로 평행하게 정렬된다. 그러나, 평행 정렬로부터 벗어나는 것, 그리고 예를 들어 갭 폭의 증가 또는 감소를 제공하는 것이 유리할 수 있다.

외부 쉘 표면(3) 및 내부 쉘 표면(5)이 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로, 즉 여기에서 저부를 향하여 테이퍼지는 것을 알 수 있다. 이에 따라, 유입구측 단부 구역(11)에서의 외부 쉘 표면(3)의 직경(da1)은 유출구측 단부 구역(12)에서 또는 이 경우에, 외부 쉘 표면(3)의 하부 개구(18)에서 외부 쉘 표면(3)의 직경(da2)보다 더 크다.

유사하게, 유입구측 초기 구역(11)의 내부 쉘 표면(5)의 직경(di1) 또는, 이 경우에, 내부 쉘 표면(5)의 상부 개구(19)는 유출구측 단부 구역(12)에서 내부 쉘 표면(5)의 유출구측 직경(di2)보다 더 크다. 유입구측 초기 구역(11)에 위치되는 내부 쉘 표면(5)의 상대적으로 더 큰 상부 개구(19)는 이에 의해 커버 표면(17)에 의해 폐쇄된다.

또한, 외부 쉘 표면(3)이 내부 쉘 표면(5)의 높이(hi)보다 더 큰 길이 또는 높이(ha)를 가진는다는 것을 알 수 있다. 도 1에 따른 디바이스(1)에서, 비율(hi:ha)은 약 0.6이다.

이는, 디바이스(1)의 하부 섹션에, 내부 용기(4)가 이미 단부에 있으며 그리고 또한 더 이상 규정된 중간 공간(6)이 존재하지 않는 분리 구역(16)이 존재하는 것을 의미한다. 이 분리 구역(16)은 외부 용기(2) 또는 외부 쉘 표면(3)에 의해 단지 제한된다.

그러나, 입자들은 분리 구역(16)에서 외부 쉘 표면(3)을 따라 아래로 계속 이동한다. 반면에, 가스 유동은 내부 쉘 표면(5)을 통해 중간 공간(6)의 단부에서 위로 배출된다. 이는 입자들이 가스 유동으로부터 분리되는 곳이다. 입자들은 유출구 개구(15)를 통해 저부에서 디바이스(1)를 떠나며, 가스는 내부 쉘 표면(5)의 상부 개구(19)를 통해 최상부에서 디바이스(1)를 떠난다. 이 상부 개구(19)에는 가스 투과성 커버 표면(17)이 제공되며, 본 경우에는 그리드(grid)로 제공된다.

외부 쉘 표면(3)의 직경을 감소시키는 것은 이미 유동 저항을 증가시킨다. 외부 쉘 표면(3)의 하부 단부의 개구(18)가 충분히 작으면, 유동 저항은 너무 커서, 가스가 이 하부 개구(18)를 통해 나가지 않고, 오히려 내부 쉘 표면(5)의 상부 개구(19)를 통해서 나간다. 그러나, 입자들은 항상 저부로 나가며 그리고 이 하부 개구(18)는, 하부 개구가 충분히 작을 때 동시에 유출구 개구(15)로서 작용할 수 있다. 그러나, 대부분의 경우들에서, 이는 디바이스(1)의 보다 큰 전체 높이를 초래한다. 이에 따라, 유동 저항은 또한 부가의 설계 조치들에 의해 추가적으로 증가될 수 있다. 따라서, 도 3b에 따른 실시예의 예에서 볼 수 있는 바와 같이, 부가의 절두원추형 유출구 노즐(13)은 외부 쉘 표면(3)의 유출구측 단부 구역(12)의 맨 저부에 배열된다. 입자들이 최종적으로 디바이스(1)를 떠나는, 입자들을 위한 실제 배출 개구(15)도 이 유출구 노즐(13)에 형성된다. 유출구 노즐(13)은 외부 쉘 표면(3)의 하부 개구(18)에 직접적으로 연결되며, 출구 개구(15)의 단면적은 하부 개구(18)의 단면적보다 상당히, 이 경우에, 하부 개구부(18) 단면적의 약 7% 내지 8%만큼 더 작다. 이 부가의 횡단면 수축으로 인해, 유동 저항이 추가로 증가되며 그리고 가스 유동으로부터의 입자들의 분리가 훨씬 더 효과적이다.

유입구측 초기 구역(11)에 배열된 유입구 장비(7)는, 예를 들어, 수송 라인이 연결될 수 있는 유입구 노즐(8)을 가지며, 이를 통해 여전히 뜨거운 입자들 또는 과립들이 가스 유동과 함께 디바이스(1) 내로 도입된다.

유입구 노즐(8)은 유입구 채널(9)로 개방된다. 이 유입구 채널(9)은 구부러지거나 나선형으로 구부러지고 그리고 본질적으로 외부 쉘 표면(3) 및 내부 쉘 표면(5)의 원주부에 평행하게 원형으로 진행된다. 유입구 채널(9)은 최상부 또는 유입구측에서 중간 공간(6)을 폐쇄한다. 현재의 경우에, 쉘 표면들(3, 5)의 현재 직경으로 그리고 현재 경사각(α)으로, 유입구 채널(9)은 거의 360°의 거의 완전한 원을 형성하고 그리고 그 후, 대략적으로 유입구 노즐(8) 아래에 있는 구역에서 중간 공간(6)으로 개방된다. 이에 따라, 유입구 채널(9)은 중간 공간(6)과 동일한 폭(a)을 갖는다. 이에 따라, 가스 또는 입자 유동은 중간 공간(6) 내로 접선방향으로 도입되며, 즉 입자들 및 가스 유동은 중간 공간(6)에서 중심 길이방향 축(10) 주위의 대략 원형 경로들을 따라 진행된다. 또한, 따라서, 난류, 테어-오프 에지들(tear-off edges) 및 충격 에지들이 회피된다.

동시에, 유입구 채널(9)은 또한 유출구를 향해 약간 아래로 경사진다. 이는 이미 도 1로부터 보일 수 있으며, 그리고 유입구 채널(9)은 일정하게 아래로 경사진 표면에 걸쳐 중간 공간(6)의 내부로 진행된다. 이러한 경사진 진입각(α)은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 길이방향 축(10)에 수직으로 정렬되고 그리고 약 5°인 평면(14)에 대해 규정된다.

이러한 방식으로, 입자들 또는 가스는 접선방향으로 뿐만 아니라 약간 아래로 지향되어 중간 공간(6) 내로 유동한다. 이는, 도 6에서 볼 수 있는 것과 같은 움직임 패턴을 초래한다. 따라서, 입자들은 유입구측 초기 구역(11)에서 유출구측 단부 구역(12)까지의 나선형 경로들을 따라 이동하며, 이러한 나선형 경로들의 직경은 점점 작아진다.

다음 실시예들은 비교로 다른 냉각 장비들로의 시험들 및 결과들을 도시한다(도 5 및 도 6a, 도 6b):

시험들은 다음 매개변수로 수행되었다:

- 공기 체적: 2700m³/h

- 과립 양: 85 kg/h

- 매체: 공기

- 공기 온도 유입구: 19℃

- 과립들은 항상 선별되었음.

"유형 표준" (도 5):

유입구 공기: 0.6 kg/s; 20°C

유입구 입자: 100 kg/h

D 4mm; 80 트랙들

"유형 1 (원통형)" (도 6a, 도 6b, 왼쪽 컬럼):

유입구 공기: 0.6 kg/s; 20 °C

유입구 입자: 100 kg/h

D 4mm; 50 트랙들

" 유형 2 (원추형)" (도 6a, 도 6b, 오른쪽 컬럼):

유입구 공기: 0.6 kg/s; 20 °C

유입구 입자: 100kg/h

D 4mm; 50트랙들

시험들은 다른 재료로 수행되었고, 그리고 특히, 속도 분포 및 체류 시간 스펙트럼이 조사되었다. 과립의 최종 온도가 또한 평가를 위해 사용되었다.

종래 기술로부터 "유형 표준"(도 5)으로서 알려진 사이클론은 원통형 사이클론이고 그리고, 하지만, 접선방향 공기 유입구를 갖는 원추형 단부는 내부 영역에 내부 용기가 없고 그리고 다른 장비들이 없다. 상부 단부에서, 대략 1/3만큼 실린더 내로 돌출되는 공기 유출 튜브가 존재한다. 특히, 입자 체류 시간이 이 사이클론에 대해 시뮬레이션되었다. 도 5에서 입자들이 사이클론의 하부 구역으로 매우 빠르게 침투하며, 즉 입자들이 냉각 사일로에서 긴 체류 시간을 가지지 않고 그리고 입자들의 축적이 하부 영역에서 또는 유출구 깔때기의 영역에서 발생하는 것이 도 5에서 명확하게 보일 수 있다. 이는, 증가된 입자 빈도로 이어지며, 여기서 점착이 발생할 수 있고 트윈들(twins) 및 트리플렛들(triplets)(즉, 서로 점착하는 2개 또는 3개의 과립들)이 형성된다. 또한, 이 영역이 또한 가열되고 그리고 그 결과 파괴적인 벽 접착들이 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 내부 쉘 "유형 1(원통형)"을 갖는 원통형 냉각 사일로(도 6a, 도 6b, 왼쪽 컬럼)에서, 특히 입자 트랙(도 6b)에서 입자들이 사이클론 "유형 표준"에서보다 더 균일하게 안내되는 것이 명확하게 보일 수 있다. 유입구 구역의 공기 안내는 증가된 공기 속도를 가지지만, 공기 안내는 높이에 걸쳐 급격하게 감소된다. 그러나, 이는, 공기가 충분히 오랜 시간 동안 원주부에서 과립들을 계속 유지할 수 있기 때문에 보다 낮은 비중을 갖는 충전되지 않은 작은 과립들의 경우 너무 큰 문제가 되지 않는다.

본 발명에 따른 내부 쉘 "유형 2(원추형)"을 갖는 원추형 냉각 사일로(도 6a, 도 6b, 오른쪽 컬럼)에서, 높이에 걸쳐 공기 유동을 상당히 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 사일로의 직경이 감소되지만, 이는 냉각 사일로에서 과립들의 보다 긴 체류 시간으로 이어진다. 더욱이, 심지어 구체적으로, 보다 무거운 과립들이 나선형으로 유지될 수 있고 그리고 이에 따라 충분히 분리될 수 있고 그리고 이에 따라 고형화/냉각될 수 있을 만큼, 공기 유동이 충분히 높다.

Claims

미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스(device)로서, 상기 디바이스는,
외부, 특히 절두원추형 외부 쉘 표면(3)를 갖는 외부 용기(2), 및
내부 용기(4)를 포함하며, 상기 내부 용기는, 특히 절두원추형 내부 쉘 표면(5)를 갖는 상기 외부 용기(2)의 내부에서 적어도 섹션들로 배열되며,
중간 공간(6)은 상기 외부 쉘 표면(3)과 상기 내부 쉘 표면(5) 사이에 형성되고,
가스 유동 및 입자들을 상기 중간 공간(6) 내로 도입하기 위한 유입구 장비(7)는 상기 디바이스(1)의 유입구측 초기 구역(11)에 제공되며, 그리고
상기 입자들을 위한 유입 개구(15)는 상기 유입구 장비(7)의 반대편에 있는 상기 디바이스(1)의 유출구측 단부 구역(12)에 제공되고,
상기 유입구 장비(7)는, 상기 가스 유동 및 상기 입자들이 상기 중간 공간(6) 내로 실질적으로 접선방향으로 도입될 수 있는 방식으로 배열되고 그리고/또는 설계되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및/또는 상기 내부 쉘 표면(5)은 중심 길이방향 축(10)을 중심으로 실질적으로 회전 대칭식으로 배열되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및/또는 상기 내부 쉘 표면(5)은 상기 중심 길이방향 축(10)에 대해 원추각(β)만큼 경사지며, 상기 원추 각(β)은 1° <= β <= 15°의 범위, 특히 3° <= β <= 10°의 범위, 바람직하게는 3° <= β <= 6°의 범위에 있는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및 상기 내부 쉘 표면(5)은 접촉 없이 모든 측면들 상에서 서로 이격되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및 상기 내부 쉘 표면(5)은 서로 평행하게 정렬되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3)과 상기 내부 쉘 표면(5) 사이의 중간 공간(6)의 폭(a)은 20mm <= a <= 200mm의 범위, 특히 50mm <= a <= 100mm의 범위, 바람직하게는 60mm <= a <= 80mm의 범위에 있는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3)과 상기 내부 쉘 표면(5) 사이의 중간 공간(6)의 폭(a)은 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로, 특히 균일하게 감소되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3)과 상기 내부 쉘 표면(5) 사이의 중간 공간(6)의 폭(a)은 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로, 특히 균일하게 증가되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 용기(2) 또는 상기 외부 쉘 표면(3)의 길이 또는 높이(ha)는 상기 내부 용기(4) 또는 상기 내부 쉘 표면(5)의 길이 또는 높이(hi)보다 크며, 특히, 비율((hi):(ha))이 0.1 내지 1의 범위, 특히 0.3 내지 0.85의 범위, 바람직하게는 0.50 내지 0.75의 범위에 있는 것이 적용되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및 상기 내부 쉘 표면(5)은 이들의 유입구측 초기 구역들(11)에서 동일한 높이에 있는(flush),
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3)은 추가로 연장되거나, 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로 상기 내부 쉘 표면(5)보다 더 긴,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구측 초기 구역(11)의 상기 외부 쉘 표면(3)의 직경(da1)은 상기 유출구측 단부 구역(12)에서의 그의 직경(da2)보다 더 크거나, 상기 외부 용기(2)가 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로 테이퍼지는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구측 초기 구역(11)의 상기 내부 쉘 표면(4)의 직경(di1)은 상기 유출구 단부 구역(12)의 그의 유출구측 직경(di2)보다 더 크거나, 상기 내부 용기(5)는 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로 테이퍼지는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외부 쉘 표면(3) 및 상기 내부 쉘 표면(5)은 상기 유출구측 단부 구역(12)의 방향으로 테이퍼지는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유출구측 단부 구역(12)의 직경(da2)에 의해 규정되는 상기 외부 쉘 표면(3)의 개구(18) 또는 상기 유출구 개구(15)의 직경에 의해 규정되는 영역은, 충분한 유동 저항이 상기 가스로부터의 상기 입자들의 분리를 실시하기 위해 상기 가스에 대해 형성되는 방식으로 상기 유출구측 단부 구역(12)의 직경(di2)에 의해 규정되는 상기 내부 쉘 표면(5)의 개구(19)에 대해 감소되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
테이퍼진, 특히 절두원추형 유출구 노즐(13)은 상기 외부 쉘 표면(3)의 유출구측 단부 구역(12)에 배열되며, 상기 단부 구역에서, 상기 유출 개구(15)가 제공되고, 상기 유출 개구를 통해, 상기 입자 유동은 상기 디바이스(1)를 나가며, 상기 유출 개구(15)의 영역은 상기 유출구측 단부 구역의 상기 외부 쉘 표면(3)의 직경(da2)에 의해 규정되는, 상기 개구(18)의 영역의 <= 20%, 바람직하게는 <= 10%인,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 쉘 표면(5)은 상기 유입구측 초기 영역(11)에 가까운 그의 단부에서 개방되거나 가스 투과성이거나, 상기 내부 쉘 표면에는 선택적으로 가스 투과성 커버 표면(17)이 제공되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구 장비(7)는 유입구 채널(9) 및 특히 그 상류에 배열되는 유입구 노즐(8)을 가지며, 상기 유입구 노즐을 통해 상기 가스 및 입자 유동이 이송될 수 있고, 상기 유입구 채널(9)은 곡선형 설계를 가지고 그리고 상기 외부 쉘 표면(3) 및 상기 내부 쉘 표면(5)의 원주부에 평행하게 진행되고 그리고 본질적으로 접선방향으로 상기 중간 공간(6)으로 개방되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구 채널(9)은 상기 중간 공간(6)과 동일한 폭(a)을 가지고 그리고/또는 상기 유입구 채널(9)은 상기 유입구측 상에 상기 중간 공간(6)을 폐쇄하는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입구 채널(9)은 상기 길이방향 축(10)에 수직으로 정렬되는 평면(14)에 대해 각도(α)로 상기 중간 공간(6)으로 개방되며, 상기 각도(α)는 0 < α <= 10°의 범위에 있고, 특히 상기 유입구 채널(9)이 그의 전체 길이방향의 범위에 걸쳐 상기 각도(α)로 균일하게 경사지는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.
제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
부가의 가스 유입 개구들은 상기 외부 쉘 표면(3) 및/또는 상기 내부 쉘 표면(5)에 형성되며, 상기 개구들은, 가스가 이러한 가스 유입 개구들을 통해 상기 중간 공간(6) 내로 특히 본질적으로 접선방향으로 도입될 수 있는 방식으로 배열되고 그리고/또는 설계되는,
미립자 재료들 또는 입자들, 특히 중합체 재료들의 과립들을 냉각하기 위한 디바이스.