KR20230132796A

KR20230132796A - 로터, 플라스틱 처리 장치 및 관련 방법

Info

Publication number: KR20230132796A
Application number: KR1020237026040A
Authority: KR
Inventors: 콜린 바커; 피터 바커; 로날드 슬로콤브
Original assignee: 플라스테크 리사이클링 리미티드
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-09-18
Also published as: US20240083070A1; AU2022215001A1; WO2022160003A1; EP4284614A1; CA3203491A1; MX2023008366A

Abstract

장치(1)는 마찰 가열기(2)를 포함하며, 이 마찰 가열기(2) 내에 로터(3)가 이용되며, 이 로터는 중심축(5)을 중심으로 배치된 실질적으로 원통형 부재(4)를 포함한다. 로터(3)는 회전축이 중심축(5)과 동일 선상에 있도록 마찰 가열기(2) 내에 회전 가능하게 장착된다. 실질적으로 원통형 부재(4)는 회전하면서 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 외측 주변부(6)를 규정한다. 장치(1)의 작동 중에 그렇지 않다면 발생할 수 있는 다양한 문제들을 해결하는 것을 돕기 위해, 외측 주변부는 대략 0.2 m 내지 대략 2.0 m(경계값 포함)의 직경을 갖는다.

Description

로터, 플라스틱 처리 장치 및 관련 방법

본 발명은 플라스틱 재료를 처리하기 위한 디바이스들 및 관련 방법들에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 플라스틱 재활용 분야에 적용되지만, 이에 배타적이지는 않다.

본 명세서에 포함된 문서, 동작, 재료, 디바이스, 물품 등에 대한 임의의 논의는 단지 본 발명에 대한 맥락을 제공하기 위한 목적이다. 이들 사항의 임의의 것 또는 모두가 본 출원의 우선일 이전에 호주 또는 다른 곳에 존재하였기 때문에 종래 기술 기반의 일부를 형성하거나 본 발명과 관련된 분야에서 주지의 지식이었던 것으로 인정하는 것은 아니다.

본 발명의 실시예들은 Mr Ross Collins에 의해 발명된 PCT 공개 번호 WO 2014/186836에서 개시된 타입들의 시스템들, 방법들 및 장치에 대한 개선에 관한 것이다. 이 특허 패밀리는 몇 가지 예를 들면, 호주(호주 특허 번호 2014271200), 유럽(유럽 특허 번호 3003668) 및 미국(미국 특허 번호 10,052,795)을 포함하여, 다양한 관할권에서의 권리를 부여 받기 위해 진행되었다. 이들 전술한 공개된 특허 명세서 각각의 내용은 그 전문이 본 명세서에서 참조로 포함된다.

본 출원의 발명자들은 이전 단락에 언급된 공보들에서 개시된 시스템들, 방법들 및 장치의 양태들이 플라스틱 처리 가능성, 효율을 추가로 개선하고/하거나 실제 작동상 문제들을 해결하기 위해 다양한 개선으로부터 이익을 얻을 수 있다는 것을 인식하였다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들 중 하나 이상을 극복, 또는 실질적으로 개선하거나, 유용한 대안을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 마찰 가열기 내에 사용하기 위한 로터가 제공되며, 로터는: 중심축을 중심으로 배치된 실질적으로 원통형 부재 ― 실질적으로 원통형 부재는 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 외측 주변부를 규정하며, 실질적으로 원통형 부재는 중공 내부를 또한 규정함 ―; 상기 외측 주변부와 상기 중공 내부 사이에서 연장되는 복수의 용융 플라스틱 도관들; 및 출구와 유체 연통하는 중공 내부를 포함하며, 외측 주변부는 대략 0.2 m 내지 대략 2.0 m(경계값 포함)의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 외측 주변부는 대략 0.3 m 내지 대략 1.5 m(경계값 포함)의 직경을 갖는다.

바람직하게는, 원통형 부재는 중공 내부를 실질적으로 둘러싸는 내측 면을 규정하며, 내측 면은 외측 주변부와 동심(concentric)이고, 외측 주변부와 내측 면 사이의 두께는 대략 3 mm 내지 대략 20 mm(경계값 포함)이다.

실시예에서, 용융 플라스틱 도관들 각각은 대략 12 mm² 내지 대략 180 mm²(경계값 포함)의 단면적을 갖는다. 다른 실시예에서, 용융 플라스틱 도관들 각각은 대략 4 mm 내지 대략 15 mm(경계값 포함)의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 갖는다.

실시예에서, 가열 요소가 출구에 인접하여 배치된다. 바람직하게는, 중공 테이퍼 섹션이 원통형 부재와 출구 중간에 배치된다. 바람직하게는, 가열 요소는 중공 테이퍼 섹션의 외부 표면 상에 또는 외부 표면에 인접해 있다.

일 실시예에서, 용융 플라스틱 도관들의 총 표면적이, 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 외측 주변부의 총 표면적의 대략 1% 내지 대략 30%를 포함한다. 바람직하게는, 미터당 대략 1,000개 내지 대략 15,000개의 용융 플라스틱 도관들이, 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 외측 주변부 상에 배치된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 플라스틱 처리 장치가 제공되며, 플라스틱 처리 장치는: 로터의 회전축이 상기 중심축과 동일 선상에 있도록(co-extensive) 내부에 회전 가능하게 배치된 전술한 청구 내용에서 정의된 바와 같은 로터를 갖는 마찰 가열기; 사용 시에 플라스틱을 상기 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 구성된 적어도 하나의 푸셔(pusher); 및 로터에 작동 가능하게 결합된 드라이브를 포함한다.

일 실시예에서, 드라이브는 사용 시에 로터를, 외측 주변부가 대략 0.5 m/s 내지 대략 5.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전시키도록 구성된다. 바람직하게는, 드라이브는 사용 시에 로터를, 외측 주변부가 대략 1.0 m/s 내지 대략 3.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전시키도록 구성된다. 다른 실시예에서, 드라이브는 사용 시에 로터를, 대략 20 rpm 내지 대략 200 rpm(경계값 포함)의 속도로 회전시키도록 구성된다.

바람직하게는, 푸셔는 사용 시에 플라스틱을, 대략 100 KPa 내지 대략 1000 KPa(경계값 포함)의 압력에서 상기 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 구성된다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 플라스틱을 처리하기 위한 방법이 제공되며, 플라스틱을 처리하기 위한 방법은: 위에서 설명된 바와 같은 플라스틱 처리 장치를 제공하는 단계; 플라스틱 공급원료를 실질적으로 용융시키기 위해, 푸셔를 사용하여 플라스틱 공급원료를 로터의 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내는 단계; 및 실질적으로 용융된 플라스틱의 긴밀한 혼합을 수행하기 위해 용융된 플라스틱이 복수의 용융 플라스틱 도관들을 통해 로터의 중공 내부로 유동하게 하는 단계를 포함한다.

본 방법의 실시예에서, 로터는 외측 주변부가 대략 0.5 m/s 내지 대략 5.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전된다. 바람직하게는, 로터는 외측 주변부가 대략 1.0 m/s 내지 대략 3.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전된다. 본 방법의 다른 실시예에서, 로터는 대략 20 rpm 내지 대략 200 rpm(경계값 포함)의 속도로 회전된다.

바람직하게는, 플라스틱은 플라스틱이 대략 100 KPa 내지 대략 1000 KPa(경계값 포함)의 압력에서 외측 주변부와 마찰 체결되도록 로터의 상기 외측 주변부 쪽으로 밀어내어진다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 위에서 설명된 바와 같은 플라스틱 처리 장치에 의해 처리된 플라스틱이 제공된다.

본 발명의 제5 양태에 따르면, 위에서 설명된 바와 같은 방법에 의해 처리된 플라스틱이 제공된다.

본 발명의 특징들 및 장점들은 첨부 도면들과 함께 단지 예로서 제공되는 바람직한 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 분해 등각도이다;
도 2는 도 1에서 A로 표시된 슈 유지 핀(shoe retaining pin)의 상세 등각도이다;
도 3은 도 1에서 B로 표시된 로딩 도어 실린더의 상세 등각도이다;
도 4는 도 1에서 C로 표시된 로딩 도어 힌지의 상세 등각도이다;
도 5는 도 1에서 D로 표시된 와이어 인코더의 상세 등각도이다;
도 6은 접근 패널이 설치될 수 있는 도 1에서 E로 표시된 본 장치의 영역의 상세 등각도이다;
도 7은 바람직한 실시예의 드라이브 / 로터 / 푸셔 영역의 상측 부분을 나타낸 측단면도이다;
도 8은 도 7에서 F로 표시된 영역의 상세 측단면도이다;
도 9는 도 7에서 G로 표시된 영역의 상세 측단면도이다;
도 10은 도 7에서 H로 표시된 영역의 상세 측단면도이다;
도 11은 바람직한 실시예의 로터 / 푸셔 / 출구 영역의 하측 부분을 나타낸 측단면도이다; 그리고
도 12는 도 11에서 I로 표시된 영역의 상세 측단면도이다.

도 1은 PCT 공개 번호 WO 2014/186836에서 개시된 일반적인 원리들을 이용하는 플라스틱 처리 장치(1)를 나타낸다. 이 장치(1)는 잠재적으로 오염물을 포함하는 다양한 타입들의 연질 폐플라스틱을 수용하고, 예를 들어, 압출, 몰딩 등에 의해 유용한 제품으로 형성될 수 있는 용융 플라스틱 기재를 제공하기 위해 이들 플라스틱을 용융시키도록 설계된다.

장치(1)는 마찰 가열기(2)를 포함하며, 이 마찰 가열기(2) 내에 로터(3)가 이용된다. 로터(3)는 도 1, 도 7 및 도 11에서 가장 잘 나타나고, 중심축(5)을 중심으로 배치된 실질적으로 원통형 부재(4)를 포함한다. 로터(3)는 예를 들어, 연강, 스테인리스 강, 및 합금을 포함하는 금속 재료, 세라믹 또는 바람직한 강도, 마찰 및/또는 마모 속성들을 제공하는 코팅을 갖는 재료와 같은, 적합한 강도, 마찰 및 마모 속성들을 갖는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 스테인리스 강 옵션은 PVC와 같은 플라스틱 및 염소 및/또는 산을 함유하는 다른 플라스틱의 처리에 특히 적합하다.

일반적으로, 로터(3)는 중심축(5)을 중심으로 회전 대칭이고, 사용 시에, 로터(3)는 회전축이 중심축(5)과 동일 선상에 있도록 마찰 가열기(2) 내에 회전 가능하게 장착된다. 실질적으로 원통형 부재(4)는 회전하면서 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하고 이에 의해 플라스틱을 마찰 가열하도록 구성된 외측 주변부(6)를 규정한다. 사용 시에, 마찰 가열은 용융 플라스틱의 층이 외측 주변부(6)를 둘러싸게 하고, 이는 용융 플라스틱의 혼합 및 균질화를 촉진하는 것을 돕는다.

원통형 부재(4)는 로터(3)의 중공 내부(8)를 실질적으로 둘러싸는 내측 면(7)을 또한 규정한다. 내측 면(7)은 외측 주변부(6)와 동심이다. 복수의 용융 플라스틱 도관들(10)이 외측 주변부(6)와 중공 내부(8) 사이에서 연장된다. 전형적으로, 로터(3)의 외측 주변부(6) 상에 미터 높이당 배치된 용융 플라스틱 도관들의 총 수는 대략 1,000개 내지 대략 15,000개이다. 바람직한 실시예는 원통형 부재(4)를 둘러 신장되는 200 x 41의 규칙적인 어레이로 배치된 총 8200개의 용융 플라스틱 도관들(10)을 갖는다.

바람직한 실시예에서, 용융 플라스틱 도관들(10) 각각은 방사상으로 연장되고, 중심축(5)에 실질적으로 수직이다. 그러나, 다른 실시예들에서, 용융 플라스틱 도관들(10) 중 일부 또는 전부는 비스듬하게 연장된다.

사용 시에, 회전하는 외측 주변부(11)에 대한 마찰 지탱으로 인해 플라스틱이 용융되면, 용융 플라스틱은 용융 플라스틱 도관들(10)을 통해 로터(3)의 중공 내부(8)로 유동한다. 중공 내부(8) 내부에 있는 동안, 로터(3)의 회전은 용융 플라스틱의 추가 혼합 및 균질화를 촉진한다. 용융 플라스틱 도관들(10)의 단면 형상은 원하는 용융 플라스틱 유동 속성들, 예를 들어, 원형, 정사각형 또는 원추형을 가능하게 하는 임의의 형상일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 용융 플라스틱 도관들(10) 각각은 원형 단면 형상을 갖는다. 원형 용융 플라스틱 도관들(10)의 직경은 전형적으로 대략 4 mm 내지 대략 15 mm(경계값 포함)이다. 바람직한 실시예에서, 이 직경은 대략 8 mm이다. 이에 따라, 용융 플라스틱 도관들(10) 각각은 전형적으로 대략 12 mm² 내지 대략 180 mm²(경계값 포함)의 단면적을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 원형 용융 플라스틱 도관들(10) 각각의 단면적은 대략 50 mm²이다.

용융 플라스틱 도관들(10) 각각이 과도하게 작은 단면적을 갖는다면, 이는 용융 플라스틱 도관들(10)을 통해 유동하기 전에 용융 플라스틱의 과열을 초래할 수 있을 것이다. 과도하게 작은 단면적을 갖는 용융 플라스틱 도관들(10)과 잠재적으로 연관된 다른 불리한 면은 플라스틱이 바람직하지 않게 높은 압력에서 로터(3)의 외측 주변부(6)에 맞닿아 지탱하도록 힘을 받을 것이 요구될 것이라는 것이다.

용융 플라스틱 도관들(10) 각각이 과도하게 큰 단면적을 갖는다면, 이는 도관들(10)을 통해 더 차갑고 더 점성인 용융 플라스틱이 유동하게 할 수 있을 것이며, 이는 용융 플라스틱의 혼합 및 균질화를 저해할 것이다.

용융 플라스틱 도관들(11)에 의해 얻어지는 유동 속성들에 영향을 주는 또 다른 인자는 플라스틱이 맞닿아 지탱하는 로터(3)의 외측 주변부(6)의 총 표면적에 대한 총 도관 표면적(즉, 도관들(10) 각각의 표면적들을 더함으로써 계산된 바와 같음)의 비율이다. 전형적으로, 이 비율은 대략 1% 내지 대략 30%이다. 1% 미만의 비율은 도관들(10)을 통과하기 전에 플라스틱이 너무 뜨거워지게 할 수 있을 것이며, 이는 비효율적이다. 또한, 이러한 낮은 비율은 장치(1)의 전체 플라스틱 처리 속도를 과도하게 낮출 수 있을 것이다. 30% 초과의 비율은 플라스틱이 과도하게 낮은 온도에서 도관들(10)을 통과하게 할 수 있을 것이며, 이는 용융 플라스틱의 혼합 및 균질화를 저해할 것이다. 바람직한 실시예에서, 이 비율은 대략 10%이다.

로터(3)가 만들어진 재료의 속성들에 따라, 외측 주변부(6)와 내측 면(7) 사이의 두께는 전형적으로 대략 3 mm 내지 대략 20 mm이고(경계값 포함), 바람직한 실시예에서 이 두께는 대략 12 mm이다. 이 두께가 대략 3 mm 미만이라면, 외측 주변부(6)는 장치(1)의 작동 중에 플라스틱이 이에 맞닿아 지탱하는 압력을 견디기에 충분히 강하지 않을 것이다. 그러나, 이 두께가 대략 20 mm를 초과한다면, 로터(3)는 과도하게 무겁고 제조 비용이 많이 들며 적합한 열 전도 속성들을 제공하지 못할 것이다.

바람직한 실시예의 로터(3)의 외측 주변부(6)는 1060 mm의 직경을 갖는다. 본 발명자들은 장치(1)의 작동 중에 그렇지 않다면 발생할 수 있는 다양한 문제들의 균형을 잡기 위해 로터(3)의 크기 설정이 신중하게 선택되어야 한다는 것을 인식하였다. 예를 들어, 마찰 가열기(2)가 상업상 용인가능한 용융 속도를 얻기에 충분한 열을 전달하기 위해, 플라스틱이 맞닿아 지탱하는 로터(3)의 외측 주변부(6)는 용융되지 않은 플라스틱에 대해 0.5 m/s를 초과하는 속도(이하 "면 속도"로 지칭됨)로 이동해야 한다. 이러한 고려사항은 로터(3)의 외측 주변부(6)의 직경에 대한 대략 0.2 m의 하한을 지시하는데, 이는 전형적인 작동 회전 속도에서, 더 작은 직경이 부적절한 면 속도를 낼 것이기 때문이다. 그러나, 과도하게 높은 면 속도 또한 바람직하지 않은데, 이는 마찰 열이 너무 빨리 발생할 것이고 그렇지 않다면 점성 용융 플라스틱에 의해 둘러싸이고 운반되었을 모래 및 먼지 입자와 같은 오염물이 로터(3) 쪽으로 힘을 받는 고형의 용융되지 않은 플라스틱과 외측 주변부(6) 사이에 잠재적으로 가교될 수 있기 때문이다. 이러한 가교는 로터(3)에 부식 및 손상을 초래할 잠재성을 갖는다. 이상적으로, 외측 주변부(6)를 둘러싸는 용융 플라스틱의 층은 로터(3)에 대한 물리적 손상을 최소화하고 잠재적으로 제거하기에 충분한 깊이로 유지되어야 한다. 이에 따라, 면 속도는 대략 5.0 m/s를 초과하지 않아야 한다. 이러한 고려사항은 로터(3)의 외측 주변부(6)의 직경에 대한 대략 2.0 m의 상한에 유리하게 완화되는데, 이는 전형적인 작동 회전 속도에서, 더 큰 직경이 과도하게 높은 면 속도를 낼 것이기 때문이다. 큰 로터(3)를 매우 낮은 회전 속도로 회전시킴으로써, 보통과 달리 큰 로터 직경에도 불구하고, 더 낮은 면 속도를 내는 것이 가능할 것이다. 그러나, 본 발명자들은 느린 회전이 용융 플라스틱의 충분한 혼합 및 균질화를 촉진하지 못할 것이기 때문에 이것이 바람직하지 않다는 것을 인식하였다. 이에 따라, 이는 외측 주변부(6)의 직경에 대해 대략 2.0 m의 상한에 유리하게 완화되는 또 다른 고려사항이다. 바람직한 실시예의 작동 중에 전형적으로 사용되는 면 속도는 대략 2.6 m/s이다.

로터(3)의 중공 내부(8)는 출구(11)와 유체 연통하며, 중공 테이퍼 섹션(12)은 원통형 부재(4)와 출구(11) 중간에 배치된다. 사용 시에, 용융 플라스틱은 중력 하에서 내측 면(7) 아래로, 중공 테이퍼 섹션(12)을 통해 출구(11) 밖으로 유동하여, 로터(3)를 빠져나간다. 일부 실시예들에서, 몰딩 또는 압출 장비와 같은 추가의 플라스틱 처리 기계가 용융 플라스틱을 수용하고 추가 처리하기 위해 출구(11) 밑에 배치된다.

세라믹 가열 요소(13)가 출구(11)에 인접한 중공 테이퍼 섹션(12)의 외부 표면에 인접하여 배치된다. 이 가열 요소(13)는 로터(3)의 하단부를 대략 200°C 내지 220°C로 가열하며, 이는 장치(1)의 저온 시동(cold starting) 중에 플라스틱 유동을 촉진하는 것을 돕는다. 또한, 가열 요소(13)는 예를 들어, 전원 고장으로 인해, 장치(1)의 작동이 예상치 못하게 중단되는 경우에 유리하다. 이러한 중단이 충분히 오래 지속된다면, 플라스틱은 로터(3)의 하단부 내에서 응고될 수 있을 것이다. 이는 도관들(10) 중 일부의 차단 및 출구(11)의 차단을 잠재적으로 야기할 수 있다. 전원이 복구되면, 가열 요소(13)는 장치(1)의 작동이 재시작될 수 있도록 플라스틱을 재용융시키도록 사용된다.

도 1에서 가장 잘 나타난 바와 같이, 장치(1)는 플라스틱 공급원료를 외측 주변부(6)와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 구성된 푸셔들의 쌍(14)을 포함한다. 푸셔들(14) 각각은 플라스틱 공급원료 베일이 챔버(15) 내에 위치되게 하도록 개방 위치들로 상향 회전될 수 있는 힌지 배열체들(35)(도 4에서 가장 잘 나타난 바와 같음)을 통해 힌지식으로 부착된 로딩 도어들의 쌍(16)을 갖는 챔버(15)를 포함한다. 도어 실린더들(34)(도 3에서 가장 잘 나타난 바와 같음)이 로딩 도어들(16)을 자동으로 개폐하도록 구성된다.

푸셔들(14) 각각은 챔버(15) 내에 견고하게 끼워 맞춰지도록 크기 설정된 슈(17)를 포함한다. 로터(3)를 향하는 슈(17)의 측은 로터(3)의 외측 주변부(6)의 곡률과 실질적으로 부합하는 곡률을 갖는다. 슈(17)의 반대측은 슈 유지 핀(33)(도 2 및 도 10에서 가장 잘 나타난 바와 같음)을 통해 유압 램들의 쌍(18)의 근위 단부들에 연결된다. 유압 램들(18)은 챔버(15)의 원위 단부에서 슈(17)와 벽(19) 사이에서 연장된다. 유압 램들(18)의 원위 단부들은 벽(19)에 단단하게 고정된다. 이에 따라, 챔버(15) 내에서 슈(17)를 변위시키는 것이 요구될 때, 유압 램들(18)은 슈(17)를 로터(3) 쪽으로 변위시키도록 연장되거나 슈(17)를 로터(3)로부터 멀리 변위시키도록 후퇴될 수 있다.

서비스 접근 도어들의 쌍(27)이 로터(3)에 인접한 챔버들(15)의 양측 상에 각각 배치된다. 서비스 접근 도어들(27)은 파스너들(36)(도 6에서 가장 잘 나타난 바와 같음)을 사용하여 챔버(15)에 고정될 수 있다. 서비스 접근 도어들(27)의 제거는 작업자가 정기 서비스, 유지보수 및 수리를 위해 로터(3) 및 그 주변에 접근하거나, 또는 장치(1)의 작동의 통상적인 과정에서 처리될 수 없는 오염체를 제거할 수 있게 한다.

와이어 인코더들의 쌍(26)(도 5에서 가장 잘 나타난 바와 같음)이 브래킷들(39)을 통해 두 개의 챔버들(15)의 원위 단부들에 각각 배치된다. 이들 와이어 인코더들(26)은 슈들(17)의 위치와 상관되는 램들(18)의 위치를 추적한다. 이러한 정보는 제어기로 발신되며, 이는 제어기가 슈들 각각의 위치 및/또는 속도를 모니터링할 수 있게 한다. 이는 제어기가, 슈들이 너무 빠르게 이동하는지(이는 안전 시사점을 가질 수 있음) 또는 너무 느리게 이동하는지(오염물이 용융되지 않고 이에 의해 외측 주변부(6) 쪽으로의 플라스틱의 진행을 방해할 수 있음)를 결정할 수 있게 한다.

사용 시에, 네 개의 램들(18)은 먼저, 두 개의 슈들(17)이 두 개의 챔버들(15)의 각 원위 단부들에 각각 위치되도록(즉, 슈들이 벽들(19)에 인접하게 위치되도록), 완전히 후퇴된다. 그 후, 로딩 도어들(16)이 개방되고, 플라스틱 베일이 챔버들(15) 각각 내로 위치된다. 그 후, 로딩 도어들(16)이 폐쇄되고, 챔버(15) 내의 플라스틱이 처리를 위해 준비된다.

장치(1)는 로터(3)에 작동 가능하게 결합된 드라이브(20)를 포함한다. 보다 구체적으로, 드라이브는 모터(21)를 포함하며, 바람직한 실시예에서 이 모터(21)는 TECO AUSTRALIA & New Zealand에서 시판되는 TECO 315 MC Motor이다. 모터(21)는 기어 유닛(22)에 결합되며, 이 기어 유닛(22)은 차례로 상단 베어링 하우징 어셈블리(23)에 결합된다. 드라이브 샤프트(24)가 로터(3)의 상단부 상에 축방향으로 배치되고, 이 샤프트는 상단 베어링 하우징 어셈블리(23)를 통해 연장되고 슬롯(38) 및 대응 샤프트 키(25)를 통해 기어 유닛(22) 내로 키잉된다(keyed). 이러한 방식으로, 모터(21)에 의해 발생된 토크가 로터(3)를 회전시키기 위해 기어 유닛(22)을 통해 전달된다. 가변 주파수 드라이브의 형태의 제어 유닛은 사용 시에 로터(3)를, 외측 주변부(6)가 대략 0.5 m/s 내지 대략 5.0 m/s(경계값 포함)의 면 속도를 갖도록 회전시키도록 드라이브(20)를 구성한다. 로터(3)의 외측 주변부(6)의 직경에 따라, 이는 전형적으로 대략 20 rpm 내지 대략 200 rpm(경계값 포함)의 로터 회전 속도와 상관된다. 바람직한 실시예에서 전형적으로 사용되는 로터 회전 속도는 대략 35 rpm 내지 50 rpm(경계값 포함)이다.

로터(3)는 장치(1) 내에서 로터의 회전을 가능하게 하는 베어링들 상에 장착된다. 베어링(37)(도 7, 도 9 및 도 11에서 가장 잘 나타난 바와 같음)은 상단 베어링 하우징 어셈블리(23) 및 하단 베어링 하우징 어셈블리(28) 내에 하우징된다. 또한, 상측 밀봉 링(29) 및 상측 마모 링(30)(도 8에서 가장 잘 나타난 바와 같음)이 하측 밀봉 링(31) 및 하측 마모 링(32)(도 12에서 가장 잘 나타난 바와 같음)과 함께, 장치(1) 내에서 로터(3)를 밀봉하고 위치시키는 것을 돕기 위해 사용된다. 상측 및 하측 밀봉 링들(29 및 31)은 청동이고, Fuchs에서 시판되는 RENOLIT CXS GSM D 그리스(grease)와 같은 고압 및 마모 방지 용도에 적합한 내구성이 강한 그리스로 그리싱된다.

로터(3)가 원하는 작동 회전 속도로 회전하면, 푸셔는 대략 100 KPa 내지 대략 1000 KPa(경계값 포함)의 압력(즉, 대략 14.5 psi 내지 대략 145 psi(경계값 포함)의 압력)에서 플라스틱 공급원료를 외측 주변부(6)와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 사용된다. 바람직한 실시예에서 이용되는 전형적인 압력은 대략 200 KPa 내지 400 KPa이다. 이러한 압력은 램들(18) 내에 제공되는 압력 센서들을 통해 푸셔(14)의 램들(18) 내의 압력을 모니터링함으로써 간접적으로 모니터링되며, 이 압력 센서들은 램 압력을 제어기로 전달한다. 이러한 램 압력은 플라스틱 공급원료가 로터(3)의 외측 주변부(6)와의 마찰 체결 상태로 밀어내어지는 압력에 비례한다. 다르게 말하면, 램 압력은 램들(18)의 단면 크기 대 슈(17)의 단면 크기의 비를 고려하여 플라스틱을 로터(3) 상으로 밀어내는 압력과 상관될 수 있다.

외측 주변부(6)에서의 마찰 및 압력은 플라스틱이 용융되게 한 다음 용융 플라스틱 도관들(10)을 통해 로터(3)의 중공 내부(8) 내로 이동하게 한다. 이것이 발생함에 따라, 램들(18)은 슈들(17) 상에 압력을 계속해서 가하며, 이 슈들(17)은 차례로 플라스틱 베일 각각을 더 외측 주변부(6) 쪽으로 서서히 진행하게 힘을 가한다. 용융 플라스틱이 고형 플라스틱과 외측 주변부(6) 사이의 계면에 있는 동안, 그리고 용융 플라스틱이 중공 내부(8) 내에 있는 동안, 용융 플라스틱의 긴밀한 혼합이 발생하며, 이는 장치(1)가 용인가능하게 균질한 플라스틱 출력물을 내는 것을 돕는다.

와이어 인코더(26)가, 각 슈(17)가 외측 주변부(6)에 충분히 가깝게 위치된다는 것을 제어기에 보고하면, 제어기는 램들(18)이 슈(17)를 후퇴하게 하여, 새로운 플라스틱 베일의 챔버(15) 내로의 재로딩을 가능하게 한다. 바람직하게는, 두 개의 챔버들(15)은 하나의 챔버(15) 내의 플라스틱 공급원료가 처리되게 하면서, 새로운 플라스틱 공급원료 베일이 다른 챔버(15) 내로 로딩되도록 서로 위상이 다르게 작동된다.

플라스틱 처리 장치(1)의 출구(11)로부터 빠져나오는 용융 플라스틱은 플라스틱 빔 등과 같은 유용한 재료를 형성하기 위해, 몰딩, 압출 등과 같은 추가 처리를 거칠 수 있다. 다른 실시예들에서, 플라스틱 처리 장치(1)의 출구(11)로부터 빠져나오는 플라스틱은 복합 재료를 형성하기 위해 다른 재료 상에 코팅될 수 있다.

다수의 바람직한 실시예들이 설명되었지만, 광범위하게 설명된 바와 같은 본 발명의 사상 또는 범주로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대해 다수의 변형 및/또는 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에 의해 인식될 것이다. 따라서, 본 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 제한적인 것으로 고려되어서는 안 된다.

Claims

마찰 가열기 내에 사용하기 위한 로터로서,
중심축을 중심으로 배치된 실질적으로 원통형 부재 ― 상기 실질적으로 원통형 부재는 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 외측 주변부를 규정하며, 상기 실질적으로 원통형 부재는 중공 내부를 또한 규정함 ―;
상기 외측 주변부와 상기 중공 내부 사이에서 연장되는 복수의 용융 플라스틱 도관들; 및
출구와 유체 연통하는 상기 중공 내부를 포함하며,
상기 외측 주변부는 대략 0.2 m 내지 대략 2.0 m(경계값 포함)의 직경을 갖는 것인, 로터.
제1항에 있어서, 상기 외측 주변부는 대략 0.3 m 내지 대략 1.5 m(경계값 포함)의 직경을 갖는 것인, 로터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원통형 부재는 상기 중공 내부를 실질적으로 둘러싸는 내측 면을 규정하며, 상기 내측 면은 상기 외측 주변부와 동심(concentric)이고, 상기 외측 주변부와 상기 내측 면 사이의 두께가 대략 3 mm 내지 대략 20 mm(경계값 포함)인 것인, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 플라스틱 도관들 각각은 대략 12 mm² 내지 대략 180 mm²(경계값 포함)의 단면적을 갖는 것인, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 플라스틱 도관들 각각은 대략 4 mm 내지 대략 15 mm(경계값 포함)의 직경을 갖는 원형 단면 형상을 갖는 것인, 로터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가열 요소가 상기 출구에 인접하여 배치되는 것인, 로터.
제6항에 있어서, 중공 테이퍼 섹션이 상기 원통형 부재와 상기 출구 중간에 배치되고, 상기 가열 요소는 상기 중공 테이퍼 섹션의 외부 표면 상에 또는 외부 표면에 인접하여 배치되는 것인, 로터.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 플라스틱 도관들의 총 표면적이, 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 상기 외측 주변부의 총 표면적의 대략 1% 내지 대략 30%를 포함하는 것인, 로터.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 미터당 대략 1,000개 내지 대략 15,000개의 용융 플라스틱 도관들이, 사용 시에 플라스틱에 맞닿아 지탱하도록 구성된 상기 외측 주변부 상에 배치되는 것인, 로터.
플라스틱 처리 장치로서,
로터의 회전축이 중심축과 동일 선상에 있도록(co-extensive) 내부에 회전 가능하게 배치된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 상기 로터를 갖는 마찰 가열기;
사용 시에 플라스틱을 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 구성된 적어도 하나의 푸셔(pusher); 및
상기 로터에 작동 가능하게 결합된 드라이브를 포함하는, 플라스틱 처리 장치.
제10항에 있어서, 상기 드라이브는 사용 시에 상기 로터를, 상기 외측 주변부가 대략 0.5 m/s 내지 대략 5.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전시키도록 구성된 것인, 플라스틱 처리 장치.
제10항에 있어서, 상기 드라이브는 사용 시에 상기 로터를, 상기 외측 주변부가 대략 1.0 m/s 내지 대략 3.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전시키도록 구성된 것인, 플라스틱 처리 장치.
제10항에 있어서, 상기 드라이브는 사용 시에 상기 로터를, 대략 20 rpm 내지 대략 200 rpm(경계값 포함)의 속도로 회전시키도록 구성된 것인, 플라스틱 처리 장치.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 푸셔는 사용 시에 플라스틱을, 대략 100 KPa 내지 대략 1000 KPa(경계값 포함)의 압력에서 상기 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내도록 구성된 것인, 플라스틱 처리 장치.
플라스틱을 처리하기 위한 방법으로서,
제10항에서 정의된 바와 같은 플라스틱 처리 장치를 제공하는 단계;
플라스틱 공급원료를 실질적으로 용융시키기 위해, 푸셔를 사용하여 상기 플라스틱 공급원료를 로터의 외측 주변부와의 마찰 체결 상태로 밀어내는 단계; 및
실질적으로 용융된 플라스틱의 긴밀한 혼합을 수행하기 위해 상기 용융된 플라스틱이 복수의 용융 플라스틱 도관들을 통해 상기 로터의 중공 내부로 유동하게 하는 단계를 포함하는, 방법.
제15항에 있어서, 상기 로터는 상기 외측 주변부가 대략 0.5 m/s 내지 대략 5.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전되는 것인, 방법.
제15항에 있어서, 상기 로터는 상기 외측 주변부가 대략 1.0 m/s 내지 대략 3.0 m/s(경계값 포함)의 속도를 갖도록 회전되는 것인, 방법.
제15항에 있어서, 상기 로터는 대략 20 rpm 내지 대략 200 rpm(경계값 포함)의 속도로 회전되는 것인, 방법.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱이 대략 100 KPa 내지 대략 1000 KPa(경계값 포함)의 압력에서 상기 외측 주변부와 마찰 체결되도록 상기 플라스틱을 상기 로터의 상기 외측 주변부 쪽으로 밀어내는 단계를 더 포함하는, 방법.
제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 플라스틱 처리 장치에 의해 처리된 플라스틱.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 처리된 플라스틱.