KR100348118B1 - 오리피스를통한액체의유량을증가시키는방법및장치 - Google Patents

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리 커비 제임슨
라말 히스 깁슨
버너드 코헨
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

본 발명은 초음파 에너지를 가압된 액체에 가함으로서 가압된 액체의 유량을 오리피스을 통해서 증가시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 장치(100)는 가압된 액체를 수용하도록 만들어진 챔버(104) 및 초음파 에너지(116)를 가압된 액체의 일부에 가하기 위한 수단을 형성하는 다이 하우징(102)을 포함한다. 상기 다이 하우징(102)은 또한 상기 챔버에 가압된 액체를 공급하도록 만들어진 입구(110), 및 다이 팁(136)에 의해서 형성된 출구 오리피스(112)을 포함한다. 상기 출구 오리피스(112)은 가압된 액체를 상기 챔버(104)로부터 수용하도록 제작되며 상기 액체를 다이 하우징(102) 외부로 통과시킨다. 초음파 에너지(116)를 가하기 위한 수단이 여기되면, 다이 팁(136)에 초음파 에너지를 가하지 않고 상기 초음파 에너지를 가압된 액체에 적용한다. 본 방법은 가압된 액체를 전술한 장치(100)에 적용하고, 상기 출구 오리피스(112)이 가압된 액체를 상기 챔버로부터 수용하는 동안 초음파 에너지를 다이 팁가 아니라 가압된 액체에 적용하며, 상기 가압된 액체를 다이 팁(136) 출구 오리피스(112) 외부로 통과시키는 단계를 포함한다.

Description

오리피스를 통한 액체의 유량을 증가시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INCREASING THE FLOW RATE OF A LIQUID THROUGH AN ORIFICE}
예를 들어 섬유 및 부직 웨브를 형성하기 위한 열가소성 중합체와 같은 액체의 압출은 복수의 용융된 쓰레드라인(threadline)을 형성하기 위해 복수의 오리피스를 통해 용융 중합체를 가압하는 단계와, 용융된 쓰레드라인을 필라멘트 또는 섬유를 형성하고 이들을 감소시키도록 지향된 유체, 통상적으로 공기와 접촉시키는 단계를 일반적으로 포함한다. 감소된 필라멘트, 또는 섬유는 그후 부직 웨브를 형성하도록 한 표면에 무작위로 부착된다.
부직 웨브의 준비에 사용되는 널리 사용되고 공지된 공정으로 용융취입(meltblowing), 공동성형(coforming), 스펀번딩(spunbunding)이 있다.
용융취입 공정은 페리 제알.(Perry, Jr.)에게 허여된 특허 제3,016,599호와, 프렌티스(Prentice)에게 허여된 제3,704,198호와, 켈러 등(Keller et al.,)에게 허여된 3,755,527호와, 부틴 등(Butin et al,.)에게 허여된 제3,849,241호 및 제3,978,185호와, 위스네스키 등(Wisneski et al.)에게 허여된 제4,663,220호가 잇다. 또한 산업 및 공업 화학(Industrial and Engineering Chemistry) 제48권 제8호 1342 내지 1346 페이지에 기재된 브이. 에이. 웬트(V. A. Wente)의 "초미세 열가소성 섬유(Superfine Thermoplastic Fibers)"와, 미국 통상부 기술 용역청(United States Department of Commerce, Office of Technical Services)의 1954년 5월 25일자의 워싱턴 디.시. 해군 연구소 NRL 보고서 4364(111437)에 실린 브이. 에이. 웬트 등의 "초미세 유기 섬유의 제조(Manufacture of Superfine Organic Fibers)"와, 펄프 및 종이 산업의 기술 연합지(Journal of the Technical Associated of the Pulp and Paper Industry)의 제56권 제4호 74 내지 77페이지(1973)에 실린 로버트 알. 부틴(Robert R. Butin) 및 드와이트 티. 로캄프(Dwight T. Lohkamp)의 "용융 취입 - 새로운 부직 제품을 위한 일단계 웨브 공정(Journal of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry)"을 참조하라.
공동 성형 문헌(즉 섬유 또는 입자들이 성형시 용융취입된 섬유들과 혼합되는 용융취입 공정을 개시하는 문헌)은 앤더슨(Anderson) 등에게 허여된 미국 특허 제4,100,324호와, 하우저(Hauser)에게 허여된 제4,118,531호가 있다.
마지막으로 스펀본딩 문헌은 많은 가운데서, 킨니(Kinney)에게 허여된 미국 특허 제3,341,394호와, 도쉬너(Dorschner) 등에게 허여된 제3,655,862호 및 제3,692,618호와, 도보(Dobo) 등에게 허여된 제3,705,068호와, 마쯔키(Matsuki) 등에게 허여된 제3,802,817호와, 포르테(Porte)에게 허여된 제3,853,651호와, 아끼야마(Akiyama) 등에게 허여된 제4,064,605호와, 하몬(Harmon)에게 허여된 제4,091,140호와, 슈바르쯔(Schwartz)에게 허여된 제4,100,319호와, 아펠(Appel)및 모르만(Morman)에게 허여된 제4,405,297호와, 하르트만(Hartman)등에게 허여된 제4,434,204호와, 그라이저(Greiser) 및 와그너(Wagner)에게 허여된 제4,627,811호와, 포웰즈(Fowells)에게 허여된 제5,644,045호가 있다.
용융 압출 공정에서 흔히 부딪히는 문제들중 예를 들면, 중합체의 열에의한 열화와, 압출 다이의 막힘과, 섬유 직경, 처리량, 생산률 또는 라인 속도의 제한이 있다. 섬유 직경은 감소되는 유체의 온도 및 속도가 중요한 영향을 갖기는 하지만, 일반적으로 중합체가 압출되는 오리피스의 직경의 함수이다. 어떤 응용에서는 약 10 미크론 이하의 섬유 직경이 요구된다. 처리량은 주로 중합체의 용융 유량의 함수이고, 반면 생산률은 주로 처리량에 의존한다. 다시 말하면, 처리량 및 생산률은 일반적으로 압출되는 용융 중합체의 점성에 의존한다. 전술한 문제들은 주로 요구되는 처리량 및/또는 생산률을 얻기 위해 용융 점성을 조작하는 노력으로부터 발생한다. 따라서 향상된 용융 점성 제어에 기초하여 용융 압출 공정을 개선할 수 있는 기회가 있다.
본 발명은 오리피스를 통한 액체의 유량의 수정에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 의한 장치에 관한 일 실시예의 도식적 단면도이다.
도2 및 도3은 섬유가 그 속에 기포를 함유한 본 발명에 의한 방법에 관한 일 실시예에 따라 제조된 섬유의 광현미경 사진이다.
도4 내지 도8은 2개의 상이한 동력 수준으로 초음파 에너지를 인가한 경우와 인가하지 않은 경우에 대해 다양한 온도에서 오리피스를 통과하는 중합체 유량의선도이다.
본 발명은 가압된 유체의 일부분에 초음파 에너지를 인가함으로써 오리피스를 통한 가압 유체의 유량을 증가시키는 방법과 장치를 제공함에 의해 전술한 문제들중 일부를 해결한다.
본 발명의 장치는 가압 유체를 수용하게 되어 있는 챔버를 한정하는 다이 하우징과, 초음파 에너지를 가압 유체에 인가하는 수단을 포함한다. 다이 하우징은 가압 유체를 수용하게 되어있는 챔버와, 챔버에 가압 유체를 공급하게 되어있는 유입구와, 다이 팁의 벽에 의해 한정되고 챔버로부터 가압 유체를 수용하게 되어있으며 액체를 다이 하우징 밖으로 보내게 되어있는 하나의 출구 오리피스(또는 복수의 출구 오리피스)를 포함한다. 일반적으로 초음파 에너지를 인가하는 수단은 챔버내에 위치한다. 예를 들어 초음파 에너지를 인가하는 수단은 침지된 초음파 혼이 될 수 있다. 본 발명에 의하면 초음파 에너지를 인가하는 수단은 다이 팁에는 초음파 에너지가 인가되지 않는 방식으로(즉 다이 팁의 벽이 출구 오리피스를 한정한다.) 챔버내에 위치한다.
본 발명의 한 실시예에서, 다이 하우징은 제1 단부와 제2 단부를 가질 수 있다. 다이 하우징의 한 단부는 챔버로부터 가압 유체를 수용하고 가압 유체를 제1 축을 따라 이동시키게 되어있는 출구 오리피스를 한정하는 벽들을 갖는 다이 팁을 형성한다. 초음파 에너지를 가압 유체의 일부분에 인가하는 수단은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 초음파 혼이다. 혼은 초음파 에너지의 여기(excitation)에 의해 노드(node)를 갖도록 되어있고 종방향 기계적 여기 축을 갖는다. 혼은 그 제1 단부가 다이 하우징의 외측에 위치하고 제2 단부가 챔버내에서 다이 하우징의 내측에 위치하며, 출구 오리피스에 근접하는 방식으로 다이 하우징의 제2 단부내에 위치된다.
초음파 혼의 종방향 여기 축은 바람직하게는 제1 축과 대체로 평행하다. 더욱이 혼의 제2 단부는 바람직하게는 다이 하우징의 모든 출구 오리피스들을 포괄하는 최소 면적과 대략 같거나 그 이상의 단면적을 갖는다. 초음파 에너지의 여기에 의해 초음파 혼은 (다이 하우징에 의해 한정된) 챔버내의 가압 유체에는 초음파 에너지를 인가하나, 출구 오리피스를 한정하는 벽들을 갖는 다이 팁에는 인가하지 않도록 되어있다.
본 발명은 혼의 제1 단부에 결합된 진동기 수단을 갖는 초음파 혼을 사용한다. 진동기 수단으로서는 압전 변환기 또는 자기변형 변환기가 사용될 수 있다. 변환기는 혼에 직접 또는 신장된 도파관에 의해 결합될 수 있다. 신장된 도파관은 1:1 또는 1.5:1의 비가 많은 응용의 경우 일반적이지만 임의의 필요한 입력 대 출력 기계적 여기 비율을 가질 수 있다. 초음파 에너지는 통상적으로 약 15 내지 200 kHz의 주파수를 갖으나, 다른 주파수도 가능하다.
본 발명의 한 양태에서 출구 오리피스는 약 0.1 inch(2.54 mm)이하의 직경을 갖을 수 있다. 예를 들어 출구 오리피스는 약 0.0001 내지 0.1 inch (0.00254 내지 2.54 mm)의 직경을 갖을 수 있다. 다른 예로서 출구 오리피스는 약 0.001 내지 0.01 inch (0.0254 내지 0.254 mm)의 직경을 가질 수 있다.
본 발명에 의하면, 출구 오리피스는 단일 출구 오리피스 또는 복수의 출구 오리피스가 될 수 있다. 출구 오리피스는 출구 모세관을 갖을 수 있다. 출구 모세관은 약 4:1 내지 10:1의 길이 대 직경비(L/D 비)를 갖을 수 있다. 물론 출구 모세관은 4:1 보다 작거나 10:1보다 큰 L/D 비를 갖을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 출구 오리피스는 자정 기능을 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서 장치는 가압 다성분 액체를 유화하게 할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 장치는 액체의 분무를 형성하게 할 수 있다. 예를 들어 장치는 액체의 원자화된(atomized) 분무를 형성하게 할 수 있다. 대안으로서 및/또는 부가적으로장치는 균일한 원추형의 액체 분무를 생성하게 될 수 있다. 본 발명의 또다른 실시예에서, 장치는 가압 유체를 캐비테이션 발생하게 될 수 있다.
본 발명은 오리피스를 통한 가압 유체의 유량을 증가시키는 방법을 포함한다. 상기 방법은 가압 액체를 전술한 장치에 공급하는 단계와, 출구 오리피스가 챔버로부터의 가압 유체를 수용하는 동안 (다이 팁에 초음파 에너지를 공급하지 않고) 초음파 에너지로 초음파 에너지 인가 수단을 여기시키는 단계와, 가압 유체를 다이 팁의 출구 오리피스 밖으로 이동시키는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면, 가압 유체의 유량은 초음파 에너지에 의한 여기없이 동일한 출구 오리피스를 통한 동일한 다이 하우징으로부터의 동일한 가압 유체의 유량보다 적어도 약 25 % 큰 값을 갖을 수 있다. 예를 들어 가압 유체의 유량은 적어도 약 75% 크다. 다른 예로서, 가압 유체의 유량은 적어도 약 200% 크다.
일반적으로 가압 유체의 유량의 증가는 가압 액체의 온도의 현저한 상승 및/또는 가압 유체의 공급 압력의 현저한 상승 없이 얻어질 수 있다.
본 발명에 의한 방법에서, 출구 오리피스가 챔버로부터의 가압 유체를 수용하는 동안 초음파 에너지로 초음파 에너지 인가 수단을 여기하는 단계(즉 초음파 혼을 여기하는 단계)와, 액체를 다이 팁내의 출구 오리피스 밖으로 이동시키는 단계는 출구 오리피스를 자동 세척하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 방법에서 출구 오리피스가 챔버로부터의 가압 유체를 수용하는 동안 초음파 에너지로 초음파 에너지 인가 수단을 여기하는 단계는 가압 다성분 액체를 유화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 방법에서, 액체를 다이 팁내의 출구 오리피스 밖으로 이동시키는 단계는 액체의 미세화된 분무 및 균일한 원추형 액체 분무를 포함하나, 그에 제한되지는 않은 액체 분무를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명에 의한 방법에서, 출구 오리피스가 챔버로부터의 가압 유체를 수용하는 동안 초음파 에너지로 초음파 에너지 인가 수단을 여기하는 단계와, 다이 팁내의 출구 오리피스 밖으로 액체를 이동시키는 단계는 가압 유체의 캐비테이션 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 방법과 장치는 가압 유체로 오리피스 밖으로 이동되는 아주 다양한 응용 분야를 갖는다. 예를 들어 본 발명의 장치 및 방법은 액체 연료 연소기를 위한 연료 분사기에 사용될 수 있다. 예시적인 연소기는 보일러, 가마(kiln), 산업 및 가정용 노(furnace), 소각로를 포함하나 그에 제한되지는 않는다. 본 발명의 장치 및 방법은 비연속 유동 내연기관 (예를 들어 왕복 피스톤 가솔린 및 디젤 엔진)용 연료 분사기에 사용될 수 있다. 본 발명에 의한 장치 및 방법은 또한 연속 유동 엔진(스터링 사이클 열기관 및 가스 터빈 기관))용 연료 분사기에 사용될 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 액체 연료 첨가제 및 오염물 뿐만 아니라 다성분 액체 연료를 유화하는 데에 사용될 수도 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 자동차, 건축, 산업, 농업 및 로보트업계 뿐만 아니라 이로 제한되지 않는 다양한 세팅으로 개방 및 밀폐 회로식 유압 시스템에 유동 제어를 제공하는 데에 또한 사용될 수도 있다.
본 발명에 의한 장치 및 방법은 예컨대 초음파로 제어되는 열 팽창 밸브와 같은 장비를 이용함으로써 액체 냉매의 상변화율을 제어하는 데에 사용될 수도 있다는 것을 또한 알 수 있다. 본 발명에 의한 상기 장치 및 방법은 특히 상하기 쉬운 음식물과 같은 다양한 음식물용의 용기 충전 작용 및 내용물 전달에 있어서 장점을 제공한다.
본 발명에 의한 장치 및 방법은 일정 정도의 분무액 제어를 수행함으로써 액적 크기에 대한 특성, 액적 크기의 균일성, 분무액 패턴의 형태 및/또는 분무액 밀도의 균일성 뿐만 아니라 이로 제한되지 않는 분무 작동에 있어서 장점을 또한 제공할 수 있다.
본 발명은 액체 연료를 내연기관으로 분사하기 위한 초음파 연료 분사 장치를 포함한다. 상기 장치는 가압된 액체 연료를 수납하도록 설계된 챔버를 형성하는 금형 하우징과 상기 연료의 일정 부분에 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단을 구비한다. 상기 금형 하우징은 가압된 액체 연료를 수납하도록 설계된 챔버와, 상기 챔버를 가압 액체 연료로 충전하도록 설계된 입구와, 상기 챔버로부터 가압 액체 연료를 수납하여 상기 액체 연료를 금형 하우징으로 통과시키도록 설계되고 금형 팁의 벽에 의해 형성된 하나의 (또는 다수의) 출구 오리피스를 구비한다. 초음파 에너지를 인가하기 위한 상기 수단은 상기 챔버 내에 위치되고, 예컨대 담겨진 초음파 혼일 수도 있다. 본 발명에 의하면, 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단은 어떠한 초음파 에너지도 상기 금형 팁(즉, 출구 오리피스를 형성하는 금형 팁의 벽)에 인가되지 않도록 상기 챔버 내에 위치된다.
초음파 연료 분사 장치의 일 실시예에 있어서, 금형 하우징은 제1 단부 및 제2 단부를 구비할 수도 있으며, 출구 오리피스는 상기 챔버로부터 가압된 액체 연료를 수납하여 이를 제1 축을 따라 통과시키도록 설계된다. 초음파 에너지를 가압된 액체 연료의 일부분에 인가하기 위한 수단은 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 초음파 혼이다. 초음파 에너지에 의해 가진될 때, 상기 혼은 노드와 종방향의 기계적 여기 축을 갖도록 설계된다. 상기 혼은 혼의 제1 단부가 상기 챔버 내에서 금형 하우징의 외부에 위치하고 제2 단부가 금형 하우징의 내부에 위치하도록 위치되고, 출구 오리피스에 인접하게 위치된다. 선택적으로, 상기 혼의 제1 단부 및 제2 단부는 상기 금형 하우징 내에 위치될 수도 있다.
바람직하게는, 초음파 혼의 종방향 가진 축은 제1 축과 거의 평행하게 된다. 더욱이, 상기 혼의 제2 단부는 바람직하게는 금형 하우징 내의 모든 출구 오리피스를 둘러 싸는 최소 면적보다 더 크거나 이와 대략적으로 동일한 단면적을 갖는다.
초음파 연료 분사 장치는 상기 혼의 제1 단부에 결합된 진동 수단을 갖는초음파 혼을 구비할 수도 있다. 상기 진동 수단은 압전형 변환기 또는 자기변형 변환기일 수도 있다. 상기 변환기는 상기 혼에 직접 또는 긴 도파관에 의해 결합될 수도 있다. 비록 입력 대 출력의 비율이 1:1 또는 1.5:1이 많은 적용예에 있어서 전형적이기는 하지만, 긴 도파관은 임의의 소정의 입력 대 출력에 관한 기계적 가진 비율을 가질 수도 있다. 비록 다른 주파수가 사용될 수도 있으나, 초음파 에너지는 전형적으로는 15 kHz 내지 100 kHz의 주파수를 갖는다.
본 발명은 용융-압출 공정을 보조하기 위해 초음파 에너지를 이용하는 예컨대 섬유 및 부직포(nonwoven web)와 같은 열가소성 중합체의 용융 압출용 장치 및 방법을 포함한다. 상기 장치는 금형 하우징과 일부분의 용융된 열가소성 중합체에 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단을 구비한다. 상기 금형 하우징은 용융된 열가소성 중합체를 수납하도록 설계된 챔버와, 상기 챔버에 용융된 열가소성 중합체를 공급하도록 설계된 입구 오리피스(즉, 입구)와, 상기 챔버로부터 용융된 열가소성 중합체를 수납하여 상기 중합체를 압출하도록 설계된 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스)를 형성한다.
본 발명은 섬유를 형성하는 방법을 또한 포함한다. 상기 방법은 용융된 열가소성 중합체를 공급하는 단계와 쓰레드라인을 형성하기 위해 금형 조립체 내의 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스)를 통해 상기 중합체를 압출하는 단계와 관련된다. 상기 금형 조립체는 금형 하우징 및 이미 언급한 바와 같이 일부분의 용융된 열가소성 중합체에 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단이다. 초음파 에너지 인가 수단은 용융된 열가소성 중합체에 의해 적어도 부분적으로 둘러 싸일 수도 있고, 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스) 내로 통과함에 따라 용융된 열가소성 중합체에 초음파 에너지를 인가하도록 설계된다.
용융된 열가소성 중합체를 압출하는 중에, 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단은 초음파 에너지에 의해 가진된다. 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스)로부터 나타나는 쓰레드라인은 섬유를 형성하도록 얇아진다.
본 발명은 열가소성 중합체로부터 길이 방향을 따라 기포가 함유된 섬유를 형성하는 방법을 또한 고안하고 있다. 상기 방법은 용융된 열가소성 중합체를 공급하는 단계와 쓰레드라인을 형성하기 위해 금형 조립체 내에 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스)를 통해 상기 중합체를 압출하는 단계와 관련된다. 상기 금형 조립체는 이미 언급한 바와 같이 일부분의 용융된 열가소성 중합체에 초음파 에너지를 인가하기 위한 초음파 혼일 수도 있다. 용융된 열가소성 중합체를 압출하는 중에, 상기 초음파 혼은 캐비테이션을 유지하기에 충분한 조건 하에서 초음파 에너지로써 가진된다. 상기 압출 오리피스(즉, 출구 오리피스)로부터 나타나는 쓰레드라인은 섬유를 형성하도록 얇아진다.
캐비테이션은 기포가 함유된 상태로 유지되는 용융된 열가소성 중합체 내에 기포 형성을 초래한다. 섬유를 형성하기 위해 얇게 함으로써 기포를 파괴하지는 않으나 이를 길게 연장시킨다. 기포가 있음으로써 섬유의 밀도는 기포가 함유되지 않은 동일한 섬유보다 작아진다. 예로서, 기포를 함유한 섬유의 밀도는 기포를 함유하지 않은 동일한 섬유 밀도의 대략 90% 이하일 수도 있다. 다른 예로서, 섬유의 밀도는 기포를 함유하지 않은 동일한 섬유 밀도의 대략 20% 내지 90% 범위에 있을 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "액체"는 그 분자가 기체일 때보다는 아주 많이 농축되나 고체일 때보다는 훨씬 덜 농축되는 기체와 고체 중간의 비정형(비결정질) 재료를 지칭하는 것이다. 액체는 단일 요소를 가질 수도 있으나, 다중 요소로 구성될 수도 있다. 상기 요소는 다른 액체, 고체 및/또는 기체일 수도 있다. 예컨대, 액체의 특성은 인가된 작용력에 따른 유동성이다. 작용력이 인가되자마자 즉시 유동하고 그 유량이 인가된 작용력에 직접 비례하는 액체는 통상 뉴우튼 액체라고 한다. 몇몇 액체들은 작용력이 인가될 때 비정상적인 유동 응답성을 가지며 비뉴우튼 유동 특성을 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "열가소성 중합체" 및 "열가소성 재료"라는 용어는 열에 노출될 때 약화되고 실온으로 밀폐될 때 최초 상태로 복귀하는 고중합체를 지칭한다. 상기 용어들은 용융 압출될 수 있는 임의의 열가소성 중합체를 포함하는 것을 의미한다. 성기 용어들은 둘 이상의 중합체의 혼합물, 및 교호, 랜덤 및 블록 공중합체를 포함하는 것을 의미한다. 열가소성 중합체의 예로는 말단 캡핑된 폴리아세탈, 예를 들면 폴리(옥시메틸렌) 또는 폴리포름알데히드, 폴리(트리클로로아세트알데히드), 폴리(n-발레르알데히드), 폴리(아세트알데히드), 폴리(프로피온알데히드) 등; 아크릴 중합체, 예를 들면 폴리아크릴아미드, 폴리(아크릴산), 폴리(메타크릴산), 폴리(에틸 아크릴레이트), 폴리(메틸 메타크릴레이트) 등; 플루오로카본 중합체, 예를 들면 폴리(테트라플루오로에틸렌), 퍼플루오르화 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체, 폴리(클로로트리플루오로에틸렌), 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체, 폴리(비닐리덴 플루오라이드), 폴리(비닐 플루오라이드) 등; 폴리아미드, 예를 들면 폴리(6-아미노카프론산) 또는 폴리( -카프로락탐), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드), 폴리(헥사메틸렌 세바스아미드), 폴리(11-아미노운데카논산) 등; 폴리아라미드, 예를 들면 폴리(이미노-1,3-페닐렌이미노이소프탈로일) 또는 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드) 등; 파릴렌, 예를 들면 폴리-p-크실렌, 폴리(클로로-p-크실렌) 등; 폴리아릴 에테르, 예를 들면 폴리(옥시-2,6-디메틸-1,4-페닐렌) 또는 폴리(p-페닐렌 옥사이드) 등; 폴리아릴 술폰, 예를 들면 폴리(옥시-1,4-페닐렌술포닐-1,4-페닐렌옥시-1,4-페닐렌-이소프로필리덴-1,4-페닐렌), 폴리(술포닐-1,4-페닐렌옥시-1,4-페닐렌술포닐-4,4'-비페닐렌) 등; 폴리카보네이트, 예를 들면 폴리(비스페놀 A) 또는 폴리(카르보닐디옥시-1,4-페닐렌이소프로필리덴-1,4-페닐렌) 등; 폴리에스테르, 예를 들면 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(테트라메틸렌 테레프탈레이트), 폴리(시클로헥실렌-1,4-디메틸렌 테레프탈레이트) 또는 폴리(옥시메틸렌-1,4-시클로헥실렌메틸렌옥시테레프탈로일) 등; 폴리아릴 설파이드, 예를 들면 폴리(p-페닐렌 술피드) 또는 폴리(티오-1,4-페닐렌) 등; 폴리이미드, 예를 들면 폴리(피로메틸트이미도-1,4-페닐렌) 등; 폴리올레핀, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 1,2-폴리-1,3-부타디엔, 1,4-폴리-1,3-부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리(비닐 아세테이트),폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리스티렌 등; 상기한 것의 공중합체, 예를 들면 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 공중합체 등을 들 수가 있지만, 이들은 예시의 목적으로만 제시된 것이다.
예로서, 열가소성 중합체는 폴리올레핀일 수 있으며, 그 예는 상기에 열거되어 있다. 또 다른 예로서, 열가소성 중합체는 하나 이상의 불포화 단량체의 첨가 중합에 의해 마련한 수소와 탄소 원자만을 함유한 폴리올레핀일 수 있다. 그러한 폴리올레핀의 예는 여러 가지 중에서도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(1-부텐), 폴리(2-부텐), 폴리(1-펜텐), 폴리(2-펜텐), 폴리(3-메틸-1-펜텐), 폴리(4-메틸-1펜텐), 1,2-폴리-1,3-부타디엔, 1,4-폴리-1,3-부타디엔, 폴리소프렌, 폴리스티렌 등을 포함할 뿐만 아니라, 2개 이상의 그러한 폴리올레핀의 혼합물과, 2개 이상의 상이한 불포화 단량체로부터 마련한 교호, 랜덤 및 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "노드"는 초음파 혼의 종방향 여기(勵起) 축 상의 지점을 의미하며, 상기 지점에서 혼의 종방향 운동은 초음파 에너지에 의한 여기 후에 발생되지 않는다. 노드는 때로는 본 명세서에서뿐만 아니라 본 기술 분야에서 노드 지점(nodal point)이라고 불려진다.
본 명세서에서 용어 "매우 근접함(close proximity)"은 정량적 의미로만 사용된다. 즉, 상기 용어는 주로 유출 오리피스(예컨대, 압출 오리피스) 내로 통과하는 액체(예컨대, 용융 열가소성 중합체)에 초음파 에너지를 인가하기 위해 초음파 에너지 인가 수단이 유출 오리피스(예컨대, 압출 오리피스)에 충분히 근접해 있다는 것을 의미하기 위해 사용된다. 상기 용어는 압출 오리피스로부터의 소정 거리를 한정하는 의미로는 사용되지 않는다.
본 명세서에 사용된 용어 "용융물 유량(melt flow rate)"은 압력 하에 또는 하중을 받는 상태에서 소정 기간에 걸쳐 소정 온도에서 오리피스를 통해 유동하는 물질의 양을 가리킨다. 용융물 유량은 질량의 단위를 시간으로 나누어서(즉, 그램/10분) 표현된다. 용융물 유량은 2.160 kg의 하중 하에서, 소정 온도 예컨대 180。C에서, 소정 기간 예컨대 10분 동안, 2.0995±0.0051 mm의 오리피스 직경을 통해 유동하는 용융 가소성 중합체의 질량을 측정함으로써 결정되었으며, 상기 측정은 (펜실바니아주 윌로우 그로우브 티니우스 올센 테스팅 머신 코.)의 모델 VE 4-78 압출 가소도계(plastometer)를 사용한 ASTM 시험법 D1238-82, 즉 "압출 가소도계에 의한 열가소성 물질의 유량에 대한 표준 시험법"에 따라 결정된다.
본 명세서에서 사용된 용어로 "사실상 구성된"은 소정 조성물 또는 제품의 소망하는 특성에 중요한 영향을 미치지 않는 첨가 물질의 존재를 배제하지 않는다. 이러한 종류의 예시적인 물질로는 제한이 없이 안료, 산화 방지제, 안정제, 계면 활성제, 왁스, 유동 촉진제, 용제, 미립자 및 조성물의 처리 능력을 향상시키기 위해 첨가되는 물질을 포함한다.
일반적으로 말해서, 본 발명의 장치는 다이 하우징과, 가압 액체(예컨대, 용융 열가소성 중합체, 수소카본 오일, 물 또는 슬러리, 현탁액 등)의 일부분에 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단을 포함한다. 다이 하우징은 가압 액체를 수용하도록 이루어진 챔버와, 챔버에 가압 액체를 공급하도록 이루어진 유입구(예컨대,유입 오리피스), 및 챔버로부터 가압 액체를 수용해서 다이 하우징의 유출 오리피스 밖으로 액체를 내보내도록 이루어진 유출 오리피스(예컨대, 압출 오리피스)를 한정한다. 초음파 에너지 인가 수단은 챔버 내에 위치된다. 예를 들어, 초음파 에너지 인가 수단은 챔버 내에 부분적으로 위치될 수 있거나 또는 초음파 에너지 인가 수단은 챔버 내에 완전히 위치될 수 있다.
도1을 참조하면, 반드시 그러한 크기로 될 필요는 없지만, 오리피스를 통과하는 가압 액체의 유량을 증대시키기 위한 예시적인 장치가 도시되어 있다. 장치(100)는 가압 액체(예컨대, 오일, 물, 용융 열가소성 중합체, 시럽 등)를 수용하도록 이루어진 챔버(104)를 한정하는 다이 하우징(102)을 포함한다. 다이 하우징(102)은 제1 단부(106)와 제2 단부(108)를 구비한다. 다이 하우징(102)은 또한 챔버(104)에 가압 액체를 공급하도록 이루어진 유입구(110)(예컨대, 유입 오리피스)를 구비한다. 유출 오리피스(112)(압출 오리피스라고 불리기도 한다)가 다이 하우징(102)의 제1 단부(106) 내에 위치되며, 그것은 챔버(104)로부터 가압 액체를 수용해서 그 액체를 제1 축(114)을 따라 다이 하우징(102) 밖으로 내보내도록 되어 있다. 초음파 혼(116)이 다이 하우징(102)의 제2 단부(108)에 위치된다. 초음파 혼은 제1 단부(118)와 제2 단부(120)를 구비한다. 혼(116)은 혼(116)의 제1 단부(118)가 하우징(12)의 외부에 위치되고 혼(116)의 제2 단부(120)가 다이 하우징(102)의 챔버(104) 내에 위치되어 유출 오리피스(112)에 매우 근접하도록 다이 하우징(102)의 제2 단부(108)에 위치된다. 혼(116)은 초음파 에너지의 여기 후에 노드 지점(122)과 종방향의 기계적 여기축(124)을 갖도록 이루어져 있다. 바람직하게는, 제1 축(114)과 기계적 여기축(124)은 사실상 평행하다. 보다 바람직하게는, 제1 축(114)과 기계적 여기축(124)은 도1에 도시된 바와 같이 사실상 일치한다.
본 발명의 장치의 크기 및 형상은 적어도 부분적으로 유출 오리피스(예컨대 압출 오리피스)의 수와 배열 및 초음파 에너지 인가 수단의 작동 주파수에 따라 다양하게 변할 수 있다. 예를 들어, 다이 하우징은 원통형, 직사각형 또는 임의의 다른 형상이 될 수 있다. 더욱이, 다이 하우징은 단일 유출 오리피스 또는 복수의 유출 오리피스를 가질 수 있다. 복수의 유출 오리피스는 선형 또는 원형 패턴으로 배열될 수 있지만 이것으로 제한되지는 않는다.
초음파 에너지 인가 수단은 전형적으로 가압 유체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 챔버 내에 위치된다. 그러한 수단은 가압 액체가 유출 오리피스 내로 통과할 때 그 가압 액체에 초음파 에너지를 인가하도록 이루어져 있다. 달리 말하자면, 그러한 수단은 각 유출 오리피스의 근방에 있는 가압 액체의 일부분에 초음파 에너지를 인가하도록 이루어져 있다. 그러한 수단은 챔버 내에 완전히 또는 부분적으로 위치될 수 있다.
초음파 에너지 인가 수단이 초음파 혼일 경우에, 그 혼은 편리하게는 다이 하우징을 통해서, 예컨대 도1에 도시된 바와 같이 하우징의 제1 단부를 통해서 연장된다. 그러나, 본 발명은 다른 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 혼은 단부를 통하지 않고 다이 하우징의 벽을 통해서 연장될 수 있다. 더욱이, 혼의 제1 축과 종방향 여기축은 어느 것도 수직이 될 필요는 없다. 그럼에도 불구하고, 초음파 혼의 종방향 기계적 여기축은 제1 축과 사실상 평행하다. 보다 바람직하게는, 초음파 혼의 종방향 기계적 여기축과 제1 축은 도1에 도시된 바와 같이 사실상 일치한다.
경우에 따라서는, 하나 이상의 초음파 에너지 인가 수단이 다이 하우징에 의해 한정된 챔버 내에 위치될 수 있다. 더욱이, 단일 수단이 하나 이상의 유출 오리피스 근방에 있는 가압 액체의 일부분에 초음파 에너지를 인가할 수 있다.
복수의 유출 오리피스로의 초음파 에너지의 인가는 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 초음파 혼의 사용법을 다시 참조하면, 혼의 제2 단부는 다이 하우징의 모든 유출 오리피스의 근방에 있는 가압 액체의 일부분에 초음파 에너지를 인가하도록 할만큼 충분히 큰 단면적을 가질 수 있다. 그러한 경우에, 초음파 혼의 제2 단부는 바람직하게는 다이 하우징 내의 모든 유출 오리피스를 포함하는 최소 면적(즉, 동일 챔버에서 발단이 된 다이 하우징 내의 유출 오리피스들의 면적의 합과 같거나 그보다 큰 최소 면적)과 대략 같거나 그보다 큰 단면적을 가진다. 대안으로서, 혼의 제2 단부는 유출 오리피스의 수와 동등한 복수의 돌기 또는 팁을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 각 돌기 또는 팁의 단면적은 바람직하게는 상기 돌기 또는 팁이 매우 근접해 있는 유출 오리피스의 단면적과 대략 같거나 그보다 작다.
이미 언급한 바와 같이, 용어 "매우 근접함"은 본 명세서에서는 초음파 에너지 인가 수단이 주로 유출 오리피스 내로 통과하는 가압 액체에 초음파 에너지를 인가하도록 유출 오리피스에 충분히 근접해 있다는 것을 의미하기 위해 사용되고있다. 소정의 상황에서 초음파 에너지 인가 수단의 유출 오리피스로부터 떨어진 실제 거리는 많은 인자들에 의해 좌우되며, 그들 인자들 중 일부는 가압 액체의 유량(예컨대, 용융 열가소성 중합체의 용융물 유량 또는 액체의 점성), 유출 오리피스의 단면적에 대한 초음파 에너지 인가 위한 수단의 단부의 단면적, 초음파 에너지의 주파수, 초음파 에너지 인가 수단의 이득(예를 들어, 초음파 에너지 인가 수단의 종방향 기계적 여기의 강도), 가압 액체의 온도, 및 액체를 유출 오리피스 밖으로 내보내는 속도가 있다.
일반적으로, 소정 상황에서 초음파 에너지 인가 수단의 유출 오리피스로부터 떨어진 거리는 과도한 실험에 의하지 아니하고도 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 실제로, 그러한 거리는 비록 보다 큰 거리가 채용될 수도 있지만 약 0.05 mm (약 0.002 in) 내지 약 33 mm (약 1.3 in) 사이의 범위에 있다. 그러한 거리는 초음파 에너지가 유출 오리피스 내로 막 들어가려는 세기가 아니라 가압 액체에 초음파 에너지를 인가하는 세기를 결정한다. 즉, 그 거리가 커질수록 초음파 에너지를 받는 가압 액체의 양도 커진다. 결과적으로, 액체의 초음파 에너지로의 노출로부터 초래할 수 있는 가압 액체의 열화 또는 다른 역효과를 최소화하기 위해서는 일반적으로 보다 짧은 거리가 요구된다.
본 발명의 장치의 하나의 장점은 자동 세척(self-cleaning)이다. 즉, 공급된 압력과 (오리피스에 직접적으로 초음파 에너지를 인가하지 않고) 가압 액체에 초음파 에너지를 공급하기 위한 수단을 초음파적으로 여기시킴으로써 발생되는 힘과의 조합에 의해, 유출 오리피스(예컨대, 압출 오리피스를)를 폐색시키는 장애물을 제거할 수 있다. 본 발명에 따르면, 유출 오리피스는 초음파 에너지 인가 수단이 (오리피스에 직접적으로 초음파 에너지를 인가하지 않고) 초음파 에너지에 의해 여기되고, 유출 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수용해서 그 액체를 다이 하우징 밖으로 내보낼 때 자동 세척되도록 되어 있다. 바람직하게는, 초음파 에너지 인가 수단은 종방향 기계적 여기축을 갖는 침지된 초음파 혼이고, 여기에서 오리피스에 가장 근접해서 다이 하우징 내에 위치된 혼의 단부는 유출 오리피스에 매우 근접해 있지만 유출 오리피스에 직접적으로 초음파 에너지를 인가하지는 않는다.
본 발명은 다이 조립체의 출구 오리피스를 자동 세척하는 방법을 포함한다. 이 방법은 상술한 다이 조립체에 가압 액체를 공급하는 단계; 출구 오리피스로 직접 초음파 에너지를 가함이 없이 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수납하는 동안 초음파 에너지로 (다이 조립체 내에 위치한) 초음파 에너지를 가하는 수단을 여기하는 단계; 및 출구 오리피스가 세척되도록 출구 오리피스를 차단하게 되는 방해물들을 제거하도록 다이 팁부의 출구 오리피스로부터 가압 액체를 나오게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 양태는 가압 다성분 액체를 유화시키는 장치를 포함한다. 일반적으로 말하면, 유화 장치는 상술한 장치의 형상을 갖고, 출구 오리피스는 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 다성분 액체를 수납하는 동안 초음파 에너지를 가하는 수단이 초음파 에너지로 여기될 때 가압 다성분 액체를 유화시키도록 채택된다. 그 다음에, 가압 다성분 액체는 다이 팁부의 출구 오리피스로부터 나오게 할 수 있다. 이 부가적인 단계는 유화를 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 가압 다성분 액체를 유화시키는 방법을 포함한다. 이 방법은 상술한 다이 조립체로 가압 액체를 공급하는 단계; 출구 오리피스로 직접 초음파 에너지를 가함이 없이 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 에너지를 수납하는 동안 초음파 에너지로 (다이 조립체 내에 위치한) 초음파 에너지를 가하는 수단을 여기시키는 단계; 및 액체가 유화되도록 다이 팁부 내의 출구 오리피스로부터 액체를 나오게하는 단계를 포함한다.
본 발명은 액체의 스프레이를 제조하는 장치를 포함한다. 일반적으로 말하면, 스프레이 제조 장치는 상술한 장치의 형상을 갖고, 출구 오리피스는 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수납하여 그 가압 액체를 다이 팁부의 출구 오리피스로부터 나오게하는 동안 초음파 에너지를 가하는 수단이 초음파 에너지로 여기될 때 액체의 스프레이를 제조하도록 채택된다. 이 장치는 액체의 분무 스프레이(즉, 아주 미세한 스프레이 또는 아주 작은 액적의 스프레이)를 제공하도록 채택될 수 있다. 이 장치는 액체의 균일한 원뿔형 스프레이를 제조하도록 채택될 수 있다. 예컨대, 이 장치는 원뿔형 스프레이를 통해 비교적 균일한 밀도 또는 분포의 액적을 갖는 액체의 원뿔형 스프레이를 제조하도록 채택된다. 달리, 이 장치는 원뿔형 스프레이를 통해 불규칙한 패턴의 스프레이 및/또는 불규칙한 밀도 또는 분포의 액적을 제조하도록 채택될 수 있다.
또한, 본 발명은 액체의 스프레이를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 상술한 다이 조립체로 가압 액체를 공급하는 단계; 출구 오리피스로 직접 초음파 에너지를 가함이 없이 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 에너지를 수납하는 동안초음파 에너지로 (다이 조립체 내에 위치한) 초음파 에너지를 가하는 수단을 여기시키는 단계; 및 액체의 스프레이를 제조하도록 다이 팁 내의 출구 오리피스로부터 액체를 나오게 하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법에 의하면, 액체의 분무 스프레이, 균일한 원뿔형 스프레이, 불규칙한 패턴의 스프레이 및/또는 불규칙한 밀도를 갖는 스프레이를 제조하도록 조정될 수 있다.
본 발명은 가압 액체를 캐비테이션 발생하는 장치를 포함한다. 일반적으로 말하면, 캐비테이션 발생 장치는 상술한 장치의 형상을 갖고, 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수납하여 그 가압 액체를 다이 팁의 출구 오리피스로부터 나오게 하는 동안 초음파 에너지를 가하는 수단이 초음파 에너지로 여기될 때 가압 액체를 캐비테이션 발생하도록 채택된다.
또한, 본 발명은 가압 액체를 캐비테이션 발생하는 방법을 포함한다. 이 방법은 상술한 다이 조립체로 가압 액체를 공급하는 단계; 출구 오리피스로 직접 초음파 에너지를 가함이 없이 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 에너지를 수납하는 동안 초음파 에너지로 (다이 조립체 내에 위치한) 초음파 에너지를 가하는 수단을 여기시키는 단계; 및 가압 액체가 챔버로부터 수납되어 출구 오리피스로부터 나올 때 가압 액체가 캐비테이션 발생되도록 다이 팁의 출구 오리피스로부터 액체를 나오게하는 단계를 포함한다.
본 발명의 장치 및 방법은 가압 액체가 오리피스로부터 나오게 되는 아주 광범위한 적용을 갖는 것으로 생각된다. 예컨대, 이 장치 및 방법은 액체 연료 연소기용 연료 분사 장치에서 사용될 수 있다. 예시적인 연소기로서는 보일러, 킬른,산업용 및 가정용 노, 소각기를 들 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 이들 연소기 중 상당수는 본 발명의 장치 및 방법에 의해 유리하게 처리될 수 있는 중(heavy) 액체 연료를 사용한다.
내연 기관은 본 발명의 장치 및 방법이 연료 분사 장치와 함께 사용될 수 있는 다른 적용을 제시한다. 예컨대, 이 장치 및 방법은 불연속 유동 왕복 피스톤 가솔린 및 디젤 엔진용 연료 분사 장치에서 사용될 수 있다. 특히, 초음파 진동을 전달하기 위한 수단이 연료 분사 장치 내에 통합된다. 진동 소자는 연료가 출구 오리피스로 들어갈 때 연료와 접촉하도록 위치된다. 진동 소자는 그 진동의 축이 오리피스의 축과 평행하도록 정렬된다. 액체 연료가 출구 오리피스로 들어가기 직전에, 액체 연료와 접촉해 있는 진동 소자는 연료에 초음파 에너지를 가한다. 진동은 액체 연료의 겉보기 점도 및 유동 특성을 변화시켜, 연료 흐름이 실린더 속으로 들어갈 때 연료 흐름의 개선된 유량 및/또는 개선된 분무화를 야기시키는 것 같다. 또한, 진동은 출구 오리피스에 달라붙은 오염물을 파괴시켜 씻어낸다. 또한, 진동은 연료 흐름 내에 존재할 수 있는 다른 성분(예컨대, 액체 성분) 또는 첨가물과 액체 연료의 유화를 야기시킬 수 있다.
본 장치 및 방법은 스터링(Sterling) 열 엔진 및 가스 터어빈 엔진과 같은 연속 유동 엔진용 연료 분사 장치에 사용될 수 있다. 그러한 가스 터어빈 엔진은 비행기 주 및 보조 엔진, 코-제너레이션 플랜트(co-generation plant) 및 다른 주 무버(prime mover)와 같은 토오크 반응 엔진을 포함할 수 있다. 다른 가스 터어빈 엔진은 제트 비행기 엔진과 같은 드러스트 반응 엔진을 포함할 수 있다.
본 발명의 장치 및 방법은 액체 연료가 연소기(예컨대, 내연 기관) 속으로 도입되는 지점에서 다성분 액체 연료뿐만 아니라 액체 연료 첨가제 및 오염물을 유화시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 어떤 연료에 포획된 물은 연료/물 혼합물이 연소기에서 사용될 수 있도록 유화될 수 있다. 또한, 혼합된 연료 및/또는 예컨대, 메타놀, 에타놀, 디젤, 액체 프로판 가스, 바이오-디젤 등을 포함하는 연료 블렌드가 유화될 수 있다. 본 발명은 다연료 엔진에 사용될 수 있는 다른 연료의 유량 특성(예컨대, 겉보기 점도)과 조화되도록 사용될 수 있는 다연료 엔진에서 유리함을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 장치 및 방법은 개방 및 폐쇄 회로 유압 시스템에서 유동 제어를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 적용으로서는 자동차 트랜스미션, 파워 스티어링, 충격 흡수기 및 미끄럼 방지 브레이크 시스템(anti-lock braking system); 건설 및 농업 장비 유압 시스템 및 드라이브; 산업 공정 제어 장비, 유체 증폭기 및 스위치; 및 피동 부품 및 무충격 운동 정지시의 블리이드-오프, 무단(stepless) 속도 변화를 통해 정밀한 압력 제어를 제공하도록 설계된 시스템을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 로봇 유압 시스템을 들 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
점성 액체의 유동 증진은 본 발명의 장치 및 방법을 위한 다른 용도를 제시한다. 예컨대, 본 발명은 용융 비튜멘, 점성 페인트, 열간 용융 접착제, 시럽, 중유, 유화제, 슬러리 및 현탁액 등의 유동을 증진시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 장치 및 방법은 예컨대, 초음파 제어 열 팽창 밸브와 같은장비를 이용함으로써 액체 냉매의 상 변화율을 제어하기 위해 사용될 수 있도록 고안된다.
또한, 본 발명의 장치 및 방법은 각종 음식 제품, 특히, 점성이 있는 음식 제품을 위한 질량 전달 및 용기 충전 작업에서 이점을 제공할 수 있다. 예컨대, 본 발명은 마요네즈, 샐러드 드레싱, 스프레드 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 음식 제품의 동시 공정 및 충전 작업에 사용될 수 있도록 고안된다.
본 발명의 장치 및 방법은 예컨대, 농업용 분무, 페인트 분무, 눈 제조 분무기, 분무식 가습기 등과 같이 분무 작업에서 이점을 제공할 수 있다. 본 발명은 액적 크기, 액적 크기 균일성, 분무 패턴 형태 및/또는 분무 밀도 균일성과 같은 특성을 포함하지만 이에 제한되지 않는 스프레이에 대한 제어도를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 열가소성 중합체 섬유 및 열가소성 중합체로부터 섬유를 형성하는 방법에 관한 것이기도 하다. 본 발명에 의해 고안된 방법은 우선 용융 열가소성 중합체를 공급하고, 그 중합체를 다이 조립체의 출구 오리피스(예컨대, 압출 오리피스)를 통해 압출하여 쓰레드라인을 형성하는 것을 포함한다. 다이 조립체는 이미 기술한 장치를 포함한다. 초음파 에너지를 가하는 수단은 용융 열가소성 중합체에 의해 적어도 부분적으로 에워싸여지고, 용융 열가소성 중합체가 압출 오리피스 속으로 들어갈 때 그 중합체에 초음파 에너지를 가하도록 채택된다. 용융 열가소성 중합체가 압출되는 동안, 초음파 에너지를 가하는 수단은 초음파 에너지로 여기된다. 그 다음에, 압출된 실선은 가늘어져서 섬유를 형성한다.
일반적으로, 용융 열가소성 중합체를 공급하고, 그 중합체를 압출하고, 중합체를 압출함으로써 실선을 가늘게하는 공정은 모두 본원 기술 분야에서 통상의 지식을 갖고 있는 자들에게 잘 알려진 과정 및 방법에 따라 수행된다. 예컨대, 섬유를 형성하기 위해 실선을 가늘게 하는 것은 기계적으로 또는 유체 내에 섬유를 포획함으로써 수행될 수 있다. 통상적으로, 섬유가 부직 웨브로 형성될 때는 후자가 사용되게 된다. 즉, 부직 웨브로의 섬유의 형성은 실선을 가늘게하여 섬유로 형성하기 위해 유체 흐름과 실선을 접촉시키는 것을 포함한다. 그 다음에, 가늘어진 실선 또는 섬유는 수집 표면에 무질서하게 놓여진다.
또한, 부직 웨브는 연속 실선과 같은 용융 열가소성 중합체를 압출하고, 그 실선을 기계적으로 가늘게 하고, 복수의 가늘어진 실선을 토우(tow)로 모으고, 토우를 (크림핑, 펄스(false) 트위스팅 등과 같은 부가적인 공정을 갖고 또는 갖지 않고) 스테이플 섬유로 절단하고, 그 스테이플 섬유를, 후에 공지의 수단에 의해 접착되는 부직 웨브로 카아딩(carding)함으로써 제조될 수 있다.
특정 조건 하에서, 열가소성 중합체의 일부, 즉 압출 오리피스로 통과하는 열가소성 중합체의 일부에 초음파 에너지를 가함으로써 압출된 쓰레드라인에서 기포가 형성된다. 기포는 쓰레드라인이 냉각될 때에 남아 있게 되고, 그 결과로 기포가 포집된다. 쓰레드라인이 약화될 때, 기포는 확장되거나 신장된다.
일반적으로, 가스의 기포는 캐비테이션을 유지하기에 충분한 조건 하에서 압출된 쓰레드라인 내에 형성된다. 캐비테이션은 강한 초음파장에서 액체 내에 발생되는 공지된 현상이다. 액체 내에서, 캐비테이션은 음파장이 고 주파수 교호 압력에 반응하여 액체 내에서 팽창 및 수축되는 가스 및 증기 기포의 형성과 관련된다. 그러나, 용융된 열가소성 중합체에서 기포의 형성은 매우 높은 수증기압과 용융된 중합체의 상대적으로 높은 점성을 고려해 볼 때에 아주 놀라운 것으로 받아 들여진다.
용융된 열가소성 중합체의 캐비테이션은 초음파 여기와 용융된 열가소성 중합체가 압출 오리피스로 유동되는 속도가 수준을 이루도록 하는 기능을 한다. 예를 들면, 소정의 유량에서 또는 유량을 통해, 캐비테이션이 유도될 수 없는 유량 이상이 존재할지라도, 캐비테이션은 일반적으로 초음파 여기의 수준을 증가시킴으로써 유도될 수 있다.
섬유에 가스 기포가 존재하기 때문에, 섬유는 가스의 포집된 기포가 부족한 다른 유사한 섬유의 밀도보다 더 낮은 밀도를 갖는다. 예를 들면, 그러한 섬유의 밀도는 포집된 기포가 부족한 다른 유사한 섬유의 밀도의 약 90 퍼센트 이하일 수 있다. 또 다른 예로서, 그러한 섬유의 밀도는 포집된 기포가 부족한 다른 유사한 섬유의 약 20 내지 90 퍼센트의 범위일 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예에 의해 보다 더 설명된다. 그러나, 그러한 실시예들은 본 발명의 정신 또는 범주에서 어떤 방식으로든 제한되는 것은 아니다. 실시예에서 사용된 바와 같이, "용융 유량"은 ASTM 방법 D-1238에 따라 측정된 용융 유량을 의미한다. "유량"은 본 발명의 장치의 출구 오리피스(예를 들어, 압출 오리피스)를 통해 실험적으로 결정된 가압 액체(예를 들어, 용융된 열가소성 중합체, 오일 등)를 확인하기 위해 사용된다.
<실시예 1>
용융 처리 첨가제가 없는 10 분당 400 그램, 다시 말해 400 g/10min의 용융 유량을 갖는 폴리프로필렌(히몬트 HH-441, 히몬트 컴파티, 윌밍톤, 델라웨어주)을 중합체로 사용하였다. 중합체는 남부 캘리포니아주 그린빌리 알렉스 제임스 및 협회에서 제조된 일정 압력 배치 압출기에 의해 용융되었다. 압출기의 주요 부품은 1.0 인치(약 25 mm)의 축방향 오리피스에 대해 대략 3 인치(약 80 mm)의 길이로 된 압력 배럴로 구성된다. 1.0 인치(약 25 mm)의 직경과 대략 4 인치(약 100 mm)의 길이의 가압 피스톤은 배럴의 말단부에 끼워맞춤되고 팩킹 마개에 의해 밀봉되었다. 배럴의 반대 단부는 필터와 밀봉부를 수용하고 배럴 조립체의 출구에 파이핑을 연결하기 위한 수단이 제공된 볼트에 의해 고정된 플랜지와 끼워맞춤되었다. 작동 시에, 배럴 조립체는 내장된 카트리지 히터 내에서 클램핑함으로써 가열되었다. 배럴 온도는 배럴의 외부면과 접촉되는 열전기 온도계에 의해 감지되었다. 배럴에 용융된 전하는 피스톤을 강제로 배럴로 이동시킴으로써 가압되었다. 이러한 힘은 유압 램에 의해 제공되었다. 시스템 압력은 램에 대한 유압 라인 상의 압력 게이지에 의해 측정되었다.
피스톤이 일정한 압력 하에서 저장소로 강제로 이동될 때, 용융된 중합체는 저장소의 나머지 다른 단부의 출구를 통해 대략 4 인치(약 10 cm)의 길이와 0.25 인치(약 6.4 mm)의 직경의 스테인레스 강철 튜빙으로 배출되었다. 튜빙은 도1에 도시된 본 발명의 장치의 입구(예를 들어, 입구 오리피스)로 연결되었다.
도1을 다시 참조하면, 본 장치의 다이 하우징(102)으로서 1.375 인치(약34.9 mm)의 외부 직경과, 0.875 인치(약 22.2 mm)의 내부 직경과, 3.086 인치(약 78.4 mm)의 길이를 갖는 실린더가 사용되었다. 다이 하우징의 제2 단부(108)의 외부 0.312 인치(약 7.9 mm) 부분은 16 피치 나사로 체결되었다. 제2 단부의 내부는 제2 단부의 표면(128)으로부터 제1 단부를 향해 0.125 인치(약 3.2 mm)의 거리로 연장된 베벨 모서리(126) 또는 챔퍼를 구비하고 있다. 챔퍼는 제2 단부의 표면에서 다이 하우징의 내부 직경을 0.75 인치(약 19.0 mm)로 축소시켰다. 입구(110)(또는 입구 오리피스)는 다이 하우징에서 드릴 가공되었고, 다이 하우징의 중심은 제1 단부로부터 0.688 인치(약 17.5 mm)이며, 탭 가공되었다. 다이 하우징의 내부 벽은 원통형부(130)와 원추 절두부(132)로 구성된다. 원통형부는 제1 단부의 표면으로부터 0.992 인치(약 25.2 mm) 내로 제2 단부에서 챔퍼로부터 제1 단부를 향해 연장되었다. 원추 절두부는 0.625 인치(약 15. 9 mm)의 거리로 원추형부로부터 연장되고, 제1 단부의 나사 개구(134)에서 종결되었다. 나사 개구의 직경은 0.375 인치(약 9.5 mm)였고, 길이는 0.367 인치(약 9.3 mm)였다.
다이 팁(136)은 제1 단부의 나사 개구 내에 위치되었다. 다이 팁은 원형 견부(140)를 갖는 나사 실린더(138)로 구성되었다. 견부의 두께는 0.125 인치(약 3.2 mm)이고, 0.5 인치(약 12.7 mm)의 간격으로 떨어진 2개의 평행한 표면(도시되지 않음)을 가지고 있다. 압출 오리피스(112)(또는 압출 오리피스)는 견부에서 드릴 가공되고, 0.087 인치(약 2.2 mm)의 거리로 나사 부분으로 연장되었다. 압출 오리피스의 직경은 0.0145 인치(약 0.37 mm) 이었다. 압출 오리피스는 0.125 인치(약 3.2 mm)의 직경을 갖는 연랑부(142)와, 연랑부와 압출 오리피스가 접합되는 원추 절두부(144)의 다이 팁 내에서 종결되었다. 원추 절두부의 벽은 수직으로 30°의 각도에 위치되어 있다. 연랑부는 압출 오리피스로부터 다이 팁의 나사부의 단부로 연장되어, 다이 하우징에 의해 한정된 챔버와 압출 오리피스를 연결시킨다.
초음파 에너지를 가하기 위한 수단은 원통형 초음파 혼(116)이었다. 혼은 20 kHz로 공명되도록 기계 가공되었다. 혼은 공명 파장의 절반인 5.198 인치(약 132.0 mm)의 길이와 0.75 인치(약 19.0 mm)의 직경을 갖는다. 혼의 제1 단부(118)의 표면(146)은 드릴 가공되고, 0.375 인치(약 9.5 mm)의 스터드(도시되지 않음)용으로 탭 가공되었다. 혼은 절점(122)에서 칼라(148)로 기계 가공되었다. 칼라는 0.094 인치(약 2.4 mm)의 폭을 구비하고, 0.062 인치(약 1.6 mm)의 혼의 원통형 표면으로부터 외측으로 연장되었다. 따라서, 칼라에서 혼의 직경은 0.875 인치(약 22.2 mm) 이었다. 혼의 제2 단부(120)는 0.125 인치(약 3.2 mm)의 길이 및 0.125 인치(약 3.2 mm)의 직경의 작은 원통형 팁(150)에서 종결되었다. 그러한 팁은 대략 0.5 인치(약 13 mm)의 길이의 포물선형 절두부(152)에 의해 혼의 원추형 본체로부터 분리되었다. 즉, 단면에서 알 수 있는 바와 같이 이러한 절두부의 곡선은 포물선 형상으로 이루어져 있다. 작은 원통형 팁의 표면은 혼의 원통형 벽에 대해 법선을 이루고, 압출 오리피스로부터 약 0.4 인치(약 10 mm)로 위치되었다. 따라서, 혼의 팁의 표면, 즉 혼의 제2 단부는 다이 팁의 나사 단부에서 연랑 개구의 바로 위에 위치되었다. 다이 하우징의 제1 단부(108)는 초음파 혼을 적소에 보유하도록 작용하는 나사 캡(154)에 의해 밀봉되었다. 나사 캡은 0.312 인치(약 7.9 mm)의 거리로 캡의 상부로 상방으로 연장되었다. 캡의 외부 직경은 2.00 인치(약50.8 mm)이고, 캡의 길이 또는 두께는 0.531 인치(약 13.5 mm) 이었다. 캡 내의 개구의 크기는 혼을 수용하게 이루어지며, 즉 개구는 0.75 인치(약 19.0 mm)의 직경을 가지고 있다. 캡 내의 개구의 모서리는 다이 하우징의 제2 단부에서의 챔퍼의 거울상을 이룬 챔퍼(156) 이었다. 챔퍼에서 캡의 두께는 0.125 인치(약 3.2 mm)이며, 그 두께는 나사의 단부와 0.094 인치(약 2.4 mm)의 챔퍼의 하부 사이에 공간을 남겨두고, 그 공간은 혼 상의 칼라의 길이와 동일하였다. 그러한 공간의 직경은 1.104 인치(약 28.0 mm) 이었다. 캡의 상부(158)는 핀 스패터를 수용하기 위해 90°의 간격에서 0.25 인치(약 6.4 mm)의 직경 및 0.25 인치(약 6.4 mm)의 깊이를 갖는 오리피스(도시되지 않음)로 드릴 가공되었다. 따라서, 혼의 칼라는 캡의 압박시에 2개의 챔퍼 사이에서 가압되어서, 다이 하우징에 의해 한정된 챔버를 밀봉하였다.
입력 및 출력 기계적 여기 비가 1 : 1.5인 긴 브란손(Branson) 알루미늄 도파관은 0.375 인치(약 9.5 mm)의 스터드에 의해 초음파 혼에 결합되었다. 20 kHz에서 조작되는 브란손 모델 1120 전력원에 의해 동력되는 브라손 모델 502 변환기(브라손 소닉 파우어 컴파니, 댄버리, 커넥팃커트)인 압전 변환기에는 신장 도파관이 결합되었다. 전력 소비는 브란손 모델 A410A 전력계에 의해 측정되었다.
저장소로부터 다이 하우징에 이르는 스테인레스 스틸 튜빙과 다이 하우징 그 자체는 튜빙 및 다이 하우징의 각각에 열전기 온도계를 고정시킨 가요성 가열 테이프로 감싸졌다. 저장소는 약 177。C의 온도에서 유지되고, 튜빙 및 다이 하우징은 각각 대략 190。C 및 260。C의 온도에서 유지되었다. 다이 팁의 온도는 손에 들고다니는 형태의 고온계인 디지-센스형 K 디지탈 온도계(미국 일리노이주 나일즈 소재 코울-파머 인스트루먼트 캄파니 제품)로 측정하였을 때 약 190℃였으며 압출되는 중합체의 온도는 약 249℃였다. 이어서 게이지 압력으로 10.5Kg/cm2g(150psig)의 유압이 유압식 램에 의해 피스톤에 가해진다. 용융 중합체가 압출 오리피스로부터 유동하기 시작할 때에 2개의 미소 질량 샘플을 다이 팁으로부터 약 5cm(2인치) 아래에 유지된 자체 중량을 뺀 알루미늄 시료 채취 팬에 수집하였다. 시료 채취 팬의 중량을 다시 재서 분출되는 중합체의 유량을 분 당 그램(g/min)으로 계산하였다. 동력을 100퍼센트로 설정한 상태에서 초음파 동력을 켰는데, 출력 부하는 80와트였다. 전과 같이 시료를 채취하여 유량을 계산하였다.
혼으로 들어가는 동력이 꺼졌을 때에 유량은 0.05g/min였다. 상기 두가지 시험 중에 압출 압력이 일정하다 해도 100퍼센트의 동력이 혼에 인가되었을 때에 유량은 0.345g/min였다. 동일한 압출 압력하에서도 유량은 본 발명에 따라 초음파 에너지를 적용하게 되면 약 7배 증가하였다.
초음파 동력이 인가된 상태에서 시료를 채취하는 동안에 전력계 판독치는 약간 불안정하였으며 혼으로부터 나오는 가청 적성음의 변화는 동력 변화 패턴에 일치하는 것처럼 보였다. 이러한 관측 사항은 아주 낮은 유량으로도 공동이 혼/중합체 인터페이스에서 발생할 수 있도록 한다는 것을 나타내는 것이다. 시료 컵에 모이는 분출된 섬유에 대한 순차적인 현미경 검사에 의하면 섬유 내에 기포가 존재하고 있음이 나타났는데, 이 기포는 용융물로부터 가스가 캐비테이션 발생되어 압출됨에 따라 형성된 것이 분명하다. 섬유의 현미경 사진이 도2에 도시되어 있다. 또한, 초음파의 영향하에서 형성되었고 중력에 의하여 인발된 섬유는 다이 팁으로부터 약 1.2m(4ft) 아래에 위치된 포집(catch) 팬으로부터 모이게 된다. 이들 섬유의 도3에 도시된 바와 같은 현미경 사진을 보면 이들 섬유 내에 혼입된 기포가 그 직경의 수 배까지 연신되어 있음을 알 수 있다.
<실시예 2>
사용되는 중합체는 용융 유량이 30g/10min인 폴리프로필렌[에스코렌 PP-3445(Escorene PP-3445), 미국 77079 텍사스주 휴스톤 소재 엑슨 케미칼 아메리카스(Exxon Chemical Americas)]이며 용융 과정의 첨가제를 사용하지 않으며 또한 긴 도파관을 입력:출력의 기계적 여기비가 1:1인 도파관으로 교체한 것을 제외하고는 실시예1의 과정을 반복하였다. 또한, 본 실시예에서는 정밀 공기 압력 조절기뿐만 아니라 정밀 유압 및 공압 게이지를 분출 시스템에 추가하였다. 또한, 다이 팁에는 열 손실을 최소화하기 위해 층 두께가 6.4mm(1/4인치)인 강성 광물질 절연 판을 부착시켰다.
6회의 시험을 행하였는데, 이들의 조건들과 결과치를 표1에 요약하여 나타내었다. 표에서, "압력"란은 실시예1에서 설명한 것과 마찬가지로 psig로 나타낸 유압이고, "온도"란은 분출기, 파이프 및 다이 하우징 각각의 온도를 실시예1에서 설명한 것과 마찬가지로 섭씨 온도로 나타낸 것이고, "동력"란 이전의 "퍼센트"란은 혼에 인가된 최대 초음파 동력에 대한 백분율을 나타내는 것이고, "동력"란 밑의 "와트"란은 주어진 동력 설정치에서의 동력 소비를 나타내는 것이며, 끝으로 "유량"란은 각각의 시험에서 측정한 유량을 g/min으로 나타낸 것이다.
에스코린 피피-3445를 가지고 행한 시험에 대한 요약
시도 압력 온도 퍼센트 동력
와트 유량
1 150 249 0 0 1.62
50 50 1.90
100 80 3.50
2 150 232 0 0 1.16
50 50 1.38
100 80 1.74a
3 150 221 0 0 0.44
50 50 0.59a
100 80 0.60
4 200 221 0 0 2.18
50 45 2.64a
100 80 4.14a
5 200 232 0 0 1.24
50 45 2.50
100 80 3.50a
6 200 249 0 0 1.35
50 45 2.63
100 80 4.35
여기서, 첨자 a는 공동과 스트림의 파열(기포 형성)
각 시험에서는 저장조에 중합체를 채우기 위하여 분출기를 분해하는 것이 필요하였으므로, 피스톤 패킹 글랜드(gland)의 기밀도, 통 안으로 피스톤을 삽입 장착하는 것, 가열 테이프로 스테인레스강 튜브와 다이 하우징을 둘러싸는 것, 그리고 튜브와 다이 하우징의 온도를 수동 제어 하는 것을 약간이라도 변동시키기 않으면서 분출기를 재조립하는 것은 곤란하였다. 이러한 변동과 기타 다른 변동은 어느 한 시험을 다른 시험과 엄밀하게 비교하는 것을 배제하게 된다. 그러나 한 시험에서 다른 시험으로 이어지는 일반적인 관찰뿐만 아니라 각 시험에서의 경향 파악은 의미가 있는 것이다.
초음파 에너지를 적용하게 되면 분출 오리피스를 관통하는 용융 중합체의 유량은 분출 압력 또는 온도와는 무관하게 증가하게 된다는 것이 명확하다. 향상된 점의 정도는 분출 압력과 온도 모두의 함수로 되어 나타난다. 즉, 압력이나 온도가 증가하게 되면 압력이 효과가 보다 크게 나타난다 해도 유량이 증가하게 된다.
<실시예 3>
이 실시예에서는 이전의 두 실시예에서 사용된 정압 배치 분출기를 미국 조지아주 다우슨빌 소재 제이 앤드 엠 러보러토리즈 인크.(J&M Laboratories Inc.)에서 구입한 그리드 멜터, 모델 지엠-25-1(Grid Melter, Model GM-25-1)로 교체하여 사용하였다. 이 장치는 시간 당 약 11Kg(시간 당 25파운드)까지의 중합체를 처리할 수 있는 용량을 가지며 변위가 1.752cc/rev.인 일체형 가변 속도 기어 펌프를 구비한다. 용융물의 온도는 2개 구역 즉, 사전 용융 및 주 용융 구역에서 조절된다. 압력은 일체형 가변 우회 밸브에 의해 제한 및 조절되고 디지탈 판독에 의하여 증분이 10psi로 분석되어 나타난다. 펌프 구동 속도는 판넬 장착형 전위차계에의하여 제어된다.
그리드 멜터는 중합체를 용융 및 가압하기 위하여 사용되었다. 이 그리드 멜터에 의하면 이전의 실시예에서 요구되었던 것 처럼 시험 시에 설비를 분해하지 않아도 된다. 사용된 제1 중합체는 에스코렌 PP-3445이고(시험 1 내지18에 해당), 사용된 제2 중합체는 하이몬트 HH-441(Himont HH-441)이다(시험 19내지 42에 해당). 펌프 구동 속도는 전위차계 범위의 약 30퍼센트에서 임의로 설정하였으며, 압력은 우회 밸브를 조정함으로써 설정 및 제어하였다. 길이가 23cm(9인치)이고 직경이 6.4mm(1/4인치)인 스테인레스 강 튜브를 그리드 멜터로부터 다이 하우징의 인입구까지 장착하였다. 튜브와 분출 컵은 열 테이프를 가지고 2개 구역으로 하여 둘러싸고 이들 2개 구역은 자동 열 제어기로 설정 및 제어하였다. 그리드 멜터와 분출 장치 모두에서의 모든 가열 구역은 동일한 지점에 설치하였다. 또한, 그리드멜터의 압력은 일련의 각 시험의 개시시에만 설정하였다. 이들 시험의 결과를 표2와 표3에 요약하여 나타내었다. 이들 표에서 "압력"란은 그리드 멜터 압력을 psig로 나타낸 것이고, "온도"란은 모든 가열 구역의 설정점 온도를 섭씨 온도로 나타낸 것이고, "동력"란 이전의 "퍼센트"란은 혼에 인가된 최대 초음파 동력에 대한 백분율을 나타내는 것이고, "동력"란 밑의 "와트"란은 주어진 동력 설정치에서의 동력 소비를 나타내는 것이며, 끝으로 "유량"란은 각각의 시험에서 측정한 유량을 g/min으로 나타낸 것이다.
에스코렌 PP-3445를 가지고 행한 시험에 대한 요약
시험 압력 온도 퍼센트 동력
와트 유량
1 350a 188 0 0 0.76
2 350 188 30 40 1.66
3 340 188 40 50 2.08
4 340 194 0 0 0.76
5 340 194 30 40 1.56
6 340 194 40 50 2.01
7 350 182 0 0 0.68
8 350 182 30 40 1.38
9 340 182 40 50 1.85
10 420a 182 0 0 0.97
11 420 182 30 40 1.78
12 410 182 40 50 2.29
13 410 188 0 0 1.02
14 400 188 30 40 1.84
15 400 188 40 50 2.36
16 400 194 0 0 1.06
17 390 194 30 40 1.96
18 380 194 40 50 2.40
여기서, 첨자 a는 그리드 멜터의 초기 압력 설정치임.
하이몬트 에이치에이치-441을 가지고 행한 시험에 대한 요약
시험 압력 온도 퍼센트 동력
와트 유량
19 360a 177 0 0 1.69
20 360 177 40 50 3.33
21 340 177 70 75 4.69
22 330 182 0 0 1.51
23 330 182 44 50 3.16
24 320 182 70 75 4.75
25 340 188 0 0 1.81
26 330 188 40 50 3.53
27 320 188 70 75 4.93
28 340 194 0 0 1.96
29 320 194 40 50 3.95
30 310 194 70 75 5.14
31 500a 177 0 0 3.42
32 510 177 40 53 5.42
33 510 177 70 75 7.33
34 500 182 0 0 3.96
35 510 182 40 50 6.17
36 460 182 70 70 7.85
37 500 188 0 0 4.47
38 490 188 40 50 6.72
39 490 188 70 72 9.11
40 510 194 0 0 5.51
41 500 194 40 50 7.99
42 490 194 70 72 10.41
여기서, 첨자 a는 그리드 멜터의 초기 압력 설정치임.
표2 및 표3의 데이타는, 초음파 에너지를 적용하게 되면 오리피스를 관통하는 중합체의 유동은 초음파 에너지를 적용하지 않았을 때의 유량과 비교해 볼 때 용융물의 온도와 무관하게 증가한다는 점을 제시하고 있다. 그러나 이러한 데이타를 보다 잘 이해할 수 있도록 하기 위하여 데이타를 분 당 그램 단위의 관찰된 용융물 유량에 대한 초음파 동력 백분 설정치로 나타내었다. 제1회 실험 내지 제9회 실험(표2)에 대한 그래프가 도4에 도시되어 있으며 제10회 실험 내지 제18회 실험(표2)에 대한 그래프가 도5에 도시되어 있다. 마찬가지로, 제19회 실험 내지 제30회 실험 및 제31회 실험 내지 제42회 실험(표3)에 대한 그래프가 도6 내지 도7에 각각 도시되어 있다. 최종적으로, 도8은 표2로부터의 제1회 실험 내지 제9회 실험및 표3으로부터의 제19회 실험 및 제21회 실험에 대한 데이타의 그래프이다.
도4 내지 도7, 특히 도6 및 도7로부터, 증가하는 초음파 출력에 의해 기본적으로 개구를 통한 용융 유량가 선형적으로 증가됨을 알 수 있다. 특히, 이러한 용융 유량의 증가는 연구된 각 압출 온도에서 발생되었다. 도8로부터 초음파를 가하지 않으면 400 용융 유량 중합체의 압출이 가능하나 초음파 에너지를 가함으로써 30 용융 유량 중합체의 압출이 가능하다는 것을 알 수 있다. 물론, 그 의미는 보다 높은 용융 속도 중합체에 대해 통상 사용되는 처리 조건 하에서 보다 낮은 용융 유량 중합체(즉, 보다 높은 분자량 중합체)의 장점이 실현될 수 있다는 것이다. 이러한 장점은 예를 들어 보다 높은 용융점 및 보다 높은 인장 강도 특성을 갖는 섬유의 제조를 포함한다. 역으로, 본 발명의 방법에 의해 생산량을 감소시키지 않으면서 보다 낮은 온도에서 소정의 중합체를 압출하는 것이 가능하다.
<실시예 4>
본 실시예는 압출 오리피스를 폐쇄시키는 이물질을 제거하는 본 발명의 장치의 성능을 예시한다. 본 실시예에서, 그리드 멜터 호퍼(Grid Melter hopper)가 미네소타주 에스티. 폴의 에치. 비. 풀러 캄파니로부터 입수된 다량의 실험용 압력 감응형 고온 용융 접착제(a quantity of an experimental pressure-sensitive hot melt adhesive)로 충전되었다. 수지에 대한 권장 적용 온도는 149℃이었다. 용융기(melter), 튜브(tubing) 및 다이 하우징에서 가열 구역은 초기에 138℃로 세팅되었다. 가열 수준이 안정화된 때, 약 15 퍼센트의 전체 속도로 펌프 구동이 개시되었으며, 31.5 kg/cm2(450 psig)의 압력이 발생되었다. 이 때 초음파 출력이 사용되지 않았다. 따라서, 모든 구역의 온도는 약 194℃로, 또는 수지의 권장 적용 온도 위로 27℃로 증가되었다. 이 때 압출물은 탄 냄새가 났으며 연기가 발생되었다. 5분 내에 유동이 정지되었으며 압출 압력은 28 Kg/cm2(400 psig) 이상으로 상승되었다. 이 때, 초음파 출력 제어기는 50 퍼센트로 세팅되었으며 출력은 1초 동안 켜졌다. 유동은 즉시 회복되었으며 압력은 이전 수준으로 강하되었다. 압출물(extrudate)에서 검게 탄화된(black charred) 재질 입자가 관찰되었다. 3분 내에 유동은 다시 정지되었으며 이전에서와 같이 초음파 에너지를 가하면 다시 시작되었다. 이러한 사이클이 8회 이상 반복되었다. 각 반복 후 출력 제어가 약간 낮추어졌다. 최종 사이클 후 출력 제어 세팅은 30 퍼센트 출력이었으며, 35 watts의 와트 메터 눈금을 나타내었다. 출력 공급은 30 퍼센트 수준으로 유지되었으며 유동이 한 시간 동안 관찰되었다. 탄화된 입자가 압출물 내에서 관찰되었으나, 유동은 시험 중 중단되지 않았다.
<실시예 5>
본 실시예에서는 예를 들어 탄화 수소계 오일과 같은 비교적 자유로이 유동하는 액체에 대한 본 발명을 예시한다. 본 실시예에서 사용된 초음파 장치는 침지식 혼이라 한다. 예시적인 침지식 혼의 상세한 형상은 도1에 도시되어 있으며 도1을 참조한 명세서 부분에서 설명되었다.
펌프, 구동 모터 및 모터 제어기가 일리노이주 시카코의 데이톤 일렉트릭 엠에프지. 캄파니로부터 입수되었다. 펌프는 회전당 1.3 입방 센티미터의 배출량을 갖는 유압 기어식(hydraulic gear type)이다. 시스템의 고압측 상의 파이프는 6.4 mm(1/4 in)의 스테인리스강 튜브이다.
모세관 팁은 0.368 cm(0.0145 in) 직경 및 2.21 cm(0.087 in) 모세관 길이의 오리피스 개구를 갖는다. 따라서, 모세관은 6의 길이 대 직경 비율(L/D)을 갖는다. 모세관에 대향한 탭 상의 개구는 직경이 3.18 cm(0.125 in)이다. 개구의 벽은 개구가 적절한 모세관 직경을 가질 때까지 30도읜 각도로 좁아진다.
초음파 장치는 브레이슨 모델 1120 전원에 의해 전력이 공급되었다. 소비 전력은 브레이슨 A410A 와트메터로 감시되었다. 20 kHz의 초음파 신호가 브레이슨 모델 402 변환기로 변환되었다. 변환기의 출력은 포트 형성 혼(ported horn)에 알루미늄 1:1 부스터를 통해 결합되었다. 변환기, 부스터 및 혼은 초음파 스택을 구성하였다.
브레이슨 모델 J-4 출력 제어기는 전체 출력 성능의 백분율로 전원의 출력을 제어하도록 설치되었다.
시험을 위해 선정된 오일은 표준 번호 N1000, 로트 #92102인 펜실바니아주 스테이트 칼리지의 캐논 인스트루먼트 캄파니로부터 입수된 석유계 점성 표준 오일이었다. 오일은 20℃에서 421 cP(센티포이즈)(SI 유니트는 mPa·s)의 점성을, 25℃에서는 2716 cP의 점성을, 40℃에서는 839 cP의 점성을, 60℃에서는 235 cP의 점성을, 100℃에서는 40 cP의 점성을 갖는다.
유량 시험은 초음파 출력 없이 또는 50%의 가용 출력으로 0.368 cm(0.0145in) 직경을 갖는 침지식 혼 상에서 수행되었다. 압출물의 온도는 출구의 6.4 mm(1/4 in) 내에서 스트림 내에 나 연결부 열전쌍(bare junction thermocouple)을 위치시킴으로써 감시되었으며 휴대용 파이로메터(hand-held pyrometer)로 열전쌍으로부터의 신호를 판독하였다. 시험 결과는 표4에 도시되어 있다. 표4에서, "압력"은 psig로 표시된 압력이며, "펌프"는 rpm(분당 회전수)으로 표시된 펄프 속도이며, "질량"은 그램으로 표시된 수집된 시험 액체(예를 들어 오일)의 질량이며, "온도"는 휴대용 파이로메터로부터 판독된 온도를 표시하며, "시간"은 초로 표시된 액체가 수집된 시간이며, "와트"는 소정의 출력 세팅의 전력 소비이며, "속도"는 g/min으로 표시된 각 시험에 대해 측정된 유량이다.
0 및 50% 출력에서 0.368 cm(0.0145 in) 팁을 사용한 유동 속도
압력 펌프 질량 온도 시간 와트 속도
120 2.9 1.82 67.8 30 -0- 3.64
140 3.6 2.07 67.4 30 4.14
160 3.9 2.34 66.9 30 4.68
180 4.3 2.55 66.3 30 5.10
200 4.8 2.85 66.0 30 5.70
220 5.2 3.07 65.6 30 6.14
240 5.9 3.30 65.4 30 6.60
260 6.2 3.49 65.1 30 6.98
140 25.0 7.96 83.8 15 90.0 31.84
160 34.0 10.96 81.5 15 85.0 43.84
180 50.0 17.97 80.4 15 80.0 71.88
200 53.0 16.32 96.0 15 80.0 64.92
220 62.0 19.62 93.0 15 80.0 78.48
<실시예 6>
본 실시예에서는 다음을 제외하고 동일한 형상으로 세팅된 제5 실시예와 동일한 초음파 장치(침지식 혼)를 사용한 액체 스프레이를 발생시키는 본 발명을 설명한다.
두 개의 다른 오리피스가 사용되었다. 하나는 0.102 mm(0.004 in)의 직경 및 0.102 mm(0.004 in)의 길이(L/D 비율 1)를 가지며 다른 하나는 0.254 mm(0.010 in)의 직경 및 0.152 mm(0.006 in)의 길이(L/D 비율 0.006/0.010 또는 0.6)를 갖는다.
사용된 오일은 펜실바니아주 엑스포트의 레그볼드-헤라오이스 배큠 프로덕츠, 인크.로부터 입수 가능한 카탈로그 # 98-198-006 기호 HE-200을 갖는 진공 펌프 오일이었다. 거래 문헌으로부터 오일은 40℃(104℉)에서 58.1 cP의 동 점성 및 100℃ (212℉)에서 9.14 cP의 동점성(kinematic viscosity)을 가졌다.
80 와트의 전력으로 그리고 90 와트의 전력으로 초음파 출력 없이 여러 팁을 갖는 침지식 혼에서 유량 시험이 수행되었다. 시험 결과가 표5에 도시되어 있다. 표5에서, "압력"은 psig로 표시된 압력이며, "팁"은 인치로 표시된 모세관 팁(출구 오리피스)의 직경 및 길이이며, "전력"은 소정 출력 세팅에서 와트로 표시된 전력 소비이며, "속도"는 g/min으로 표시된 각 시험에 대해 측정된 유동 속도이다.
표 5
진공 펌프 오일 HE-200
압력 팁직경 X 길이 (인치) 동력 유량
150 0.0040.004 0 11.8
150 80 12.6
150 90 16.08
250 0.0040.004 0 13.32
250 80 14.52
250 90 17.16
150 0.0100.006 0 20.76
150 80 22.08
150 90 25.80
250 0.010.006 0 24.00
250 80 28.24
250 90 31.28
<실시예 7>
본 실시예에서는 이하를 제외하고 동일한 구조로 세팅된 제6 실시예와 동일한 장치(침지식 혼)를 사용한 본 발명을 예시한다.
두 개의 다른 오리피스가 사용되었다. 하나는 0.635 mm(0.025 in)의 직경 및 1.143 mm(0.045 in)의 길이(L/D 비율 1.8)를 가지며 다른 하나는 0.368 mm(0.0145 in)의 직경 및 2.210 mm(0.087 in)의 길이(L/D 비율 6)를 갖는다.
사용된 액체는 뉴저지주 잉글우드 클리프스의 씨피씨 인터네셔널 베스트푸드 디비젼으로부터 입수 가능한 카로 브랜드의 라이트 콘 시럽, 제조 코드 # 214A5이었다. 콘 시럽은 25℃에서 3392 cP의 동 점성(kinematic viscosity)을 가졌다.
90 와트의 전력(가용 전력의 20%)으로 그리고 100 와트의 전력(가용 전력의 30%)으로 초음파 출력 없이 여러 팁을 갖는 침지식 혼에서 유량 시험이 수행되었다. 시험 결과가 표6에 도시되어 있다. 표6에서, "압력"은 psig로 표시된 압력이며, "퍼센트"는 가용 전력의 퍼센티지로서 전력 소비량이며, "와트"는 소정 출력 세팅에서 와트로 표시된 전력 소비이며, "속도"는 g/min으로 표시된 각 시험에 대해 측정된 유량이다.
옥수수 시럽
팁- 직경 0.025" X 길이 0.045"
동력
압력 퍼센트 와트 유량
120 - 0 47.12
20 90 81.88
30 100 103.08
160 - 0 93.52
20 90 139.72
30 100 170.60
팁- 직경 0.0145" X 길이 0.087"
동력
압력 퍼센트 와트 유량
120 - 0 19.20
20 90 37.80
30 100 51.48
160 - 0 35.04
20 90 59.84
30 100 66.36
본 예는 서로 다른 종류의 액체를 유화시키는 것에 관련된 본 발명을 설명한다. 본 예에서, 유상액은 물과 탄산 수소 계열의 오일(oil)에서 형성되었다. 시험용으로 선택된 오일은 캐논 인스트루먼트 콤패니 오브 스테이트 칼리지(Canon Instrument Company of State College) 파., 표준 넘버 엔1000, 로트 #92102으로부터 획득된 석유 계열의 점성도 표준 오일이다.
펌프에 의해서 압력을 받아서 공급되는 상기 오일은 모터, 및 예5에서 설명된 모터 제어기를 구동한다. 이러한 경우에, 펌프로부터의 출력은 1/4" 티 피팅(tee fitting)의 다리부에 연결되었다. 대향하는 평행한 티 피팅의 다리부는 사반나, 가.(Savannah, Ga.)의 로스 엔지니어링, 인크(Ross Engineering, Inc)에서 얻어진 여섯 요소 1/2" 직경 아이에스지(ISG) 비작동 혼합기(Motionless Mixer)의 입구에 연결되었다. 상기 혼합기의 출구는 묻혀있는 혼 초음파 장치(도1)의 입구에 연결된다. 물은 피스톤 계측 펌프에 의해서 오일 스트림으로 측량된다. 상기 펌프는 5" 행정 수화 실린더에 의해서 9/16" 직경으로 되어 있다. 상기 실린더의 피스톤 로드는 감속 기어 장치를 통해서 가변성 속도 모터에 의해서 구동되는 재킹(jacking) 나사에 의해서 전진되었다. 모터의 속도는 모터 제어기를 사용하여 제어되었다. 물은 가요성 있는 호스에 의해 실린더에서 티의 제3 레그로 수송된다. 상기 가요성 있는 호스의 출구 단부는, 상기 가요성 호스가 티에 설치된 상태로, 오일 유동 스트림(초음파 장치의 상류)의 거의 중심에서 종결되는 약 0.030"의 내경의 스테인레스강 표피 관의 길이와 맞게된다.
묻혀있는 혼 장치는 0.0145" 직경의 선단부에 조립되었다. 상기 오일은 25psig로 가압되어서, 약 35g/min의 유속을 발생시킨다. 상기 계측 펌프는 약 3rpm으로 설정되어서 0.17cc/min의 물 유속을 발생시킨다. 사출된 샘플(조음파 장치에서의 액체 출력)은 어떠한 초음파 에너지(동력) 없이도 얻어질 수 있으며, 약 100와트의 초음파 에너지에서 발생되었다. 상기 샘플은 광학 현미경으로 관찰되었다. 초음파 에너지를 가하지 않는 동안에 초음파 장치를 통해서 통과된 샘플은 직경이 약 50-300 미크론의 범위의 광범위하게 분산된 액적을 함유하였다. 100 와트의 전력을 받는 동안 초음파 장치를 통과한 샘플은 직경이 약 5 내지 1 미크론보다 작은 조밀한 액적을 함유한 유상액이었다.
본 명세서는 특별한 실시예에 대해서 상세하게 설명하고 있지만, 당업자는 전술한 것들을 이해할 때, 이들 실시예에 대한 변경, 변형 및 동등한 것을 쉽게 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위 및 이것과 동등한 것으로서 평가되어야 한다.

Claims (61)

  1. 가압된 유체의 유량을 오리피스를 통해서 증가시키는 장치에 있어서,
    가압된 액체를 수용하도록 만들어진 챔버와, 상기 챔버에 가압된 액체를 공급하도록 만들어진 입구와, 다이 팁의 벽에 의해서 형성되며 가압된 액체를 상기 챔버로부터 수용하고 상기 액체를 다이 하우징의 외부로 통과시키도록된 출구 오리피스를 형성하는 다이 하우징과,
    상기 다이 팁에 초음파 에너지를 인가시키지 않고 상기 챔버내에서 가압된 액체의 일부에 초음파 에너지를 인가하기 위한 수단을 포함하고,
    초음파 에너지 인가 수단이 상기 챔버내에 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 초음파 에너지 인가 수단이 침지식 초음파 혼인 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스가 복수개의 출구 오리피스인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스가 단일 출구 오리피스인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스의 직경이 0.000254 내지 0.254 cm인 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스의 직경이 약 0.00254 내지 0.0254 cm인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스가 출구 모세관인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 출구 모세관이 4:1 내지 10:1의 직경비를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 초음파 에너지의 주파수가 15kHz 내지 100kHz인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 출구 오리피스가 자동 세척식인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 장치가 가압된 다성분의 액체를 유화하도록 된 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 장치가 액체 스프레이를 만들어 내도록 제작된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 장치가 액체의 미세화된 액체 스프레이를 만들어 내도록 제작된 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 장치가 가압된 액체의 캐비테이션을 만들어 내도록 제작된 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이 하우징은 제1 단부 및 제2 단부를 구비하고 상기 제1 단부에 위치한 출구 오리피스를 가지며, 가압된 액체는 제1 축을 따라 상기 다이 하우징의 외부로 통과되고,
    초음파 에너지를 인가하는 수단은 제1 단부 및 제2 단부를 가지며, 초음파 에너지에 의해서 여기될 때, 노드 및 종방향의 기계적 여기 축을 갖도록 되어 있고, 상기 제1 단부가 다이 하우징의 외부에 위치하고 상기 제2 단부가 다이 하우징의 내부에 위치하며, 챔버내에서, 출구 오리피스에 매우 근접해 있지만 다이 팁에 초음파 에너지를 인가시키지 않는 방식으로 다이 하우징의 제2 단부에 위치하는 초음파 혼을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 종방향 기계적 여기 축이 상기 제1 축과 사실상 평행한 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제15항에 있어서, 초음파 혼의 제2 단부가 다이 하우징 내의 모든 출구 오리피스를 둘러싸는 최소 면적과 같거나 이보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제15항에 있어서, 초음파 혼이 자체의 제1 단부에 결합되어 있는 종방향 기계적 여기 공급원으로서 진동기 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 진동기 수단이 압전 변환기인 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제18항에 있어서, 진동기 수단이 자기 변형 변환기인 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제19항에 있어서, 압전 변환기가 긴 도파관에 의해 초음파 혼에 결합된 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제21항에 있어서, 긴 도파관이 1:1 내지 1:2.5인 입력:출력 기계적 여기비를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 오리피스를 통해 가압 액체의 유량을 증가시키는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제14항에 따른 장치에 가압 액체를 공급하는 단계와,
    초음파 에너지를 다이 팁에 인가하지 않고 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수용하는 동안에 초음파 에너지 인가 수단을 초음파 에너지로 여기시키는 단계와,
    다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 액체의 유량 증가 방법.
  24. 제23항에 있어서, 초음파 에너지를 15 kHz 내지 60 kHz의 주파수로 인가하는 수단을 여기시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 가압 유체의 유량은 초음파 에너지에 의한 여기되지 않을 때 동일한 출구 오리피스를 통한 동일한 다이 하우징 외부의 동일한 가압 액체의 유량 보다 적어도 25퍼센트 더 많은 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제23항에 있어서, 가압 유체의 유량은 초음파 에너지에 의해 여기되지 않을 때 동일한 출구 오리피스를 통한 동일한 다이 하우징 외부의 동일한 가압 액체의유량 보다 적어도 75 센트 더 많은 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제23항에 있어서, 가압 유체의 유량은 초음파 에너지에 의해 여기되지 않을 때 동일한 출구 오리피스를 통한 동일한 다이 하우징 외부의 동일한 가압 액체의 유량 보다 적어도 200 퍼센트 더 많은 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제23항에 있어서, 가압 액체의 유량 증가는 가압 액체의 온도가 크게 상승되지 않을 때 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제23항에 있어서, 가압 액체의 유량 증가는 가압 액체의 공급 압력이 크게 상승되지 않을 때 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제23항에 있어서, 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수용하는 동안에 초음파 에너지 인가 수단을 초음파 에너지로 여기시키는 단계와, 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 액체를 통과시키는 단계는 출구 오리피스의 자기 세척 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제23항에 있어서, 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수용하는 동안에 초음파 에너지 인가 수단을 초음파 에너지로 여기시키는 단계는 다성분 가압 액체를 유화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제23항에 있어서, 다이 팁 내의 출구 오리피스의 외부로 액체를 통과시키는 단계는 액체 스프레이 생성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 액체의 스프레이는 미세화된 액체 스프레이인 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제23항에 있어서, 출구 오리피스가 챔버로부터 가압 액체를 수용하는 동안에 초음파 에너지 인가 수단을 초음파 에너지로 여기시키는 단계와, 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 액체를 통과시키는 단계는 가압 액체의 캐비테이션 발생 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    연료를 포함하는 액체 연료를 내연 기관 안으로 분사하기 위한 초음파 연료 분사 장치의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버로부터 가압 액체를 수용하여 액체를 다이 하우징 외부로 통과시키는 동안에 초음파 에너지 인가 수단이 초음파 에너지에 의해 여기될 때 출구 오리피스가 자동 세척되도록 된 오리피스를 통한 가압 액체의 유량을 증가시키는 자동 세척 장치의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버로부터 가압 다성분 액체를 수용하여 액체를 다이 하우징 외부로 통과시키는 동안에 초음파 에너지 인가 수단이 초음파 에너지에 의해 여기될 때 출구 오리피스가 가압 다성분 액체를 유화시키도록 된 가압 다성분 액체를 유화시키는 장치의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버로부터 가압 액체를 수용하여 액체를 다이 하우징 외부로 통과시키는 동안에 초음파 에너지 인가 수단이 초음파 에너지에 의해 여기될 때 출구 오리피스가 액체 스프레이를 생성하도록 된 액체 스프레이를 생성하는 장치의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제38항에 있어서, 미세화된 액체 스프레이를 생성하도록 된 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제38항에 있어서, 균일한 원추형 액체 스프레이를 생성하도록 된 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    챔버로부터 가압 액체를 수용하여 액체를 다이 하우징 외부로 통과시키는 동안에 초음파 에너지 인가 수단이 초음파 에너지에 의해 여기될 때 출구 오리피스가 가압 액체의 캐비테이션을 발생시키도록 된 가압 액체의 캐비테이션을 발생시키는 장치의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 제23항에 있어서,
    출구 오리피스가 세척되도록 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제23항에 있어서,
    다성분 액체가 유화되도록 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제23항에 있어서,
    액체 스프레이를 생성하도록 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계는 미세화된 액체 스프레이를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제44항에 있어서, 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계는 균일한 원추형 액체 스프레이를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제23항에 있어서,
    가압 액체가 챔버로부터 수용됨에 따라 가압 액체에 캐비테이션이 발생하여 출구 오리피스 외부로 통과하도록 다이 팁 내의 출구 오리피스 외부로 가압 액체를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  48. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융된 열가소성 중합체를 압출하도록 다이 하우징은 용융된 열가소성 중합체를 챔버에 공급하도록 된 입구 오리피스와, 챔버로부터 용융된 열가소성 중합체를 수용하여 중합체를 압출하도록 된 압출 오리피스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제47항에 있어서,
    압출 오리피스는 다이 하우징의 제1 단부에 위치하고 상기 챔버로부터의 용융 열가소성 중합체를 수용하여 상기 중합체를 제1축을 따라 압출하도록 구성되고,
    초음파 혼의 제1 단부가 다이 하우징의 외측에 위치하고 초음파 혼의 제2 단부가 다이 하우징의 내측에 위치하며 압출 오리피스에 근접하는 방식으로 초음파혼이 다이 하우징의 제2 단부에 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제49항에 있어서, 초음파 에너지가 18 kHz 내지 60 kHz의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제49항에 있어서, 중합체가 섬유로서 압출되는 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제23항에 있어서,
    용융 열가소성 중합체를 공급하는 단계와,
    다이 조립체 내의 압출 오리피스를 통해서 쓰레드라인을 형성하도록 용융 열가소성 중합체를 압출하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 압출하는 동안에 초음파 에너지로 초음파 에너지 인가 수단을 여기시키는 단계와,
    섬유를 형성하도록 상기 쓰레드라인을 가늘게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제48항에 있어서, 초음파 혼의 제2 단부가 다이 하우징 내의 모든 압출 오리피스를 둘러싸는 최소 면적과 같거나 이보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제48항에 있어서, 상기 가늘게 하는 단계가 쓰레드라인이 다이를 빠져나갈 때 이를 유체 스트림에 접촉시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제23항에 있어서,
    가스 기포가 길이를 따라 연행되어 있는 섬유를 열가소성 중합체로부터 형성하고,
    용융 열가소성 중합체를 공급하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 수용하도록 구성된 챔버와 이 챔버에 용융 열가소성 중합체를 공급하도록 구성된 입구 오리피스와 상기 챔버로부터의 용융 열가소성 중합체를 수용하여 이를 압출하도록 된 압출 오리피스가 형성된 다이 하우징과, 챔버 내에 위치하고 용융 열가소성 중합체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있고 용융 열가소성 중합체가 압출 오리피스를 통과할 때 이에 초음파 에너지를 인가하도록 구성된 초음파 에너지 발생 수단을 포함하는 다이 조립체의 압출 오리피스를 통해서 쓰레드라인을 형성하도록 용융 열가소성 중합체를 압출하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 압출하는 동안에 공동을 유지하기에 충분한 상태 하에서 초음파 에너지로 초음파 혼을 여기시키는 단계와,
    섬유를 형성하도록 상기 쓰레드라인을 가늘게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제23항에 있어서,
    길이에 따라 가스 기포가 연행되어 있는 섬유를 열가소성 중합체로부터 형성하고,
    용융 열가소성 중합체를 공급하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 수용하도록 구성되고 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 챔버와 이 챔버에 용융 열가소성 중합체를 공급하도록 구성된 입구 오리피스와 상기 챔버로부터의 용융 열가소성 중합체를 수용하여 이를 제1축을 따라 압출하도록 구성되고 상기 챔버의 제1 단부에 위치한 압출 오리피스가 형성된 다이 하우징과, 제1 단부와 제2 단부를 갖고 초음파 에너지에 의해 여기될 때 노드 및 종방향 기계적 여기축을 갖도록 구성되고 챔버의 제2 단부에 위치하여 있는 혼이 이 혼의 제1 단부가 다이 챔버의 외측에 위치하고 혼의 제2 단부가 챔버 내에 위치하며 압출 오리피스에 근접하는 방식으로 되어 있는 초음파 혼을 포함하는 다이 조립체의 압출 오리피스를 통해서 쓰레드라인을 형성하도록 용융 열가소성 중합체를 압출하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 압출하는 동안에 공동을 유지하기에 충분한 상태 하에서 초음파 에너지로 초음파 혼을 여기시키는 단계와,
    섬유를 형성하도록 상기 쓰레드라인을 가늘게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 제23항에 있어서,
    열가소성 중합체로부터 부직 웨브를 형성하고,
    용융 열가소성 중합체를 공급하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 수용하도록 구성된 챔버와 이 챔버에 용융 열가소성 중합체를 공급하도록 구성된 입구 오리피스와 상기 챔버로부터의 용융 열가소성 중합체를 수용하여 이를 압출하도록 된 압출 오리피스가 형성된 다이 하우징과, 챔버 내에 위치하여 용융 열가소성 중합체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있고 용융 열가소성 중합체가 압출 오리피스를 통과할 때 이에 초음파 에너지를 인가하도록 구성된 초음파 에너지 인가 수단을 포함하는 다이 조립체 내의 압출 오리피스를 통해서 쓰레드라인을 형성하도록 용융 열가소성 중합체를 압출하는 단계와,
    용융 열가소성 중합체를 압출하는 동안에 초음파 에너지로 초음파 혼을 여기시키는 단계와,
    쓰레드라인을 가늘게 하여 이로부터 섬유로 형성하도록 상기 쓰레드라인을 유체 스트림에 접촉시키는 단계와,
    상기 섬유를 수집면 상에 무작위로 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  58. 열가소성 폴리올레핀으로부터 마련되고 그 길이를 따라 가스 기포가 연행되어 제24항의 방법에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 용융 압출 섬유.
  59. 제58항에 있어서, 섬유의 밀도가 가스 기포가 연행되어 있지 않은 다른 동일 섬유의 밀도에 비해 작은 것을 특징으로 하는 용융 압출 섬유.
  60. 제58항에 있어서, 섬유의 밀도가 가스 기포가 연행되어 있지 않은 다른 동일 섬유의 밀도의 90 퍼센트보다 작은 것을 특징으로 하는 용융 압출 섬유.
  61. 제58항에 있어서, 섬유의 밀도가 가스 기포가 연행되어 있지 않은 다른 동일 섬유의 밀도의 20 퍼센트 내지 90 퍼센트 범위에 있는 것을 특징으로 하는 용융 압출 섬유.
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