KR0132255B1 - 초음파를 이용한 직물수세장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 직물 수세장치에 관한 것이며,

수세기본체 하방의 세저액탱크를 3개로 구획한 위로는 이송로울러를 각3개의 그룹으로 분리하여 샤원노즐과 스팀분사노즐을 설치한 하방의 세정액탱크에 진동자와 에어분사노즐을 구성하여 세정액이 일방의 출구측에서 입구측으로 이동되도록 하고 진동자로서 초음파를 발생, 세정액을 물리적 화학적으로 변화시켜 직물과 접촉시켜 수세기내에 직물의 최적상태의 세정환경을 조정하여 직물을 연속적으로 수세하고, 수세로 인한 페수량을 줄일 수 있도록 한 것이다.

종래에는 직물의 제직과정에서 사용되는 각조의 호부제와 약품의 배합사용 및 직물의 고밀도로 인하여 일반적인 수세방법의 세정약품의 사용, 체류에 의한 팽륜반응분해, 용수의 고온화, 충격 등의 방법을 동원하고 있으나 세정효과가 만족되지 못하고, 수세후 발생되는 폐수를 줄이지 못하여 용수의 절감과 직물에 함유된 불순물과 잔여약제의 효과적인 제거를 위한 많은 연구와 노력을 하고 있으나 해결되지 못하고 있는 페단을 해소하고 최적상태의 수세환경을 조성하고 수세용액의 반복사용으로 수세효율울 높이고 수세용액페수를 줄일 수 있도록 한 발명이다.

Description

초음파를 이용한 직물수세장치

제1도는 본 발명의 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수세기 본체 2 : 세정액 탱크

3,3a : 격막판 3b : 오버플로우 격막판

4 : 배수관 5,5a : 배수밸브

6 : 초음파 진동자 7 : 에어분사노즐

8,8a : 안내 로울러 8b : 전동 로울러

9 : 토오크 모터 10 : 가압 로울러

11 : 가압봉 12 : 샤워노즐

13 : 스팀분사노즐 14 : 에어실린더

a : 입구부 b : 중간부

c : 출구부

본 발명은 제직된 직물의 가공공정에서 초음파를 이용하여 직물을 연속적으로 수세할 수 있는 초음파를 이용한 직물수세장치에 관한 것이다. 직물은 섬유에서부터 직조되어 직물이 되기까지 여러 공정에서 많은 이물질로 오염이 된다. 이들 이물질을 제거하고 여러 가지 가공을 수요자가 요구하는 기능에 맞는 직물이 되기까지 많은 공정을 거치게 된다. 즉 방사할때는 방사오일이, 사이징할때에는 왁스와 합성수지가, 제직할때는 제직오일 등이 각 부여된다. 특히 오늘날 직물은 신합섬의 개발로 여러 가지 기능성을 부여된 직물이 여러 가지 형태로 개발되고 있으며 고밀도화 되고 있다. 제직전에 여러 가지 형태로 직물에 부여된 물질은 제직이 완료되면 불팔요하게 제거하지 않으면 안된다. 직물의 가공공정은 이 물질제거를 위한 호발, 정련, 표백공정, 촉감, 형태고정, 기능성 향상을 위한 감량, 리렉서 가공, 염색, 열 고정 등의 공정을 거쳐야 한다. 섬유류의 습식공정(정련호발표백공정, 머써라이징공정, 연속감량공정, 연속염색)에서는 막대한 양의 용수와 전기, 열에너지가 소모되고 있다. 이들 대부분의 공정에서는 반응속도를 촉진 또는 지연시키기 위하여 적당한 약품들을 사용하고 있으며, 주어진 시간 내에 약품을 섬유표면에 흡착, 섬유내부로 침투시키기 위해서 일반적으로 높은 온도를 필요로 한다. 이러한 물질전달과 같은 모든 화학적 처리는 시간과 온도에 의존하며, 이는 제품의 품질에 영향을 미치게 된며 고주파 건조, 적외선건조와 같은 많은 신 기술들을 시간단축, 용수절감, 폐수절감, 에너지절감, 품질개선을 위하여 많이 채택되고 있다. 이러한 관점에서 볼 때 초음파도 섬유산업에서 상당한 장점을 지니고 있다. 섬유산업에 초음파의 이용은 극히 새로운 것이 아니며, 초음파를 이용하여 시간단축과 공정개선 등에 관한 많은 연구 논문들이 발표되고 있다. 게다가 세정과 기계분야, 안정된 분산용액의 제조에 두드러지게 활용되고 있는 기술이며, 다른 새로운 분야로도 연구 확대되고 있다. 주로 세정조에 구성되어 있는 초음파발생장치는 세정효율을 높이기 때문에 응용확대가 기대된다. 특별한 장치가 필요없기 때문에 음화학반응에서 관심이 모아지고 있다. 초음파는 이제 광범위한 습식공정에 영향을 미치는 기술로 이해되고 있다. 또, 직물 가공공정에서 이물질이 세척되어 제거되지 않을 경우 잔류 물질이 다른공정에서 반응을 일으켜 불량요인이 다음공정에서 반응을 일으켜 불량요인이 되므로 각 공정마다 수세공정에서 직물에 함유된 약품이 직물을 충분히 세척하여 다음작업의 공정으로 이동되어야 직물의 품질을 높일 수 있으므로 직물의 가공공정에서 매우 중요한 비중을 차지하고 있다. 또, 오늘날 신합성직물은 고밀도화 되어 잔여약제와 불순물이 가용성이라 하더라도 쉽게 제거되지 않아 수세공정에서 이를 효과적으로 제거하기 위하여 화학적 약품사용과 체류에 의한 팽륜 반응분해(물에 불리는 작업)와 용수의 고온화, 충격 등의 방법을 동원하여 직물에 함유된 불순물과 잔여약제의 제거를 위한 많은 연구와 노력을 하고 있으나 해결되지 못하고 있는 실정이다.

또, 직물가공 공정에 사용되는 각 공정은 대부분 물을 이용하는 수세기로 구성되고 있으며, 이들 공정은 작업능률과 공정에 따른 작업효과를 높이기 위하여 각종의 약품을 배합사용하고 또 이를 처리하기 위하여 많은 용수가 요구되고 있어 이로 인한 많은 에너지소모와 폐수의 발생량이 많아지는 문제점이 야기되고 있다.

초음파란 〔인간의 귀로 들을 수 없을 정도로 높은 음〕이다. 〔음〕을 물리적을 분석하면, 공기의 소밀파(공기분자가 밀집하여 압력이 높은 부분과 희박하여 압력이 낮은 부분이 교호로 발생되어 진동이 전달되어 가는 파)라고 말한다.

이 가운데 가장 널리 이용되고 있는 것이 진동자를 사용한 초음파 발생법이다. 진동자의 종류는 다양하지만, 압전효과(전압을 가하면 물질이 신축하여 반복 피스톤 운동함)를 이용한 압전진동자가 가장 많이 사용되고 있다. 그 가운데 대표적인 것이 예로부터 자연에서 얻어온 수정(crystal)이다.

개발이 계속되어 재질도 안정하고 효율도 좋으며, 저렴한 가격에 취급하기 편리한 압전 세라믹과 최근에는 고분자 압전막이 개발되어 진동자로 사용되고 있다. 초음파를 가청음에 비하면 주파수가 높다라는 물리적인 차이뿐만 아니라 지향성이 좋은 점, 매질에 따른 전달속도 차이, 액체 속에서 공동현상이 발생하는 특징을 띠고 있다.

액체 속에 강력한 초음파를 방사하면 공동현상(cavitation)을 일으킨다. 공동현상이란 초음파 진동에 의해 수중에서 격렬한 진동이 부가되고, 그 진동이 한계에 달했을 때 발생하는 기포이다. 이 기포에 부딪혀 합쳐지고 다시 파괴될 때 고압이 생긴다. 이 현상에 의해 교반작용, 입자 파괴작용, 발열작용이 생겨 유화와 분산 등에 이용되는 것이다.

공동현상의 발생은 주파수, 파의 강도, 온도, 액체의 증기압과 같은 인자에 의존한다. 주파수가 너무 높으면 공동현상 발생효율이 좋지 못하며, 공동현상을 유지시키기 위해서는 많은 에너지를 필요로 한다. 이때 분자가속은 높으나 파의 진폭이 작기 때문에 파의 에너지가 열에너지로 변환되어 매질의 온도가 올라가게 된다. 낮은 주파수에서는 보통의 강도에서도 공동현상이 쉽게 일어나고 전력소모도 적으나 진폭은 커진다. 또한 낮은 주파수에서는 열에너지의 변화도 적어진다. 섬유공업에서도 각 공정에 초음파 기술을 응용하고자 하는 시도가 예로부터 행해져 왔다. 그러나 지금까지 학계와 산업계에 알려진 보고나 특허 등으로 보아 초음파 응용기술은 모두 실험실적 규모이며, 전자회로기판 세척이나 도금공정에서 가공물의 세척에 일부 실용화되고 있는 부분도 있지만, 직물가공분야에서는 직물의 특성상 천연섬유와 합성섬유로 대별되고 또 직물의 조직등에서도 가공조건, 정련, 호발, 표백, 염색, 리렉서등의 가공공정에서 조건시간, 상태 모두 다르고 또 각 가공공정을 거치면서 맹글에 의해 탈수되어야 하는 등 전문화 및 차별화를 요구하고 또 가공공정에 따라 반복, 또는 연속가공이 이루어져야만 수요자가 요구하는 기능의 직물을 얻을 수 있게 되므로 식물가공분야에서는 실용화가 이루어지지 못하고 있고, 또 90년 실용신안공고 10284호와 같은 염색가공기로는 위와같은 조건에 만족될 수 없어 현재에 이르기 까지 직물의 가공에 이용되지 못하고 있다.

보조수단으로 초음파 분산의 특징은 종래 도달할 수 없었던 미세한 분산을 얻을 수 있어, 애용분야가 화학공업에 많이 있다. 섬유공업에서 수지가공을 행할 때 수지와 물의 유화가 문제가 되며, 그 유화액의 안정성이 강하게 요망되어 왔다. 그래서 초음파로 분산시킴으로서 안정한 유화약을 연속처리로 얻을 수 있으며, 노동절감과 작업효율향상에 크게 기여하고 있다. 안정도가 종래에 비해 600배로 향상되었다고 하며, 약품의 분산도가 염색을 지배하는 중요한 인자이기 때문에, 초음파로 분산시킴으로서 90%이상의 분산도를 얻을 수 있다고 한다.

이에 본 발명은 수세기의 세정액탱크에 장입된 세정액에 초음파의 음압 변동으로 발생되는 공동현상으로 기포의 생성, 진동, 파괴, 탈기 및 온도, 압력은 물리적 변화와 유화 등 화학반응의 변화를 이용하여 세적액이 직물의 표면에 보다 강하고 거칠게 부딪히게 하고 직물의 가동속도를 높이고, 또 수세기내에 고온의 스팀을 직물에 분사기켜 직물의 온도를 급상승시켜서 직물에 함유된 불순물과 잔여약제의 온전제거와 수세효율을 향상시킬 수 있도록 한 발명으로 이를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

수세기 본체(1) 아래쪽의 세정액탱크(2)를 격막판(3)(3a)으로 입구부(a), 중간부(b), 출구부(c)로 구분하여 출구부(c)와 중간부(b)간의 격막판(3a)은 세정액이 위로 넘쳐흐르게 하고, 입구부(a)와 중간부(b)에는 세정액이 아래쪽에서 유동되도록 하며, 입구부(a)에는 오버플로우 격막판(3b)을 구성한 아래쪽에 배수관과 연결하고, 중간부(b)와 출구부(c) 아래쪽으로는 배수밸브(5)(5a)를 각 구성하고, 입구부(a)의 오버플로우 격막판(3b)아래 쪽에 초음파진동자(6)를 설치하고, 액상부(2)의 입구부(a)측에는 에어분사노즐(7)을 구비하고, 수세기 본체(1) 상부로는 안내로울러(8)(8b)와 전동로울러(8b)간을 토오크 모터(9)와 연결하여 구동될 수 있도록 하여, 입구부(a), 중앙부(b), 출구부(c)의 3개 그룹으로 분리구성하며 한 쪽으로는 샤워노즐(12)과 스팀분사노즐(13)을 각 설치 구성하면서, 또 각 가압로울러(10)간에는 가압봉(11)으로 연결하여 에어실린더(14)의 동작에 따라 전동로울러(8b)에 압착되도록 구성한다.

도면중 미설명 부호 20은 열 교환기, 21은 입구, 22는 출구, 23은 직물, 24는 안내로울러, 25는 직물인출장치를 표시한 것이다.

이와같이 구성되는 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

직물(23)을 수세기 본체(1)의 입구(21)로 진입시켜 세정액탱크(2)에 위치한 안내 로울러(24)를 거쳐 수세기 본체(1)의 상부에 위치한 안내 로울러(8)(8a)와 전동로울러(8b)를 거치게 하여 출구부(c)에 우치한 출구(22)를 통하여 직물 인출장치기(25)를 통하여 인출되도록 하고, 세정액 탱크(2)에 세정액을 유입시키므로 입구부(a)측의 에어분사노즐(7), 초음파진동자(6), 샤워노즐(12), 스팀분사노즐(13), 열 교환기(20) 및 토오크 모터(9)를 각 동작시켜 직물수세작업을 수행하게 된다. 즉 액상부(2)의 출구부(c)에서 샤워급수로 유입되는 세정액은 중간부(b)의 격벽(3)위로 넘쳐서 중간부(b)로 이동되고, 중간부(b)의 세정액은 입구부(a)측의 격막판(3a)아래쪽으로 이동되어져 입구부(a)의 오버플로우 격막판(3b)으로 유입되어져 배수관(4)를 통하여 배수되어져 휠터에서 정화되어 전반부 수세기의 출구부(c)로 유입되는 과정으로 연속 반복 사용되어지게 된다.

또한 세정액은 입구부(a)측에 위치한 초음파 진동자(6)의 진동상태를 직물의 종류와 조직등을 고려하여 조정한 진동과 에어분사노즐(7)의 공기에 의해서 초음파의 음압, 진동, 주파수 및 용액의 온도에 따른 세정환경을 설정하여 직물(23)의 표면을 강하고 거칠게 부딪히고 접촉되어지는 환경을 유도하게 됨과 동시에 직물(23)을 두드리고 삶는 환경을 조성하여 수세기를 동작시키게 되면 세정액탱크(2)에 입구(21)를 통하열 직물(23)이 유입되고 입구부(a)의 안내로울러(24)에 유도되어져 세정액탱크(2)에 침지 되었다가 위로 상승하게 되면서 직물(23)에 함유된 세정액이 분리되어져 세정액은 낙하되고 다시 침지되는 과정을 반복하면서 상부안내로울러(8)의 샤워노즐(12)에 의해서 직물(23)에 함유된 세정액을 세척한 후 다시 세정액으로 침지되었다가 상승되면서 스팀 분사관(13)의 고온증기에 의해서 삶겨지는 과정을 입구부(a)와 중간부(b) 및 출구부(c)로 이동되면서 반복적으로 이루어져 직물의 제직과정에서 함유된 각종의 호재와 불순물 및 염료 잔여약제 등의 세척이 이루어지게 된다.

또한, 전동로울러(8b)와 가압로울러(10)간에는 에어실린더(14)의 조정에 따라 전동 로울러(8b)를 통과하는 직물(23)을 가압로울러(10)가 가압하여 직물에 함유되어진 세정액을 탈수시키고, 세정액탱크(2)에 침지될 때 새로운 세정액과의 접촉이 이루어지게 하여 수세의 효과를 높일 수 있게 된다.

이와 같이 직물(23)은 입구부(a), 중간부(b), 출구부(c)로 차례로 이동되면서 수세의 작업이 이루어지게 되고, 세정액탱크(2)에 장입된 세정액은 출구부(c), 중간부(b), 입구부(a)로 이동되게 함으로서 직물(23)이 점차적으로 청정한 용수와 접촉되게 함으로서 수세효과를 높일 수 있게 되고 세정액을 3단계로 분리 사용하므로 용수의 반복사용을 유도할 수 있게 된다. 이와같이 수세기 본체(1)의 세정액탱크(2)를 입구부(a), 중간부(b), 출구부(c)로 3단 분리하면서 직물(23)을 이송시키는 각 로울러(8)(8a)(8b)와 가압로울러(10) 및 토오크 모터(9)를 3개의 그룹으로 분리하고 각 부위에 샤워노즐(12)과 스팀분사관(13)을 구성하면서 입구부(a)측에는 초음파 진동자(6)와 에어분사관(7)을 설치하여 직물(23)은 입구(21)에서 출구(22)로 이동되도록 하고, 세정액은 출구부(c)에서 입구부(a)로 이동되도록 함으로서 직물(23)의 수세효과를 높이고 세정액의 반복사용을 유도할 수 있게 되고, 또, 세정액에 초음파 진동자(6)에 의한 초음파로서 음압 변동으로 기포생성, 진동, 파괴, 탈기와 온도, 압력 등 물리적 변화와 화학반응을 유도하여 직물의 수세효율을 높일 수 있게 된다.

따라서 이상과 같은 본 발명은 직물의 가공공정에서 직물에 함유된 각종의 호부제와 잔여 염료액 및 불순물 등의 수세를 초음파, 에어, 고온증기로 수세환경을 조성하여 직물수세를 효과적으로 수행함은 물론 수세에 사용되는 세정액을 3단계로 구분 재사용함으로서 세정액의 폐수를 획기적으로 절감할 수 있는 산업상 매우 유용한 발명이다.

Claims (1)

1. 수세기 본체(1)하방의 세정액탱크(2)를 입구부(a),중간부(b),출구부(c)로 각 구성되게 격막판(3)(3a)으로 분리하고, 입구부(a)에는 오버플로우 격막판(3b)를 구성한 아래쪽으로 배수관(4)과 연결한 일방에 초음파 진동자(6)와 에어분사노즐(7)을 설치하고, 상부로는 안내 로울러(8)(8a)와 전동로울러(8b)간을 토오크 모터(9)와 연결하여 입구부(a), 중간부(b), 출구부(c)의 3개 그룹으로 분리되도록 구성하고 일방에 샤워노즐(12)과 스팀분사노즐(13)을 각 설치하며, 각 가압로울러(10)에는 가압봉(11)으로 연결하여 에어실린더(14)의 동작에 따라 전동 로울러(8b)에 압착되도록 구성하여서 됨을 특징으로 한 초음파를 이용한 직물수세장치.