KR101856964B1

KR101856964B1 - 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치

Info

Publication number: KR101856964B1
Application number: KR1020170005204A
Authority: KR
Inventors: 김철생; 박찬희; 이정호; 이지연; 김정인
Original assignee: 전북대학교산학협력단
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2018-05-11

Abstract

본 발명은 상향식 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 상향식 노즐에서 전기방사 후 남은 솔루션이 넘쳐 문제가 되는 것을 방지할 수 있는 상향식 전기방사장치에 관한 것이다.
본 발명의 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치는, 내부에 중공부가 형성되어 솔루션이 주입되는 블럭과; 하단이 상기 블럭의 외주면에 결합되고, 내부에 상기 중공부와 연통되는 분사공이 관통 형성된 노즐과; 상기 블럭의 중공부에 솔루션를 공급하는 피스톤펌프;를 포함하여 이루어지되, 상기 노즐의 상단에는 상기 분사공의 둘레를 따라 회수홈이 오목하게 형성되고, 상기 노즐에는 상기 회수홈과 연통되는 배출공이 관통 형성되며, 상기 분사공을 통해 전기방사되고 남은 여분의 솔루션은 상기 회수홈 및 배출공을 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

Description

노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치 { Bottom-up electrospinning apparatus }

본 발명은 상향식 전기방사장치에 관한 것으로서, 특히 상향식 노즐에서 전기방사 후 남은 솔루션이 넘쳐 문제가 되는 것을 방지할 수 있는 상향식 전기방사장치에 관한 것이다.

일반적으로 나노섬유는 섬유 직경의 평균 직경이 5 내지 1,000㎚가 되는 섬유를 의미한다.

나노섬유는 주로 방사 용액(솔루션)을 전기 방사하여 제조되고, 그리고 나노섬유를 전기 방사하는 방법은 상향식, 하향식 그리고 수평식이 있다.

상향식의 경우에는 노즐이 상방향을 향해 배치되어, 상방향으로 솔루션을 전기방사함으로써 나노섬유를 생산하게 된다.

그러나, 위와 같은 상향식 전기방사장치의 경우에는 공급되는 솔루션이 상방향으로 분사되기 때문에, 인가되는 전압의 세기에 따라 방사되지 못하고 노즐 옆으로 흘러내리는 솔루션이 존재하게 된다.

이렇게 솔루션이 흘러내리게 되면, 흘러내린 솔루션이 주변 기구 등에 묻게 되며, 솔루션 용액을 통해 고전압이 흘러 기계 장치 등에 쇼트 및 스파크가 발생할 수도 있다.

이로 인해 화재의 위험성이 있고 사용자의 안정성에도 문제가 있을 수 있다.

뿐만 아니라, 전기방사 후 외부로 노출된 솔루션은 용매제로 사용되는 솔벤트가 휘발되면서 경화되어 전기방사 후 청소하는데 어려움이 있으며, 전기방사장치의 주변이 청결하지 못하게 되는 등이 단점이 있다.

공개특허공보 제10-2005-0077313호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 전기방사 후 흘러 넘치는 솔루션을 회수하여 안전성 및 청소 문제 등을 해결하고, 전기방사를 잠깐 정지시켰을 때 솔루션의 경화가 느리게 이루어지도록 할 수 있는 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치는, 내부에 중공부가 형성되어 솔루션이 주입되는 블럭과; 하단이 상기 블럭의 외주면에 결합되고, 내부에 상기 중공부와 연통되는 분사공이 관통 형성된 노즐과; 상기 블럭의 중공부에 솔루션를 공급하는 피스톤펌프와; 상기 피스톤펌프를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되, 상기 노즐의 상단에는 상기 분사공의 둘레를 따라 회수홈이 오목하게 형성되고, 상기 회수홈의 하부에 형성된 상기 분사공의 상단은 상기 노즐의 상단보다 하부에 위치하며, 상기 노즐의 내부에는 일단이 상기 회수홈의 저면과 연통되고 타단이 외부로 개방된 배출공이 관통 형성되고, 상기 회수홈의 저면은 상기 배출공 방향으로 경사지게 형성되고, 상기 배출공의 상단은 상기 분사공의 상단보다 하부에 위치하며, 상기 블럭의 외주면에는 상기 배출공의 타단을 통해 배출되는 솔루션을 수용하는 수용홈이 형성되고, 상기 분사공을 통해 전기방사되고 남은 여분의 솔루션은 상기 회수홈, 배출공 및 수용홈을 통해 외부로 배출되며, 상기 제어부는 전기방사의 정지시 상기 피스톤펌프에 내장된 피스톤을 후퇴시켜 상기 분사공에 존재하는 솔루션이 외부로 배출되는 것을 억제하도록 한다.

삭제

상기 수용홈에 연결된 진공펌프와; 상기 진공펌프에 의해 상기 수용홈으로부터 이송된 솔루션을 수용하는 수용탱크;를 더 포함하여 이루어진다.

삭제

상기 노즐의 외주면에는 상기 배출공의 타단과 연통되는 유동홈이 상하방향으로 형성되되, 상기 유동홈의 하부는 상기 수용홈에 연결된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

전기방사 후 흘러 넘치는 솔루션을 회수하여 안전성 및 청소 문제 등을 해결하고, 전기방사를 잠깐 정지시켰을 때 솔루션의 경화가 느리게 이루어지도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상향식 전기방사장치의 사시도,
도 2는 도 1의 A-A선을 취하여 본 단면구조도,
도 3은 도 2에서 솔루션이 배출되는 상태를 도시한 단면구조도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 상향식 전기방사장치에서 상기 분사공에 작용하는 압력에 따른 솔루션의 상태를 도시한 비교도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 노즐의 변형된 사시도.

본 발명의 상향식 전기방사장치는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 블럭(10)과, 노즐(20)과, 피스톤펌프(30), 진공펌프(40), 수용탱크(50), 제어부(60) 등을 포함하여 이루어진다.

상기 블럭(10)은 내부에 중공부(11)가 형성되어 있고 상기 중공부(11)에 나노섬유를 형성하기 위한 솔루션이 주입된다.

상기 솔루션은 폴리머와 솔벤트 등이 혼합되어 있다.

본 실시예에서 상기 블럭(10)은 육면체 형상으로 형성되어 있으나, 원기둥 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 노즐(20)은 다수개로 이루어지고, 하단이 상기 블럭(10)의 외주면에 결합되며, 내부에 상기 중공부(11)와 연통되는 분사공(21)이 상하방향으로 관통형성되어 있다.

따라서, 상기 중공부(11)를 통해 주입된 솔루션은 상기 노즐(20)의 분사공(21)을 통해 외부로 배출되게 된다.

상기 노즐(20)의 상단에는 상기 분사공(21)의 둘레를 따라 회수홈(22)이 오목하게 형성되어 있다.

상기 회수홈(22)은 상기 분사공(21)의 둘레를 따라 형성되어 있기 때문에 원형으로 이루어져 있지만, 원형뿐만 아니라 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 회수홈(22)의 하부에 형성된 상기 분사공(21)의 상단은 상기 노즐(20)의 상단보다 하부에 위치한다.

이러한 상기 회수홈(22)에는 상기 분사공(21)을 통해 전기방사되고 남은 여분의 솔루션이 남겨지게 된다.

그리고, 상기 노즐(20)에는 상기 회수홈(22)과 연통되는 배출공(23)이 관통 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 배출공(23)은 상기 노즐(20)의 내부에서 'L'자 형상으로 형성되어 있으나, 그 외 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 배출공(23)은 상부에 위치한 일단이 상기 회수홈(22)에 연통되어 있고, 하부에 위치한 타단이 외부로 개방되어 있다.

따라서, 전기방사 후 상기 회수홈(22)에 남겨져 있던 솔루션은 상기 배수공을 통해 외부로 배출되게 된다.

이때 상부에 위치한 상기 배출공(23)의 일단은 상기 회수홈(22)의 저면과 연통되는데, 상기 회수홈(22)의 저면은 상기 배출공(23) 방향으로 경사지게 형성되어, 상기 솔루션이 상기 회수홈(22)을 따라 상기 배출공(23)으로 보다 잘 유동될 수 있도록 함이 바람직하다.
그리고, 상기 배출공(23)의 상단은 상기 분사공(21)의 상단보다 하부에 위치한다.
따라서, 상기 분사공(21)에서 분사되어 남은 솔루션이 상기 분사공(21)보다 하부에 위차한 상기 배출공(23)을 통해 분사공(21)이 아닌 배출공(23)을 통해 보다 잘 배출되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 블럭(10)의 외주면에는 상기 배출공(23)을 통해 외부로 배출된 솔루션을 수용하는 수용홈(12)이 형성되어 있다.

본 실시예에서 상기 수용홈(12)은 상기 블럭(10)의 상부에서 외부로 노출되어 있지만 경우에 따라서 상기 블럭(10)의 내부에 형성될 수도 있다.

상기 수용홈(12)은 다수개의 상기 노즐(20)이 설치된 방향으로 따라 길게 형성되어 있어, 각각의 노즐(20)의 배출공(23)을 통해 배출되는 솔루션이 수용될 수 있도록 한다.

위와 같이 상기 배출공(23)을 통해 배출되는 솔루션이 상기 수용홈(12)에서 함께 수용됨으로써, 솔루션이 여러 방향으로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있고, 사용자가 원하는 곳 즉 상기 수용홈(12)으로만 이동되어 수용되도록 할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 노즐(20)의 외주면에 상하방향으로 유동홈(25)이 오목하게 형성될 수도 있다.

이때 상기 유동홈(25)은 상기 배출공(23)의 타단과 연통되고 상기 수용홈(12)과 연결되어, 상기 배출공(23)에서 배출된 상기 솔루션이 다른 곳으로 흐르지 않고 상기 유동홈(25)을 따라 상기 수용홈(12)으로 보다 잘 이동될 수 있도록 한다.

상기 피스톤펌프(30)는 상기 블럭(10)의 중공부(11)에 솔루션를 공급하는 역할을 한다.

상기 진공펌프(40)는 상기 블럭(10)에 형성된 상기 수용홈(12)에 형성되어 있다.

상기 수용탱크(50)는 상기 진공펌프(40)에 의해 상기 수용홈(12)으로부터 이송된 솔루션을 수용한다.

위와 같이 상기 노즐(20)에서 분사되고 남은 솔루션을 상기 회수홈(22), 배출공(23) 및 수용홈(12) 등을 통해 상기 수용탱크(50)로 이동시켜 포집함으로써, 전기방사 후 노즐(20) 주변이 지저분해지거나 노즐(20)의 상단에 솔루션이 딱딱하게 경화되어 뭉쳐지는 것을 방지할 수 있다.

뿐만 아니라 솔루션 용액을 통해 고전압이 흘러 기계 장치 등에 쇼트 및 스파크가 발생하여 화재 등의 사고가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

또한 상기 진공펌프(40)를 이용하여 상기 수용홈(12)에 존재하는 솔루션을 강제로 이동시키기 때문에, 솔루션의 배출 및 이동이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

상기 제어부(60)는 상기 피스톤펌프(30)를 제어한다.

상기 제어부(60)는 전기방사의 정지시 상기 피스톤펌프(30)에 내장된 피스톤을 후퇴시켜 상기 분사공(21)에 존재하는 솔루션이 외부로 배출되는 것을 억제시키도록 한다.

즉, 도 4(a)에 도시된 바와 같이 전기방사가 이루어진 후 정지하게 되면 남아 있던 잔여압력 등에 의해 상기 분사공(21)에서는 약간의 솔루션이 배출되게 된다.

이러한 잔여 솔루션이 노즐(20)의 외부로 배출되게 될 경우, 시간이 지남에 따라 솔루션을 구성하는 솔벤트가 빠르게 휘발되어 고분자만 남아 경화됨으로써, 전기방사 후 청소하는데 어려움이 있다.

그러나, 본 발명에서는 도 4(b)에 도시된 바와 같이 전기방사 후 상기 제어부(60)가 상기 피스톤펌프(30)를 후퇴시키기 때문에, 상기 분사공(21)에는 분사방향의 역방향 압력이 작용하게 되는바, 상기 분사공(21)에 존재하는 솔루션은 상기 분사공(21)의 외부로 배출되지 않고 오히려 상기 분사공(21)의 내부로 약간 이동하여 존재하게 된다.

위와 같이 상기 솔루션이 분사공(21)의 외부가 아닌 내부에 머무르게 되면 솔루션을 구성하는 솔벤트의 휘발성이 지연되어, 전기방사를 잠깐 정지시켰다가 다시 시작할 때 곧바로 시작할 수 있으며, 전기방사 후 노즐(20) 등을 청소하는 것이 용이하고 전기방사장치가 청결한 상태를 유지하도록 할 수 있다.

본 발명인 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치는 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

10 : 블럭, 11 : 중공부, 12 : 수용홈,
20 : 노즐, 21 : 분사공, 22 : 회수홈, 23 : 배출공, 25 : 유동홈,
30 : 피스톤펌프, 40 : 진공펌프, 50 : 수용탱크, 60 : 제어부

Claims

내부에 중공부가 형성되어 솔루션이 주입되는 블럭과; 하단이 상기 블럭의 외주면에 결합되고, 내부에 상기 중공부와 연통되는 분사공이 관통 형성된 노즐과; 상기 블럭의 중공부에 솔루션를 공급하는 피스톤펌프와; 상기 피스톤펌프를 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지되,
상기 노즐의 상단에는 상기 분사공의 둘레를 따라 회수홈이 오목하게 형성되고,
상기 회수홈의 하부에 형성된 상기 분사공의 상단은 상기 노즐의 상단보다 하부에 위치하며,
상기 노즐의 내부에는 일단이 상기 회수홈의 저면과 연통되고 타단이 외부로 개방된 배출공이 관통 형성되고,
상기 회수홈의 저면은 상기 배출공 방향으로 경사지게 형성되고, 상기 배출공의 상단은 상기 분사공의 상단보다 하부에 위치하며,
상기 블럭의 외주면에는 상기 배출공의 타단을 통해 배출되는 솔루션을 수용하는 수용홈이 형성되고,
상기 분사공을 통해 전기방사되고 남은 여분의 솔루션은 상기 회수홈, 배출공 및 수용홈을 통해 외부로 배출되며,
상기 제어부는 전기방사의 정지시 상기 피스톤펌프에 내장된 피스톤을 후퇴시켜 상기 분사공에 존재하는 솔루션이 외부로 배출되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치.
삭제
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청구항1에 있어서,
상기 수용홈에 연결된 진공펌프와;
상기 진공펌프에 의해 상기 수용홈으로부터 이송된 솔루션을 수용하는 수용탱크;를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치.
삭제
청구항1에 있어서,
상기 노즐의 외주면에는 상기 배출공의 타단과 연통되는 유동홈이 상하방향으로 형성되되,
상기 유동홈의 하부는 상기 수용홈에 연결된 것을 특징으로 하는 노즐에서 솔루션이 넘치는 것을 방지하는 상향식 전기방사장치.