KR102154932B1 - 염색 장치 - Google Patents

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KR102154932B1
KR102154932B1 KR1020190076282A KR20190076282A KR102154932B1 KR 102154932 B1 KR102154932 B1 KR 102154932B1 KR 1020190076282 A KR1020190076282 A KR 1020190076282A KR 20190076282 A KR20190076282 A KR 20190076282A KR 102154932 B1 KR102154932 B1 KR 102154932B1
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dyeing
dye
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이윤우
박건환
김태완
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서울대학교산학협력단
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Abstract

염색 장치가 제공된다. 상기 염색 장치는 염색 대상물에 대하여 염색을 수행하는 염색기를 포함하며, 상기 염색기는, 제1 내부 공간을 갖는 염색 챔버, 상기 제1 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물을 지지하고, 제2 내부 공간을 갖는 염색빔, 및 상기 제2 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물에 공급되는 염료를 저장하고, 제3 내부 공간을 갖는 염료공급부를 포함한다.

Description

염색 장치{DYEING APPARATUS}
본 발명은 염색 장치에 관한 것이다.
일반적으로 염색 장치는 염색 대상물에 대하여 염색을 수행하는 염색조와 염료를 저장하고 공급하는 염료조로 구분되며, 염색 공정을 수행할 때 염료조에 저장된 염료가 염색조로 공급된다. 상기 염색 장치는 염색조와 염료조를 모두 포함하여야 하므로 큰 작업 공간이 요구되며 염료의 공급 효율이 낮아 공정 시간이 많이 소요된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 우수한 성능을 갖는 염색 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 염색 장치는 염색 대상물에 대하여 염색을 수행하는 염색기를 포함하며, 상기 염색기는, 제1 내부 공간을 갖는 염색 챔버, 상기 제1 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물을 지지하고, 제2 내부 공간을 갖는 염색빔, 및 상기 제2 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물에 공급되는 염료를 저장하고, 제3 내부 공간을 갖는 염료공급부를 포함한다.
상기 염색빔은 상기 염색 챔버 내에서 제1 방향으로 신장하는 형상을 가질 수 있고, 상기 염료공급부는 상기 염색빔 내에서 상기 제1 방향으로 신장하는 형상을 가질 수 있다. 상기 염색빔 및 상기 염료공급부는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
상기 염색빔은 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 서로 통하게 하는 관통홀을 가질 수 있다.
상기 염료공급부는, 상기 제3 내부 공간을 한정하는 몸체 및 상기 몸체의 일단에 배치되어 상기 염료를 배출하는 필터를 포함할 수 있다. 상기 필터는 상기 염료공급부에 공급되는 초임계유체에 용해된 염료 또는 일정 크기 이하의 염료를 상기 제2 내부 공간으로 배출할 수 있다.
상기 염료는 상기 염료공급부에 공급되는 초임계유체의 의해 용해되어 상기 제2 내부 공간을 지나 제1 내부 공간으로 이동할 수 있다.
상기 염료공급부는 상기 몸체에서 상기 제3 내부 공간으로 신장하도록 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 사이드벽을 포함할 수 있다.
상기 염료공급부는 상기 염료 공급부 내부에 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 격벽을 포함할 수 있다. 상기 격벽은 상기 제3 내부 공간을 둘 이상의 공간으로 나눌 수 있고, 상기 둘 이상의 공간을 서로 통하게 하는 관통홀을 가질 수 있다.
상기 염료공급부는 상기 제3 내부 공간에 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 비드를 포함할 수 있다.
상기 염료공급부는 상기 제3 내부 공간에 배치되고, 상기 염료공급부에 공급되는 초임계유체의 흐름을 조절하는 흐름조절바를 포함할 수 있다. 상기 흐름조절바는 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 날개를 포함할 수 있다.
상기 염색 장치는 상기 염색기에 연결되어 상기 염료공급부에 초임계유체를 공급하는 초임계유체 공급기를 더 포함할 수 있다. 상기 초임계유체는 이산화탄소를 포함할 수 있다.
상기 염색 장치는 상기 염색기와 상기 초임계유체 공급기 사이에 배치되어 상기 염색기에서 배출되는 초임계유체와 염료를 분리하는 분리기를 더 포함할 수 있다. 상기 분리기는 상기 분리된 초임계유체를 상기 초임계유체 공급기에 제공할 수 있다.
상기 염색 장치는 상기 염색기, 상기 초임계유체 공급기, 및 상기 분리기를 연결하는 연결관을 더 포함할 수 있다. 상기 연결관은, 상기 염색기와 상기 초임계유체 공급기를 연결하는 제1 연결관, 상기 염색기와 상기 분리기를 연결하는 제2 연결관, 및 상기 분리기와 상기 초임계유체 공급기를 연결하는 제3 연결관을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 염색 장치는 우수한 성능을 가질 수 있다. 염색 시간은 염료의 초임계유체로의 용해 시간, 초임계유체와 염료의 혼합물이 섬유로 침투하는 시간, 섬유내 염료의 평형 조정 시간으로 이루어지는데, 상기 염색 장치는 염료의 용해시간을 단축시켜 염색 시간을 줄일 수 있어 공정 효율성과 생산성이 향상될 수 있다. 또, 상기 염색 장치는 초임계유체의 흐름을 조절하여 바이 패싱(by-passing), 채널링(channeling)을 감소시켜 데드 스페이스(dead-space)를 줄일 수 있다. 또, 염료공급부가 염색빔 내에 배치됨으로써 염색 장치의 크기가 감소하고, 제작 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염색 장치 및 염료공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 염료공급부를 설명하기 위한 도면들이다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예들을 통해 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서, 이하의 실시예들에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 요소들(elements)을 기술하기 위해서 사용되었지만, 상기 요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 단지 상기 요소들을 서로 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다.
도면들에서 요소의 크기, 또는 요소들 사이의 상대적인 크기는 본 발명에 대한 더욱 명확한 이해를 위해서 다소 과장되게 도시될 수 있다. 또, 도면들에 도시된 요소의 형상이 제조 공정상의 변이 등에 의해서 다소 변경될 수 있을 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 실시예들은 특별한 언급이 없는 한 도면에 도시된 형상으로 한정되어서는 안 되며, 어느 정도의 변형을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 염색 장치 및 염료공급부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 염색 장치(10)는 염색기(100), 초임계유체 공급기(200), 분리기(300), 및 연결관(400)을 포함할 수 있다.
염색기(100)는 염색 대상물에 대하여 염색을 수행하고, 염색 챔버(110), 염색빔(120), 및 염료공급부(130)를 포함할 수 있다.
염색 챔버(110)는 상기 염색 대상물이 배치되어 염색되는 제1 내부 공간(110s)을 갖는다.
염색빔(120)은 제1 내부 공간(110s)에 배치되어 상기 염색 대상물을 지지하고, 제2 내부 공간(120s)을 갖는다. 상기 염색 대상물은 직물 등을 포함할 수 있고, 염색빔(120)에 감겨질 수 있다. 염색빔(120)은 염색 챔버(110) 내에서 제1 방향으로 신장하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 염색빔(120)은 원기둥 형상을 가질 수 있다. 염색빔(120)은 제1 내부 공간(110s)과 제2 내부 공간(120s)을 서로 통하게 하는 관통홀(120h)을 가질 수 있다. 염색 대상물로 염료를 용해시킨 초임계유체(염료와 초임계유체의 혼합물)을 잘 분산시켜서 골고루 공급하기 위해 관통홀(120h)은 염색빔(120)이 신장하는 제1 방향으로 일정 간격으로 복수개 배치되는 것이 바람직하다. 염색빔(120)의 관통홀(120h)의 크기는 흐름에 따라 조절될 수 있다.
염료공급부(130)는 제2 내부 공간(120s)에 배치되어 상기 염색 대상물에 공급되는 염료를 저장하고, 제3 내부 공간(130s)을 갖는다. 염료공급부(130)는 몸체(131) 및 필터(132)를 포함할 수 있다. 몸체(131)는 제3 내부 공간(130s)을 한정하고, 필터(132)는 몸체(131)의 일단에 배치되어 상기 염료를 배출한다. 상기 염료는 초임계유체 공급기(200)에서 공급되는 초임계유체에 용해되어 필터(132)를 통하여 배출될 수 있다. 필터(132)는 염료공급부(130)에 공급되는 초임계유체에 용해된 염료 또는 일정 크기 이하의 염료를 제2 내부 공간(120s)으로 배출할 수 있다. 염료공급부(130)는 염색빔(120) 내에서 상기 제1 방향으로 신장하는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 염료공급부(130)는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
염료공급부(130)의 길이(L) 및 직경(D)은 염료의 용해시간을 고려하여 결정될 수 있다. 염료공급부(130)의 길이/직경(L/D)가 증가하면 염료공급부(130) 내에서 초임계유체의 유속이 증가하고, 유속이 증가하면 초임계유체의 물질전달 계수가 증가하며, 염료와 유체의 경계층(boundary layer)의 두께가 줄어들어 상기 염료의 용해시간이 감소할 수 있다. 이에 의해, 염색 대상물에 대한 염색 시간이 감소할 수 있고, 염색 시간이 감소하므로 염색 공정의 효율성과 생산성이 향상될 수 있다. 염료공급부(130)의 길이/직경(L/D)이 지나치게 증가하면 초임계유체에 대한 저항 및 압력 강하가 증가할 수 있으므로 이를 고려하여 염료공급부(130)의 길이/직경(L/D)을 결정하는 것이 바람직하다.
초임계유체 공급기(200)는 염색기(100)에 연결되어 염료공급부(130)에 초임계유체를 공급한다. 초임계유체는, 예를 들어, 이산화탄소를 포함할 수 있다. 상기 초임계유체는 초임계유체 공급기(200)에 액체 상태로 저장되어 있다가 염료공급부(130)에 공급되기 전에 가열되어 초임계상태로 공급될 수 있다.
상기 염료는 상기 초임계유체에 용해되고 필터(132)를 통과하여 제2 내부 공간(120)으로 이동한 후 관통홀(120h)을 통하여 제1 내부 공간(110s)으로 이동한다. 상기 염료는 관통홀(120h)을 통과하면서 염색빔(120)에 감겨져 있는 상기 염색 대상물과 접촉할 수 있고, 상기 염색 대상물은 상기 염료에 의해 염색될 수 있다.
분리기(300)는 염색기(100)에 연결되어 염색기에서 배출되는 초임계유체와 염료를 분리할 수 있다. 분리기(300)는 초임계유체 공급기(200)에 연결되어 상기 분리된 초임계유체를 초임계유체 공급기(200)에 제공할 수 있다.
연결관(400)은 염색기(100), 초임계유체 공급기(200), 및 분리기(300)를 연결하고, 제1 연결관(410), 제2 연결관(420), 및 제3 연결관(430)을 포함한다. 제1 연결관(410)은 염색기(100)와 초임계유체 공급기(200)를 연결하고, 제2 연결관(420)은 염색기(100)와 분리기(300)를 연결하며, 제3 연결관(430)은 분리기(300)와 초임계유체 공급기(200)를 연결한다.
도면에 도시되지 않았지만, 염색 장치(10)는 염색기(100)에 연결되어 염색기(100) 내에 잔존하는 초임계유체를 배출하는 배출관을 더 포함할 수 있다. 상기 배출관은 분리기(300)를 통해 초임계유체 공급기(200)로 이동하지 못하고 염색기(100)에 내에 남아있는 초임계유체를 배출할 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 염료공급부를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2를 참조하면, 염료공급부(130)는 몸체(131)에서 제3 내부 공간(130s)으로 신장하도록 배치되는 사이드벽(133)을 포함할 수 있다. 사이드벽(133)은 하나 또는 둘 이상 배치될 수 있으며, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하여 상기 초임계유체에 대한 염료의 용해속도를 향상시키고 차압을 낮출 수 있다.
도 3을 참조하면, 염료공급부(130)는 염료공급부(130) 내부에 배치되는 격벽(134)을 포함할 수 있다. 격벽(134)은 하나 또는 둘 이상 배치될 수 있으며, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하여 상기 초임계유체에 대한 염료의 용해속도를 향상시키고 차압을 낮출 수 있다. 격벽(134)은 제3 내부 공간(130s)을 둘 이상의 공간으로 나눌 수 있고, 상기 둘 이상의 공간을 서로 통하게 하는 관통홀을 가질 수 있다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 상기 관통홀은 격벽(134)에 하나 또는 둘 이상 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 염료공급부(130)는 제3 내부 공간(130s)에 배치되는 비드를 포함할 수 있다. 비드(135)는 하나 또는 둘 이상 배치될 수 있으며, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하여 상기 초임계유체에 대한 염료의 용해속도를 향상시키고 차압을 낮출 수 있다.
도 5를 참조하면, 염료공급부(130)는 제3 내부 공간(130s)에 배치되는 흐름조절바(136)를 포함할 수 있다. 흐름조절바(136)는 상기 초임계유체의 흐름을 조절하여 상기 초임계유체에 대한 염료의 용해속도를 향상시키고 차압을 낮출 수 있다. 또, 흐름조절바(136)는 상기 초임계유체의 흐름을 조절하여 상기 초임계유체에 대한 염료의 용해속도를 향상시키고 차압을 낮출 수 있는 다양한 형상의 날개를 포함할 수 있다.
다시 도 2 내지 도 5를 참조하면, 사이드벽(133), 격벽(134), 비드(135), 및 흐름조절바(136)는 상기 초임계유체의 압력 강하를 줄이면서 염료의 용해속도를 증가시켜 염료의 용해시간을 줄일 수 있다. 이에 의해, 염색 대상물에 대한 염색 시간이 감소할 수 있고, 염색 시간이 감소하므로 염색 공정의 효율성과 생산성이 향상될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 염색 장치 100 : 염색기
110 : 염색 챔버 120 : 염색빔
130 : 염료공급부 200 : 초임계유체 공급기
300 : 분리기 400 : 연결관

Claims (17)

  1. 염색 대상물에 대하여 염색을 수행하는 염색기를 포함하며,
    상기 염색기는,
    제1 내부 공간을 갖는 염색 챔버,
    상기 염색 챔버의 상기 제1 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물을 지지하고, 제2 내부 공간을 갖는 염색빔, 및
    상기 염색빔의 상기 제2 내부 공간에 배치되어 상기 염색 대상물에 공급되는 염료를 저장하고, 제3 내부 공간을 갖는 염료공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 염색빔은 상기 염색 챔버 내에서 제1 방향으로 신장하는 형상을 갖고,
    상기 염료공급부는 상기 염색빔 내에서 상기 제1 방향으로 신장하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 염색빔 및 상기 염료공급부는 원기둥 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 염색빔은 상기 제1 내부 공간과 상기 제2 내부 공간을 서로 통하게 하는 관통홀을 갖는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 염료공급부는,
    상기 제3 내부 공간을 한정하는 몸체 및
    상기 몸체의 일단에 배치되어 상기 염료를 배출하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 염료공급부에 공급되는 초임계유체에 용해된 염료 또는 일정 크기 이하의 염료를 상기 제2 내부 공간으로 배출하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 염료는 상기 염료공급부에 공급되는 초임계유체의 의해 용해되어 상기 제2 내부 공간을 지나 제1 내부 공간으로 이동하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 염료공급부는 상기 제3 내부 공간을 한정하는 몸체를 포함하고,
    상기 염료공급부는 상기 몸체에서 상기 제3 내부 공간으로 신장하도록 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 사이드벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 염료공급부는 상기 염료 공급부 내부에 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제3 내부 공간을 둘 이상의 공간으로 나누고, 상기 둘 이상의 공간을 서로 통하게 하는 관통홀을 갖는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 염료공급부는 상기 제3 내부 공간에 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 비드를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 염료공급부는 상기 제3 내부 공간에 배치되고, 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 흐름조절바를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 흐름조절바는 상기 초임계유체의 흐름을 조절하는 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 염색기에 연결되어 상기 염료공급부에 초임계유체를 공급하는 초임계유체 공급기를 더 포함하는 염색 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 초임계유체는 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 염색기와 상기 초임계유체 공급기 사이에 배치되어 상기 염색기에서 배출되는 초임계유체와 염료를 분리하는 분리기를 더 포함하고,
    상기 분리기는 상기 분리된 초임계유체를 상기 초임계유체 공급기에 제공하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 염색기, 상기 초임계유체 공급기, 및 상기 분리기를 연결하는 연결관을 더 포함하고,
    상기 연결관은,
    상기 염색기와 상기 초임계유체 공급기를 연결하는 제1 연결관,
    상기 염색기와 상기 분리기를 연결하는 제2 연결관, 및
    상기 분리기와 상기 초임계유체 공급기를 연결하는 제3 연결관을 포함하는 것을 특징으로 하는 염색 장치.
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