KR102276709B1 - 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치 - Google Patents

거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치는, 제 1 승강부에 의해 승강되는 것으로 원료통에서 원료를 원료통에 공급하여 펄프 몰드를 성형하는 하부 금형을 구비한 하부 금형 어셈블리와, 제 2 승강부에 의해 승강되면서 상기 펄프 몰드를 흡착하여 컨베이어를 따라 수평 이동하는 상부 금형을 구비한 상부 금형 어셈블리 및, 세정액을 저장한 탱크로부터 상기 컨베이어의 연장 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된 디스펜서에 상기 세정액을 공급하여 상기 디스펜서를 통해 상기 상부 금형을 향해 상기 세정액을 분사하는 세정액 공급 어셈블리를 포함하는 펄프 몰드 성형장치에 있어서, 상기 원료통에서 공급된 상기 원료에 소포제를 저장한 소포제 탱크와 발수제를 저장한 발수제 탱크로부터 펌프와 밸브의 구동 제어를 통해 상기 원료통에 상기 발수제와 소포제를 공급하는 약품 공급 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치{CLEANING- BASED PULP MOLD DEVICE THAT COMBINES FOAM REMOVAL AND WATER REPELLENCY}
본 발명은 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치로서, 보다 상세히는 상부 금형 어셈블리와 하부 금형 어셈블리를 구비한 습식 펄프 몰드 성형장치에서 상부 금형이 하부 금형으로 이동할 시에 상부 금형을 세정하여 이물질을 제거할 수 있는 세정 기능을 갖춘 상태에서 펄프 몰드의 액상 원료에서 불필요한 거품이 발생되는 것을 방지함과 아울러 성형된 펄프 몰드의 발수력을 보장할 수 있도록 하는 펄프 몰드 성형 장치에 관한 것이다.
펄프 몰드는 폐지를 물로 용해하여 액체화한 후 소정의 금형을 구비한 성형 장치에 의해 습식 성형 및 건조 과정을 거쳐 완성된 제품을 계란판이나 식도락 용기와 같은 포장재 또는 친환경 용구, 완충재로 사용하는 것이다.
이러한 펄프 몰드는 용도에 따라 금형(몰드)를 제작, 곶 및 페지를 물에 대해 약 3 내지 4% 가량의 농도로 해리시킨 펄프용액을 진공 탈수 성형 및 고열 압착 건조 시켜서 제작된다.
이러한 펄프 몰드는 제작 방식에 따라 soft mold(hot oven type) 즉 습식방식(열풍 건조방식), hard mold(hot press type)인 가압 열건조방식, tex라 명명되는 프레스식 탈수성형방식 또는 지공탈수성형 방식으로 구분될 수 있다.
도 1은 공지의 펄프 몰드 성형장치를 도시한 좌측면도이다.
도 1의 펄프 몰드 성형장치는 공지의 습식 방식에 대한 성형장치의 일종으로서, 이를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에 따른 펄프 몰드 성형장치는 원료통(1)과 상부 금형 어셈블리(20) 및, 하부 금형 어셈블리(10), 컨베이어(30), 이송부(40)로 크게 구분된다.
우선 하부 금형 어셈블리(10)는 제 1 승강장치(12)에 의해 승강 구동되는 것으로, 제 1 승강장치(12)의 하강 작용으로 하부 금형(11)이 원료통(1)에 침수되어 펄프 몰드를 성형한 다음 제 1 승강장치(12)의 상승 작용으로 하부 금형(11)이 상부 금형 어셈블리(20)의 상부 금형(21)이 위치한 영역으로 이동시키는 역할을 수행한다. 이때, 원료통(1)에는 하부 금형 어셈블리(10)가 하강 상태에서 하부 금형(11)이 위치한 하부 측에서 진공 배관으로 연결된 진공 챔버(2)가 구비되어 하부 금형(11) 상에 안착된 원료를 진공 탈수 처리하여 펄프 몰드를 성형한다.
상부 금형 어셈블리(20)는 상승된 하부 금형(11) 상에 위치한 펄프 몰드를 흡착하여 컨베이어(30)를 따라 수평(전후 방향) 이동한 다음 제 2 승강장치(22)의 하강 작용으로 상부 금형(21)에 흡착된 펄프 몰드를 이송부(30)에 안착시켜 이송부(40)를 통해 성형된 펄프 몰드를 이송시킨다.
이때, 제 1,2 승강장치(11,12)는 유압 실린더(50)의 신축에 의해 구동되는 원리를 가질 수 있다.
이러한 기본적인 구조로 이루어진 펄프 몰드 성형장치를 통해 펄프 몰드를 성형하는 과정에서 원료통(1)은 물론 펄프 몰드를 압착 이송시키는 상부 금형(21)에 원료가 잔존하게 되는 경우가 빈번한데 이 잔존 원료는 불필요한 찌꺼기로 자리매김하여 우수한 품질의 펄프 몰드를 성형하는데 악영향을 야기한다는 문제가 따른다.
이러한 문제를 방지하기 위하여, 본 발명자는 상부 금형에 잔류한 찌꺼기를 세정하기 위한 세정 기능을 구비한 펄프 몰드 성형장치를 출원하여 특허를 확보한 상태이다.
도 2는 도 1과 다른 공지의 펄프 몰드 성형 장치를 도시한 개념도이다.
도 2에 따른 펄프 몰드 성형장치는 대한민국 특허 제 2081540호로 특허를 확보한 것으로서, 앞서 설명한 도 1에 따른 성형장치와 마찬가지로 하부/상부 금형 어셈블리(10,20)와 원료통(1) 및 컨베이어(30), 이송부(40)를 구비하고 있는 상태에서, 탱크(110)와 복수 개의 디스펜서(140), 세정액 공급 어셈블리(130), 근접 센서(150) 및 컨트롤러(200)를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 선행기술에 따르면, 상부 금형 어셈블리(20)가 이송부(30) 측에서 하부 금형 어셈블리(10)가 위치한 지점을 향해 이동되면서 복수 개의 디스펜서(140)에 근접할 때 근접 센서(150)가 근접 신호를 생성하여 이를 통해 컨트롤러(200)가 펌프(131) 의 구동 및 밸브(132)의 개방 제어를 수행하면서 디스펜서(140)를 통해 상부 금형(21)을 향해 세정액을 분사하는 기반을 갖추기 때문에, 상부 금형(21)을 세정하기 위해 상부 금형(21)이 중도에 멈추거나 일시적으로 작동을 중단하는 번거로운 과정 없이 공정의 연속성을 보장하면서 상부 금형(21)을 안정적으로 세정할 수 있을 뿐 아니라 디스펜서(140)의 일렬 배치로 인해 복수 개의 상부 금형(21) 중에서 세척되지 않는 상부 금형(21)이 발생되는 문제 없이 모든 상부 금형(21)을 깨끗하게 세정될 수 있는 특성을 제공한다.
이러한 구조에 의하면 펄프 몰드를 성형하는 금형(상부 금형)을 세정하는 장점이 있으나, 폐지를 물로 용해하여 액체화한 다음 금형을 통해 펄프 몰드를 성형하는 과정에서 불필요한 거품이 잔존하는 문제는 물론 펄프 몰드가 쉽사리 수분이나 물기에 의해 변형이 일어나는 문제를 해결할 수단을 제시하지 못한다.
따라서, 도 1의 기본 구조에 도 2와 같이 세정 기능을 구비한 상태에서 펄프 몰드의 액상 원료에서 발생되는 거품을 제거함과 아울러 펄프 몰드의 발수력을 보장할 수 있는 구조를 포함한 신규하고 진보한 펄프 금형 세척장치를 개발할 필요성이 대두되는 실정이다.
본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 펄프 몰드를 성형하기 위하여 원료통 및 상부 금형 및 하부 금형을 구비한 상태에서 상부 금형의 세정 구조를 구비함은 물론 원료통의 원료에 소포제와 발수제를 공급하는 구조를 포함하여 거품 발생 방지 및 펄프 몰드의 발수 성능을 보장하는 펄프 몰드 성형 장치을 제공하는 것을 주요 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 원료통의 거품의 상태를 감지하여 거품량의 고저에 따라 소포제를 원료통에 차등 공급하는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 원료통에 물리적인 진동을 가하여 원료통의 거품을 제거하는 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 세정액을 분사하는 디스펜서의 외주면을 감싸 냉각 처리하는 냉각 수단을 구비하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치는, 제 1 승강부에 의해 승강되는 것으로 원료통에서 원료를 원료통에 공급하여 펄프 몰드를 성형하는 하부 금형을 구비한 하부 금형 어셈블리와, 제 2 승강부에 의해 승강되면서 상기 펄프 몰드를 흡착하여 컨베이어를 따라 수평 이동하는 상부 금형을 구비한 상부 금형 어셈블리 및, 세정액을 저장한 탱크로부터 상기 컨베이어의 연장 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된 디스펜서에 상기 세정액을 공급하여 상기 디스펜서를 통해 상기 상부 금형을 향해 상기 세정액을 분사하는 세정액 공급 어셈블리를 포함하는 펄프 몰드 성형장치에 있어서, 상기 원료통에서 공급된 상기 원료에 소포제를 저장한 소포제 탱크와 발수제를 저장한 발수제 탱크로부터 펌프와 밸브의 구동 제어를 통해 상기 원료통에 상기 발수제와 소포제를 공급하는 약품 공급 어셈블리;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 펄프 몰드 성형장치는, 상기 원료통 내의 상기 원료의 표면에 대한 거품을 감지하는 포토센서; 상기 거품의 픽셀 분포를 분석함으로써 상기 거품의 양을 파악하는 거품 파악모듈과, 상기 거품의 양의 고저에 따라 상기 소포제 탱크에 연결된 상기 밸브와 펌프를 차등 구동 제어하여 상기 원료통에 공급되는 상기 소포제의 양을 조절하는 소포제 탱크 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 원료통에서 상기 원료의 표면 주변의 측벽에는, 상기 원료의 표면에 대한 거품을 분쇄하기 위하여 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자가 설치되고, 상기 컨트롤러는, 상기 거품의 양의 고저에 따라 상기 초음자 진동자의 출력 주파수를 차등 조절하는 초음파 진동자 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
추가적으로, 상기 디스펜서는, 상기 디스펜서의 외주면을 감싸는 것으로, 열전소자를 매개로 상기 제 2 탱크의 외주면을 냉각하는 냉각 패킹체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치에 의하면,
1) 공정의 연속성을 보장하면서 펄프 재질의 찌꺼기가 가장 많이 잔류하는 상부 금형을 세척함과 동시에 펄프 몰드의 성형 과정에서 발생된 거품을 분쇄하거나 방지함과 아울러 펄프 몰드에 발수 기능을 겸비할 수 있고,
2) 원료통의 거품량에 따라 소포제의 공급을 차등 제어하거나 물리적인 진동을 가하면서 효율적으로 제어할 수 있으며,
3) 세정액을 분사하는 디스펜서에 냉각 기능을 더하여 세정액의 불필요한 온도 상승을 막을 뿐 아니라 디스펜서의 과열을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
삭제
도 1은 공지의 펄프 몰드 성형장치를 도시한 개념도.
도 2는 도 1과 다른 공지의 펄프 몰드 성형장치를 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 펄프 몰드 성형 장치를 도시한 개념도.
도 4는 도 3의 펄프 몰드 성형 장치에서 상부 금형 어셈블리의 이동 상태를 도시한 좌측면도.
도 5는 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성 및 포토센서와 초음파 진동자를 도시한 개념도.
도 6은 본 발명의 디스펜서의 외주면을 감싸는 냉각 패킹체를 개략적으로 도시한 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.
우선, 본 발명의 펄프 몰드 성형장치는 앞서 설명한 도 1에 따른 성형장치와 마찬가지로 하부/상부 금형 어셈블리(10,20)와 원료통(1) 및 컨베이어(30), 이송부(40)를 구비하고 있는바 이러한 기본적 구조와 기능은 도 1과 같으므로 별도의 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 펄프 몰드 성형장치는 역시 앞서 설명한 도 2에 따른 성형장치와 같이 탱크(110)와 디스펜서(140), 세정액 공급 어셈블리(130), 근접 센서(150) 및 컨트롤러(200)를 구비하여 상부 금형을 세정하는 기능을 구비하며, 이러한 세정액 공급 어셈블리(130) 및 이의 부속 구성에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 세정액 공급 어셈블리(130)는 상부 금형(21)을 세정하는 탱크(110)와, 파이프(120)를 매개로 탱크(110) 및 디스펜서(140)와 연결된 상태에서 펌프(131)와 밸브(132)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
펌프(131)는 파이프(120)의 일 측에 장착되어 탱크(110)에 수용된 세정액을 디스펜서(140)에 제공함과 아울러 디스펜서(140)의 분사압을 결정하는 기능을 제공함과 아울러 2 내지 4개의 개수로 파이프(120)의 여러 위치에 장착되어 충분한 분사압을 보장할 수 있도록 하고, 이러한 펌프(131)는 후술할 컨트롤러(200)에 의해 구동 제어된다.
밸브(132)는 역시 파이프(120)의 일 측에 형성되어 파이프(120)의 개폐 작용을 수행하면서 세정액을 탱크(110)로부터 디스펜서(140)로 공급 제어하는 기능을 제공하는 것으로, 기계식 밸브는 물론 전자식 밸브로 이루어질 수 있고 이 역시 후술할 컨트롤러(200)에 의해 개폐 제어된다.
디스펜서(140)는 상부 금형 어셈블리(20)의 수평 이동 경로라 할 수 있는 컨베이어(30)의 연장 방향 내지 컨베이어(30)의 일 지점에 집중적으로 복수 개로 배치된 분사 수단의 조합체를 의미한다.
구체적으로, 디스펜서(140)는 컨베이어(30)의 연장 방향을 따라 컨베이어(130)의 일 측, 구체적으로 컨베이어(30)의 하부 영역에 위치한 상태에서 상술한 펌프(131)의 구동력에 의하여 컨베이어(30)를 따라 이동하는 상부 금형(21)(구체적으로는 상부 금형의 흡착면인 저면)을 향해 각각의 노즐을 매개로 세정액을 분사하는 기능을 제공한다. 이때, 디스펜서(140)는 별도의 펌프와 믹서를 구비하여 자체적인 분사력을 갖추는 것은 물론 2종의 세정액을 혼합하는 기능을 포함할 수 있다.
근접 센서(150)는 디스펜서(140)의 주변, 예를 들어 디스펜서(140) 근처인 컨베이어(30)의 일 측 부위 또는 디스펜서(140)의 선단 측에 장착되어 상부 금형 어셈블리(20)가 디스펜서(140)에 근접하였는지 여부를 감지하여 상부 금형 어셈블리(20)가 디스펜서(140)에 근접 시 근접 신호를 생성하는 기능을 수행한다.
이때, 상부 금형 어셈블리(20)는 도 2를 기준으로 컨베이어(30)의 연장 방향인 좌우 방향으로 이동하는데 좌측 방향으로는 펄프 몰드가 흡착된 상태로 이동되고 우측 방향으로는 펄프 몰드 없이 이동되는바, 상부 금형 어셈블리(20)가 우측 방향, 즉 이송부(40) 측에서 하부 금형 어셈블리(10)가 위치한 방향으로 이동되면서 디스펜서(140)에 근접할 때에만 근접 센서(150)에서 근접 신호를 생성하도록 세팅되어 펄프 몰드가 흡착되지 않은 상태의 상부 금형(21)을 세정할 수 있는 기반을 갖춘다.
본 발명의 컨트롤러(200)는 이러한 근접 센서(150)의 근접 신호를 전달받아 상술한 밸브(132)를 개방 제어함과 동시에 펌프(131)를 구동시켜 디스펜서(140)를 매개로 상부 금형(21)을 향해 세정액을 분사하도록 제어하는 역할을 제공한다.
이러한 구조에 의하면, 공정의 연속성을 보장하면서 펄프 재질의 찌꺼기가 가장 많이 잔류하는 상부 금형을 세척할 수 있고 이는 본 발명자의 상술한 특허와 구조 및 기능이 같다.
도 3은 본 발명의 펄프 몰드 성형 장치를 도시한 개념도이고, 도 4는 도 3의 펄프 몰드 성형 장치에서 상부 금형 어셈블리의 이동 상태를 도시한 좌측면도이다.
도 3 및 도 4에서는, 상부 금형 어셈블리(20)를 중점으로 도시하고 이 상부 금형 어셈블리(20)와 겹치는 하부 금형 어셈블리(10)의 일부 구성(가령, 제 1 승강장치 등)은 생략 도시하였다.
도 3 및 도 4를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 펄프 몰드 성형장치는 상술한 도 1,2의 구조에 더하여 원료를 저장한 원료통(1)에 소포제와 발수제를 공급하는 약품 공급 어셈블리(300)를 포함한 것을 주요 특징으로 한다.
일반적으로 원료통(1)에서는 주기적이자 반복적으로 하부 금형(11)이 승강되면서 불필요하게 거품이 발생할 수 있는데 이 거품이 포함된 상태에서 하부 금형(11)에 원료가 수용될 경우 성형될 펄프 몰드의 균일성이 저하되거나 얼룩이 발생하는 것은 물론 품질이 떨어질 우려가 있다.
즉, 본 발명은 이러한 문제를 방지하기 위하여 원료통(1)에 존재하는 거품을 제거하기 위해 원료통(1)에 소포제를 공급하는 것은 물론 펄프 몰드의 내구성을 위한 발수제를 공급하는 약품 공급 어셈블리(300)를 포함한 것이다.
구체적으로, 약품 공급 어셈블리(300)는 소포제를 저장한 소포제 탱크(310)와 발수제를 저장한 발수제 탱크(320)로부터 이들에 각각 연결된 펌프(330)와 밸브(340)의 구동 제어를 통해 원료통(1)에 발수제와 소포제를 공급하는 기능을 수행한다.
소포제(antifoaming agent)는 원료의 거품을 화학적으로 분쇄하거나 제거하는 기능을 제공하는 약품의 일종으로서, 원료의 표면장력을 완화시키는 것을 주요 목적으로 한다. 이러한 소포제는 일반적으로 휘발성이 적고 확산력이 큰 지용성 또는 수용성 계면활성제로 이루어지는 것이 가능하다.
본 발명의 소포제는 주로 펄프에 적합한 지용성 계면활성제로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 옥탄올, 시클로헥산올, 에탄올과 같은 알코올계 물질이나 에틸렌글리콜을 적용할 수 있다.
여기서, 에탄올은 거품을 분쇄하는 역할은 수행할 수 있으나 거품을 제거하는 기능을 발휘하지 못하기 때문에 거품을 분쇄하는 것은 물론 거품 발생을 방지하기 위하여 70 내지 200℃에 이르는 넓은 온도 범위에서 물성의 변화가 적은 특성을 가짐과 동시에 화학적으로 안정적인 실리콘유(silicone oil)와 같은 실리콘 계면활성제를 적용하는 것도 가능하다.
발수제(water repellent)는 성형 및 건조된 펄프 몰드가 수분에 취약한 문제를 보완하기 위해 펄프 몰드로 수분이 침투하는 현상을 방지하여 내수성을 제공하는 역할을 제공하는 약품이다.
즉, 일반적으로 펄프 몰드는 모세관을 가진 섬유재료인 친수성 셀룰로오스로 이루어져 물과 같은 액체의 침투에 취약하므로, 본 발명의 발수제가 펄프 몰드의 셀룰로오스와 공유결합을 통해 섬유 표면에 정착하여 결과적으로 펄프 몰드의 내수성을 확보하는 역할을 제공한다.
이때 발수제와 방수제와 비슷한 기능을 수행하는 것으로 이해될 수 있으나, 방수제는 물과 같은 액체를 막는 기능을 하고 발수제는 액체를 튕기는 성질, 구체적으로 펄프 몰드에 침투하여 건조한 다음 펄프 몰드 내의 수분이나 치수 변화를 방지하는 역할을 제공한다는 차이가 있다.
즉, 펄프 몰드에 지속적인 수압이 작용하여 수분 통과를 막는 고분자 화합물을 펄프 몰드를 성형하기 위한 원료에 혼합하여 방수를 시도한다면 방수제가 적용될 수 있으나 대부분 펄프 계열에서는 지속적 수압을 대비해야 할 경우가 적기 때문에 이러한 방수제를 적용하지 않고 펄프 몰드에 흐르거나 묻는 정도의 수분을 차단하는 발수제를 적용하는 것으로 충분하다.
본 발명에서는 펄프 몰드를 발수 처리하기 위한 발수제로서 특정한 제한을 두지 않는바, 예를 들어 액상 왁스(일 예로 파라핀 왁스), 음이온성 S/B 라텍스 및 불소계 화합물 파라핀 왁스에 혼합하거나 생분해성 고분자를 파라핀 왁스에 혼합한 왁스 에멀젼은 물론 천연 로진과 같은 물질이 적용된 수용성 발수제 또는 용매 가용성 발수제가 적용될 수 있다.
즉, 본 발명의 펄프 몰드 성형 장치는 펄프 재질의 원료를 저장한 원료통(1)에 소포제는 물론 발수제를 공급하여 펄프 몰드의 성형 시 거품이 발생하는 것을 방지하는 것은 물론 성형이 완료된 펄프 몰드에 쉽사리 수분이 스며들어 치수 변경이나 형상 변형을 야기하는 것을 방지하는 발수 처리 성능을 제공하는 것을 주요 특징으로 한다.
이러한 소포제 및 발수제는 각각 다른 탱크에 저장되어 원료통(1)에 공급되는데, 본 발명에서는 소포제를 저장한 탱크를 소포제 탱크(310), 발수제를 저장한 탱크를 발수제 탱크(320)라 명명한다.
도 3 및 도 4에서는 소포제 탱크(310)와 발수제 탱크(320)가 원료통 주변에 설치된 것으로 도시되었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 원료통(1)과 연결된 공급관(파이프)의 길이를 증가하여 원료통(1)에서 일정 거리 떨어진 지점에 소포제 탱크(310) 및 발수제 탱크(320)를 각각 배치하는 것도 물론 가능하다.
이러함 소포제 탱크(310) 및 발수제 탱크(320) 각각에는 원료통(1)에 소포제 및 발수제를 공급하는 통로인 공급관은 물론 공급 구동력을 제공하기 위한 펌프(330)와, 공급 제어를 위한 밸브(340)가 연결되어 있다.
즉, 본 발명의 컨트롤러(200)는 상술한 세정액 공급 어셈블리(130)는 물론 약품 공급 어셈블리(300)와 연동되는바, 다시 말해 상술한 세정액 공급 어셈블리(130)의 펌프(131)와 밸브(132)를 제어하는 기능과 함께 소포제 탱크(310) 및 발수제 탱크(320)에서 원료통(1)으로 소포제와 발수제를 공급 제어하기 위해 소포제 탱크(310) 및 발수제 탱크(320)에 연결된 펌프(330)와 밸브(340)를 제어하는 기능을 겸비한다.
이때, 원료에 공급되는 소포제와 발수제의 비율(원료의 전체 중량 대비)은 소포제의 경우 원료의 전체 중량 대비 1 내지 5 중량부, 발수제의 경우 원료의 전체 중량 대비 1 내지 3 중량부를 가질 수 있고 이를 위해 컨트롤러(200)가 소포제 탱크(310) 및 발수제 탱크(320)에 연결된 펌프(330)와 밸브(340)를 각각 제어할 수 있는데, 반드시 상술한 조성비에 한정되는 것은 아니고 소포제, 발수제의 조성 및 원료의 성질에 따라 다양하게 각각의 환경과 상황에 따라 설정할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 펄프 몰드 성형장치는 기본적인 펄프 몰드를 성형하는 기능에 상부 금형(21)을 효율적으로 세정하는 기능을 비롯하여 원료의 거품을 제거 및 예방함과 아울러 펄프 몰드의 발수 처리 기능을 겸비하는 특성을 제공한다.
도 5는 본 발명의 컨트롤러의 세부 구성 및 포토센서와 초음파 진동자를 도시한 개념도이다.
도 5를 보아 알 수 있듯이, 본 발명의 컨트롤러(200)는 세정액 공급 제어 및 소포제와 발수제 공급 제어 기능에 더하여 원료통(1)에 공급되는 소포제의 공급량을 특정 상황에 따라 차등 제어하는 구성을 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 우선 원료통(1)의 일 측, 구체적으로 원료통(1)에 저장된 원료의 표면(수면)을 관찰할 수 있는 원료통(1)의 상측 지점에는 포토센서(160)가 설치되는 것이 가능하다.
포토센서(160)는 이미지 센서, 더욱 구체적으로 카메라로서, 원료통(1) 내의 원료의 표면을 촬영하여 원료 표면 이미지를 생성하면서 거품을 감지하는 기능을 수행한다.
이때, 포토센서(160)에서 거품을 감지하는 기능은 공지의 이미지 검출 프로그램을 포함하여 수행되거나 아니면 후술할 거품 파악모듈(210)과 연동하여 구현될 수 있다.
이에 대응하여, 컨트롤러(200)는 거품 파악모듈(210)과 소포제 탱크 제어모듈(220)을 포함하는 것이 가능하다.
거품 파악모듈(210)은 상술한 포토센서(160)에서 감지한 정보, 예를 들어 원료 표면 이미지에서 거품의 픽셀 분포를 분석함으로써 상기 거품의 양을 파악하는 기능을 수행한다.
즉, 거품 파악모듈(210)은 원료 표면에서 왜곡되거나 굴절된 스팟(spot)을 거품으로 인식함과 동시에 이 스팟의 크기가 크거나 작은지 여부, 얼마나 많이 해당 스팟이 발생되었는지 여부를 분석하는바, 이 역시 공지의 이미지 검출 프로그램과 연동하여 구현될 수 있다.
소포제 탱크 제어모듈(220)은 거품 파악모듈(210)에서 파악한 거품의 양의 고저에 따라 소포제 탱크(310)에 연결된 밸브(330)와 펌프(340)를 차등 구동 제어하여 원료통(1)에 공급되는 소포제의 양을 조절하는 기능을 수행한다.
즉, 소포제 탱크 제어모듈(220)은 원료에 거품이 많이 발생한 경우 소포제의 공급량을 증가하도록 소포제 탱크(310)에 연결된 펌프(330)와 밸브(340)를 차등 구동하고, 반대로 원료에 거품이 적거나 거의 발생하지 않은 경우 소포제 공급량을 줄이도록 소포제 탱크(310)에 연결된 펌프(330)와 밸브(340)를 차등 구동할 수 있다는 의미이다.
이로써, 거품 발생량을 모른 상태에서 획일적으로 소포제를 공급하는 방식을 탈피하고 더욱 스마트하게 소포제를 원료에 공급할 수 있는 기반을 갖추는 것이 가능하다.
상술한 소포제는 원료의 표면의 표면장력을 낮추는 화학적 반응에 의하여 거품을 제거하거나 예방하는 것이라 할 수 있는데, 원료통(1)에 물리적 충격을 동원하여 거품을 분쇄하는 기능을 추가할 수 있다.
이를 위해, 원료통(1)에서 원료의 표면 주변의 측벽에는 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자(13)가 설치될 수 있다. 이때, 원료의 양에 따라서 원료통(1)의 원료 수면 높이가 다를 수 있으므로 초음파 진동자(13)가 원료통(1)의 높이 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 설치되는 것도 가능하다.
초음파 진동자(13)는 매질 역할을 하는 원료에 초음파를 발진하여 미세 진동을 발생시키는 기능을 수행하는 것으로서, 일반적으로 초음파 세척 기능을 제공하는 용도 및 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있는 장치이다.
본 발명에서는 이러한 초음파 진동자(13)에서 발생하는 초음파 진동을 세척 기능이 아니라 원료의 표면에 발생한 거품을 작게 분쇄하는 역할을 수행하는 것으로서, 다시 말해 크기가 큰 거품이 발생하였을 때 이에 초음파 진동을 전달하면 미세 진동으로 거품이 분쇄될 수 있다는 원리를 적용한 것이다.
이에 대응하여, 컨트롤러(200)는 상술한 포토센서(160) 및 거품 파악모듈(210)에 의해 파악된 거품의 양의 고저에 따라 초음자 진동자(13)의 출력 주파수를 차등 조절하는 초음파 진동자 제어모듈(230)을 포함한다.
구체적으로, 초음파 진동자 제어모듈(230)은 거품의 분포와 크기, 양에 따라 다양한 출력 주파수를 통해 학습하여 얻은 룩업 테이블(look-up table)을 근거로 특정 거품의 상태에 따라 초음파 진동자(13)에서 서로 다른 출력 주파수를 출력할 수 있도록 제어하는 기능을 수행하는 것이다. 다시 말해, 반드시 거품의 크기가 크고 양이 많다 하여 출력 주파수를 높이면 오히려 잔여 거품이 추가로 발생할 수 있기 때문에 상술한 룩업 테이블을 기반으로 미세하게 출력 주파수를 조절하는 것이 바람직하다.
정리하면, 초음파 진동자(13)를 매개로 물리적인 진동을 가하여 원료의 거품을 분쇄할 수 있어 상술한 소포제의 화학적 거품 제거 기능을 보조하는 특성을 제공할 수 있다.
도 6은 본 발명의 디스펜서의 외주면을 감싸는 냉각 패킹체를 개략적으로 도시한 개념도이다.
상술한 세정액 공급 어셈블리(130)에서 디스펜서(140)를 통해 상부 금형(21)을 향해 토출되는 세정액은 일반적으로 물(정제수 및 증류수 포함)이라 할 수 있는데, 물론 이 세정액의 수압과 수량을 조절하여 세정 기능을 높일 수 있는 것과 별개로 본 발명의 세정액은 상부 금형(21)의 세정 역할은 물론 상부 금형(21)이 하부 금형(11)과 결합하면서 그 내부의 원료의 열에 의해 상온보다 높은 온도로 데워지면 이 상부 금형(21)을 상대적으로 차가운 온도로 식히는 역할을 제공할 수도 있다.
즉, 상부 금형(21)이 필요 이상으로 온도가 높게 되면 원료가 경화되어 펄프 몰드를 완성하는 과정에서 악영향을 제공할 수 있는바, 디스펜서(140)에서 토출되는 세정액의 온도를 낮출 필요가 있다.
더불어, 디스펜서(140)에서 세정액을 공급받아 토출하는 과정, 특히 후술하겠지만 세정액이 2종의 조성으로 이루어져 이를 디스펜서(140)에서 혼합하는 과정에서 믹서를 구비함으로 디스펜서(140) 내의 모터나 믹서의 지속적인 구동이 장시간 존속되면 불필요한 열이 발생하면서 디스펜서(140)의 피로도가 증가할 수 있으므로, 이 디스펜서(140)의 적어도 일 부위, 구체적으로 디스펜서(140) 내의 믹서나 펌프가 장착된 부위를 식힐 필요성이 존재한다.
이를 위하여, 디스펜서(140)는 적어도 일 부위(즉, 펌프나 믹서가 장착된 부위)에서 디스펜서(140)의 외주면을 감싸는 것으로서 열전소자를 매개로 디스펜서(140)의 외주면을 냉각하는 냉각 패킹체(400)를 포함하는 것이 가능하다.
냉각 패킹체(400)는 디스펜서(140)의 구동으로 발생된 열을 식히는 역할을 수행하는 것으로서, 이때 냉각 패킹체(400)의 냉각 구조는 수냉식 구조, 공랭식 구조 등의 다양한 공지의 냉각 구조를 적용할 수 있으나, 이 중에서 열전소자를 적용한 냉각 구조를 설명하도록 한다.
구체적으로, 냉각 패킹체(400)는 열전소자를 포함한 상태에서 일반적으로 원통 형상 또는 이와 유사한 형상으로 이루어진 디스펜서(140)에서 적어도 일 부위(믹서나 펌프가 장착된 부위)의 외주면을 감싸는 것으로서, 블록 구조체로 이루어지거나 아니면 휘어지는 성질을 가진 판상 구조체로 이루어지는 것이 가능하다.
이러한 냉각 패킹체(400)는 열전소자의 본연의 기능, 즉 전기 발전을 통해 발열 및 흡열을 수행하는 역할을 제공한다. 이때, 디스펜서(140)에는 냉각 패킹체(400)에 전원을 공급하는 전원 공급부를 구비할 수 있음은 물론이다.
즉, 열전소자가 전기를 공급받아 어느 일면이 발열되면 펠티에 효과에 의해 그 반대 면은 흡열 처리되는데, 이러한 열전소자의 원리를 이용하여 디스펜서(140)의 외주면에 접하는 냉각 패킹체(140)의 내측면(즉, 냉각면)이 흡열 기능을, 냉각 패킹체(400)의 외측면이 발열 기능을 제공하도록 배열되어 있다.
열전소자는 공급받은 전원을 기반으로 온도 차이에 의해 열기전력을 발생시키는 소자로서, 현재 공지된 열전 재료, 예를 들어 제베크(Seeback) 효과를 이용한 열전 재료 또는 펠티에(Peltier) 소자(열전 재료) 중 어느 하나를 이용하여도 무방하고, 이 외에 현재 알려진 재질의 열전 재료를 사용할 수도 있다.
이러한 열전소자(본 발명에서는 냉각 블록)는 도면에 도시되지는 않았으나, 일반적으로 가열 기판, 냉각 기판, 열전 재료를 포함할 수 있는데 앞서 언급하였듯이 냉각 패킹체(400)의 내측 면이 냉각 기판, 즉 냉각면이 되고 외측면이 가열 기판, 즉 냉각면의 대향 면이 된다. 열전소자의 원리와 기능은 공지의 열전소자를 참조하면 되기 때문에 구체적인 설명은 생략한다.
이러한 냉각 패킹체(400)의 내측면, 즉 냉각면이 디스펜서(140)의 외주면과 접촉하여 디스펜서(140)에서 발생한 열을 흡수하거나 냉각 패킹체(400)에서의 냉각면의 냉열을 냉각 패킹체(400)의 외주면에 전달하여 디스펜서(140)를 냉각시킴으로써, 앞서 언급하였듯이 상부 금형을 일부 식히는 기능을 제공함과 아울러 디스펜서(140)의 과열을 방지할 수 있는 특성을 제공한다.
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 거품 제거 및 발수기능을 겸비한 세정 기반의 펄프 몰드 성형장치의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
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1: 원료통 2: 진공 챔버
10: 하부 금형 어셈블리 11: 하부 금형
12: 제 1 승강장치 13: 초음파 진동자
20: 상부 금형 어셈블리 21: 상부 금형
22: 제 2 승강장치 30: 컨베이어
40: 이송부 50: 유압 실린더
110: 탱크 120: 파이프
130: 세정액 공급 어셈블리 131: 펌프
132: 밸브 140: 디스펜서
150: 근접 센서 160: 포토센서
200: 컨트롤러 210: 거품 파악모듈
220: 소포제 탱크 제어모듈 230: 초음파 진동자 제어모듈
300: 약품 공급 어셈블리 310: 소포제 탱크
320: 발수제 탱크 330: 펌프
340: 밸브 400: 냉각 패킹체
410: 완충층 420: 축열 보조층
S600: 제 1 용액 제조 단계 S610: 제 2 용액 제조 단계
S620: 여과물 제거 단계

Claims (10)

  1. 제 1 승강부에 의해 승강되는 것으로 원료통에 저장된 원료를 통해 펄프 몰드를 성형하는 하부 금형을 구비한 하부 금형 어셈블리와, 제 2 승강부에 의해 승강되면서 상기 펄프 몰드를 흡착하여 컨베이어를 따라 수평 이동하는 상부 금형을 구비한 상부 금형 어셈블리 및, 세정액을 저장한 탱크로부터 상기 컨베이어의 연장 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된 디스펜서에 상기 세정액을 공급하여 상기 디스펜서를 통해 상기 상부 금형을 향해 상기 세정액을 분사하는 세정액 공급 어셈블리를 포함하는 펄프 몰드 성형장치에 있어서,
    소포제를 저장한 소포제 탱크와 발수제를 저장한 발수제 탱크로부터 펌프와 밸브의 구동 제어를 통해 상기 원료통에 상기 발수제와 소포제를 공급하는 약품 공급 어셈블리;
    상기 원료통 내의 상기 원료의 표면에 대한 거품을 감지하는 포토센서;
    상기 거품의 픽셀 분포를 분석함으로써 상기 거품의 양을 파악하는 거품 파악모듈과, 상기 거품의 양의 고저에 따라 상기 소포제 탱크에 연결된 상기 밸브와 펌프를 차등 구동 제어하여 상기 원료통에 공급되는 상기 소포제의 양을 조절하는 소포제 탱크 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드 성형 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원료통에서 상기 원료의 표면 주변의 측벽에는,
    상기 원료의 표면에 대한 거품을 분쇄하기 위하여 초음파 진동을 발생하는 초음파 진동자가 설치되고,
    컨트롤러는,
    상기 거품의 양의 고저에 따라 상기 초음파 진동자의 출력 주파수를 차등 조절하는 초음파 진동자 제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 펄프 몰드 성형 장치.
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