KR102284414B1 - 폴링 필름 탈포기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴링 필름 탈포기에 관한 것으로, 진공펌프와 연결되는 진공 홀 및 탈포된 원료가 배출되는 배출 홀을 구비하는 챔버; 진공 홀 측으로 가스를 통과시키기 위한 통과 홀, 통과 홀을 둘러싸도록 위쪽으로 연장된 내벽, 내벽에 인접하게 형성된 원료 유입 노즐, 내벽으로부터 챔버 내면과 인접한 부위까지 아래쪽으로 경사지게 연장된 경사면, 경사면의 챔버 쪽 말단에서 아래쪽으로 연장된 측면을 구비하는 분산판; 및 분산판의 경사면과의 사이에 틈이 형성되어 원료가 틈을 통해 흐르도록 분산판의 경사면과 이격되고, 위쪽으로 연장되면서 고리 형태로 구성되는 링 밴드를 포함하는 폴링 필름 탈포기를 제공한다.

Description

폴링 필름 탈포기{Falling film defoamer}

본 발명은 폴링 필름(falling film) 탈포기에 관한 것이다.

도 1은 종래 탈포기를 나타내는 개략도로서, 종래 탈포기(10)는 챔버(11), 분산부재(12), 원료 공급부(20) 및 진공 홀(17)을 포함한다. 진공 홀(17)은 진공 펌프와 연결된다.

분산부재(12)는 링 형상을 갖는 베이스부(13) 및 베이스부(13)의 내경 측에 배치되는 내벽(15) 및 베이스부(13)의 외경 측에 배치되는 외벽(14)을 포함하고, 분산부재(12)에는 원료가 저장된다. 이때, 분산부재(12)의 베이스부(13)의 중앙영역에는 진공 홀(17)과 연결되는 관통 홀(16)이 형성된다.

원료 공급부(20)로부터 분산부재(12)로 원료가 공급되면, 베이스부(13)에 원료가 수용되고, 원료의 레벨이 분산부재(12)의 소정 높이에 도달할 때까지 원료가 분산부재(12)에 체류하게 되며, 외벽(14)을 범람하여 원료가 챔버(11) 내측으로 도포된다.

그러나 분산부재(12) 내에 원료가 정체됨에 따라, 파울링(fouling)이 발생하는 문제를 갖는다.

또한, 종래기술에서는 균일한 벽면 도포를 위한 복잡한 디자인의 상부 분배기(distributor) 및 필름 벽면에 균일하게 도포시키기 위한 와이퍼(wiper)와 같은 기계적 장치의 설치가 필요함에 따라, 설치 비용이 증가하고 운전과 유지 보수가 어렵다는 단점이 발생한다.

본 발명의 목적은 파울링을 방지할 수 있고, 설치 비용을 감소시킬 수 있으며, 운전과 유지 보수가 용이하고, 탈포 효율을 증가시킬 수 있는 탈포기를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 진공펌프와 연결되는 진공 홀 및 탈포된 원료가 배출되는 배출 홀을 구비하는 챔버; 진공 홀 측으로 가스를 통과시키기 위한 통과 홀, 통과 홀을 둘러싸도록 위쪽으로 연장된 내벽, 내벽에 인접하게 형성된 원료 유입 노즐, 내벽으로부터 챔버 내면과 인접한 부위까지 아래쪽으로 경사지게 연장된 경사면, 경사면의 챔버 쪽 말단에서 아래쪽으로 연장된 측면을 구비하는 분산판; 및 분산판의 경사면과의 사이에 틈이 형성되어 원료가 틈을 통해 흐르도록 분산판의 경사면과 이격되고, 위쪽으로 연장되면서 고리 형태로 구성되는 링 밴드를 포함하는 폴링 필름 탈포기를 제공한다.

본 발명에서 링 밴드는 분산판의 경사면에 2 내지 5개로 배치될 수 있다.

본 발명에서 분산판과 링 밴드 사이의 틈의 두께는 1 내지 5 mm일 수 있다.

본 발명에서 분산판의 경사면의 경사각도는 수평면을 기준으로 20 내지 40도일 수 있다.

본 발명에서 원료 유입 노즐은 60 내지 180도 간격마다 2 내지 6개로 설치될 수 있다.

본 발명에서 챔버의 내경에 대한 분산판의 최대 직경의 비율은 98% 이상일 수 있다.

본 발명에서 분산판의 측면 및 챔버의 내면 사이의 간격에 따라 폴링 필름의 두께가 결정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 분산판에 댐(dam) 형식의 링 밴드(ring band)를 설치함으로써, 원료 용액이 고르게 분포되게 하여 탈포 효율이 증가되는 특징이 있다.

또한, 본 발명에서는 분산판과 링 밴드로 구성되는 비교적 단순한 디자인을 가지므로, 종래기술 대비 설치 비용이 감소하고 운전과 유지 보수가 쉬어지는 장점이 있다.

또한, 종래기술의 경우 저장소(reservoir)에 도포액이 정체하게 되어 파울링이 발생할 우려가 있으나, 본 발명의 경우 정체 영역이 없어 파울링을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 종래기술의 경우 유입 노즐(inlet nozzle)을 많이 설치하여야 균일 도포가 가능하나, 본 발명의 경우 유입 노즐을 상대적으로 적게 설치하여도 균일 도포가 가능하다.

또한, 본 발명의 탈포기를 사용할 경우, 종래기술과 동등한 탈포 효과를 얻을 수 있고, 설치 비용 및 운영 비용을 감소시킬 수 있으므로, 사업적 가치가 높다.

또한, 본 발명의 탈포기를 사용할 경우, 단순한 구조로 복잡한 기계적 장치 없이 탈포를 가능하게 할 수 있으므로, 기술적 가치가 높다.

도 1은 종래 탈포기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탈포기의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 분산판과 링 밴드의 구성도이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 탈포기의 개략적인 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 분산판과 링 밴드의 구성도로서, 본 발명에 따른 탈포기는 챔버(110), 분산판(120), 원료 공급부(130), 링 밴드(140, 141) 등으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 탈포기는 원료로부터 기포를 제거하는 탈포 공정에 이용될 수 있고, 예를 들어 중합된 용액으로부터 파이버(Fiber)를 제조하는 방사 공정 내의 탈포 공정에 사용될 수 있다. 파이버 제조 공정에서, 용액에 기포를 제거함으로써, 파이버가 끊어지는 공정 불안정을 해소할 수 있다.

도 2를 참고하면, 챔버(110)는 원통형으로 구성될 수 있고, 하부는 직경이 감소하는 테이퍼 구조를 가질 수 있다. 챔버(110)의 상부에는 진공펌프와 연결되는 진공 홀(112)이 형성되고, 챔버(110)의 하부에는 탈포된 원료가 배출되는 배출 홀(113)이 형성될 수 있다. 진공 홀(112)은 도면에 예시된 바와 같이, 챔버(110)의 내벽(111) 쪽으로 배치될 수 있고, 또한 챔버(110)의 중심축(C)과 동축으로 배치될 수 있다. 유사하게, 배출 홀(113)도 중심축(C)과 동축으로 배치되거나 내벽(111) 쪽으로 배치될 수 있다.

도 2에서 분산판(120)은 간략화를 위해 사각형으로 예시되어 있으나, 분산판(120)의 구체적인 구조는 도 3과 같고, 분산판(120)에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하겠다.

분산판(120)은 챔버(110)의 상부 쪽에 배치될 수 있고, 원료 공급부(130)는 분산판(120)의 상부 쪽에 배치될 수 있으나, 분산판(120)과 원료 공급부(130)의 위치는 이에 제한되지 않는다. 원료 공급부(130)는 튜브나 파이프 형태 등으로 구성될 수 있고, 분산판(120)의 원료 유입 노즐과 연결될 수 있다.

원료 공급부(130)로부터 분산판(120)으로 펌프나 중력 등에 의해 용액 형태의 원료(F)가 공급되면, 원료(F)는 분산판(120)의 표면을 따라 흐르다가, 챔버(110)의 내벽(111)을 따라 아래쪽으로 떨어지면서 흘러 소정 두께의 균일한 폴링 필름을 형성한다. 이때, 진공 홀(112)과 연결된 진공 펌프(도시되지 않음)에 의해 챔버(110) 내에는 음압이 형성되고, 챔버(110)의 내벽(111)에 형성된 폴링 필름으로부터 기포가 제거될 수 있다. 즉, 원료를 얇은 필름으로 형성하기 위해, 별도의 장비 등을 이용하여 외력을 가하지 않고도, 분산판(120)을 통해 원료(F)를 챔버(110)의 내벽면에 균일하게 도포함으로써, 원료(F)가 챔버(110)의 내면을 따라 중력 방향으로 흐르면서, 균일한 두께의 필름이 형성될 수 있다. 도 2에서 화살표로 표시된 내벽(111) 영역을 탈포 영역으로 볼 수 있다.

도 3의 상부 도면은 분산판(120) 및 링 밴드(140, 141)의 부분 측면도이고, 도 3의 하부 도면은 분산판(120) 및 링 밴드(140, 141)를 위쪽에서 바라본 사시도이다. 도 3을 참고하면, 분산판(120)은 통과 홀(121), 내벽(122), 원료 유입 노즐(123), 경사면(124), 측면(125) 등으로 구성될 수 있다. 분산판(120)은 위에서 봤을 때 원반 형태로 구성되고, 측면에서 봤을 때에는 상부가 잘린 반원뿔 형태로 구성될 수 있다. 분산판(120)는 젖음(wetting) 특성이 우수한 재질, 예를 들어 SUS 재질과 같은 금속 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.

통과 홀(121)은 챔버(110)의 진공 홀(112) 측으로 가스를 통과시키는 역할을 한다. 즉, 통과 홀(121)은 진공홀(112)과 챔버(110)의 하부 영역이 유체 이동하게 연결되도록 한다. 통과 홀(121)은 분산판(120)의 중앙에 형성될 수 있고, 또한 챔버(110)의 중심축(C)과 동축으로 배치될 수 있다. 통과 홀(121)은 원형으로 구성될 수 있고, 그 직경은 예를 들어 분산판(120)의 전체 직경 대비 10 내지 40%일 수 있다. 통과 홀(121)의 직경이 너무 작으면, 압력 강하가 크게 발생하여, 진공압력이 충분히 전달되지 않을 수 있다.

내벽(122)은 원료(F)가 통과 홀(121) 쪽으로 흐르지 못하도록 막는 역할을 하고, 또한 가스 흐름을 안내하는 역할도 할 수 있다. 내벽(122)은 링 형태로 통과 홀(121)을 둘러싸도록 위쪽 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 내벽(122)의 높이는 예를 들어 분산판(120)의 전체 높이 대비 10 내지 40%일 수 있다.

원료 유입 노즐(123)은 분산판(120)의 상면인 경사면(124)으로 원료를 공급하는 역할을 한다. 원료 유입 노즐(123)은 원료 공급부(130)와 튜브나 파이프 등으로 연결될 수 있다. 원료 유입 노즐(123)은 내벽(122)에 인접하게 형성될 수 있고, 경사면(124)으로부터 위쪽으로 돌출 형성될 수 있다. 원료 유입 노즐(123)은 60 내지 180도 간격마다 2 내지 6개로 설치될 수 있다. 도 3에는 90도 간격으로 4개의 원료 유입 노즐(123)이 설치되어 있다. 원료 유입 노즐(123)의 간격은 일정한 등간격인 것이 바람직하다. 원료 유입 노즐(123)의 수가 너무 적으면 균일 도포가 어려울 수 있고, 너무 많으면 구조가 복합해지고 비용이 증가할 수 있다. 원료 유입 노즐(123)의 직경은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 분산판(120)의 전체 직경 대비 1 내지 10%일 수 있다. 종래기술에서는 원료 유입 노즐을 많이 설치하여야 균일 도포가 가능하나, 본 발명에서는 분산판(120)의 경사구조와 댐 형식의 링 밴드(140, 141) 등에 의해 원료 유입 노즐(123)을 상대적으로 적게 설치하여도 균일 도포가 가능하다.

경사면(124)은 원료(F)가 정체되지 않고 균일하게 흐르도록 하는 역할을 한다. 경사면(124)은 내벽(122)으로부터 챔버 내벽(111)과 인접한 부위인 측면(125)까지 아래쪽으로 경사지게 연장되어 형성될 수 있다. 경사면(124)은 분산판(120)의 대부분의 면적을 차지하고, 예를 들어 통과 홀(121)을 포함한 분산판(120)의 전체 면적 중 65 내지 95%를 차지할 수 있다. 도 3에서 적색으로 표시된 원료(F)에 의해 가려져 있지만, 원료(F)가 도포된 영역도 경사면(124) 영역이다. 경사면(124)의 경사각도(A)는 가상의 수평면을 기준으로 20 내지 40도일 수 있다. 경사각도(A)가 너무 작으면 원료(F)가 정체되거나 흐름 속도가 느릴 수 있고, 너무 크면 흐름 속도가 빨라 균일 도포가 어려워질 수 있다. 종래기술에서는 저장소에 도포액이 정체하게 되어 파울링이 발생할 우려가 있으나, 본 발명에서는 경사면 구조로 인해 정체 영역이 없어 파울링을 효과적으로 방지할 수 있다.

측면(125)은 원료(F)를 챔버(110)의 내벽(111) 쪽으로 공급하는 역할을 한다. 측면(125)은 경사면(124)의 챔버 쪽 말단에서 아래쪽 수직방향으로 링 형태로 연장되어 형성될 수 있다. 측면(125)의 높이는 예를 들어 분산판(120)의 전체 높이 대비 10 내지 40%일 수 있다.

도 3을 참고하면, 링 밴드(140, 141)는 원료(F)가 고르게 분포되게 하여 탈포 효율을 증가시키는 역할을 한다. 링 밴드(140, 141)는 일종의 장벽 또는 확산 작용을 하여 원료(F)가 고르게 퍼지도록 할 수 있다. 도 3에서 확인할 수 있듯이, 적색으로 표시된 원료(F)는 원료 유입 노즐(123)로부터 나온 후 경사면(124)을 따라 방사형으로 흐르다가, 제1링 밴드(140)를 통과하면서 더 넓은 면적으로 퍼지게 되고, 제2링 밴드(141)를 통과하면서 더욱더 넓은 면적으로 퍼지게 됨으로써, 종국에는 경사면(124)의 말단부 전체 영역에 걸쳐 균일 도포가 가능해진다.

링 밴드(140, 141)는 분산판(120)의 경사면(124)과의 사이에 틈(G)이 형성되어 원료(F)가 틈(G)을 통해 흐르도록 분산판(120)의 경사면(124)과 이격되고, 위쪽 수직방향으로 연장되면서 고리 형태로 구성될 수 있다. 경사면(124)과 이격된 링 밴드(140, 141)를 지지 및 고정하기 위해, 연결부재나 지지부재를 통해 경사면(124) 등에 링 밴드(140, 141)를 고정할 수 있다. 링 밴드(140, 141)는 분산판(120)의 경사면(124)에 2 내지 5개로 배치될 수 있다. 링 밴드(140, 141)의 수가 너무 적으면 균일 도포 효과가 불충분할 수 있고, 너무 많으면 원료 흐름이 저하되거나 비용이 상승할 수 있다. 분산판(120)의 경사면(124)과 링 밴드(140, 141) 사이의 틈(G)의 두께는 1 내지 5 mm일 수 있다. 틈(G)의 두께가 너무 작으면 원료 흐름이 저하될 수 있고, 너무 크면 균일 도포 효과가 불충분할 수 있다. 링 밴드(140, 141)의 높이는 예를 들어 분산판(120)의 전체 높이 대비 10 내지 40%일 수 있다. 제1링 밴드(140)와 내벽(121)의 간격, 제1링 밴드(140)와 제2링 밴드(141)의 간격은 예를 들어 분산판(120)의 전체 직경 대비 10 내지 40%일 수 있다.

분산판(120)의 직경은 챔버(110)의 내경보다 작고, 챔버(110)의 내경에 대한 분산판(120)의 최대 직경의 비율은 98% 이상(100% 미만)일 수 있다. 이러한 직경 차이로, 챔버(110)와 분산판(120) 사이에 간격이 형성된다. 상기 비율이 98% 미만이면, 원료(F)가 그냥 아래로 떨어져서 챔버(110)의 내벽(111)을 따라 흐르지 못하여 폴링 필름을 형성하지 못할 수 있다. 분산판(120)의 측면(125) 및 챔버(110)의 내벽(111) 사이의 간격에 따라 폴링 필름의 두께가 결정될 수 있다.

10: 탈포기
11: 챔버
12: 분산부재
13: 베이스부
14: 외벽
15: 내벽
16: 관통 홀
17, 112: 진공 홀
20: 원료 공급부
110: 챔버
111: 챔버 내벽
112: 진공 홀
113: 배출 홀
120: 분산판
121: 통과 홀
122: 내벽
123: 원료 유입 노즐
124: 경사면
125: 측면
130: 원료 공급부
140, 141: 링 밴드
A: 경사각도
C: 중심축
F: 원료
G: 틈

Claims (7)

1. 진공펌프와 연결되는 진공 홀 및 탈포된 원료가 배출되는 배출 홀을 구비하는 챔버;
   진공 홀 측으로 가스를 통과시키기 위한 통과 홀, 통과 홀을 둘러싸도록 위쪽으로 연장된 내벽, 내벽에 인접하게 형성된 원료 유입 노즐, 내벽으로부터 챔버 내면과 인접한 부위까지 아래쪽으로 경사지게 연장된 경사면, 경사면의 챔버 쪽 말단에서 아래쪽으로 연장된 측면을 구비하는 분산판; 및
   분산판의 경사면과의 사이에 틈이 형성되어 원료가 틈을 통해 흐르도록 분산판의 경사면과 이격되고, 위쪽으로 연장되면서 고리 형태로 구성되는 링 밴드를 포함하며,
   원료는 분산판의 경사면을 따라 흐르다가, 분산판의 측면을 거쳐 챔버의 내벽을 따라 아래쪽으로 떨어지면서 흘러 폴링 필름을 형성하고, 챔버의 내벽에 형성된 폴링 필름으로부터 기포가 제거되며,
   분산판은 챔버의 상부에 배치되고,
   원료 유입 노즐은 내벽의 외측에서 경사면에 배치되며,
   원료는 경사면과 링 밴드 사이의 틈을 통과하면서 통과 전보다 넓은 면적으로 확산되는 폴링 필름 탈포기.
2. 제1항에 있어서,
   링 밴드는 분산판의 경사면에 2 내지 5개로 배치되는 폴링 필름 탈포기.
3. 제1항에 있어서,
   분산판과 링 밴드 사이의 틈의 두께는 1 내지 5 mm인 폴링 필름 탈포기.
4. 제1항에 있어서,
   분산판의 경사면의 경사각도는 수평면을 기준으로 20 내지 40도인 폴링 필름 탈포기.
5. 제1항에 있어서,
   원료 유입 노즐은 60 내지 180도 간격마다 2 내지 6개로 설치되는 폴링 필름 탈포기.
6. 제1항에 있어서,
   챔버의 내경에 대한 분산판의 최대 직경의 비율은 98% 이상인 폴링 필름 탈포기.
7. 제1항에 있어서,
   분산판의 측면 및 챔버의 내면 사이의 간격에 따라 폴링 필름의 두께가 결정되는 폴링 필름 탈포기.

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