KR102398443B1 - 용기 내 이물 제거 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치는 개구부가 형성된 용기를 이송하는 이송기기; 및 용기의 개구부로 가스를 분사하는 제1노즐을 포함하며, 제1노즐은 용기의 중심을 지나면서 용기가 이송되는 이송방향으로 연장되는 가상의 수직면을 경계로 하여, 일측으로 제1이격거리 만큼 이격 배치되는, 용기 내 이물 제거 장치를 제공하고자 한다.

Description

용기 내 이물 제거 장치 {APPARATUS FOR REMOVING CONTAMINANTS IN CONTAINERS}
본 발명은 용기 내 이물 제거 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 용기 내부에 있는 이물을 제거하기 위해 용기를 이송하면서 그 내부에 가스를 투입하여 이물을 제거하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 원통형 용기의 내부 이물을 제거하기 위해 캔 내부로 블로워 노즐을 통해 가스를 투입하여 이물을 제거하는 방법이 사용되고 있다.
이송기기를 통해 원통형 용기를 이송시키고 이송 경로를 따라서 블로워 노즐을 설치하며, 용기의 개구부가 블로워 노즐 위를 지나갈 때 캔 내부에 강한 기류의 가스가 투입되어 용기의 내벽에 부착된 이물이 외부로 배출될 수 있다.
그러나, 블로워 노즐의 위치가 이송되는 용기의 중심 라인에 맞추어 배치된 경우, 용기의 내부로 투입되는 가스의 기류와 배출되는 기류가 부딪쳐서 정체되어 이물 제거 성능이 감소하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 10-2017-0096851 (2018.08.30.공개)
본 발명에 따른 용기 내 이물 제거 장치는 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로써, 노즐의 배치를 달리하여 용기 내 기류가 정체되는 현상을 감소시켜, 용기 내의 이물을 효과적으로 제거하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치는 개구부가 형성된 용기를 이송하는 이송기기; 및 용기의 개구부로 가스를 분사하는 제1노즐을 포함하며, 제1노즐은 용기의 중심을 지나면서 용기가 이송되는 이송방향으로 연장되는 가상의 수직면을 경계로 하여, 일측으로 제1이격거리 만큼 이격 배치되는, 용기 내 이물 제거 장치를 제공하고자 한다.
본 실시예에 있어서, 용기가 이송되는 이송방향을 따라 제1노즐로부터 이격 배치되고, 용기의 개구부로 가스를 분사하는 제2노즐을 포함하며, 제2노즐은, 가상의 수직면을 경계로 하여, 타측으로 제2이격거리 만큼 이격 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 용기의 개구부는 하방을 향하게 배치되며, 제1노즐은 용기의 하방에 배치되어 용기의 개구부로 가스를 분사할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 용기는 원통형상이며, 제1이격거리 및 제2이격거리 중 적어도 하나는, 용기 반경의 4/5의 거리를 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1이격거리와 제2이격거리는 동일할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1노즐의 직경은 제1이격거리보다 작고, 제2노즐의 직경은 제2이격거리보다 작을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 이송기기는, 이송기기 상에서 용기가 제1노즐에서 분사되는 가스의 압력에 의해 탈락되는 것을 방지하기 위해, 이송기기와 용기의 결합을 보조 지지하는 지지부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1노즐 및 제2노즐은 하나의 노즐 세트로 구비되어, 이송방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 노즐 세트는 제1세트 및 제2세트를 포함하며, 제1세트의 제1노즐의 제1이격거리와 제2노즐의 제2이격거리는 상이하며, 제2세트의 제1노즐의 제1이격거리는 제1세트의 제2노즐의 제2이격거리와 동일하고, 제2세트의 제2노즐의 제2이격거리는 제1세트의 제1노즐의 제1이격거리와 동일할 수 있다.
본 발명에 따른 용기 내 이물 제거 장치는, 노즐을 이송되는 용기의 중심 라인으로부터 소정 간격 이격 배치하여 용기 내로 투입되는 기류가 정체되는 현상을 감소시켜, 용기 내의 이물을 효과적으로 제거하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치의 용기 및 노즐의 배치를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예와 일 실시예의 용기 내 평균 유속 및 용기 내벽의 평균 전단 응력 해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 비교예와 일 실시예의 용기 내부의 기류 해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치의 노즐 배치를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 노즐 세트를 보여주는 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)를 보여주는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)의 용기와 노즐의 배치를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 용기(c) 내부의 이물을 제거하기 위하여, 용기를 이송하면서 용기의 내부로 가스를 투입하여 가스의 압력으로 이물을 제거하는 용기 내 이물 제거 장치(1)에 관한 것이다. 설명의 편의를 위해, 이하에서 용기는 외경이 17.7mm, 내경(2*r)이 17mm, 높이가 68.4mm인 원통형의 형상을 가지며, 그의 일단부가 개구된 개구부가 형성된 것으로 간주하여 설명하기로 한다.
용기 내 이물 제거 장치(1)는 이송기기(10), 제1노즐(21), 제2노즐(22)을 포함할 수 있다.
이송기기(10)는 용기를 이송하는 기기일 수 있다. 이송기기(10)는 용기의 개구부가 하방을 향하게 하여 이송할 수 있다. 이송기기(10)는 그에 대하여 용기가 제1노즐(21)에서 분사되는 가스의 압력에 의해 탈락되는 것을 방지하기 위해, 이송기기(10)와 용기의 결합을 보조 지지하는 지지부재(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어 용기는 클램프(미도시)로 집어져서 이송기기에 결합되어 있고, 결합 부분 주위에 용기의 외경에 대응하는 틀 형상의 지지부재가 마련되어 용기가 흔들리거나 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
제1노즐(21)은 용기의 개구부로 가스를 분사하는 노즐일 수 있다. 제1노즐(21)은 그 단부에서 측정되는 가스의 유속이 50m/s일 수 있다. 제1노즐(21)은 개구부가 하방을 항한 상태로 이송되는 용기의 내부로 가스를 분사하기 위해 용기의 하방에 배치될 수 있다.
제1노즐(21)은 이송방향으로 연장되되, 용기의 중심을 지나는 가상의 수직면(A)을 경계로 하여, 일측으로 제1이격거리(d1) 만큼 이격 배치될 수 있다. 제1이격거리(d1)는 가상의 수직면(A)으로부터 원형의 단부를 가지는 노즐의 중심까지의 거리일 수 있다. 일 예로 제1이격거리(d1)는 6.8mm일 수 있다.
노즐(미도시)의 중심이 용기의 중심의 이동경로 상에 있을 때에는, 용기의 이동 중에 용기 내의 기류가 정체되어 이물이 제거되지 않는 구간이 발생할 수 있다. 예를 들어 용기가 노즐이 위치된 구간 상을 지나가는 시간은 대략 2.77초일 수 있다. 이러한 경우에 용기 내의 기류가 정체되는 시간은 대략 1초일 수 있다. 본 발명에서는 용기 중심의 이동경로 상에 마련되는 가상의 수직면(A)에 대하여 제1노즐(21)을 일측으로 6.8mm 이격 배치하여, 용기가 노즐 상에 지나가는 시간은 1.77초가 되도록 구성할 수 있다.
제2노즐(22)은 용기의 개구부로 가스를 분사하는 노즐일 수 있다. 제2노즐(22)은 용기가 이송되는 이송방향을 따라 제1노즐(21)로부터 이격 배치되고, 상기 가상의 수직면(A)을 경계로 하여, 타측으로 제2이격거리(d2) 만큼 이격 배치될 수 있다. 일 예로 제2이격거리는 6.8mm일 수 있다. 제2노즐(22)은 개구부가 하방을 항한 상태로 이송되는 용기의 내부로 가스를 분사하기 위해 용기의 하방에 배치될 수 있다.
제1이격거리(d1) 및 제2이격거리(d2) 중 적어도 하나는 용기의 반경(r)의 4/5의 거리를 가질 수 있다. 이로써, 용기의 내부로 투입되는 가스와 배출되는 가스의 경로가 중첩되지 않도록 기류가 형성될 수 있다. 또한, 제1이격거리(d1)와 제2이격거리(d2)는 동일할 수 있다.
제1노즐(21)의 직경은 제1이격거리(d1)보다 작고, 제2노즐(22)의 직경은 제2이격거리(d2)보다 작을 수 있다. 일 예로, 제1이격거리(d1) 및 제2이격거리(d2)가 6.8mm인 경우에, 제1노즐(21) 및 제2노즐(22)의 직경은 3.2mm일 수 있다.
제1노즐(21) 및 제2노즐(22)은 하나의 노즐 세트(20)로 구비되어, 이송방향을 따라 복수 개 배치될 수 있다. 일 예로, 노즐 세트(20)는 3개가 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 노즐 세트(20)가 하나인 경우 60.0%의 이물 제거 효과가 있었으며, 노즐 세트(20)가 3개인 경우에는 91.3%의 이물 제거 효과가 있는 것을 알 수 있었다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)에 대한 수치해석 실험 결과에 대하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 비교예와 일 실시예의 용기 내 평균 유속 및 용기 내벽의 평균 전단 응력 해석 결과를 보여주는 도면이다. 구체적으로, 이송기기(10)는 용기를 동일한 속도로 이송시키고, 노즐을 통해 그 내부로 기류를 투입시켜서 실험한 결과를 보여주는 도면일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예는 이송되는 용기의 중심을 지나는 가상의 수직면(A)과 동일선 상에 복수 개의 노즐이 배치된 것을 대상으로 한다. 본 비교예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)의 체적-평균 유속은, 용기가 노즐 배치 구간에 진입하면서 대략 7m/s까지 상승하다가, 노즐이 용기의 중심에 인접한 구간을 지나가는 0.2sec에서 0.3sec 시간대에서 감소하여 대략 3m/s까지 하강하는 것을 볼 수 있다. 이는 용기 내로 투입되는 가스의 기류와 배출되는 기류가 맞부딪쳐 정체되기 때문인 것으로 파악할 수 있다.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)는 0.2sec에서 0.3sec 시간대에도 체적-평균 유속이 7m/s로 유지되는 것을 볼 수 있다. 이로써, 본 실시예에서는, 용기 내에서 가스의 기류가 정체되는 현상이 줄어드는 것을 알 수 있다(도 3의 (a) 참조).
아울러 도 3의 (b)를 참조하면, 비교예에서 용기 내벽 평균 전단 응력은 0.2sec 내지 0.3sec 시간대에서 0.4Pa로 감소하는 구간이 발생하는 것을 볼 수 있다. 이러한 현상은 용기 내부의 기류 정체에 의한 것이며, 용기 내벽에 가해지는 전단 응력의 감소로 인하여 용기 내벽에 부착된 이물질의 제거 효과가 감소하는 것을 알 수 있다.
반면, 일 실시예에서는 용기 내벽 전단 응력이 1Pa 이상으로 유지되는 것을 볼 수 있다. 이로써, 용기 내벽에 부착된 이물질 제거가 용이하게 수행되는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 비교예와 일 실시예의 용기 내부의 기류 해석 결과를 보여주는 도면이다.
도 4의 (a)는 비교예에서 이송되는 용기에 그의 중심을 지나는 이송경로 상에 배치된 노즐에서 가스를 투입하여 용기와 노즐의 상대 위치에 따른 일정 속도를 가지는 기류 형상(e')의 변화를 보여주는 것이다. 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에서 이송되는 용기에 그의 중심을 지나는 이송경로에서 일측으로 이격 배치된 노즐에서 가스를 투입하여 용기와 노즐의 상대 위치에 따른 일정 속도를 가지는 기류 형상(e)을 보여주는 것이다.
비교예에서 노즐(21')의 단부로부터 연장되어 용기(c) 내로 투입되는 기류 형상(e')은 유속이 15m/s에 해당하는 부분을 나타낸 것일 수 있고, 그 크기가 클수록 용기 내에서 기류의 순환이 잘 되고, 유속이 빠른 것이라고 볼 수 있다. 노즐(21')이 용기의 내부 중심 구간을 통과할 때 기류 형상의 크기가 작아지는 것을 보면, 이 때에 기류 순환이 잘 되지 않고, 용기 내부의 유속이 줄어드는 것을 알 수 있다. 반면, 일 실시예에서는 기류 형상(e)의 크기가 감소되지 않고 유지되는 것을 볼 수 있고, 전단 응력도 노즐이 용기의 중심에서 이격 배치되는 구간과 중심에 인접하게 배치되는 구간에서도 큰 차이가 나지 않는 것을 볼 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)의 노즐 배치를 보여주는 도면이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복수의 노즐 세트(20)를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)는 복수 개의 노즐 세트(20)를 포함할 수 있다. 일 예로, 노즐 세트(20)는 제1세트 및 제2세트를 포함할 수 있다.
제1세트의 제1노즐(21)의 제1이격거리(d1')와 제2노즐(22)의 제2이격거리(d2')는 상이하며, 제2세트의 제1노즐(21)의 제1이격거리(d1')는 제1세트의 제2노즐(22)의 제2이격거리(d1')와 동일하고, 제2세트의 제2노즐(22)의 제2이격거리(d2')는 제1세트의 제1노즐(21)의 제1이격거리(d2')와 동일할 수 있다.
이로써, 노즐의 위치가 다양화되어, 용기 내부로 투입되는 가스의 유입경로가 다양해지고, 용기 내부의 모든 위치에 가스의 기류가 공급되어 이물 제거의 효과가 상승할 수 있다.
본 발명에 따른 용기 내 이물 제거 장치(1)는, 노즐을 이송되는 용기의 중심 라인을 지나는 가상의 수직면(A)으로부터 소정 간격 이격 배치하여 용기(C) 내로 투입되는 기류가 정체되는 현상을 감소시켜, 용기 내의 이물을 효과적으로 제거할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 용기 내 이물 제거 장치
10: 이송기기
20: 노즐 세트
21: 제1노즐
22: 제2노즐

Claims (9)

  1. 개구부가 형성된 용기를 이송하는 이송기기;
    상기 용기의 개구부로 가스를 분사하는 제1노즐; 및
    상기 용기가 이송되는 이송방향을 따라 상기 제1노즐로부터 이격 배치되고, 상기 용기의 개구부로 가스를 분사하는 제2노즐;을 포함하되,
    상기 제1노즐은, 상기 용기의 중심을 지나면서 상기 용기가 이송되는 이송방향으로 연장되는 가상의 수직면을 경계로 하여, 일측으로 제1이격거리 만큼 이격 배치되고,
    상기 제2노즐은, 상기 가상의 수직면을 경계로 하여, 타측으로 제2이격거리 만큼 이격 배치되는, 용기 내 이물 제거 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용기의 개구부는 하방을 향하게 배치되며, 상기 제1노즐은 상기 용기의 하방에 배치되어 상기 용기의 개구부로 가스를 분사하는, 용기 내 이물 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용기는 원통형상이며, 상기 제1이격거리 및 상기 제2이격거리 중 적어도 하나는, 상기 용기 반경의 4/5의 거리를 가지는, 용기 내 이물 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1이격거리와 상기 제2이격거리는 동일한, 용기 내 이물 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐의 직경은 상기 제1이격거리보다 작고,
    상기 제2노즐의 직경은 상기 제2이격거리보다 작은, 용기 내 이물 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이송기기는,
    상기 이송기기 상에서 상기 용기가 상기 제1노즐에서 분사되는 가스의 압력에 의해 탈락되는 것을 방지하기 위해, 상기 이송기기와 상기 용기의 결합을 보조 지지하는 지지부재를 포함하는, 용기 내 이물 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1노즐 및 상기 제2노즐은 하나의 노즐 세트로 구비되어, 상기 이송방향을 따라 복수 개 배치되는, 용기 내 이물 제거 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 노즐 세트는 제1세트 및 제2세트를 포함하며,
    상기 제1세트의 상기 제1노즐의 제1이격거리와 상기 제2노즐의 제2이격거리는 상이하며, 상기 제2세트의 제1노즐의 제1이격거리는 상기 제1세트의 제2노즐의 제2이격거리와 동일하고, 상기 제2세트의 제2노즐의 제2이격거리는 상기 제1세트의 제1노즐의 제1이격거리와 동일한, 용기 내 이물 제거 장치.
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