KR102452901B1 - 중공사 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체분리막을 형성하기 위한 중공사 제조장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 중공사 제조장치는 중공사의 형성을 위한 고분자 물질인 도프용액이 수용되는 도프탱크와, 상기 도프용액을 방사노즐로 이송하기 위한 도프펌프와, 상기 도프용액과 함께 상기 방사노즐로 공급되며, 공동을 형성하기 위한 보어용액이 수용되는 보어탱크와, 상기 보어용액을 상기 방사노즐로 이송하기 위한 보어펌프와, 상기 방사노즐을 통해 성형되는 중공사가 수용되어 응고되는 방사조와, 상기 방사조를 경유한 중공사에서 불순물을 제거하기 위한 세척조와, 상기 세척조를 경유한 중공사가 최종 권취되는 권취수단과, 상기 방사조와 세척조 및 권취수단 사이에 각각 구비되어 중공사를 이송하는 이송롤러 및 상기 이송롤러 일측에 구비되어 중공사의 불량여부를 판별하고, 불량으로 감지된 부분을 마킹하여 불량영역이 확인될 수 있도록 하는 불량검출수단이 포함된다.
본 발명에 따르면 기체분리막 제조시 수율 저하를 방지할 수 있고 보다 안정적인 성능의 기체분리막이 제조될 수 있는 이점을 가진다.

Description

중공사 제조 장치{ Apparatus for manufacturing hollow fiber }

본 발명은 기체분리막을 형성하기 위한 중공사 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 기체분리막은 특정한 기체를 분리하기 위한 선택적 고분자 분리막 기술로 수십 나노미터에서 수 마이크로 미터의 기공을 가진 섬유 다발로 구성되어 도 1 에 도시된 형태와 같이 구성될 수 있다.

상기 섬유 다발은 섬유 단면 중앙 부분에 공동이 형성되는 중공사가 적용될 수 있으며, 이와 같은 중공사에는 미세한 기공이 다수 존재하여 막 표면에서 치밀한 선택분리층을 형성하고 막 하부에서는 최소의 투과저항을 갖는 다공성 지지체로 작용하게 된다.

상기와 같이 중공사로 기체분리막을 형성하는 경우 투입되는 기체를 선택적으로 분리하기 위해서는 분리층의 표면에 결함이 없어야 한다. 또한, 기체 투과도가 유효막 두께에 반비례 하기 때문에 분리층의 두께는 가능한 얇게 형성될 필요성이 있다.

한편, 대한민국 등록특허 제1366224호(이하‘선행문헌 1’이라 함),“중공사막 제조장치”에는 우수한 품질의 중공사막을 제조하기 위한 기술이 게시된다.

상기 선행문헌 1은 노즐로 방사되는 모든 라인(배관)에 히터를 설치하여 고분자용액을 일정하게 유지하며, 연신용 롤러가 중공사 막을 균일하게 연신하여 품질이 뛰어난 중공사 막을 제조할 수 있도록 한다.

하지만, 상기와 같은 제조장치를 이용하는 경우에도 중공사의 두께 불균형이나 표면손상 등의 결함이 발생될 수 있으며, 이와 같은 중공사의 결함은 중공사막필터의 성능저하를 가져오게 되는 문제점을 가진다.

따라서, 상기와 같은 결함을 검출하기 위하여 종래 기술에서는 내압을 걸어 중공사막이 파괴되는 파괴검사 방법이 사용되고 있다.

하지만 상기와 같이 수행되는 파괴 검사는 중공사막 필터모듈을 형성한 이후 제품단위로 검사가 수행됨에 따라 불량 손실이 높아 수율이 저하되는 문제점을 가진다.

즉, 복수의 중공사가 다발로 형성되는 모듈을 검사하기 때문에 일부 불량 중공사에 의해 결함이 발생되지만 함께 수용된 정상 상태의 중공사가 모두 폐기되어야만 하는 문제점을 가진다.

KR 10-1688063 B1

본 발명의 목적은 고분자 물질을 방사하여 성형되는 중공사가 권취수단에 권취되기 이전에 두께를 측정하여 불량영역을 판별하고, 판별된 불량영역을 용이하게 파악될 수 있도록 하는 중공사 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생산라인의 정지없이 중공사의 불량영역을 구분하고, 생산이 완료된 이후 구분된 불량영역을 통해 중공사막의 형성 시 불량영역을 용이하게 확인하여 제거될 수 있도록 하는 중공사 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 중공사 제조장치는 중공사의 형성을 위한 고분자 물질인 도프용액이 수용되는 도프탱크와, 상기 도프용액을 방사노즐로 이송하기 위한 도프펌프와, 상기 도프용액과 함께 상기 방사노즐로 공급되며, 공동을 형성하기 위한 보어용액이 수용되는 보어탱크와, 상기 보어용액을 상기 방사노즐로 이송하기 위한 보어펌프와, 상기 방사노즐을 통해 성형되는 중공사가 수용되어 응고되는 방사조와, 상기 방사조를 경유한 중공사에서 불순물을 제거하기 위한 세척조와, 상기 세척조를 경유한 중공사가 최종 권취되는 권취수단과, 상기 방사조와 세척조 및 권취수단 사이에 각각 구비되어 중공사를 이송하는 이송롤러 및 상기 이송롤러 일측에 구비되어 중공사의 불량여부를 판별하고, 불량으로 감지된 부분을 마킹하여 불량영역이 확인될 수 있도록 하는 불량검출수단이 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 불량검출수단에는 상기 이송롤러를 통해 이송되는 중공사를 촬영하는 인식부와, 상기 인식부에 의해 생성되는 이미지를 설정 조건과 대비하여 불량여부를 판별하는 판별부 및 상기 판별부에 의해 불량으로 판정된 영역을 표시하는 마킹부;가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 예로서 상기 불량검출수단에는 상기 이송롤러를 통해 이송되는 중공사의 단면 외주를 따라 배치되는 복수의 이미지센서로 구성되어 중공사의 표면을 스캐닝하는 인식부와, 상기 인식부에 의해 생성되는 스캐닝 이미지를 설정 조건과 대비하여 불량여부를 판별하는 판별부 및 상기 판별부에 의해 불량으로 판정된 영역을 표시하는 마킹부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 마킹부는 소정의 염료를 도포하여 중공사에 표시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 방사조 및 세척조를 경유한 중공사가 권취수단에 최종 권취되기 이전에 불량검출수단에 의해 두께가 측정되어 불량영역이 검출된다.

또한, 상기와 같이 검출되는 불량영역은 마킹부에 의해 해당 영역이 표시된 상태로 권취수단에 최종 권취됨으로써 중공사 생산공정의 정지 없이 불량영역을 판별하고, 사용시 불량영역을 용이하게 확인할 수 있다.

따라서, 중공사를 다발로 형성하여 기체분리막을 형성하고자 할 경우 불량영역을 용이하게 파악하고 제거하여 사용할 수 있으므로 기체분리막 제조시 수율 저하를 방지할 수 있고 보다 안정적인 성능의 기체분리막이 제조될 수 있도록 하는 이점을 가진다.

도 1 은 중공사막필터에 수용된 중공사의 적용 일례를 보인 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 중공사 제조 장치의 일 실시 예를 보인 도면.
도 3 은 본 발명의 요부구성인 중공사 불량검출수단의 일실시 예를 보이기 위한 블럭도.
도 4 는 본 발명에 따른 중공사 제조장치에 의해 불량영역이 검출되면서 중공사가 생산되는 과정을 설명하기 위한 순서도.
도 5 는 본 발명의 요부구성인 판별부에 의해 중공사의 불량여부가 판별되는 예를 보이기 위한 도면.
도 6 은 본 발명의 요부구성인 중공사 불량검출수단의 다른 실시 예를 보이기 위한 블럭도.
도 7 은 도 6 에 도시된 인식부의 일 예를 보이기 위한 도면.
도 8 은 본 발명의 요부구성인 마킹부에 의해 불량영역이 마킹된 상태(a)와 마킹된 중공사가 권취된 형태(b)를 보인 도면

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다.각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 기재된다. 또한, 실시 예의 설명에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 설명을 간략히 하거나 생략하였으며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 일측에 “구비”,“연결”된거나, 어떤 구성요소가 다른 구성요소와 함께“형성”한다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소의 일측에 직접적으로 구비 또는 연결되거나 언급된 구성으로 형성할 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “구비”또는“연결”되거나, 또 다른 구성과 함께“형성”할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2 에는 본 발명에 따른 중공사 제조 장치의 일 실시 예를 보인 도면이 도시된다.

참조하면, 본 발명에 따른 중공사 제조장치는 도프용액과 보어용액을 방사 노즐(340)을 통해 성형하여 생성하는 습식 공정으로 구성된다.

상기 도프용액은 고분자소재와 용매 및 첨가제를 혼합하여 생성되며, 도프탱크(120) 내부에 수용되어 도프펌프(140)를 이용하여 방사노즐(340)로 공급된다.

상기 보어용액은 중공사 형성 시 내부응고제로 작용하며, 보어탱크(220) 내부에 수용되어 보어펌프(240)에 의해 방사노즐(340)로 공급된다.

상기 방사노즐(340)은 이중방사구조를 가지며, 상대적으로 외측은 상기 도프용액이 주입되고, 내측은 상기 보어용액이 주입된다.

따라서, 내측의 보어용액과 외측의 도프용액이 접촉되는 순간 공동부를 형성하면서 중공사의 모양이 성형된다.

이를 위해 상기 보어용액은 물, 이소프로판올, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 디메톡시에탄올, 디에톡시에탄올, 부톡시메탄올, 디메톡시부틸렌옥시드, 디글리시딜디메틸에테르, 디메틸아세트아마이드 및 디메틸포름아마이드 중 1종 이상을 포함할 수 있으며, 일반적으로 물과의 혼합물이 사용되고 있다.

그리고, 상기 도프탱크(120)와 도프펌프(140), 보어탱크(220)와 보어펌프(240)는 프레임(110)을 이용하여 구획된 공간에 배치될 수 있다. 또한, 상기 방사노즐(340)은 방사공간 확보를 고려하여 별도의 지지프레임(320)으로 소정 높이에 위치되도록 설치될 수 있으며, 도시되지는 않았지만 상기 지지프레임(320)은 높이 가변형으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 방사노즐(340)을 통해 모양이 형성된 중공사는 방사조(400)로 투입되어 응고된다.

따라서, 상기 지지프레임(320)은 상기 방사조(400) 일측에서 방사되는 중공사가 응고액에 직접 투입될 수 있도록 설치된다.

상기 방사조(400)에는 내부에 응고액이 수용되며, 상기 응고액은 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

상기 방사조(400)를 경유하여 모양이 형성된 중공사는 불순물 제거를 위해 세척조(600)로 이송된다.

상기 세척조(600)의 내부에는 소정 온도범위의 증류수가 수용된다.

상기 증류수는 중공사에 잔존하는 용매를 제거하기 위한 구성으로 40 내지 60℃ 의 온도범위가 유지될 수 있도록 세척조 일측에 별도의 히터(미도시)가 더 구비될 수 있다.

상기와 같이 세척이 완료된 중공사는 권취수단(700)으로 이송되며 이를 위해 복수의 롤러가 상기 방사조(400)와 권취수단(700) 사이에 더 배치된다.

상기 복수의 롤러는 상기 방사조(400) 내부에 구비되는 방사롤러(420)와 상기 세척조(600) 내부에 구비되는 세척롤러(620) 및 상기 방사조(400)와 세척조(600) 그리고, 상기 세척조(600)와 권취수단(700) 사이에 구비되는 이송롤러(510,520,530)로 구분될 수 있다.

상기 이송롤러(510)는 중공사가 외부공기와 접촉되는 영역에서 중공사를 이송시키므로 중공사의 연신을 위해 히터(미도시)를 더 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 중공사 제조장치에는 상기 이송롤러(510)의 일측에 구비되어 중공사의 불량여부를 판별하고, 불량으로 감지된 부분을 마킹하여 불량영역이 확인될 수 있도록 하는 불량검출수단(800)이 더 구비된다.

한편, 이하에서는 설명의 편의를 위해 세척조(600)에서 권취수단(700)으로 이송되는 중공사를 대상으로 불량검출이 이루어지는 구조를 중심으로 설명되나, 방사조(400)와 세척조(600) 사이에서 이송롤러(510)를 추가로 더 배치하고, 불량검출수단(800)을 위치시켜 불량검출이 이루어질 수 있도록 하는 형태도 이루어질 수 있다.

도 3 에는 본 발명의 요부구성인 중공사 불량검출수단의 일실시 예를 보이기 위한 블럭도가 도시되고, 도 4 에는 본 발명에 따른 중공사 제조장치에 의해 불량영역이 검출되면서 중공사가 생산되는 과정을 설명하기 위한 순서도가 도시되며, 도 5 에는 본 발명의 요부구성인 판별부에 의해 중공사의 불량여부가 판별되는 예를 보이기 위한 도면이 도시된다.

이들 도면에 도시된 내용을 참조하면, 상기 불량검출수단(800)은 상기 이송롤러를 통해 이송되는 중공사의 이미지를 생성하기 위한 인식부(820)와 상기 인식부(820)에 의해 생성된 이미지를 기준으로 불량여부를 판별하는 판별부(840) 및 판별 결과 불량으로 판정된 영역을 표시하는 마킹부(860)를 포함하여 구성된다.

본 실시 예에서 상기 인식부(820)는 이송되는 중공사를 촬영하기 위한 촬상장치로 구성될 수 있으며, 촬영된 이미지는 상기 판별부(840)로 전달되어 두께 판별을 통해 불량여부가 결정된다.

이를 위해 상기 판별부(840)에는 두께 기준 설정을 위힌 기준영역(824)이 설정되며, 상기 기준영역(824)은 생산되는 중공사의 두께에 대응하여 ±5% 미만의 오차범위를 가지도록 설정될 수 있다.

상기 마킹부(860)는 상기 판별부(840)에 의해 불량으로 판단된 영역을 표시하여 이후 중공사의 합사 공정에서 불량영역을 용이하게 확인하고 제거하여 사용할 수 있도록 하기 위한 구성으로, 소정의 염료를 해당영역에 도포하도록 구성된다.

이를 위해 상기 마킹부(860)는 이송롤러(520, 530)를 따라 이동하는 중공사의 상측에 위치되며, 염료를 분사하여 표기하기 위한 스프레이 타입으로 구성되거나, 이송되는 중공사와 선택적으로 접촉하여 직접 염료를 도포하는 드로잉 타입으로 구성될 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 불량검출수단(800)을 이용하여 불량영역이 검출되면서 중공사가 생산되는 과정을 설명한다.

우선, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 중공사 제조장치는 도프용액 및 보어용액을 방사노즐(340)로 공급하여 이중 방사 구조를 형성하면서 중공사가 성형된다.

상기와 같이 성형되는 중공사는 방사조(400) 내부로 자유낙하하면서 투입되고, 투입된 중공사는 성형된 형태가 유지되도록 응고된다.

상기와 같이 응고된 중공사는 불순물의 제거를 위해 세척조(600)로 이송되며, 세척이 완료된 중공사는 이송수단(520, 530)에 의해 권취수단(700)으로 이송되면서 실시간으로 상기 인식부(820)에 의해 촬영된다.

상기 인식부(820)에 의해 촬영된 이미지는 상기 판별부(840)에서 이미지 프레임(822)으로 인식되며, 인식된 이미지 프레임(822)에는 불량여부 판별을 위한 기준영역(824)이 오버랩된다.

즉, 상기 인식된 이미지 프레임(822) 상에는 중공사영역(823)과 기준영역(824)이 함께 나타나며, 중공사 영역(823)이 기준영역(824) 설정범위에 포함되는지를 판별하여 불량여부가 구분된다.

이를 위해 상기 기준영역(824)은 생산되는 중공사의 정상두께(R)와 대응되는 폭을 가지도록 설정되며, ±5% 미만의 오차범위를 가지도록 설정될 수 있다.

한편, 촬영된 이미지프레임(822) 상에서 중공사영역(823)이 기준영역(824) 에 대응되는 경우에는 상기 판별부(840)에서 유효한 두께로 판단하여 상기 마킹부(860)가 동작되지 않는다.

반면, 상기 중공사영역(823)이 기준영역(824)의 오차범위를 벗어나는 경우 즉, 정상보다 좁은 두께(N)로 판별되거나 넓은 두께(W)로 판별되는 경우에는 상기 판별부(840)에서 불량으로 판별하여 상기 마킹부(860)가 작동된다.

상세히, 상기 판별부(840)에서 이루어지는 불량판별은 이미지프레임(822) 단위로 판별됨에 따라 상기 마킹부(860)는 적어도 상기 이미지프레임(822) 단위만큼 이격된 거리에 위치된다.

그리고, 상기 마킹부(860)의 경우에도 한번에 표시 가능한 마킹영역(20)이 이미지프레임(822) 단위만큼 형성된다.

따라서, 상기 판별부(840)에 의해 하나의 프레임에 대한 불량여부 판단이 완료되면, 판단결과를 전달받은 마킹부(860)가 해당 프레임과 대응되는 범위를 한번에 마킹하여 마킹영역(20)이 표시될 수 있다.

상기와 같은 기능의 불량검출수단(800)을 경유하는 중공사(10)는 권취수단(700)에 최종 권취되며, 불량영역이 검출된 경우에는 권취된 중공사(10)에 마킹영역(20)이 포함된 형태로 권취되어 이후 합사 공정에서 용이하게 불량영역이 인식될 수 있다.

한편, 상기와 같은 불량검출수단(800)은 광검출방식으로 불량여부를 판단하는 형태로도 구성될 수 있다.

도 6 에는 본 발명의 요부구성인 중공사 불량검출수단의 다른 실시 예를 보이기 위한 블럭도가 도시되고, 도 7 에는 도 6 에 도시된 인식부의 일 예를 보이기 위한 도면이 도시되며, 도 8 에는 본 발명의 요부구성인 마킹부에 의해 불량영역이 마킹된 상태(a)와 마킹된 중공사가 권취된 형태(b)를 보인 도면이 도시된다.

이들 도면을 참조하면, 본 실시 예에서는 인식부(820)가 이미지센서(826) 및 유연기판(828)을 포함하는 형태로 구성되어, 이송되는 중공사(10)의 전체 표면을 스캐닝하는 형태로 구성된다.

상세히, 상기 유연기판(828)은 중공사(10)의 단면을 기준으로 외주를 따라 동심원 형태로 배치되며, 상기 이미지센서(826)는 상기 유연기판(828) 상에 등간격으로 복수개 배치된다,

상기와 같이 배치된 이미지센서(826)는 노출시간 동안 중공사(10)에 비치는 빛에 비례하는 광전자 전하를 각 픽셀에 축척하고, 노출이 끝나면 각 이미지센서(826)별 전체 픽셀 라인의 전하를 상기 판별부(840)로 전송한다.

상기와 같이 전송된 전체 픽셀 라인은 상기 판별부(840)에 의해 증폭되고 보정되어 중공사영역(10)으로 이미지화되며, 이를 판별부(840)에 저장된 기준과 비교하여 불량여부가 판별된다.

한편, 상기와 같은 판별방식은 연속된 이미지로 출력됨에 따라 본 실시예에서는 상기 마킹부(860)의 동작이 상기 판별부(840)에 의해 인식되는 불량영역의 인식시간과 비례하여 동작된다.

즉, 상기 판별부(840)에 의해 어느 하나의 라인스캔 인식이미지에서 불량영역이 인식되면, 인식시간이 마킹부(860)로 전달되고 상기 마킹부(860)에서는 수신된 인식시간에 비례하여 염료를 도포하여 마킹영역(20)을 형성한다.

이를 위해 상기 판별부(840)와 마킹부(860)는 중공사(10)의 이송속도를 고려하여 딜레이타임이 제어될 수 있다.

상기와 같이 제어구조로 형성되는 마킹영역(20)은 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 중공사(10)의 일면에 형성되며, 형성된 마킹영역(20)은 권취수단(700)에 최종 권취된 상태에서 표시형태가 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 유지된다.

따라서, 제조된 중공사를 합사하여 중공사막을 형성하고자 할 경우 중공사를 공급하면서 불량 부분이 용이하게 파악될 수 있다.

또한, 중공사를 다발로 형성하여 기체분리막을 형성하고자 할 경우 불량영역을 용이하게 파악하고 제거하여 사용할 수 있으므로 기체분리막 제조시 수율 저하를 방지할 수 있고 보다 안정적인 성능의 기체분리막이 제조될 수 있도록 하는 이점을 가진다.

110.......... 프레임 120.......... 도프탱크
140.......... 도프펌프 220.......... 보어탱크
240.......... 보어펌프 320.......... 지지프레임
340.......... 방사노즐 400.......... 방사조
420.......... 방사롤러 510,520,530.. 이송롤러
600.......... 세척조 620.......... 세척롤러
700.......... 권취수단 800.......... 불량검출수단
820.......... 인식부 840.......... 판별부
860.......... 마킹부

Claims (4)

1. 중공사의 형성을 위한 고분자 물질인 도프용액이 수용되는 도프탱크;
   상기 도프용액을 방사노즐로 이송하기 위한 도프펌프;
   상기 도프용액과 함께 상기 방사노즐로 공급되며, 공동을 형성하기 위한 보어용액이 수용되는 보어탱크;
   상기 보어용액을 상기 방사노즐로 이송하기 위한 보어펌프;
   상기 방사노즐을 통해 성형되는 중공사가 수용되어 응고되는 방사조;
   상기 방사조를 경유한 중공사에서 불순물을 제거하기 위한 세척조;
   상기 세척조를 경유한 중공사가 최종 권취되는 권취수단;
   상기 방사조와 세척조 및 권취수단 사이에 각각 구비되어 중공사를 이송하는 이송롤러; 및
   상기 이송롤러 일측에 구비되어 중공사의 불량여부를 판별하고, 불량으로 감지된 부분을 마킹하여 불량영역이 확인될 수 있도록 하는 불량검출수단;이 포함되며,
   상기 불량검출수단에는,
   상기 이송롤러를 통해 이송되는 중공사의 단면 외주를 따라 배치되는 복수의 이미지센서로 구성되어 중공사의 표면을 스캐닝하는 인식부와,
   상기 인식부에 의해 생성되는 스캐닝 이미지를 설정 조건과 대비하여 불량여부를 판별하는 판별부; 및
   상기 이송롤러를 따라 이동하는 중공사의 상측에 위치되어 상기 판별부에 의해 불량으로 판단된 영역에 소정의 염료를 도포하여 표시하는 마킹부;가 포함되며,
   상기 판별부에 의해 불량영역이 인식되면, 인식시간이 상기 마킹부로 전달되고 상기 마킹부에서는 수신된 인식시간에 비례하여 염료가 도포되는 것을 특징으로 하는 중공사 제조장치.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 판별부와 마킹부는 중공사의 이송속도를 고려하여 딜레이타임이 제어되는 것을 특징으로 하는 중공사 제조장치.
   
4. 삭제

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