KR102483885B1 - A pulverizing device that pulverizes polymer materials into small droplets - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치는 액적 사이즈를 조절하는 고속회전 분쇄장치로서, 고분자 물질이 유입되는 수용부, 상기 수용부에 설치되어 일방향으로 상기 고분자 물질이 이동하도록 회전되는 회전자, 상기 고분자 물질이 이동되는 경로상에서 상기 회전자와 소정 간격 이격되어 고정되고, 다수의 홀이 형성되어 상기 고분자 물질이 상기 다수의 홀을 통해 투출되게 하는 고정자 및 상기 회전자 회전에 따른 상기 고정자에서 상기 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하는 제어부를 포함한다.A crushing device for pulverizing a polymer material into small droplets according to the present invention is a high-speed rotary pulverizer for adjusting the size of droplets, and is installed in a receiving part into which the polymer material is introduced and rotated to move the polymer material in one direction. A rotor, a stator fixed at a predetermined interval from the rotor on a path along which the polymer material is moved, and having a plurality of holes formed therein to allow the polymer material to be discharged through the plurality of holes, and the rotation of the rotor and a control unit for adjusting the force by which the polymer material is ejected from the stator.

Description

고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치{A PULVERIZING DEVICE THAT PULVERIZES POLYMER MATERIALS INTO SMALL DROPLETS}A crushing device that crushes polymer materials into small droplets

본 발명은 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치에 관한 것으로서, 친환경 고분자 물질을 수 마이크론 액적으로 분쇄하도록 구비되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a crushing device for pulverizing a polymer material into small droplets, and relates to a device provided to pulverize an environmentally friendly polymer material into droplets of several microns.

일반적인 합성수지와 같은 고분자 물질 내약품성, 내구성 및 여러 물성 등이 우수하여 천연소재의 대체물로 일상생활에 많이 사용되고 있으나, 사용 후 폐기시 자연으로 환원되지 못하는 단점이 있다. Polymeric materials such as general synthetic resins are widely used in daily life as substitutes for natural materials due to their excellent chemical resistance, durability, and various physical properties, but have a disadvantage in that they cannot be returned to nature when disposed of after use.

특히, 수요가 급속하게 증가되고 있는 일회용 포장재의 경우 분리수거가 원활히 이루어지지 않아 그대로 방치되는 경우가 많으며, 시골은 분리수거물품을 태우는 경우가 많아 환경에 많은 지장을 초래하고 있다.In particular, in the case of disposable packaging materials, for which demand is rapidly increasing, separate collection is not performed smoothly and is often left unattended, and in rural areas, separate collection items are often burned, causing a lot of trouble to the environment.

또한, 종래에 상기 고분자 물질을 폐기시키는 방법으로는 폐기물을 연소시키거나, 토양에 매립하는 방법, 회수하여 재이용하는 방법 등을 사용하였으나 상기 고분자 물질 폐기물을 연소시키는 방법은 대량의 유독가스가 발생되어 2차 오염을 유발하는 문제점이 있으며, 매립방법 역시 분해되지 않고 토지에 그대로 남아 2차 오염을 야기하는 문제점이 있었고, 상기 회수하여 재이용하는 방법 역시 회수율이 낮아 최종 폐기물이 발생하는 문제점이 있어 왔다.In addition, conventionally, as a method of disposing of the polymer material, a method of burning the waste, burying the waste, or recovering and reusing the waste has been used, but the method of burning the polymer material waste generates a large amount of toxic gas There is a problem of causing secondary pollution, and the landfill method also has a problem of remaining on the land without decomposition and causing secondary pollution, and the recovery and reuse method also has a problem of generating final waste due to a low recovery rate.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 상기와 같은 고분자 물질을 분해하여 재활용 자원으로 이용하기 위한 연구들이 이루어지고 있으며, 이러한 자원들을 활용해서 의약품, 화장품 또는 생활품으로도 활용 가능하다는 연구가 이루어지고 있다.In order to solve this problem, studies have been conducted to decompose the above-described polymer materials and use them as recycling resources, and studies have been conducted that can be used as medicines, cosmetics, or household goods by using these resources.

고분자 물질을 분해하기 위해서 이용되는 다양한 방법 중에는 분쇄장치가 일반적으로 사용되고 있으며, 이러한 분쇄장치를 이용하여 원하는 미립자 사이즈의 액적을 얻기 위한 연구가 진행되고 있다.Among various methods used to decompose polymer materials, a crushing device is generally used, and research is being conducted to obtain droplets of a desired particle size using such a crushing device.

하지만 분쇄장치를 사용하게 되면 회전자의 회전속도 및 운전시간을 조정하여 분쇄를 하게 되는데, 이때 원하는 사이즈로 액적을 얻는 것은 어려움이 있는데 특히 회전속도 및 운전시간을 여러 번 변경하면서 원하는 사이즈를 얻기 위해 공정을 진행하는 시행착오를 거치면서 불필요하게 비용이 낭비된다는 문제점이 있어왔다.However, when using a crushing device, grinding is performed by adjusting the rotational speed and operation time of the rotor. At this time, it is difficult to obtain droplets of the desired size. In particular, to obtain the desired size while changing the rotational speed and operation time several times There has been a problem that costs are wasted unnecessarily through trial and error in the process.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안이 시급하다.A solution to these problems is urgently needed.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 고분자 물질의 액적 사이즈를 원하는 사이즈로 생산하기 위한 분쇄장치를 제공하기 위한 목적을 가진다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has an object to provide a crushing device for producing droplets of a polymer material in a desired size.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치는 액적 사이즈를 조절하는 고속회전 분쇄장치로서, 고분자 물질이 유입되는 수용부, 상기 수용부에 설치되어 일방향으로 상기 고분자 물질이 이동하도록 회전되는 회전자, 상기 고분자 물질이 이동되는 경로상에서 상기 회전자와 소정 간격 이격되어 고정되고, 다수의 홀이 형성되어 상기 고분자 물질이 상기 다수의 홀을 통해 투출되게 하는 고정자 및 상기 회전자 회전에 따른 상기 고정자에서 상기 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.To achieve the above object, the pulverizer for pulverizing the polymer material into small droplets of the present invention is a high-speed rotary pulverizer for adjusting the size of the droplets, and is installed in a receiving part into which the polymer material is introduced and the polymer material is installed in the receiving part in one direction. A rotor rotated to move the material, a stator fixed at a predetermined distance from the rotor on a path along which the polymer material is moved, and having a plurality of holes formed therein so that the polymer material is ejected through the plurality of holes, and the above It may include a control unit for adjusting the force by which the polymer material is ejected from the stator according to the rotation of the rotor.

그리고 상기 제어부는 상기 홀의 단면적에서 상기 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하여 상기 액적의 사이즈를 조절할 수 있다.The control unit may adjust the size of the droplet by adjusting the force through which the polymer material is injected in the cross-sectional area of the hole.

또한 상기 제어부는 상기 회전자의 회전 속도, 상기 회전자의 회전 시간, 상기 홀의 부피, 상기 고분자 물질의 점도를 입력하여 상기 고분자 물질의 단위 사이즈를 계산하도록 구비될 수 있다.In addition, the control unit may be provided to calculate the unit size of the polymer material by inputting the rotation speed of the rotor, the rotation time of the rotor, the volume of the hole, and the viscosity of the polymer material.

그리고 상기 제어부는 상기 홀의 단면적이 상기 고분자 물질의 투출 속도와 반비례 관계가 되도록 계산할 수 있다.The control unit may calculate the cross-sectional area of the hole to be in inverse proportion to the injection speed of the polymer material.

또한 상기 제어부는 상기 고분자 물질의 투출 속도와 유체 밀도, 유량의 부피, 회전자의 직경 및 회전자의 회전 속도는 서로 비례하도록 계산할 수 있다.In addition, the control unit may calculate the discharge rate of the polymer material, the fluid density, the volume of the flow rate, the diameter of the rotor, and the rotation speed of the rotor to be proportional to each other.

그리고 상기 수용부는 상기 고분자 물질이 투출되는 방향을 따라 일측과 타측이 연결되는 순환관이 포함될 수 있다.The receiving part may include a circulation pipe having one side and the other side connected along a direction in which the polymer material is discharged.

또한 상기 수용부는 상기 고분자 물질이 투출되는 방향을 따라 상기 고분자 물질이 유속을 측정하는 센서가 구비될 수 있다.In addition, the accommodating part may be provided with a sensor for measuring the flow rate of the polymer material along a direction in which the polymer material is injected.

그리고 상기 수용부는 길게 형성되어 상기 수용부 내부에서 회전되며, 상기 고분자 물질을 교반하도록 구비되는 교반부를 포함할 수 있다.In addition, the accommodating part may include a stirring part provided to be formed long, rotated inside the accommodating part, and stir the polymer material.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 사용자가 원하는 액적 사이즈로 고분자 물질을 얻을 수 있다는 장점이 있다.The present invention for solving the above problems has the advantage of being able to obtain a polymer material with a droplet size desired by the user.

기존의 분쇄장치를 이용하고도 계산식을 활용하여 사이즈를 예측함으로 시행착오의 과정이 없다는 장점이 있다. It has the advantage that there is no process of trial and error by predicting the size using a calculation formula even when using an existing crushing device.

상기 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The above effects are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치의 모습을 나타낸 모식도;
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치의 압력에 따른 고분자 물질의 사이즈 변화를 나타낸 그래프;
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치에서 회전자 회전에 따른 고분자 물질의 유속의 관계를 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치를 구동하여 시간에 따른 사이즈 변화를 회전자 회전속도가 서로 다른 경우를 비교한 그래프를 나타낸 도면이다.1 is a schematic diagram showing the appearance of a crushing device for crushing a polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is a graph showing the change in the size of the polymer material according to the pressure of the crushing device for crushing the polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing the relationship between the flow rate of the polymer material according to the rotation of the rotor in the crushing device for pulverizing the polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a graph showing a comparison of size change over time when a pulverizer for pulverizing a polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention is driven and the rotational speed of the rotor is different.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention in which the object of the present invention can be realized in detail will be described with reference to the accompanying drawings. In describing the present embodiment, the same name and the same reference numeral are used for the same configuration, and additional description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치의 모습을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing the appearance of a crushing device for crushing a polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이 분쇄장치(10)는 크게 수용부(100), 분쇄부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.As shown, the crushing device 10 largely includes a receiving part 100, a crushing part 200, and a control unit 300.

수용부(100)는 내부에 공간이 형성되고 입구(120)와 출구(140)를 포함하도록 구성된다. 입구(120)에는 분쇄 대상인 고분자 물질이 수용부(100) 내부로 수용되고, 분쇄부(200)를 통해 공정이 종료되어 액적으로 사이즈 처리된 고분자 물질이 배출되는 출구(140)를 포함한다.The receiving part 100 is configured to include a space formed therein and an inlet 120 and an outlet 140 . The inlet 120 includes an outlet 140 through which a polymer material to be pulverized is accommodated into the accommodating unit 100 and the process is terminated through the pulverizing unit 200 and the polymer material size-treated into droplets is discharged.

입구(120)와 출구(140)는 모두 밸브가 구비되어 선택적으로 수용부 내부로 입출입이 가능할 수 있다.Both the inlet 120 and the outlet 140 are provided with valves, so that they can selectively enter and exit the receiving unit.

계속해서 수용부(100) 내부에는 교반부(160)가 형성될 수 있다.Subsequently, the stirring unit 160 may be formed inside the receiving unit 100 .

먼저 도 1을 통해 본 발명의 구성을 살펴보도록 하겠다,First, let's look at the configuration of the present invention through Figure 1,

본 발명에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 장치는 일반적으로 널리 사용되는 분쇄장치(10)(HOMO MIXER)일 수 있으며, 장치의 구성으로는 고분자 물질이 유입되는 수용부(100), 길게 형성되고 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 날개가 장착되며 수용부(100) 내부에서 회전되는 교반부(160), 일부가 수용부(100) 내부에 속해 있으며, 고정자 및 회전자를 포함하여 수용부(100) 내부의 고분자 물질을 미립자 액적으로 분쇄하는 분쇄부(200) 및 회전자 회전에 따른 고정자에서 고분자 물질이 유출되는 유속 및 분쇄부(200)의 구동 시간을 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.An apparatus for pulverizing a polymeric material into small droplets according to the present invention may be a generally widely used pulverizing apparatus 10 (HOMO MIXER). and at least one wing is mounted along the longitudinal direction, and the agitation part 160 rotates inside the accommodating part 100, part of which belongs to the accommodating part 100, including the stator and the rotor ) It may include a crushing unit 200 that crushes the polymer material inside into fine particle droplets and a control unit 300 that controls the flow rate of the polymer material flowing out of the stator according to the rotation of the rotor and the operating time of the crusher 200. there is.

여기서 말하는 고분자 물질은 PLLA (POLY-L-LATIC ACID)이 될 수 있으며, 이 밖에 친환경 플라스틱 소재로 준비될 수 있다.The polymer material referred to herein may be PLLA (POLY-L-LATIC ACID), and may be prepared with an eco-friendly plastic material.

계속해서 본 발명의 구성에 대해 설명하면 먼저 수용부(100)는 일부가 개구되고 내부에 공간이 형성되어 고분자 물질이 유입되도록 입구(120)와 출구(140)를 포함되며, 입구(120)와 출구(140)는 밸브가 장착될 수 있다.Continuing to describe the configuration of the present invention, first, the receiving part 100 includes an inlet 120 and an outlet 140 so that a portion is opened and a space is formed therein so that the polymer material flows in, and the inlet 120 and The outlet 140 may be equipped with a valve.

그리고 수용부(100)는 내부에 센서(150)가 장착되어 수용된 고분자 물질의 양과 밀도 등을 파악할 수 있다.In addition, a sensor 150 may be installed inside the accommodation unit 100 to determine the amount and density of the polymer material accommodated therein.

수용부(100) 내부에는 고분자 물질이 굳어지는 것을 방지하도록 교반부(160)가 장착될 수 있다.An agitation unit 160 may be installed inside the accommodating unit 100 to prevent the polymer material from hardening.

교반부(160)는 수용부(100) 내부에 위치되며, 수용부(100)의 상부에서 하부를 향해 길게 형성될 수 있다.The stirring part 160 is located inside the accommodating part 100 and may be formed long from the upper part of the accommodating part 100 toward the lower part.

교반부(160)는 길게 형성되어 일부에 다수의 블레이드(BLADE)가 형성될 수 있다.The agitator 160 may be formed long, and a plurality of blades may be formed on a portion thereof.

그리고 회전자는 교반부(160)에서 제공되는 동력으로 회전되며, 수용부(100) 내부의 고분자 물질이 굳는 것을 방지하여 고분자 물질이 일방향으로 이동되도록 날개가 회전되는 구성이다.And the rotor is rotated by the power provided by the stirring unit 160, and the wings are rotated so that the polymer material inside the accommodating unit 100 is prevented from hardening so that the polymer material moves in one direction.

여기서 날개는 블래이드(BLADE)일 수도 있다.Here, the wing may be a blade.

한편 수용부(100)와 인접하여 수용부(100) 내부의 고분자 물질을 분쇄하는 분쇄부(200)가 포함된다.Meanwhile, a pulverizing unit 200 is included adjacent to the accommodating unit 100 and pulverizes the polymer material inside the accommodating unit 100 .

분쇄부(200)는 외력에 의해 회전되는 회전자, 회전자와 인접하고 일부에 홀이 형성된 고정자를 포함한다.The crushing unit 200 includes a rotor rotated by an external force, and a stator adjacent to the rotor and having a hole formed therein.

고정자는 회전자와 소정 이격되게 마련되어 회전자가 회전되면서 고분자 물질이 통과되는 홀(220)이 다수개 형성될 수 있다.The stator may be provided at a predetermined distance from the rotor and may have a plurality of holes 220 through which the polymer material passes while the rotor rotates.

홀(220)은 고정자의 일면에 형성되어 있어서, 고정자의 중심에서 방사형으로 형성되며, 관통되는 방향을 따라 일정한 높이를 가진다.Since the hole 220 is formed on one side of the stator, it is radially formed from the center of the stator and has a constant height along the penetrating direction.

본 실시예에서 분쇄부(200)는 수용부(100) 내부의 고분자 물질을 분쇄하는 것으로 분쇄부(200)는 수용부(100) 내부에 구비될 수 있으며, 도시된 바와 같이 연결유로(400)를 통해 이동되는 고분자 물질을 분쇄할 수도 있다.In this embodiment, the crushing unit 200 crushes the polymer material inside the accommodating unit 100, and the crushing unit 200 may be provided inside the accommodating unit 100, and as shown, the connection passage 400 It is also possible to pulverize the polymer material moving through.

연결유로(400)는 수용부(100)와 분쇄부(200)를 연결하며, 교반부(160)에 의해 일방향으로 이동되는 고분자 물질이 다시 수용부(100)로 이동되도록 수용부(100) 하단에서 분쇄부(200)를 거쳐 다시 수용부(100) 상부로 연결되는 구조를 가질 수 있다.The connection passage 400 connects the accommodating unit 100 and the crushing unit 200, and the lower end of the accommodating unit 100 allows the polymer material moved in one direction by the stirring unit 160 to move to the accommodating unit 100 again. may have a structure connected to the top of the receiving part 100 again through the crushing part 200.

연결유로(400)는 내부에 유량센서(420)가 장착되어 분쇄되어 이동되는 고분자 물질의 유속 및 유량을 측정할 수 있다.A flow sensor 420 is installed inside the connection passage 400 to measure the flow rate and flow rate of the polymer material being pulverized and moved.

본 발명에 따른 분쇄장치(10)는 사용자의 입력값에 따라 구동되도록 제어부(300)가 마련된다.The crushing device 10 according to the present invention is provided with a control unit 300 to be driven according to a user's input value.

제어부(300)는 분쇄장치(10)의 전체적인 구동 신호를 제공하는 것으로 분쇄부(200), 교반부(160), 밸브 등을 제어할 수 있다.The control unit 300 may control the crushing unit 200, the stirring unit 160, the valve, etc. by providing the overall driving signal of the crushing device 10.

본 발명의 목적은 고분자 물질을 수 마이크론 사이즈로 미립자의 액적을 생성하는 것이며, 사용자가 원하는 액적 사이즈로 구동되기 위해 제어부(300)에 변수 값을 입력하는 것일 수 있다.An object of the present invention is to generate fine particle droplets with a size of several microns from a polymer material, and it may be to input variable values into the control unit 300 to drive the droplets to a size desired by the user.

제어부(300)에는 상기 사용자가 입력하는 다양한 변수 값이 입력될 수 있다.Various variable values input by the user may be input to the control unit 300 .

제어부(300)는 다양한 변수(FACTOR)를 입력하여 액적 사이즈를 조절하기 위한 것인데, 여기서 입력되는 변수는 회전자의 회전속도(RPM) 또는 분쇄부(200)의 구동 시간, 즉 회전자의 회전시간이 될 수 있다.The control unit 300 controls the droplet size by inputting various variables (FACTOR), where the input variable is the rotational speed (RPM) of the rotor or the driving time of the crushing unit 200, that is, the rotational time of the rotor. This can be.

제어부(300)는 홀의 단면적에서 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하여 액적 사이즈를 조절하기 위한 구성으로, 제어부(300)에 입력되는 변수는 상기 회전속도, 회전자의 회전시간뿐 아니라 분쇄부(200)의 스펙을 입력할 수 있다.The control unit 300 is configured to adjust the droplet size by adjusting the force by which the polymer material is injected in the cross-sectional area of the hole, and the variables input to the control unit 300 are the rotation speed and the rotation time of the rotor as well as the crushing unit 200. ) can be entered.

다시 말해, 제어부(300)는 수용부(100)에 장착된 분쇄부(200)의 스펙(SPEC)을 기입하고 분쇄부(200)의 스펙에 따른 회전자의 회전속도와 회전시간을 계산하여 기입을 하게 되며, 이를 통해 원하는 사이즈의 액적을 얻을 수 있게 된다.In other words, the control unit 300 writes the specification (SPEC) of the crushing unit 200 mounted in the accommodating unit 100 and calculates and writes the rotational speed and rotation time of the rotor according to the specification of the crushing unit 200. And through this, it is possible to obtain a droplet of a desired size.

위와 같이 제어부(300)는 변수를 입력함에 따라 액적 사이즈를 예측할 수 있게 하는 것은 다음과 같은 공식이 적용되기 때문이다.As described above, the reason why the control unit 300 can predict the droplet size according to the input of the variable is that the following formula is applied.

도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치(10)의 압력에 따른 고분자 물질의 사이즈 변화를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing the change in size of a polymer material according to the pressure of the crushing device 10 for crushing the polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 제트 스트레스(JET STRESS)라 명명하는 공식은 홀에서 고분자 물질이 투출되는 힘에 따라 액적 사이즈를 결정하는 것이다.A formula called jet stress (JET STRESS) shown in FIG. 2 determines the droplet size according to the force by which the polymer material is ejected from the hole.

본 발명의 상기 제트스트레스는 고분자 물질이 투출되는 것을 다음과 같은 제트 스트레스 식으로 나타내었다.The jet stress of the present invention is represented by the following jet stress equation that the polymer material is ejected.

Figure 112020142439548-pat00001
Figure 112020142439548-pat00001

상기 제트 스트레스의 식에 따라 홀(220)의 단면적이 홀(220)에서 고분자 물질이 투출되는 힘에 반비례한다.According to the jet stress equation, the cross-sectional area of the hole 220 is in inverse proportion to the force through which the polymer material is ejected from the hole 220 .

상기 제트 스트레스 식은 아래와 같이 정의될 수 있다.The jet stress equation can be defined as:

Figure 112020142439548-pat00002
Figure 112020142439548-pat00002

상기 제트 스트레스 식을 풀어서 설명하면 홀(220)의 단면적 대비 홀에서 투출되는 분쇄된 고분자 물질에 대한 것이다.The explanation by solving the jet stress equation relates to the cross-sectional area of the hole 220 versus the pulverized polymer material ejected from the hole.

구체적으로 홀(220)의 개수와 홀(220)의 단면적 크기, 그리고 분자 물질이 이동되는 선속도이고, 고분자 물질이 투출되는 힘은 고분자 물질의 부피와 회전자의 크기 및 회전 속도이다.Specifically, the number of holes 220, the size of the cross-sectional area of the hole 220, and the linear speed at which the molecular material is moved, and the force at which the polymer material is ejected are the volume of the polymer material, the size of the rotor, and the rotational speed.

즉 회전자의 회전에 의해 고정자 홀에서 배출되는 양으로 계산이 되는 것이다.That is, it is calculated by the amount discharged from the stator hole by the rotation of the rotor.

따라서 분쇄장치(10)의 크기에 따라 회전자의 크기 및 홀(220)의 개수가 변경될 수 있으므로, 이를 변수로 입력하게 되면 고분자 물질의 사이즈에 상관없이 분쇄장치(10)를 구동할 수 있게 된다.Therefore, since the size of the rotor and the number of holes 220 can be changed depending on the size of the grinding device 10, inputting them as variables enables the grinding device 10 to be driven regardless of the size of the polymer material. do.

도시된 그래프는 회전자가 동력을 제공하여 고분자 물질이 고정자의 홀을 통해 투출되는 힘과 관련되는 것으로, x축은 홀에서 투출되는 힘을 나타내고, y축은 액적 사이즈를 나타낸다.In the graph shown, the rotor provides power and the polymer material is related to the force emitted through the hole of the stator, the x-axis represents the force emitted from the hole, and the y-axis represents the droplet size.

도시된 바와 같이 분쇄장치(10)를 구동한 결과에 따라 x축이 커질수록 고분자 물질의 입자사이즈를 작아지게 되는 것을 확인할 수 있다.As shown, according to the result of driving the crushing device 10, it can be seen that the particle size of the polymer material decreases as the x-axis increases.

여기서 투출되는 힘은 고분자 물질의 밀도와 부피, 회전자와 고정자간의 이격거리 및 회전자의 회전속도와 관련된다.Here, the emitted force is related to the density and volume of the polymer material, the separation distance between the rotor and the stator, and the rotational speed of the rotor.

따라서 제어부(300)에 입력하는 변수는 고분자 물질의 밀도와 부피, 그리고 회전자와 고정자간의 이격거리에 대한 상태를 입력하고, 회전자의 속도를 조절함으로 액적을 원하는 사이즈로 얻어낼 수 있다.Therefore, as variables input to the control unit 300, the density and volume of the polymer material and the separation distance between the rotor and the stator are input, and the speed of the rotor is adjusted to obtain droplets of a desired size.

회전자와 고정간의 이격거리에 대한 이론적인 내용은 도 4와 같이 나타낼 수 있다.The theoretical content of the separation distance between the rotor and the stationary can be represented as shown in FIG.

도 3에 도시된 바와 같이 회전자가 회전되면서 일정한 각속도를 가질 때 각운동량을 L, 회전자의 중심으로부터 반경을 r, 선형 운동량을 h로 나타내었다.As shown in FIG. 3, when the rotor rotates and has a constant angular velocity, the angular momentum is represented by L, the radius from the center of the rotor by r, and the linear momentum by h.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치에서 회전자 회전에 따른 고분자 물질의 유속의 관계를 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the polymer material according to the rotation of the rotor in the crushing device for pulverizing the polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention.

r의 반경을 가진 회전자가 일정한 속도로 회전하게 되면 회전자 상부의 고정자의 홀을 통해 고분자 물질이 이동하게 되고, 이 때 각운동량을 계산할 수 있다.When a rotor with a radius of r rotates at a constant speed, the polymer material moves through the hole of the stator above the rotor, and angular momentum can be calculated at this time.

도 3에서 투출되는 힘에 대한 액적 사이즈를 나타내었다면, 일정한 힘에서 운전시간에 대한 변화는 다음과 같이 나타낼 수 있다.If the droplet size for the force emitted in FIG. 3 is shown, the change in operating time at a constant force can be expressed as follows.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치를 구동하여 시간에 따른 사이즈 변화를 회전자 회전속도가 서로 다른 경우를 비교한 그래프를 나타낸 도면이다. FIG. 4 is a graph showing a comparison of size change over time when a pulverizer for pulverizing a polymer material into small droplets according to an embodiment of the present invention is driven and the rotational speed of the rotor is different.

도시된 바와 같이 x축은 분쇄장치(10)의 운전시간이고, y축은 액적의 크기를 나타낸 그래프이고, 그래프는 분쇄장치(10)의 수용부(100) 크기에 따라 작은 크기는 S, 중간 크기는 M, 가장 큰 크기는 L로 나타내었다.As shown, the x-axis is the operating time of the crushing device 10, the y-axis is a graph showing the size of the droplet, and the graph is small in size S and medium in size according to the size of the receiving part 100 of the grinding device 10 M, the largest size is indicated by L.

그리고 고분자 물질의 최초 액적 사이즈는 30 ~ 40μm이며, 운전시간은 최대 40분까지 진행을 하였다.And the initial droplet size of the polymer material was 30 ~ 40μm, and the operation time was progressed up to 40 minutes.

환경에 따라 수용부(100)의 크기는 차이가 있지만, 본 발명에서 상기제트스트레스 공식을 통해 어떠한 환경에서든 결과를 예측할 수 있기 때문에 크기에 상관없이 원하는 액적 사이즈를 얻을 수 있다.Although the size of the container 100 varies depending on the environment, in the present invention, the result can be predicted in any environment through the jet stress formula, so a desired droplet size can be obtained regardless of the size.

도면을 통해 그래프를 설명하면, 수용부(100)의 용량에 따라 분쇄부(200)의 회전자의 크기 및 회전속도가 상이하게 구비될 수 있다.Referring to the graph through the drawing, the size and rotational speed of the rotor of the crushing unit 200 may be provided differently according to the capacity of the accommodating unit 100.

예를 들어, S 크기에서 회전자가 직경 20cm에 2000rpm으로 회전되고, M 크기의 회전자는 직경 25cm에 1500rpm으로 회전될 수 있다.For example, a rotor of size S may rotate at 2000 rpm with a diameter of 20 cm, and a rotor of size M may rotate at 1500 rpm with a diameter of 25 cm.

회전자의 조건이 상이해도 제트스트레스 공식에 회전자의 직경 및 회전수를 계산할 수 있기 때문에 회전자 조건 차이는 수용부(100) 크기에 따라 서로 다르게 적용되어도 분쇄부(200)의 조건이 동일하다고 말할 수 있다할 수 있으며, 상기 제트스트레스를 통해 회전자의 크기 및 회전속도를 입력하여 보정이 가능하다.Even if the condition of the rotor is different, since the diameter and number of revolutions of the rotor can be calculated in the jet stress formula, even if the rotor condition difference is applied differently depending on the size of the receiving part 100, the condition of the crushing part 200 is the same. It can be said, and it is possible to correct by inputting the size and rotational speed of the rotor through the jet stress.

계속해서 그래프를 살펴보면 S, M, L의 본 발명의 분쇄장치(10)의 운전시간이 증가함에 따라 액적 사이즈가 급격하게 감소하였다가 그래프가 꺽이면서 일정 시간동안에는 액적 사이즈 감쇄정도가 평형상태를 유지하는 것을 확인할 수 있었다.Continuing to look at the graph, as the operating time of the crushing device 10 of the present invention of S, M, and L increases, the size of the droplet rapidly decreases, and then the graph is bent. I was able to confirm that

이와 같은 결과는 분쇄장치(10)의 크기에 따른 그래프에서 모두 동일한 형상을 가지는 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that these results all have the same shape in the graph according to the size of the crushing device 10.

위와 같이 그래프가 꺽인 부분을 평형점이라고 할 때, 도시된 그래프에서 S 크기의 평형점은 약 0.77분(46초), M 크기의 평형점은 약 2.6분(156초)이며, L 크기의 평형점은 약 19.5분 (1170초)로 나타났다.As above, when the bent part of the graph is called the equilibrium point, in the graph shown, the equilibrium point of size S is about 0.77 minutes (46 seconds), the equilibrium point of size M is about 2.6 minutes (156 seconds), and the equilibrium point of size L is about 2.6 minutes (156 seconds). The point appeared at about 19.5 minutes (1170 seconds).

액적의 직경의 크기도 구동전보다 절반에 가깝게 또는 절반 이상으로 줄어든 것으로 확인할 수 있다.It can be seen that the size of the droplet diameter is also reduced to half or more than half compared to before driving.

평형 상태에서 확인할 수 있는 것은 미립자 크기가 일정 시간 후에 안정기에 도달한다는 사실이다.What can be seen at equilibrium is the fact that the particle size reaches a plateau after a period of time.

따라서 원하는 액적 크기를 얻기 위해서 평형점 이상의 시간동안 구동할 필요가 없게 되는 것을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that it is not necessary to drive for a time equal to or longer than the equilibrium point in order to obtain a desired droplet size.

또한 중요한 것은 실험 결과가 수용부(100)의 크기가 아니라 크기와 상관없이 그래프가 나타내는 바가 동일하다는 것이다.Also, what is important is that the experimental results are the same regardless of the size of the accommodating part 100, rather than the size of the graph.

분쇄부(200)가 고분자 물질 분쇄를 시작하면서 최초 5분 이내에 액적 사이즈는 평형상태에 도달하게 되었는데, 다시 말해 일정 사이즈로 분쇄된 후에는 액적 사이즈가 감소되는 변화가 적은 평형상태가 되었다.As the crushing unit 200 starts crushing the polymer material, the droplet size reaches an equilibrium state within the first 5 minutes.

따라서 분쇄장치(10) 구동 후 최초 5분이내에 15 내지 25μm의 액적을 얻을 수 있었다.Therefore, droplets of 15 to 25 μm could be obtained within the first 5 minutes after the crushing device 10 was driven.

이를 통해 본 발명의 분쇄장치(10)는 제트 스트레스 공식을 이용하여 실험조건에 따른 액적의 크기를 예측할 수 있도록 설계되어 있으며, 기존에 액적 사이즈를 맞추기 위해 회전속도 및 운전시간 등을 반복적으로 변경하여 운전하는 등의 불필요한 시행착오로 인한 공장실험 및 이에 대한 손실 없이 제어부(300)에 변수를 입력함으로 원하는 사이즈의 액적 얻을 수 있게 되었다.Through this, the crushing device 10 of the present invention is designed to predict the size of droplets according to the experimental conditions using the jet stress formula, and repeatedly changes the rotational speed and operation time to match the existing droplet size. Droplets of a desired size can be obtained by inputting variables to the control unit 300 without factory experiments and loss due to unnecessary trial and error such as driving.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the preferred embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope in addition to the above-described embodiments is a matter of ordinary knowledge in the art. It is self-evident to them. Therefore, the embodiments described above are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description, but may vary within the scope of the appended claims and their equivalents.

10: 분쇄장치
100: 수용부
200: 분쇄부
300: 제어부10: grinding device
100: receiving part
200: grinding unit
300: control unit

Claims (7)

액적 사이즈를 조절하는 고속회전 분쇄장치로서,
고분자 물질이 유입되는 수용부;
상기 수용부에 설치되어 일방향으로 상기 고분자 물질이 이동하도록 회전되는 회전자 및 상기 고분자 물질이 이동되는 경로상에서 상기 회전자와 소정 간격 이격되어 고정되고, 다수의 홀이 형성되어 상기 고분자 물질이 상기 다수의 홀을 통해 투출되게 하는 고정자를 포함하는 분쇄부; 및
상기 회전자의 회전에 따른 상기 고정자에서 상기 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 홀의 단면적에서 상기 고분자 물질이 투출되는 힘을 조절하여 상기 액적의 사이즈를 조절하며,
상기 제어부는 상기 회전자의 회전 속도, 상기 회전자의 회전 시간, 상기 홀의 부피, 상기 고분자 물질의 점도를 입력하여 상기 고분자 물질의 단위 사이즈를 계산하고,
상기 제어부는 상기 홀의 단면적이 상기 고분자 물질의 투출 속도와 반비례관계가 되도록 계산하는 것을 특징으로 하는,
고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치.As a high-speed rotation crusher for adjusting the droplet size,
a receiving part into which a polymer material is introduced;
A rotor installed in the accommodating part and rotated to move the polymer material in one direction, and fixed at a predetermined distance from the rotor on a path along which the polymer material moves, and a plurality of holes are formed so that the polymer material can pass through the plurality of holes. A crushing unit including a stator to be discharged through a hole of; and
A control unit for adjusting the force by which the polymer material is ejected from the stator according to the rotation of the rotor,
The control unit adjusts the size of the droplet by adjusting the force through which the polymer material is injected in the cross-sectional area of the hole,
The control unit calculates the unit size of the polymer material by inputting the rotation speed of the rotor, the rotation time of the rotor, the volume of the hole, and the viscosity of the polymer material;
Characterized in that the controller calculates the cross-sectional area of the hole to be in inverse proportion to the delivery speed of the polymer material.
A crushing device that pulverizes polymer materials into small droplets. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 고분자 물질의 투출 속도와 유체 밀도, 유량의 부피, 회전자의 직경 및 회전자의 회전 속도는 서로 비례하도록 계산하는 것을 특징으로 하는,
고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치.According to claim 1,
Characterized in that the control unit calculates the discharge rate of the polymer material, the fluid density, the volume of the flow rate, the diameter of the rotor, and the rotation speed of the rotor to be proportional to each other,
A crushing device that pulverizes polymer materials into small droplets. 제1항에 있어서,
상기 수용부는 상기 고분자 물질이 투출되는 방향을 따라 상기 고분자 물질이 유속을 측정하는 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는,
고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치.According to claim 1,
Characterized in that the accommodating part is provided with a sensor for measuring the flow rate of the polymer material along the direction in which the polymer material is injected.
A crushing device that pulverizes polymer materials into small droplets. 제1항에 있어서,
상기 수용부는 길게 형성되어 상기 수용부 내부에서 회전되며, 상기 고분자 물질을 교반하도록 구비되는 교반부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
고분자 물질을 작은 액적으로 분쇄하는 분쇄장치. According to claim 1,
Characterized in that the accommodating part is formed long and rotates inside the accommodating part, and includes a stirring part provided to stir the polymer material.
A crushing device that pulverizes polymer materials into small droplets.
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