KR20200034109A

KR20200034109A - 입자 분배기

Info

Publication number: KR20200034109A
Application number: KR1020180113403A
Authority: KR
Inventors: 민경훈; 이용우; 임예훈
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2020-03-31
Also published as: KR102487734B1

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 입자 분배기는 내부 공간이 형성되어 있으며, 입자가 투입되는 투입구와, 투입구를 통해 투입되어 내부 공간을 통해 이동하는 입자가 배출되는 복수의 배출구를 구비하는 하우징, 그리고 내부 공간의 입자가 배출구 측으로 이동할 수 있도록 하우징에 진동을 인가하는 진동부를 포함하고, 하우징은 입자가 복수의 배출구 측으로 각각 분배되어 이동될 수 있도록 내부 공간에 제공되는 복수의 분배로와, 서로 인접한 2개의 분배로의 도입부들 사이의 일 지점으로부터 하우징의 폭 방향 기준 양측으로 각각 연장 형성되는 격벽을 포함하며, 격벽은 폭 방향 기준 양측으로 갈수록 배출구로부터 이격 되도록 연장 형성될 수 있다.

Description

입자 분배기{PARTICLE DISTRIBUTOR}

본 발명은 입자 분배기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자의 이동을 조절하기 위한 격벽을 포함하는 입자 분배기에 관한 것이다.

고흡수성 수지(SAP, super absorbent polymer)는 흡수력과 보수력이 우수한 특수 고분자 소재로서, 유아 및 성인용 기저귀, 여성용품 등에 널리 사용된다.

이러한 고흡수성 수지는 모노머의 중합 단계, 건조 단계, 분쇄 단계, 분급 단계, 및 표면 가교 단계를 거쳐 분말 형태로 제조될 수 있다. 중합 직후의 고흡수성 수지 중합체(이하 '입자'라 한다)는 크기가 다양하며 함수율이 높은 겔 상태로서 건조 단계를 거치게 되는데, 건조 단계의 효율을 고려하여 입자 분배기를 이용하여 입자를 분배하는 과정이 선행된다.

입자 분배기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 유입구(11)로 들어온 입자들을 이동시켜 복수의 배출구(16a, 16b)로 분배시키는 장치로서, 입자들은 분배기 전체에 인가되는 진동에 의해 이동하게 된다. 분배기의 진동은 진동부(14)에 의해 인가되며, 진동부(14)는 입자들을 복수의 배출구(16a, 16b)로 균일하게 분배시키기 위해 동일한 진폭과 진동수로 작동하며, 복수의 배출구(16a, 16b)에 대응하도록 복수로 구비될 수 있다.

그러나 각각의 진동부(14)의 진동 주기가 일정하지 않거나 진폭의 크기가 달라지는 경우, 복수의 배출구(16a, 16b)에 가해지는 진동의 크기가 상이해져 입자 이동의 편차가 발생하게 되며, 이는 분배로(15a, 15b)로 분배되는 입자의 유량 편차로 이어져 적절한 분배가 이루어지지 못하는 문제가 있다. 또한, 이후 공정 단계에서 입자의 편중으로 인해 장비에 부하가 걸리거나 시징(seizing) 현상으로 인하여 공정 효율 및 생산성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 입자의 이동을 균일하게 조절하기 위한 격벽을 포함하는 입자 분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시예에 있어서, 하우징을 측방에서 바라본 상태에서 하우징의 높이 방향을 따라 격벽을 절단한 경우, 격벽의 절단면은 입자의 주된 이동 방향과 수직하게 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 격벽은 하우징의 측면 측 일단부가 하우징의 측면과 접하도록 형성될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 격벽은 입자가 격벽의 상부 및 하부 중 적어도 하나로 이동할 수 있도록 하우징의 내부 상면 및 내부 하면 중 적어도 하나로부터 이격 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 입자 분배기는 하우징 내부에 격벽을 설치하여 복수의 분배로로 분배되는 입자의 분배 편차를 조절할 수 있으며, 입자의 이동을 균일화 할 수 있는 효과가 있다. 아울러, 공정 효율 및 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 종래 입자 분배기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 측면도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명과 관련하여 진행된 시뮬레이션의 계산 영역을 나타낸 도면이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명과 관련하여 진행된 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 입자의 이동을 조절하기 위한 격벽을 포함하는 입자 분배기에 관한 것으로, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 명세서에서 분배로 외측벽(151a, 151b)은 분배로(150a, 150b)를 이루는 하우징 측벽(121)의 일부를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 본 명세서에서 '수직'은 수학적 정의에 따른 90˚를 의미하는 수직뿐만 아니라 실질적으로 수직한 경우를 포함하고, 그 각도는 일반적은 90˚±2˚ 이내이고, 바람직하게는 90˚±0.5˚ 이내의 범위이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기의 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분배기(100)는 입자가 이동하는 내부 공간(130)이 형성된 하우징(120)과, 하우징(120)에 진동을 인가하는 진동부 (140)를 포함할 수 있다.

하우징(120)은 입자가 투입되는 투입구(110)와, 투입구(110)를 통해 투입되어 내부 공간(130)을 이동하는 입자가 배출되는 복수의 배출구(170a, 170b)를 구비할 수 있다. 투입구(110)는 하우징(120) 일측에 형성되며, 복수의 배출구(170a, 170b)는 투입구(110)의 반대측에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 복수의 배출구(170a, 170b)는 도 2를 기준으로 하우징(120)의 좌측에 형성된 제1배출구(170a)와 하우징(120)의 우측에 형성된 제2배출구(170b)를 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 그러나 복수의 배출구(170)는 필요에 따라 3개 이상으로 구비될 수 있음은 물론이다.

진동부(140)는 하우징(120)에 진동을 인가하는 장치로서 모터일 수 있으며, 이 외에도 진동을 인가할 수 있는 다양한 수단이 모터를 대체하여 사용될 수 있다. 진동부(140)에 의해 하우징(120)이 진동함에 따라, 투입구(110)를 통해 투입된 입자는 제1배출구(170a) 및 제2배출구(170b) 측으로 이동할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 진동부(140)는 후술할 분배로(150a, 150b)에 대응하도록 구비되어 각각의 분배로(150a, 150b)에 진동이 인가될 수 있도록 할 수 있으며, 하우징(120)의 하부에 배치될 수 있다.

한편, 투입된 입자 각각의 실시간 이동 방향은 상이할 수 있으나, 하우징(120) 내 입자들은 투입구(110)를 통해 투입되어 배출구(170a, 170b)를 통해 배출되므로, 도 4에 도시된 바와 같이 입자는 투입구 측(I)에서 배출구 측(O)으로 이동하는 것으로 볼 수 있으며, 본 명세서에서는 이 방향을 입자의 주된 이동 방향으로 정의한다.

또한, 본 실시예에서 하우징(120)은 입자의 주된 이동 방향을 따라 하방으로 경사지도록 구비될 수 있으며, 하방 경사는 하우징(120) 내부 입자를 배출구(170a, 170b) 측으로 이동하도록 유도할 수 있다.

하우징(120)은 입자가 복수의 배출구(170a, 170b) 측으로 각각 분배되어 이동될 수 있도록 내부 공간(130)에 제공되는 복수의 분배로(150a, 150b)를 포함할 수 있다. 복수의 분배로(150a, 150b)는 하우징 측벽(121)으로부터 연장 형성된 분배로 외측벽(151a, 151b)과 후술할 중간벽(152)으로부터 연장 형성된 분배로 내측벽(153a, 153b)에 의해 형성된 공간일 수 있다.

하우징(120) 내부의 입자는 각각의 분배로(150a, 150b)를 거쳐 각각의 배출구(170a, 170b)에 도달할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 입자는 하우징(120)의 제1분배로(150a)를 거쳐 제1배출구(170a)를 통해 배출되거나, 하우징(120)의 제2분배로(150b)를 거쳐 제2배출구(170b)로 배출될 수 있다. 보다 상세하게, 입자는 분배로(150a, 150b)의 도입부에 형성된 중간벽(152)에 의해 제1분배로(150a) 또는 제2분배로(150b)로 분배될 수 있다. 중간벽(152)은 제1분배로(150a)와 제2분배로(150b)로 이동하는 입자를 균일하게 분배하기 위해 하우징(120)의 폭 방향 기준 중앙에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 하우징(120)은 입자의 이동을 조절하기 위한 격벽(160a, 160b)을 포함할 수 있다. 이하에서는, 격벽(160a, 160b)의 다양한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

격벽(160a, 160b)은 서로 인접한 2개의 분배로 (150a, 150b)의 도입부들 사이의 일 지점(P)으로부터 하우징(120)의 폭 방향 기준 양측으로 각각 연장 형성되되, 양측으로 갈수록 배출구(170a, 170b)로부터 이격 되도록 연장 형성될 수 있다. 여기서 격벽(160a, 160b)이 연장되는 방향을 나타내는 양측은 하우징 측면(121)일 수 있으며, 일 지점(P)은 중간벽(152)과 동일하게 하우징(120)의 폭 방향 기준 중앙에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 격벽(160a, 160b)은 하우징(120)을 측방에서 바라본 상태에서 하우징(120)의 높이 방향을 따라 격벽(160a, 160b)을 절단한 경우, 격벽(160a, 160b)의 절단면은 입자의 주된 이동 방향과 수직하게 형성될 수 있다.

격벽(160a, 160b)은 격벽(160a, 160b)의 하우징 측면(121) 측 일단부가 하우징 측면(121)과 접하도록 형성되거나, 하우징 측면(121)과 접하지 않도록 형성될 수 있으며, 후자의 경우 격벽(160a, 160b)은 격벽(160a, 160b)과 하우징(120) 양 측면 사이에 동일한 간격의 공간이 형성되도록 일 지점 (P)으로부터 동일한 길이만큼 연장 형성될 수 있다.

또한, 일 지점(P)으로부터 하우징(120)의 폭 방향 기준 양측으로 각각 연장 형성된 격벽(160a, 160b) 사이의 각도(A)는 30˚ 내지 60˚일 수 있다.

한편, 각각의 분배로(150a, 150b)에 대한 격벽(160a, 160b)이 접하는 일 지점(P)은 분배로(150a, 150b) 각각의 내측벽(153a, 153b)의 접점으로부터 도입부까지 연장 형성된 중간벽(152)과 접하도록 형성될 수 있으며, 예를 들어, 격벽(160a, 160b)은 중간벽(152)의 전방으로 형성되어 중간벽(152)과 접할 수 있다. 이 경우 하우징(120)의 내부 공간(130)을 이동하는 입자들은 격벽(160a, 160b)을 지나면서 곧바로 분배로(150a, 150b)로 분배되어 이동하게 되므로, 격벽(160a, 160b)에 의한 입자 이동 조절 효과를 극대화 할 수 있다.

또한, 격벽(160a, 160b)은 입자가 격벽(160a, 160b)의 상부 및 하부 중 적어도 하나로 이동할 수 있도록 하우징(120)의 내부 상면 및 내부 하면 중 적어도 하나로부터 이격 형성될 수 있다. 예를 들어, 격벽(160a, 160b)과 하우징 (120) 내부 하면 사이의 간격, 격벽(160a, 160b)의 높이, 그리고 격벽(160a, 160b)과 하우징(120) 내부 상면 사이의 간격은 3:2:5의 비율로 형성될 수 있으며, 이 때, 격벽(160a, 160b)과 하우징(120) 내부 하면 사이의 공간으로 입자 유량의 70%가 흐르고, 격벽(160a, 160b)과 하우징(120) 내부 상면 사이의 공간으로 나머지 30%가 흐를 수 있다.

한편, 도 1의 격벽(160a, 160b)을 포함하지 않는 종래 입자 분배기(10)와 도 2의 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽(160a, 160b)을 포함하는 입자 분배기(100)의 입자 이동 및 배출의 좌우 편차를 비교하기 위해 시뮬레이션을 진행하였다.

고흡수성 수지(SAP) 조건

본 시뮬레이션에는 안식각 측정 및 입자 배출 시간 측정을 통해 다음 (표 1)과 같이 도출된 물성의 고흡수성 수지(SAP) 입자를 이용하였다.

	고흡수성 수지(SAP) 입자
입자 직경(mm)	5
입자 밀도(kg/m³)	1,100
안식각(angle of repose)(˚)	34
마찰계수	0.8
반발계수	0.1
구름 마찰계수	0.225
배출시간(s)	5

계산 영역 선정

- 분석 영역(L*W*H): 15000*400*200 (단위: mm)

본 시뮬레이션에서는 투입구로부터 분배로 도입부까지의 최단거리(L), 분배로 도입부 기준 하우징의 폭(W), 하우징의 높이(H)로 이루어진 영역을 대상으로 입자 이동의 좌우 편차 계산이 이루어졌다. 이와 같이 선정된 계산 영역은 도 5를 통해 확인할 수 있다.

공정 조건

본 시뮬레이션이 진행된 분배 공정 조건은 다음 (표 2)와 같다.

	분석 조건
하우징 수평 각도(˚)	5
입자 유량(kg/s)	0.75
입자 밀도(True/Bulk) (g/cm³)	1.1/0.6
입자 직경(mm)	5
진동부 진동 주기(Hz)	17
진동부 진폭(mm)	1.45
진동부 각도(˚)	34
격벽 하부 공간(mm)	45
격벽 상부 공간(mm)	100
격벽 높이(mm)	55
격벽 사이 각도(˚)	60

(표 2)에서 하우징의 수평 각도(˚)는 가상의 수평면 기준 투입구 측에서 배출구 측으로 기울어진 각도를 의미한다. 또한, 진동부는 하우징 하부에 배치되며, 진동부 각도(˚)는 하우징 저면과 진동부가 이루는 각도를 의미한다.

격벽 하부 공간(mm) 및 격벽 상부 공간(mm)은 각각 격벽과 하우징 내부 하면 또는 상면 사이에 형성된 공간의 높이를 의미한다.

한편, 본 시뮬레이션에서는 입자 분배기의 투입구를 통해 입자를 공급하지 않고, 미리 선정된 계산 영역의 좌측 및 우측 각각에 공급 비율을 달리하여 입자를 공급하였다. 구체적으로, 계산 영역의 좌측에는 입자 평균 유량의 80% 입자를, 우측에는 입자 평균 유량의 120% 입자를 투입시킨 후 투입된 입자들이 분배로 도입부를 지난 후 입자의 좌우 배출 유량을 계산하였다.

시뮬레이션 해석 결과

본 시뮬레이션 해석 결과는 다음(표 3)과 같다. (표 3)에서 A열에는 격벽(160a, 160b)을 포함하지 않는 종래 입자 분배기와 관련된 정보를 나타내었고, B열에는 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽(160a, 160b)을 포함하는 입자 분배기(100)와 관련된 정보를 나타내었다.

	A	B
격벽 유무	X	O
좌측 배출 유량(%)	86.7	99.3
우측 배출 유량(%)	113.4	100.6

(표 3)에 나타난 결과에 의하면, 하우징 내부 공간(130)에 격벽(160a, 160b)을 포함하지 않는 경우 입자의 좌우 배출 유량 차는 26.7%로 나타난 반면, 격벽(160a, 160b)을 포함하는 경우 입자의 좌우 배출 유량 차는 1.3%로 확연하게 개선되었으며, 좌우 배출구(170a, 170b)를 통해 거의 동일한 입자가 배출됨을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 입자 분배기 (100)는 하우징 (120) 내부에 격벽(160a, 160b)을 설치하여 복수의 분배로(150a, 150b)로 분배되는 입자의 분배 편차를 조절할 수 있으며, 입자의 이동을 균일화 할 수 있는 효과가 있다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 입자 분배기(100)가 적용되는 고흡수성 수지(SAP) 제조에 있어 공정의 효율 및 생산성이 향상시킬 수 있다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

100: 입자 분배기 110: 투입구
120: 하우징 121: 하우징 측면
130: 내부 공간 140: 진동부
150a: 제1분배로 150b: 제2분배로
151a: 제1분배로 외측벽 151b: 제2분배로 외측벽
152: 중간벽 153a: 제1분배로 내측벽
153b: 제2분배로 내측벽 160a: 제1격벽
160b: 제2격벽 170a: 제1배출구
170b: 제2배출구

Claims

내부 공간이 형성되어 있으며, 입자가 투입되는 투입구와, 상기 투입구를 통해 투입되어 상기 내부 공간을 통해 이동하는 입자가 배출되는 복수의 배출구를 구비하는 하우징; 및
상기 내부 공간의 입자가 상기 배출구 측으로 이동될 수 있도록 상기 하우징에 진동을 인가하는 진동부를 포함하고,
상기 하우징은,
상기 입자가 상기 복수의 배출구 측으로 각각 분배되어 이동될 수 있도록 상기 내부 공간에 제공되는 복수의 분배로; 및
서로 인접한 2개의 분배로의 도입부들 사이의 일 지점으로부터 상기 하우징의 폭 방향 기준 양측으로 각각 연장 형성되는 격벽을 포함하며,
상기 격벽은,
상기 폭 방향 기준 양측으로 갈수록 상기 배출구로부터 이격 되도록 연장 형성되는, 입자 분배기.
제1항에 있어서,
상기 하우징을 측방에서 바라본 상태에서 상기 하우징의 높이 방향을 따라 상기 격벽을 절단한 경우,
상기 격벽의 절단면은 상기 입자의 주된 이동 방향과 수직하게 형성된, 입자 분배기.
제1항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 하우징의 측면 측 일단부가 상기 하우징의 측면과 접하도록 형성된, 입자 분배기.
제1항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 입자가 상기 격벽의 상부 및 하부 중 적어도 하나로 이동할 수 있도록 상기 하우징의 내부 상면 및 내부 하면 중 적어도 하나로부터 이격 형성된, 입자 분배기.