KR20210048044A - 발포제 주입용 인젝션 노즐 - Google Patents

발포제 주입용 인젝션 노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 압출법 발포 폴리스틸렌(Extruded Polystyrene: XPS)을 제조하기 위한 스크류 및 스크류를 수용하는 실린더를 갖는 XPS 제조장치의 발포제 주입용 인젝션 노즐은 외부로부터 공급되는 적어도 하나의 발포제를 수용하는 탱크유닛, 실린더와 탱크유닛 사이에 배치되고 발포제가 유동되는 유로가 형성되어 탱크유닛으로부터 유로로 유동되는 발포제를 실린더 내부로 분사하는 노즐유닛 및 노즐유닛의 유로 상에 배치되어 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

발포제 주입용 인젝션 노즐{ASSEMBLY OF INJECTION NOZZLE INTO THE EXTRUDER FOR FEASIBLE LIQUEFIED BLOWING AGENT}
본 발명은 발포제 주입용 인젝션 노즐에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압출법 발포 폴리스티렌(Extruded Polystyrene: XPS) 제조에서 XPS를 제조하기 위해 압출기에 발포제(BLA: blowing agent)를 주입하는 발포제 주입용 인젝션 노즐에 관한 것이다.
압출법 발포 폴리스티렌(XPS)은 고압으로 용융된 폴리스티렌의 원료에 발포제를 혼합하여 발포체로 성형된 제품이다. XPS는 토목 및 건축 현장에서 주로 단열재, 흡음재, 쿠션재 등으로 사용된다. 상세하게 발포 폴리스티렌은 고분자를 발포하여 Cellular plastic 발포체로 발포시키는 과정이 포함되는 압출법 발포 폴리스티렌(Extruded Polystyrene: XPS)으로 제조된다. 이러한 압출법 발포 폴리스티렌으로 생산된 발포체는 건축물의 단열 성능을 강화해 에너지 손실을 막음으로써 에너지 수요 감소에 따른 에너지 소비를 감축하는 역할을 한다.
여기서, XPS는 상술한 바와 같이 폴리스티렌의 원료에 발포제를 혼합하여 압출법으로 생산되나, 지구 온난화 계수(GWP)가 매우 높은 발포제를 사용하여 지구 온난화와 오존층 파괴를 야기하는 단점들이 발생했다. 이러한 지구 온난화 계수가 높은 발포제는 지구 온난화 계수가 낮은 친환경 발포체로 대체하여 XPS를 제조하고 있으나, XPS의 단열 성능이 저하되는 단점도 초래한다. 지구 온난화 계수를 낮추고 단열 성능이 향상된 XPS를 제조하기 위해 수소화염화불화탄소(HCFC: hydrochlorofluorocarbon) 및 수소불화탄소(HFC: hydrofluorocarbon)의 의 화합물 발포제를 사용하고 있으나, 최근에는 수소화염화불화탄소(HCFC)의 대체 발포제로 수소불화탄소(HFC), 탄화수소(HC: hydrocarbon)계 및 이산화탄소(CO2)의 발포제 사용이 증가하고 있다.
한편, XPS 제조장치는 폴리스티렌 원료를 용융하여 혼합하는 스크류 및 스크류를 수용하는 실린더를 포함한다. 또한, XPS 제조장치는 스크류에 의해 이동되는 폴리스티렌을 사각 형상과 같은 형상으로 압출하기 위한 압출 다이를 더 포함한다. 또한, XPS 제조장치의 실린더는 스크류에서 이동되는 용융된 폴리스티렌과 혼합되는 발포제를 실린더 내부로 주입하기 위한 발포제 주입용 인젝션 노즐이 연결된다. 발포제 주입용 인젝션 노즐은 외부의 발포제 공급원과 실린더 사이에 배치되어 발포제 공급원으로부터 제공된 발포제를 실린더 내부로 분사한다. 이렇게 발포제 주입용 인젝션 노즐로부터 분사된 발포제는 용융된 폴리스티렌과 반응한다.
그런데, 종래의 XPS 제조장치에서 사용되는 발포제 주입용 인젝션 노즐은 외부로부터 공급된 발포제를 실린더 내부로 분사할 때는 실린더 내부의 압력 보다 상대적으로 높은 압력으로 액체의 발포제를 분사하고 있으나, 발포제 주입이 끝난 후 또는 XPS 제조장치의 정지 후 상대적으로 실린더 내부의 압력이 발포제 주입용 인젝션 노즐의 압력 보다 증가하여 실린더 내부의 용융된 폴리스티렌이 노즐로 역류하는 문제점이 발생한다. 이러한 노즐 내부로 역류된 폴리스티렌이 고체화 되면 노즐의 분사구를 폐색할 수 있고, 이에 따라 XPS 제조장치의 정비가 필요하여 생산 공정 소요 시간과 함께 경적인 손실을 초래할 수 있는 문제점도 발생한다.
미국 등록특허공보 제8980147호: Kneading apparatus method for producing thermoplastic resin molded product and foam injection molding method
본 발명의 목적은 발포제 주입 후 용융된 폴리스티렌이 역류하는 것을 차단하도록 구조가 개선된 발포제 주입용 인젝션 노즐을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 여러 종류의 발포제로 제공되는 HFC, DME(dimethyl ether), ISOBUTANE 등을 혼합하여 Pre-Mix 상태로 단일의 인젝션 노즐로 주입할 수 있도로고 구조가 개선된 발포제 주입용 인젝션 노즐도 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 압출법 발포 폴리스틸렌(Extruded Polystyrene: XPS)을 제조하기 위한 스크류 및 상기 스크류를 수용하는 실린더를 갖는 XPS 제조장치의 발포제 주입용 인젝션 노즐에 있어서, 외부로부터 공급되는 적어도 하나의 발포제를 수용하는 탱크유닛과, 상기 실린더와 상기 탱크유닛 사이에 배치되고 발포제가 유동되는 유로가 형성되어 상기 탱크유닛으로부터 상기 유로로 유동되는 발포제를 상기 실린더 내부로 분사하는 노즐유닛과, 상기 노즐유닛의 상기 유로 상에 배치되어 상기 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 노즐유닛은 상기 탱크유닛과 연결되며 상기 유로를 통해 유동되는 발포제를 상기 실린더로 분사하는 분사구가 형성된 제 1노즐부와, 상기 탱크유닛과 상기 제 1노즐부 사이에 배치되고 상기 유로에 삽입되어 상기 유로를 상기 밸브유닛이 수용되는 제 1유로와 상기 제 1유로보다 상대적으로 작은 단면적을 갖는 제 2유로로 조절하는 제 2노즐부를 포함할 수 있다.
상기 밸브유닛은 상기 분사구에 배치되며 상기 유로로 유동되는 발포제를 상기 분사구로 안내하는 밸브 몸체와, 상기 제 2노즐부의 자유단과 상기 밸브 몸체 사이에서 왕복 이동되어 상기 제 2노즐부의 상기 자유단을 선택적으로 개폐하는 밸브 스풀을 포함할 수 있다.
한편, 상기 밸브유닛은 상기 밸브 몸체와 상기 밸브 스풀 사이에 배치되며 상기 밸브 스풀이 상기 제 2노즐부의 상기 자유단으로부터 상기 밸브 몸체로 이동되어 상기 제 1유로와 상기 제 2유로를 연통시키는 연통위치로부터 상기 밸브 스풀이 상기 제 2노즐부의 상기 자유단에 접촉되는 차단위치로 이동되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 밸브 몸체에는 상기 분사구로 유동되는 발포제의 유동을 안내하도록 상기 밸브몸체의 외표면으로부터 중심을 향해 적어도 하나의 가이드 유로가 함몰 형성되어 있을 수 있다.
상기 밸브 스풀은 상기 제 1유로 보다 상대적으로 작은 단면적 및 상기 제 2유로 보다 상대적으로 큰 단면적을 가진 구체의 형상으로 마련될 수 있다.
상기 밸브 스풀은 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 차단위치에서 상기 제 2노즐부의 자유단에 접촉되어 상기 분사구를 통해 융융된 폴리스티렌이 상기 탱크유닛으로 유동되는 것을 차단하고, 상기 탱크유닛으로부터 상기 분사구를 향해 발포제가 유동될 때 발포제의 압력 및 유랑에 따라 상기 차단위치로부터 상기 연통위치로 이동되어 상기 제 1유로와 상기 제 2유로를 연통시킬 수 있다.
또한, 상기 발포제 주입용 인젝션 노즐은 상기 탱크유닛의 내부에 배치되어 외부로부터 상기 탱크유닛으로 복수의 발포제가 공급될 때 상기 탱크유닛의 내부에 수용되는 복수의 발포제를 혼합시키는 믹싱유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 믹싱유닛은 상기 탱크유닛의 내부에 상기 탱크유닛으로부터 상기 노즐유닛으로 유동되는 복수의 발포제의 믹싱 유로의 길이를 증가시킬 수 있다.
상기 믹싱 유로는 상기 탱크유닛의 내부에서 복수의 발포제가 혼합 유동되도록 상기 믹싱유닛의 복수 개의 영역에 대해 상호 상이한 방향으로 연통되어 길이가 증가될 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 효과는 다음과 같다.
첫째, 발포제를 분사하는 노즐유닛에 선택적으로 발포제가 유동되는 유로를 개폐하는 밸브유닛을 배치하여 노즐유닛으로 역류되는 용융된 폴리스티렌 또는 이물질을 차단할 수 있으므로, 노즐유닛의 파손 방지와 함께 유지 보수비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상할 수 있다.
둘째, 복수의 발포제 사용 시 단일의 탱크유닛으로 공급하여 믹싱유닛을 통해 혼합 후 분사할 수 있으므로, 생산성의 향상과 제품의 신뢰성을 향상할 수 있다.
셋째, 혼련 및/또는 혼합을 미리하여 발포제가 투입되므로 스크류 내에서의 혼련 및/또는 혼합 구간에서의 부담을 경감해 준다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 제 1작동 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 A 영역의 확대 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 제 2작동 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 B 영역의 확대 단면도,
도 5는 도 2에 도시된 Ⅴ-Ⅴ 의 단면도,
도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 작동 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명의 실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐은 수소화염화불화탄소(HCFC), 수소불화탄소(HFC), 탄화수소(HC)계 및/또는 이산화탄소(CO2)와 같은 다양한 발포제를 XPS 제조장치의 실린더로 분사하기 위해 사용됨을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐은은 적어도 하나의 발포제를 분사하도록 마련된다. 상세하게 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐은 4개의 발포제를 혼합하여 분사하고, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐은 1개의 발포제를 분사하도록 도시되어 있다. 여기서, 본 발명의 제 1실시 예 및 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐은 동일한 구성 명칭에 대해서는 동일한 도면 부호로 기재하였음도 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 제 1작동 단면도, 도 2는 도 1에 도시된 A 영역의 확대 단면도, 도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 제 2작동 단면도, 도 4는 도 3에 도시된 B 영역의 확대 단면도, 그리고 도 5는 도 2에 도시된 Ⅴ-Ⅴ 의 단면도이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, XPS 제조장치(PS)는 실린더(C), 스크류(S), 히터(H) 및 본 발명의 실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)을 포함한다. 여기서, XPS 제조장치(PS)는 미 도시된 폴리스티렌을 공급하는 공급수단, 폴리스티렌을 용융하는 용융수단, 발포 폴리스티렌을 압출하는 압출 다이를 더 포함한다.
실린더(C)는 폴리스티렌 및/또는 용융된 폴리스티렌을 수용하고 유동시키는 공간을 형성한다. 그리고, 발포제(BLA)를 주입하는 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)과 연결된다. 스크류(S)는 실린더(C) 내부에 배치된다. 스크류(S)는 상기한 폴리스티렌 및/또는 용융된 폴리스티렌과 발포제(BLA)를 혼합하고 압출 다이로 발포제(BLA)와 반응된 폴리스티렌을 이송한다. 히터(H)는 실린더(C)를 둘러싸서 실린더(C) 내부에서 용융된 폴리스티렌이 고체화 되지 않도록 히팅 열을 제공한다.
다음으로 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 탱크유닛(100), 노즐유닛(300) 및 밸브유닛(900)을 포함한다. 또한, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 실링부재(500) 및 믹싱유닛(700)을 더 포함한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 4개의 발포제(BLA)를 혼합하여 분사하도록 마련된다. 즉, 발포제(BLA)는 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)가 탱크유닛(100)에서 혼합된다. 여기서, 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)는 수소화염화불화탄소(HCFC), 수소불화탄소(HFC), 탄화수소계(HC) 및 이산화탄소(CO2) 등이 사용될 수 있다. 물론, 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)는 상기한 수소화염화불화탄소(HCFC), 수소불화탄소(HFC), 탄화수소계(HC) 및 이산화탄소(CO2) 이외에도 다른 물질 등이 사용될 수 있다. 그리고, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 4개의 발포제(BLA)가 사용되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 2개, 3개 또는 5개 이상과 같이 2개를 초과하는 복수의 발포제(BLA)를 혼합하여 분사할 수 있다.
탱크유닛(100)은 외부로부터 공급되는 적어도 하나의 발포제(BLA)를 수용한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 탱크유닛(100)은 미도시된 외부의 제 1발포제 공급수단, 제 2발포제 공급수단, 제 3발포제 공급수단 및 제 4발포제 공급수단으로부터 공급된 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)를 수용한다. 탱크유닛(100)은 탱크몸체(120) 및 발포제 공급 연결부(140)를 포함한다.
탱크몸체(120)는 제 1발포제 공급수단, 제 2발포제 공급수단, 제 3발포제 공급수단 및 제 4발포제 공급수단으로부터 공급된 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)를 수용한다. 발포제 공급 연결부(140)는 탱크몸체(120)와 발포제 공급 수단을 연결한다. 여기서, 발포제 공급 연결부(140)와 발포제 공급 수단 사이에는 액상의 발포제(BLA)를 펌핑하는 펌프(미도시)가 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 발포제 공급 연결부(140)는 각각 제 1발포제 공급수단, 제 2발포제 공급수단, 제 3발포제 공급수단 및 제 4발포제 공급수단과 연결되는 제 1발포제 공급 연결부(142), 제 2발포제 공급 연결부(144), 제 3발포제 공급 연결부(146) 및 제 4발포제 공급 연결부(148)를 포함한다.
노즐유닛(300)은 실린더(C)와 탱크유닛(100) 사이에 배치되고 발포제(BLA)가 유동되는 유로(360)를 형성한다. 노즐유닛(300)은 탱크유닛(100)으로부터 유로(360)로 유동되는 발포제(BLA)를 실린더(C) 내부로 분사한다. 본 발명의 노즐유닛(300)은 제 1노즐부(320) 및 제 2노즐부(340)를 포함한다.
제 1노즐부(320)는 탱크유닛(100)과 연결되며 유로(360)를 통해 유동되는 발포제(BLA)를 실린더(C)로 분사한다. 제 1노즐부(320)는 제 1노즐부 몸체(322) 및 분사구(324)를 포함한다. 제 1노즐부 몸체(322)는 실린더(C)와 탱크유닛(100) 사이를 연결한다. 제 1노즐부 몸체(322)의 내부에는 발포제(BLA)가 유동되는 유로(360)가 형성된다. 분사구(324)는 탱크유닛(100)에 연결되는 일측과 대향된 제 1노즐부 몸체(322)의 타측에 형성된다. 분사구(324)는 실린더(C)와 연결되어 유로(360)를 통해 유동된 발포제(BLA)를 실린더(C) 내부로 분사한다.
제 2노즐부(340)는 탱크유닛(100)과 제 1노즐부(320) 사이에 배치되고 유로(360)에 삽입된다. 제 2노즐부(340)는 유로(360)를 밸브유닛(900)이 수용되는 제 1유로(362)와 제 1유로(362) 보다 상대적으로 작은 단면적을 갖는 제 2유로(364)로 조절한다. 제 2노즐부(340)는 제 2노즐부 몸체(342), 삽입부(344) 및 자유단(346)을 포함한다. 제 2노즐부 몸체(342)는 탱크유닛(100)과 제 1노즐부 몸체(322) 사이에 배치된다. 삽입부(344)는 제 1노즐부 몸체(322) 내부에 삽입된다. 삽입부(344)는 유로(360) 내부에 삽입되어 유로(360)를 제 1유로(362)와 제 1유로(362) 보다 상대적으로 작은 단면적을 가진 제 2유로(364)로 조절한다. 이렇게 제 2노즐부(340)에 의해 유로(360)가 제 1유로(362) 및 제 2유로(364)로 분리되어야 밸브유닛(900)에 의해 탱크유닛(100)으로 역류하는 용융된 폴리스티렌 또는 이물질을 차단할 수 있다. 자유단(346)은 삽입부(344)의 개방 측, 즉 밸브유닛(900)에 인접하게 배치된다. 자유단(346)은 밸브 스풀(940)이 접촉되는 차단위치에서 제 1유로(362)와 제 2유로(364)의 연통을 차단한다. 반면, 밸브 스풀(940)의 차단위치로부터 연통위치로 자유단(346)이 개방되면 제 1유로(362)와 제 2유로(364)가 연통되어 탱크유닛(100)으로부터 분사구(324)로 발포제(BLA)가 유동된다.
실링부재(500)는 각각 탱크유닛(100)과 제 2노즐부(340) 사이 및 제 2노즐부(340)와 제 1노즐부(320) 사이에 배치되어 탱크유닛(100)으로부터 노즐유닛(300)으로 액상의 발포제(BLA)가 유동될 때 누설되는 것을 방지한다.
믹싱유닛(700)은 탱크유닛(100)의 내부에 배치된다. 믹싱유닛(700)은 외부로부터 탱크유닛(100)으로 복수의 발포제(BLA)가 공급될 때 탱크유닛(100)의 내부에 수용되는 복수의 발포제(BLA)를 혼합시킨다. 즉, 믹싱유닛(700)은 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)가 탱크유닛(100)에 공급될 때 탱크유닛(100) 내부에서 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)를 혼합시킨다. 믹싱유닛(700)은 본 발명의 일 실시 예로서, 믹싱 유로(720), 제 1영역(740), 제 2영역(750), 제 3영역(760), 제 4영역(770) 및 제 5영역(780)을 포함한다.
믹싱 유로(720)는 탱크유닛(100)에 공급된 복수의 발포제(BLA)의 유동 길이를 증가시킨다. 상세하게 믹싱 유로(720)는 탱크유닛(100)에서 노즐유닛(300)으로 발포제(BLA)가 유동될 때 탱크유닛(100) 내부에 복수의 발포제(BLA)의 혼합율을 높이기 위해 탱크유닛(100)으로부터 노즐유닛(300)으로 복수의 발포제(BLA)가 유동하는 유동 길이를 증가시킨다. 믹싱 유로(720)는 탱크유닛(100)의 내부에서 복수의 발포제(BLA)가 혼합 유동되도록 믹싱유닛(700)의 복수 개의 영역에 대해 상호 상이한 방향으로 연통되어 길이가 증가된다. 여기서, 복수 개의 영역은 제 1영역(740), 제 2영역(750), 제 3영역(760), 제 4영역(770) 및 제 5영역(780)으로 구성되며 각각의 영역에 배치되는 믹싱 유로(720)는 상호 상이한 방향으로 연통된다. 본 발명의 일 실시 예로서 믹싱유닛(700)의 복수 개의 영역은 제 1영역(740), 제 2영역(750), 제 3영역(760), 제 4영역(770) 및 제 5영역(780)으로 구성되나, 이에 한정되지 않고 2개를 초과하는 영역으로 구성될 수 있다.
밸브유닛(900)은 노즐유닛(300)의 유로(360) 상에 배치되어 유로(360)를 선택적으로 개폐한다. 밸브유닛(900)은 실린더(C)로 발포제(BLA)를 주입할 때 유로(360)를 개방하고, 발포제(BLA) 주입 후 용융된 폴리스티렌 또는 이물질이 역류되는 것을 차단하도록 유로(360)의 일부를 폐쇄한다. 본 발명의 밸브유닛(900)은 밸브 몸체(920) 및 밸브 스풀(940)을 포함한다. 또한, 밸브유닛(900)은 탄성부재(960)를 더 포함한다.
밸브 몸체(920)는 제 1노즐부(320)의 분사구(324)에 배치되며 유로(360)로 유동되는 발포제(BLA)를 분사구(324)로 안내한다. 밸브 몸체(920)는 분사구(324) 영역에 배치되는 몸체부(922) 및 몸체부(922)에 형성된 가이드 유로(924)를 포함한다. 가이드 유로(924)는 몸체부(922)의 외표면으로부터 중심을 향해 적어도 하나로 함몰 형성된다. 가이드 유로(924)는 제 1유로(362)로 유동되는 발포제(BLA)를 분사구(324)로 안내한다. 본 발명의 가이드 유로(924)는 몸체부(922)에 3개가 함몰 형성되나, 이에 한정되지 않고 1개, 2개, 4개 또는 5개 등의 개수를 가지고 몸체부(922)에 함몰 형성될 수 있다.
밸브 스풀(940)은 제 2노즐부(340)의 자유단(346)과 밸브 몸체(920) 사이에 왕복 이동되어 제 2노즐부(340)의 자유단(346)을 선택적으로 개폐한다. 밸브 스풀(940)은 본 발명의 일 실시 예로서, 밸브 스풀(940)은 제 1유로(362) 보다 상대적으로 작은 단면적 및 제 2유로(364) 보다 상대적으로 큰 단면적을 가진 구체 형상으로 마련된다. 이렇게 밸브 스풀(940)은 제 2유로(364) 보다 큰 단면적을 가진 구체 형상으로 마련되어 선택적으로 제 2유로(364)를 개폐한다.
탄성부재(960)는 밸브 몸체(920)와 밸브 스풀(940) 사이에 배치된다. 탄성부재(960)의 일측은 밸브 몸체(920)에 연결되고 타측은 밸브 스풀(940)에 접촉된다. 탄성부재(960)는 밸브 스풀(940)이 제 2노즐부(340)의 자유단(346)으로부터 밸브 몸체(920)로 이동되어 제 1유로(362)와 제 2유로(364)를 연통시키는 연통위치로부터 밸브 스풀(940)이 제 2노즐부(340)의 자유단(346)에 접촉되는 차단위치로 이동되도록 밸브 스풀(940)에 탄성력을 제공한다.
밸브 스풀(940)은 상술한 탄성부재(960)의 탄성력에 의해 차단위치에서 제 2노즐부(340)의 자유단(346)에 접촉되어 분사구(324)를 통해 용융된 폴리스티렌이 탱크유닛(100)으로 유동되는 것을 차단한다. 반면, 밸브 스풀(940)은 탱크유닛(100)으로부터 분사구(324)를 향해 발포제(BLA)가 유동될 때 발포제(BLA)의 압력 및 유량에 따라 차단위치로부터 연통위치로 이동되어 제 1유로(362)와 제 2유로(364)를 연통시킨다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)의 작동 과정은 다음과 같다.
탱크유닛(100)으로 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)가 공급되면 제 1발포제(BLA-1), 제 2발포제(BLA-2), 제 3발포제(BLA-3) 및 제 4발포제(BLA-4)는 믹싱유닛(700)을 통과하면서 발포제(BLA)로 혼합된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탱크유닛(100)에 수용된 발포제(BLA)는 제 2유로(364)를 통하여 유동된다. 이때, 제 2유로(364)를 폐쇄하고 있던 밸브 스풀(940)은 제 2유로(364)를 통해 유동된 발포제(BLA)에 의해 제 1노즐부(320)의 분사구(324)를 향해 이동된다. 그러면, 제 1유로(362)와 제 2유로(364)가 연통되고 제 2유로(364)의 발포제(BLA)는 제 1유로(362)와 밸브 몸체(920)의 가이드 유로(924)를 통해 분사구(324)로 분사된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 실린더(C)로 발포제 주입 종료 후 용융된 폴리스티렌 또는 이물질이 분사구(324)와 가이드 유로(924)를 통해 유로(360)로 역류한다. 이때, 밸브 스풀(940)은 탄성부재(960)의 탄성력에 의해 연통위치에서 차단위치로 이동된다. 그러면, 제 1유로(362)로 역류되던 용융된 폴리스티렌 또는 이물질이 제 2유로(364)로 유동되는 것이 차단된다.
마지막으로 도 6은 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐의 작동 단면도이다.
본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)과 같이 탱크유닛(100), 노즐유닛(300), 실링부재(500) 및 밸브유닛(900)을 포함한다. 여기서, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)의 탱크유닛(100), 노즐유닛(300), 실링부재(500) 및 밸브유닛(900)은 본 발명의 제 1실시 예에서 설명했던 탱크유닛(100), 노즐유닛(300), 실링부재(500) 및 밸브유닛(900)과 동일한 기능을 수행하므로 이하에서 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)과 달리 단일의 발포제(BLA)를 분사한다. 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 단일의 발포제(BLA)를 분사함에 따라 복수의 발포제(BLA)를 실린더(C)로 분사하도록 실린더(C)에 복수 개로 배치된다. 여기서, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)은 복수의 발포제(BLA)가 탱크유닛(100)에 공급되지 않음에 따라 본 발명의 제 1실시 예에 따른 발포제 주입용 인젝션 노즐(10)과 달리 믹싱유닛(700)은 생략할 수 있다.
이에, 발포제를 분사하는 노즐유닛에 선택적으로 발포제가 유동되는 유로를 개폐하는 밸브유닛을 배치하여 노즐유닛으로 역류되는 용융된 폴리스티렌 또는 이물질을 차단할 수 있으므로, 노즐유닛의 파손 방지와 함께 유지 보수비용을 절감할 뿐만 아니라 생산성을 향상할 수 있다.
또한, 복수의 발포제 사용 시 단일의 탱크유닛으로 공급하여 믹싱유닛을 통해 혼합 후 분사할 수 있으므로, 생산성의 향상과 제품의 신뢰성을 향상할 수 있다.
더불어, 혼련 및/또는 혼합을 미리하여 발포제가 투입되므로 스크류 내에서의 혼련 및/또는 혼합 구간에서의 부담을 경감해 준다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 발포제 주입용 인젝션 노즐 100: 탱크유닛
300: 노즐유닛 320: 제 1노즐부
340: 제 2노즐부 360: 유로
362: 제 1유로 364: 제 2유로
700: 믹싱유닛 720: 믹싱 유로
900: 밸브유닛 920: 밸브 몸체
924: 가이드 유로 940: 밸브 스풀
960: 탄성부재 BLA: 발포제
[이 발명을 지원한 국가연구개발사업]
과제고유번호, 부처명, 연구관리전문기관, 연구사업명, 연구과제명, 기여율, 주관기관, 연구기간
2019002430001, 환경부, 한국환경산업기술원, 글로벌탑환경기술개발사업, Low GWP blowing agent를 적용한 고품질 XPS 생산기술개발, 1/1, 지피에스 코리아(주), 2019.04.18. ~ 2019.12.31.

Claims (10)

  1. 압출법 발포 폴리스틸렌(Extruded Polystyrene: XPS)을 제조하기 위한 스크류 및 상기 스크류를 수용하는 실린더를 갖는 XPS 제조장치의 발포제 주입용 인젝션 노즐에 있어서,
    외부로부터 공급되는 적어도 하나의 발포제를 수용하는 탱크유닛과;
    상기 실린더와 상기 탱크유닛 사이에 배치되고 발포제가 유동되는 유로가 형성되어, 상기 탱크유닛으로부터 상기 유로로 유동되는 발포제를 상기 실린더 내부로 분사하는 노즐유닛과;
    상기 노즐유닛의 상기 유로 상에 배치되어, 상기 유로를 선택적으로 개폐하는 밸브유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐유닛은,
    상기 탱크유닛과 연결되며, 상기 유로를 통해 유동되는 발포제를 상기 실린더로 분사하는 분사구가 형성된 제 1노즐부와;
    상기 탱크유닛과 상기 제 1노즐부 사이에 배치되고 상기 유로에 삽입되어, 상기 유로를 상기 밸브유닛이 수용되는 제 1유로와 상기 제 1유로보다 상대적으로 작은 단면적을 갖는 제 2유로로 조절하는 제 2노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 밸브유닛은,
    상기 분사구에 배치되며, 상기 유로로 유동되는 발포제를 상기 분사구로 안내하는 밸브 몸체와;
    상기 제 2노즐부의 자유단과 상기 밸브 몸체 사이에서 왕복 이동되어, 상기 제 2노즐부의 상기 자유단을 선택적으로 개폐하는 밸브 스풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 밸브유닛은 상기 밸브 몸체와 상기 밸브 스풀 사이에 배치되며, 상기 밸브 스풀이 상기 제 2노즐부의 상기 자유단으로부터 상기 밸브 몸체로 이동되어 상기 제 1유로와 상기 제 2유로를 연통시키는 연통위치로부터 상기 밸브 스풀이 상기 제 2노즐부의 상기 자유단에 접촉되는 차단위치로 이동되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 밸브 몸체에는 상기 분사구로 유동되는 발포제의 유동을 안내하도록 상기 밸브몸체의 외표면으로부터 중심을 향해 적어도 하나의 가이드 유로가 함몰 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 밸브 스풀은 상기 제 1유로 보다 상대적으로 작은 단면적 및 상기 제 2유로 보다 상대적으로 큰 단면적을 가진 구체의 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 밸브 스풀은,
    상기 탄성부재의 탄성력에 의해 상기 차단위치에서 상기 제 2노즐부의 자유단에 접촉되어 상기 분사구를 통해 융융된 폴리스티렌이 상기 탱크유닛으로 유동되는 것을 차단하고,
    상기 탱크유닛으로부터 상기 분사구를 향해 발포제가 유동될 때 발포제의 압력 및 유랑에 따라 상기 차단위치로부터 상기 연통위치로 이동되어 상기 제 1유로와 상기 제 2유로를 연통시키는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  8. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포제 주입용 인젝션 노즐은,
    상기 탱크유닛의 내부에 배치되어 외부로부터 상기 탱크유닛으로 복수의 발포제가 공급될 때, 상기 탱크유닛의 내부에 수용되는 복수의 발포제를 혼합시키는 믹싱유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 믹싱유닛은 상기 탱크유닛의 내부에 상기 탱크유닛으로부터 상기 노즐유닛으로 유동되는 복수의 발포제의 믹싱 유로의 길이를 증가시키는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 믹싱 유로는 상기 탱크유닛의 내부에서 복수의 발포제가 혼합 유동되도록 상기 믹싱유닛의 복수 개의 영역에 대해 상호 상이한 방향으로 연통되어 길이가 증가되는 것을 특징으로 하는 발포제 주입용 인젝션 노즐.
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