KR20210066188A - 공압 제어 파우치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압 제어 파우치에 관한 것이다. 상기 공압 제어 파우치는 내부에 용액을 저장할 수 있고, 중첩되는 복수의 외곽면을 가지는 연성 용기, 상기 연성 용기의 하부에서 연장되는 토출구 및 상기 연성 용기의 상부에서 연장되고, 상기 연성 용기 내부의 압력을 제어하는 흡입구를 포함하되, 상기 연성 용기 내부의 압력은 용액이 채워진 후에 정 음압을 유지하고, 디스펜싱이 수행될 때는 정 양압을 유지하고, 상기 디스펜싱이 완료되면 다시 정 음압으로 회귀한다.

Description

공압 제어 파우치{Pneumatic control pouch}

본 발명은 공압 제어 파우치에 관한 것이다. 구체적으로는, 화장품 성분의 디스펜싱을 효율적으로 할 수 있는 파우치에 관한 것이다.

화장품의 생산 공정에서는 원료를 대형 교반기에서 교반하고 별도의 용기에 주입하는 디스펜싱 과정이 필수적이다. 이러한 디스펜싱 과정은 먼저 원료가 저장된 파우치에서 디스펜서로 이동되고, 다시 디스펜서에서 제품의 개별 용기로 이동되는 단계를 포함할 수 있다.

이 중에서 파우치에서 디스펜서로 원료가 이동하는 단계에서는, 화장품이 용액 형태일때, 별도의 공압 노즐의 설계 없이 용액의 정압만을 통해서 용액이 디스펜서로 통하는 노즐로 토출될 수 있다. 이는 일반적인 화장품 교반 용액의 경우 점성과 경도가 낮아 흐름성이 높고, 용액의 단가가 낮아 많은 비용을 투자할 필요성이 낮기 때문이다.

그러나, 유기농 제형이나 천연물/천연 유래 제형의 경우 단가가 식품 및 식품 첨가물에 비해 월등히 높고 상대적으로 높은 점성과 높은 경도를 갖는 성분이 포함될 수 있어 공압 노즐이 없이 제형의 정압만으로 이동시키는 것은 어려울 수 있다.

본 발명의 목적은, 높은 점성과 높은 경도를 가지는 제형의 용이한 이동을 위한 공압 제어 파우치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 공압 제어 파우치는 내부에 용액을 저장할 수 있고, 중첩되는 복수의 외곽면을 가지는 연성 용기, 상기 연성 용기의 하부에서 연장되는 토출구 및 상기 연성 용기의 상부에서 연장되고, 상기 연성 용기 내부의 압력을 제어하는 흡입구를 포함하되, 상기 연성 용기 내부의 압력은 용액이 채워진 후에 정 음압을 유지하고, 디스펜싱이 수행될 때는 정 양압을 유지하고, 상기 디스펜싱이 완료되면 다시 정 음압으로 회귀한다.

본 발명에 따른 공압 제어 파우치는, 높은 점성과 높은 경도를 가지는 제형의 이동을 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공압 제어 파우치는, 내부 제형의 산화를 방지하고, 파우치의 세척, 위생 및 교체용이성을 확보할 수 있다.

상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 연성 탱크와 경성 탱크의 압력 특성을 비교한 표이다.
도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치 내부가 필 업(fill up) 시를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 디폴트 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 디스펜싱(dispensing) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 압력 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 펌프의 양정을 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 공압 제어 파우치에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치를 설명하기 위한 개념도이다.

도 1 을 참조하면, 화장품 제조 공정 시스템은 탱크(Tank), 노즐(Nozzle), 디스펜서(Dispenser), 무게 센서(Weight sensor) 및 리니어 스테이지(linear stage)를 포함한다.

탱크는 화장품의 원료 즉, 제형이 교반되어 저장되는 장소일 수 있다. 탱크는 노즐을 통해서 디스펜서로 제형을 이동시킬 수 있다. 탱크는 복수일 수 있다. 탱크는 각각의 노즐을 통해서 복수의 디스펜서와 각각 대응될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 탱크는 파우치(Pouch) 형태일 수도 있다. 탱크가 파우치 형태일 때는 필로우 백(pillow bag) 타입의 파우치일 수 있다.

노즐은 탱크와 디스펜서를 연결하는 통로일 수 있다. 노즐을 통해서 화장품의 제형은 탱크에서 디스펜서로 이동할 수 있다. 디스펜서는 제품 용기로 화장품의 제형을 이동시킬 수 있다. 디스펜서는 복수일 수 있다. 디스펜서는 각각의 탱크에 대응하여 각 탱크에 저장된 화장품의 제형을 제품 용기로 디스펜싱할 수 있다. 이 때, 디스펜서는 무게 센서로부터 제품 용기의 무게를 수신할 수 있다. 디스펜서는 상기 제품 용기의 무게에 따라서 디스펜싱되는 제형의 용량을 제어할 수 있다.

제품 용기는 최종적으로 화장품이 담기는 용기일 수 있다. 제품 용기는 적어도 하나의 디스펜서를 통해서 제형이 순차적으로 담길 수 있다. 제품 용기는 리니어 스테이지 상에서 일 방향으로 이동하면서 적어도 하나의 디스펜서의 하부로 순차적으로 위치할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.

무게 센서는 제품 용기의 무게를 측정할 수 있다. 무게 센서는 제품 용기의 무게와 제품 용기 내에 담기는 제형의 무게를 한꺼번에 측정할 수 있다. 무게 센서는 제품 용기의 무게를 측정하여 디스펜서에 전달할 수 있다. 이에 따라, 디스펜서는 디스펜싱되는 제형의 용량을 제어할 수 있다.

리니어 스테이지는 제품 용기를 일 방향으로 이동시킬 수 있다. 만일 제품 용기에 디스펜싱되는 제형이 복수인 경우, 리니어 스테이지에 의해서 제품 용기는 복수의 디스펜서의 하부에 순차적으로 위치할 수 있다.

일반적인 화장품 제조 공정에서 탱크가 필로우 백 타입인 경우에는 별도의 공압 노즐을 설계하지 않는다. 왜냐하면, 일반적인 화장품의 원료는 용액 형태로 점성과 경도가 낮아 흐름성이 높고, 용액의 단가가 낮아서 따로 비용을 투자할 필요가 크지 않기 때문이다.

그러나, 만일 화장품의 원료가 유기농 제형 및/또는 천연물/천연 유래 제형인 경우에는 용액의 단가가 식품 및 식품 첨가물에 비해 월등히 높고 10,000cps이상의 높은 점성과 왁스(wax) 타입의 높은 경도를 갖는 성분들이 첨가될 수 있어, 별도의 설계가 요구될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 공압 제어 파우치는 공압 구조가 추가될 수 있다. 이에 대해서는 추후에 더 자세히 설명한다.

도 2는 연성 탱크와 경성 탱크의 압력 특성을 비교한 표이다.

도 2를 참조하면, 일반적인 화장품 제조 공정에서는 연성탱크보다는 경성탱크를 주로 사용한다. 이때, 경성탱크는 SUS(Special Use Steel) 즉, 스테인리스 스틸(Stainless steel) 재질일 수 있다.

이에 반해서, 본 실시예들에 따른 공압 제어 파우치는 경성탱크가 아닌 연성탱크로서 경성탱크 대비 위생성을 확보할 수 있다. 즉, 본 실시예들에 따른 공압 제어 파우치는 일회용 연성용기로서 용기 자체의 산화를 방지할 수 있다. 이에 따라서, SUS 재질의 경성탱크에 비해서 세척, 위생 및 교체용이성을 확보할 수 있다.

또한, 경성탱크는 감압의 세기가 조절하기 어려운데 반해 연성탱크는 더 이상 감압되지 않는 시점을 파악할 수 있으므로, 감압의 세기를 제어하기 용이할 수 있다.

즉, 연성탱크에서는 용액의 정압까지 감압이 가능하지만, 경성탱크에서는 경성탱크 내압까지 감압이 가능하므로 연성탱크에서 더 큰 감압이 가능하다. 특히 1량을 제조하는 화장품 제조 공정에서는 가압과 감압이 반복되므로 높은 수준의 감압이 중요할 수 있다.

나아가, 가압의 경우에도 연성탱크는 파우치 내압으로 최대한 가압할 수 있고, 경성탱크는 탱크내압으로 최대한 가압할 수 있다. 이경우, 파우치 내압은 경성탱크 내압보다는 약간 작지만 용액 정압보다는 당연히 크므로 경성탱크와 연성탱크의 가압 수준은 거의 유사할 수 있다.

이때, 정압이란 움직이지 않는 액체 혹은 유체의 흐름에 수직으로 놓인 압력게이지에서 측정한 압력을 의미하고, 탱크 내의 유체에 의한 압력을 의미할 수 있다.

따라서, 본 실시예들에 따른 공압 제어 파우치는 연성 탱크로서 경성탱크에 비해서 세척, 위생 및 교체 용이성을 확보함과 동시에 가압에서 유사한 수준을 유지하고 감압에서 더욱 큰 수준을 확보할 수 있다.

도 3은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 공압 제어 파우치는 바이오프로세스 필름 재질로 형성될 수 있다. 공압 제어 파우치는 필로우 백 2D, 3D 컨테이너 타입일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 실시예에 따른 공압 제어 파우치는 상부 공압 구조를 포함할 수 있다. 상부 공압 구조는 튜브 및 커넥터를 포함할 수 있다. 상기 커넥터 포트의 종류는 Luer, MPX, MPC, CPC 등이 될 수 있다. 상부 공압 구조는 실리콘 호스(⑧), 튜브 클램프(④), 인서트(⑨) 및 커플링 캡(⑩)을 포함할 수 있다. 상부 공압 구조는 솔레노이드 밸브에 의해서 온 오프가 제어될 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.

파우치의 재질은 N겹의 형태일 수 있다. 파우치는 예를 들면, 7kg/cm²의 내압을 견딜 수 있는 재질일 수 있다. 파우치의 안쪽면은 용액 및/또는 제형과 접촉하므로 내화학성, 내약품성, 내열성, 내수성 및 내유성 중 적어도 하나의 물리화학적 특징을 갖춘 재질일 수 있다.

파우치의 하부는 디스펜서와 연결되는 노즐로 통하는 튜브가 설치될 수 있다. 상기 튜브는 실리콘 호스(③), 튜브 클램프(④), 피메일 루어포트(female luer port)(⑤), 스와버블 밸브(⑥) 및 루어 캡(⑦)을 포함하는 튜브와, 실리콘 호스(⑧), 튜브 클램프, 인서트(⑨) 및 커플링 캡(⑩)을 포함하는 튜브를 포함할 수 있다. 단, 본 실시예가 이에 제한되는 것은 아니다.

도 3에는 3개의 토출구(P1, P2, P3)와 1개의 유입구(P4)가 도시되어 있지만, 이는 예시에 불과할 뿐이고, 토출구와 유입구의 개수는 얼마든지 달라질 수 있다.

도 4는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치 내부가 필 업(fill up) 시를 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치에 용액이나 제형을 채우는 필 업 공정시에는 상부 공압 구조를 통해서 음압(감압)을 수행할 수 없다. 대신, 용액이 가득참을 감지한다. 용액이 가득찬 경우에는 주기적으로 솔레노이드 밸브를 온(ON)하여 음압 가하고 기체를 감지한다. 이 때, 내부에 양압을 거는 경우에는 용액 내부에 기포가 발생할 수 있다. 따라서, 필 업 시에는 절대로 양압을 걸지 않는다.

도 5는 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 디폴트 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 상부 공압 구조는 주기적으로 공압을 음압으로 가하여 파우치 내부 부피를 줄여 용액 내부의 기포를 탈기할 수 있다. 또한, 하부 튜브로 들어간 용액이 있다면 음압에 의해서 다시 공압 제어 파우치 내부로 다시 빨려들어갈 수 있다. 이 때, 파우치 내부의 공압을 지속적으로 감지하여 솔레노이드 밸브를 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 디스펜싱(dispensing) 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 상부 공압 구조는 디스펜싱 시에 양압을 가하여 튜브 상단 내부 부피를 최대화하고, 튜브 하부의 토출구로 용액을 밀어주어 정량 디스펜싱이 가능하게 할 수 있다.

도 7은 본 발명의 몇몇 실시예들에 따른 공압 제어 파우치의 압력 제어 방식을 설명하기 위한 순서도이고, 도 8은 펌프의 양정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5 및 도 7을 참조하면, 본 실시예들에 따른 공압 제어 파우치가 용액으로 필 업되어 가득찬 후에 주기적 음압을 수행한다. 이때, 음압을 통해서 용액 내부의 기포를 탈기할 수 있다. 만일 기체가 여전히 감지된다면 다시 음압을 가해서 계속해서 기포를 탈기할 수 있다.

만일, 더 이상 기체가 감지되지 않는 경우에는 정 음압을 가할 수 있다. 이 때, 정음압이란 0에 가까운 음의 압력값을 의미한다.

구체적으로 도 8을 참조하면, 본 실시예들에 따른 공압 제어 파우치에 공압을 가하는 펌프의 양정(H)는 다음의 식으로 구해질 수 있다.

H=(h2-h1) + (p2-p1)/ (ρ*g) + (v2²-v1²)/(2*g)

여기서, H는 펌프의 실제 양정[m]이고, p1, p2는 각각 도 8에 도시된 흡입구 및 토출구의 플랜지의 압력[Pa=N/m²]이고, ρ는 액체의 밀도[kg/m³]이다. 또한, g는 중력 가속도[m/s²]이고, h1, h2는 각각 도 8에 도시된 흡입구 및 토출구의 측지학적 높이[m]이다. v1, v2는 각각 도 8에 도시된 흡입구 및 토출구에서 이동하는 유체의 유속[m/s]이다.

여기서, 본 발명의 공압 제어 파우치의 양정을 구해보면, 공압 제어 파우치의 흡입구와 토출구의 구경을 같게 하는 경우, v1=v2가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 공압 제어 파우치의 양정은 다음과 같다.

H=(h2-h1) + (p2-p1)/ (ρ*g)

여기서, 정 음압이란, H-(h2-h1)이 0에 가까운 음의 압력값을 의미한다. 음의 압력값이란 흡입구의 p1이 토출구의 p2보다 작거나 같은 값임을 의미한다(p2≥p1).

또한, 정 양압이란, H-(h2-h1)이 0에 가까운 양의 압력값을 의미한다. 양의 압력값이란 흡입구의 p1이 토출구의 p2보다 큰 값임을 의미한다(p1>p2).

다시, 도 5 및 도 7을 참조하면, 정 음압을 유지하고 있다가 디스펜싱을 수행하기 위해서 디스펜싱 제어값이 입력될 수 있다. 만일 디스펜싱 제어값이 입력되지 않은 경우 계속해서 정 음압을 유지할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 디스펜싱 제어값이 입력되는 경우, 공압 제어 파우치 내부에 양압을 인가할 수 있다. 이때, 공압 제어 파우치에서 디스펜서로 향하는 튜브하부에 용액이 감지되지 않는 경우, 계속해서 양압이 인가될 수 있다.

만일, 튜브 하부에 용액이 감지되는 경우에는 정 양압이 계속해서 유지될 수 있다. 정 양압이 유지되면 공압 제어 파우치 내부의 용액이 디스펜서로 균일하게 디스펜싱될 수 있다.

이러한 정 양압 유지는, 디스펜싱이 완료될 때까지 진행될 수 있다. 만일 디스펜싱이 완료된 경우에는 도 5의 다시 정 음압으로 압력을 회귀할 수 있다.

전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위로 나타날 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론이고, 그 등가개념에서 파생되는 모든 변경 및 변형이 가능한 형태까지 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 내부에 용액을 저장할 수 있고, 중첩되는 복수의 외곽면을 가지는 연성 용기;
   상기 연성 용기의 하부에서 연장되는 토출구; 및
   상기 연성 용기의 상부에서 연장되고, 상기 연성 용기 내부의 압력을 제어하는 흡입구를 포함하되,
   상기 연성 용기 내부의 압력은 용액이 채워진 후에 정 음압을 유지하고, 디스펜싱이 수행될 때는 정 양압을 유지하고, 상기 디스펜싱이 완료되면 다시 정 음압으로 회귀하는
   공압 제어 파우치.
   

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