KR0153295B1 - 기포 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탈잉크용 부유 선별 장치는 상부에 자유면을 갖는 원료액용 저장조를 형성하는 대향 단부판을 갖는 수평 연장 원통형 셀과, 원료액의 자유면까지 부상한 포말을 수용하고 그 포말을 외부로 배출하기 위해 상기 셀의 상부에 있는 포말 트로프와, 상기 셀의 일 단부에 원료액을 공급하기 위한 원료 입구와,상기 다른 단부에서 원료액을 배출하기 위한 원료 출구와, 상기 셀의 하부 부분에 있고 상기 단부판 사이에서 수평방향으로 연장하는 적어도 하나의 기포 발생 수단을 포함한다. 상기 기포 발생 수단으로부터의 기포와 혼합된 원료액은 상기 셀의 전체 내부를 원료액 입구로부터 원료액 출구로 수평축을 갖는 나선형 흐름 형태로 비스듬히 흐르고, 상기 기포 발생 수단이 고속 회전에 적합한 터빈 로터를 포함하며 상기 터빈 로터의 발생 라인을 따라 로터의 상부에 인접 배치되어 상기 터빈 로터쪽으로 개구된 적어도 하나의 공기 배출구를 갖는 공기 공급관을 구비한다.

Description

기포 발생 장치

제1도는 종래 형태의 부유 선별 장치의 사시도.

제2도는 다른 종래 형태의 부유 선별 장치의 단면도.

제3도는 종래 최신형의 부유 선별 장치의 단면도.

제4도는 제3도의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도.

제5도는 유량 배출율과 백색도간의 관계를 도시한 그래프.

제6도는 본 발명에 따른 탈잉크용 부유 선별 장치의 적합한 실시예의 평면도.

제7도는 제6도의 VII-VII 선을 따라 취한 단면도.

제8도는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 셀의 사시도.

제9도는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 기포 발생 수단 또는 장치의 측면도.

제10도는 제9도의 X-X 선을 따라 취한 단면도.

제11도는 로터의 회전 속도와 용해된 공기량간의 관계를 도시한 그래프.

제12도는 로터의 회전 속도와 최대 G/V 와의 관계를 도시한 그래프.

제13도 내지 제18도는 본 발명에 따른 탈잉크용 부유 선별 장치 변형예의 단면도.

제19도 내지 제21도는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 터빈 로터의 변형예를 도시한 도면.

제22a도, 제22b도 및 제22c도는 본 발명에 따른 부유 선별장치의 터빈 로터상에 있는 터빈 블레이드의 변형예를 도시한 단면도.

제23도는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 기포 발생 수단의 변형예를 도시한 단면도.

제24a도, 제24b도 및 제24c도는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 공기 공급 파이프의 변형예를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 원료 입구 2 : 원료 출구

3 : 기포 발생 장치 4 : 트로프

5 : 원통형 셀 7 : 원료액

8 : 자유면 9 : 포말

21 : 터빈 로터 26 : 공기 공급 파이프

29,40 : 코어 56 : 회전 확산 파이프

57 : 회전축 58 : 공기 공급 입구

62 : 블레이드 63 : 포말 트로프

[발명의 배경]

본 발명의 폐지를 분해, 세정하여 제지 원료로 하는 폐지 회수 설비에 있어서 폐지중에 함유된 잉크나 유지 피치를 기포에 부착시켜 제거하는 부유 선별 장치용 기포 발생 장치에 관한 것이다.

폐지의 탈잉크 처리 방법은 부유 선별법, 세정법 및 그 조합으로 나뉘어진다.

부유 선별법에서는 폐지를 분해한후 약품 처리한 폐지 원료액에 공기를 혼입하고, 발생되는 기포에 자유로운 잉크 입자를 흡착시켜서 부상시킨 후 이를 분리 제거하고 있다. 한편, 세정법은 다량의 물로 자유로운 잉크 입자를 씻어내고 이를 제거하는 방법이다.

세정법의 효과를 충분히 나타내고 원료에 대한 제품의 비율 저하 및 배수 처리 장치에서의 부하 상승을 억제하는 면에서, 부유 선별법과 세정법의 조합이 가장 잘 사용되고 부유 선별법을 강화하면 세정법을 생략하거나 최소한으로 할 수가 있다.

부유 선별법은 폐지 원료액중에 부유하는 잉크 입자를 기포의 표면에 부착 부상시켜서 이를 원료액으로부터 분리 제거하여 탈잉크를 수행하는 것이다. 또 기포의 직경이 작을수록 미세한 잉크 입자가 부착되기 쉬운 성질이 있다. 따라서 효율적으로 부유 선별을 수행하기 위해서는 기포의 총 표면적이 클 것, 기포가 폐지 원료액에 균일하게 분포되어 있을 것, 기포가 폐지 원료액중에 장시간 체류하고 있을 것 등이 중요하다. 미세한 기포는 동일한 공기량에 있어서도 총 표면적이 크며 부상 속도도 느리므로 부유 선별 장치의 기능은 훨씬 좋으며 대량의 미세 기포를 원료액중에 균일하게 혼입할 수 있고, 또한 이들을 원료액으로부터 포말로서 효과적으로 분리할 수 있느냐가 평가의 요점이 된다.

종래의 인쇄 잉크는 최근의 인쇄 잉크에 비해 인쇄용 잉크의 종이 섬유에의 결합이 약하기 때문에 잉크 박리성이 좋고 부유 선별에 의한 탈잉크성이 좋으며 탈잉크 펄프에 요구되는 품질도 별로 높지 않았기 때문에 종래의 부유 선별 장치는 비교적 적은 공기량과 짧은 체류 시간으로 나름대로의 효과를 올릴 수 있었다.

그러나 최근 들어 종래의 부유 선별법을 사용하는 종래의 탈잉크법에 의해서는 좀처럼 해결되지 않는 많은 문제들이 발생하고 있다. 첫째는 신문 등에 오프셋 인쇄가 보급되어 잉크의 부착 강도가 높아지고 이 잉크를 분리하는데 필요한 기계력을 가하기 위해 잉크 입자가 가늘어진다는 점이다. 둘재는 천연자원의 고갈로 인해 폐지 이용율이 증가된다는 점이다. 세째는 인쇄물의 방대화, 칼라화 등에 의해 인쇄 용지의 품질 요구 수준이 높아진다는 점이다. 네째는 제지 공정에서 배출되는 배수에 엄격한 기준이 적용된다는 점이다. 따라서, 이러한 문제가 발생할 수 있기 때문에, 종래의 부유 선별법에 의한 탈잉크 기술에서는 이것에 대응하는 기술이 없다.

한편, 세정법의 동작 자체를 강화하면 배수 기준에 문제를 일으키기 때문에, 효율 좋은 부유 선별법을 채용하는 것이 여러가지 문제를 해결하는 가장 좋은 방법이라고 생각된다. 이리하여 강력한 부유 선별 장치가 발명되고 실용화되는 추세이다.

최근의 부유 선별법은 셀 용량을 크게 하여 1 셀당 체류 시간을 길게하여 기포와 잉크 입자의 접촉 기회를 많이 주고 또한 기포를 보다 미세하게 하며, 더우기 다량의 기포를 원료액중에 혼입하여 대량의 포말을 발생시켜서 이를 제거한다는 것이다. 이 기술은 단순히 기계적인 기술뿐만 아니라 탈잉크 약품(계면 활성제)의 진보에 의해서도 크게 영향을 받고 있다.

표1은 종래의 부유 선별 장치와 최근 실용화되기 시작한 최신형 부유 선별 장치의 기계적 성능의 비교이다.

주) * 1 G/L : 총 처리액량(Lm /min)당 총 공기량(G m/min)

* 2 : 1차 부유 선별 장치의 체류 시간. 1차 배출은 2차 처리되고, 2차 수 입은 1차 입구로 복귀된다.

제1도는 종래형의 일실시예로서 수직 원통형 셀의 부유 선별 장치를 도시한 도면이고, 도면에서 a는 공기 입구, b는 원료 입구, c는 원료 출구, d는 셀, e는 포말 압출용 공기 포트, f는 포말 팬, g는 포말 출구이다. 도시된 바와 같이 동일 형상의 셀이 2단으로 적층되어 있다. 공기는 입구 원료액에서의 이젝터 작용에 의해 원료액에 혼입된다. 공기가 혼입한 원료액은 수직 원통형 셀에 접선 방향으로부터 유입하고, 셀의 수직 축선 주위에서 선회류를 형성한다. 셀내에서 공기는 기포로서 부상하여 포말을 형성하고 원료액은 출구(c)를 거쳐서 셀 하부 부분 중심 근방에서 배출된다. 포말은 셀 측면의 액면 부근에 설치된 포말 압출용 공기 포트(e)로 부터 불어내어진 공기에 의해 포말 출구(g)에 설치된 도시하지 않은 개구에 유입되고 포말 출구(g)로부터 외부로 배출된다. 포말 압출용 공기는 포말팬(f)에 의해 순횐된다.

이런 형식의 부유 선별 장치는 이젝터 작용에 의해 공기를 흡입하므로 공기량을 증가시킬 수 없다. 공기를 가압하여 혼입한다 해도 대직경 기포의 무효 공기량을 증가할 뿐이다. 또한, 원료액 선회 속도를 어느 정도 크게 해 두지 않으면 안되고, 원료액 속도가 너무 느리면 원료 배출이 증가되며, 선회 속도가 너무 빠르면 부상력이 낮은 미세 기포는 선회류를 가로질러 부상할 수가 없게 되어 포말과 원료 흐름과의 분리가 불충분해져서 균형이 맞지 않게 된다.

제2도는 종래형의 다른 실시예로서의 박스 셀 부유 선별 장치를 도시한 도면이다. 도면에 있어서, h는 공기 입구, i는 원료 입구, j는 박스형 셀, k는 다수의 블레이드를 갖는 디스크형 임펠러, m은 원료 출구, n은 포말 출구이다. 이런 형식의 부유 선별 장치는 일반적으로 덴버형이라고 불리운다. 원료액은 공기가 그에 의해 흡입되는 동안 임펠러(k)의 중심에 주입된다. 공기와 혼합된 원료액은 임펠러(k)의 원심력으로 인해 셀의 저면을 따라 확산되고, 셀의 측면을 따라 상승한다. 액면에서 기포는 원료액으로부터 포말로 분리된다. 분리된 후의 원료액은 중심부를 따라 하강하여 대류된다. 원료액의 일부는 출구(m)을 통해 배출되고 포말은 출구(n)을 통해 배출된다.

이러한 박스형 셀 부유 선별 장치에 있어서, 임펄러(k)는 정제된 기포를 생성하도록 빠르게 회전해야 한다. 그러나, 그 회전 속도가 너무 빠르면 셀내의 원료액 순환이 너무 격렬해져서 부유 포말이 원료액내로 복귀되는 불리한 결과를 초래한다.

상술된 형태의 부유 선별 장치는 자기 공기 흡입형이므로 정제된 기포를 생성하기 위한 공기의 양이 증가하지 않는 점에서 단점을 나타낸다. 비록 상기 공기가 장치내로 강력히 흡입될 지라도 불필요한 공기량만 증가하고 만족할 만한 결과를 얻을 수 없다. 게다가, 공기/원료액의 혼합 및 분리가 불충분하기 때문에 셀은 직열로 여러 단계로 사용되어야 하므로 설치가 복잡해진다.

이와 반대로, 최근의 발달된 부유 선별 장치와 비교하면, 로터의 고속 회전은 원료액에 혼합된 정제 기포내에 기포가 다량 투입되도록 강한 전단력을 수용하게 한다. 요동 운동은 원료액내에 기포가 확산되도록 하고 원료액내에 기포의 잔류 시간을 증가시킴으로써 잉크 입자와 원료액의 접촉 기회를 증가시킨다. 상기 셀은 대용량으로 하여 기포의 응집 및 부유를 허용하기 충분한 시간을 제공한다. 이런 것들이 최근의 발달된 부유 선별 장치의 특징이다.

제3도 및 제4도는 수직 원통형 셀(51), 어살(weir ; 52,53,54), 회전 확산 파이프(56), 회전축(57), 공기 공급 입구(58), 액면(59), 원료 공급 입구(60), 원료 출구(61), 회전형 포말 수집 블레이드(62) 및 포말 트로프(63)를 포함하는 최신형 장치(일본국 특허 공개공보 소 86-245390)의 일예로써 회전 확산형 부유 선별 장치를 도시한다.

상기 원료액은 입구(60)를 통해 셀(51)로 흐르고 어살(52,53,54)사이를 지그재그 방식으로 반복적으로 상하로 흐르며 그 후 출구(61)를 통해 배출된다. 상기 공기는 입구(58)를 통해 고속 회전하는 확산 파이프(56)로 흐르고 상기 파이프(56)상의 미소 돌출부(64)를 통해 개방된 직경 20 내지 40mm 인 통풍 구멍을 통해 원료액을 유입한다. 원료액과 확산 파이프(56) 표면 사이의 속도차 때문에 상기 공기는 강한 전단력으로 원료액내에서 확산된 기포를 정제한다. 상기 원료액은 회전력에 의해 강하게 요동한다. 원료액에 있는 기포는 포말을 형성하는 액면(59)에 떠 있으며 스크랩 블레이드에 의해 트로프(63)내에 수집되어 외부로 배출된다. 배출된 포말은 필요에 의해 2차적으로 처리된다.

이런 회전형 부유 선별 장치에 있어서, 정제 기포를 생성하고 대용량의 용기내에서 원료액을 요동시키기 위한 대경 확산 파이프(56)는 강력한 구동력을 얻도록 고회전력으로 회전해야 한다. 상기 원료액은 어살(52,53,54)사이를 반복적으로 상하로 흐르고, 하향으로 흐르는 기포는 원료액으로부터 기포를 분리하는데 역으로 작용하여 상승을 어렵게 하며 그 결과로 액면을 넘쳐 흐르는 포말의 생성은 상향 흐름 원료액이 나타나는 원료액 표면 부분과 원료액이 하향으로 흐르는 부분 사이에서 다양해진다. 공기가 확산 파이프(56)의 내부로부터 원료액내로 주입되므로 파이프와 셀의 벽사이에서의 원료액 기밀(65)은 복잡해지고 그 유지는 어려워진다. 상기 부유 선별 장치가 시동 또는 정지하거나 공기압과 유압과의 균형이 무너지면 원료액은 원심력 때문에 그 내벽에 밀착하여 확산 파이프(56)로 흐를 것이며 그에 의해 공기가 파이프(56)의 벽으로 통풍되는 것을 방해한다. 확산 파이프(56)에 의해 생성된 요동 흐름은 불안정하여 농도의 변화나 원료액등이 발생되면 원료액의 흐름비는 다양해질 수 있고 상기 기포는 갑자기 폭발할 수 있다.

본 발명은 이전 또는 최근 장치에 대한 상술한 문제점의 관점에서 발명자에 의해 유도된 경험의 결과 및 하기 개념을 기초로 하여 발명되었다.

공기의 일정한 용적이 원료액에 혼합되면, 기포의 전체 표면적은 평균 기포 직경에 반비례하고 기포의 평균 직경이 작을수록 전체 표면적은 커지게 된다. 상향으로 흐르는 기포의 속도는 기포의 평균 직경에 비례하며 원료액의 깊이가 일정하게 유지될 때 원료액내의 기포의 잔류 시간은 기포의 평균 직경에 반비례한다. 그러므로 잉크 입자를 흡수하고 포획하기 위해 잉크 입자와 접촉하게 될 기포의 기회는 평균 직경의 제곱근에 반비례하며 기포의 직경이 작을수록 상술된 기회는 훨씬 증가한다.

실험적 결과에 의거하면, 혼합되면 공기 체적과 배출된 포말 체적이 클수록 백색도 개선이 더 훌륭하다. 제5도는 100% 오프셋 인쇄 신문지의 폐지 원료 공정으로 얻어진 원료의 백색도와 유량 배출율간의 관계를 도시한 그래프이다. 유량 배출율이 20% 이상으로 증가되어도 백색도는 거의 상승하지 않음으로, 약 15 내지 20% 의 유량 배출율이 양호하다(이 경우 배출 중의 섬유 원료는 원료 입구에서 보다 농도가 낮고 원료 배출율은 약 5% 정도이다).

본 발명은 종래의 부유 선별 장치에서 나타내는 상술한 문제점과 발명자의 착안 및 그들이 수행한 실험의 결과에 근거하여 이루어졌고 하기의 목적을 갖는다.

1. 미세 기포가 원료액에 균등하게 혼합됨으로써 원료액속에 불필요한 공기를 불어넣을 필요를 없애고 따라서 공기를 불어넣는데 요구되는 동력을 절감한다.

2. 작은 요동 동력으로 기포를 원료액 속에 균등하게 혼합시킨다.

3. 셀내 유동로의 난류 및 정체 영역을 제거하여 수입시 백색도의 다양성 뿐만 아니라 처리될 원료액의 체적을 위한 셀 용량을 축소시킨다.

4. 원료액으로부터 기포의 혼합과 분리의 기회를 제공함으로써 처리 시간을 줄이고 결과적으로 처리될 원료액 용량을 위한 셀 용량을 축소시킨다.

5. 액면의 교란 및 발생된 포말의 다양성을 제거하여 원료액 속으로 다시 휩쓸려 들어감이 없이 포말을 매끈하게 제거시킨다.

6. 더 미세한 기포를 생성하여 더 작은 잉크 입자를 제거하고 잉크 입자를 포착할 기회를 증대시킨다.

7. 기포 생성 수단 또는 장치는 구조 및 유지에 있어서 간결하게 제조되었으며 작동상의 신뢰성을 제공한다.

상술한 목적을 얻기 위하여, 본 발명에 탈잉크용 부유 선별 장치는 상부에 자유면을 갖는 원료액용 저장조를 형성하는 대향 단부판을 갖는 수평 연장 원통형 셀과, 원료액의 자유면까지 부상한 포말을 수용하고 그 포말을 외부로 배출하기 위해 상기 셀의 상부에 있는 포말 트로프와, 상기 셀의 일 단부에 원료액을 공급하기 위한 원료 입구와, 상기 다른 단부에서 원료액을 배출하기 위한 원료 출구와, 상기 셀의 하부 부분에 있고 상기 단부판 사이에서 수평방향으로 연장하는 적어도 하나의 기포 발생 수단을 포함하며, 상기 기포 발생 수단으로부터의 기포와 혼합된 원료액은 상기 셀의 전체 내부를 원료액 입구로부터 원료액 출구로 수평축을 갖는 나선형 흐름형태로 비스듬히 흐르고, 상기 기포 발생 수단이 고속 회전에 적합한 터빈 로터를 포함하며 상기 터빈 로터의 발생 라인을 따라 로터의 상부에 인접 배치되어 상기 터빈 로터쪽으로 개구된 적어도 하나의 공기 배출구를 갖는 공기 공급관을 구비한다.

본 발명에 따른 탈잉크용 부유 선별 장치에 있어서, 원료액은 한 단부에 있는 셀내로 흘러서 기포 발생 수단 또는 장치 내로 흡입되어 기포와 혼합되고 외주면으로 균일하지 않게 흐르지만 기포 생성 수단으로부터 편향된 힘을 받는다. 기포와 혼합된 원료액은 나선형 흐름통로를 따라 셀내로 상승한다.

상기 기포는 원료액 흐름과 함께 원료액의 자유면에 도달한 후 자유액면을 넘친 포말로서 유지하는 원료액으로부터 분리된다. 상기 포말은 트로프내로 넘쳐 흐르고 외부로 배출된다.

상기 기포로부터 자유로와진 원료액은 상승 원료액 통로와 대향한 하향 흐름 통로를 통과해 셀내의 하부로 흐르고 원료액이 기포를 다시 함유하는 기포 생성 수단을 다시 통과한다.

상기 기포 발생 수단 또는 장치는 제10도에 도시된 장치에 따라 정제 기포를 생성할 수 있다. 특히, 로터상의 공기 공급 파이프의 공기 포트에 있는 상기 공기는 고속 회전하는 각 터빈 블레이드 주위에서 순환하는 원료액과 결합하고 로터 내로 흐른 공기는 블레이드 후미에 있는 음극 영역에 포집된다. 한편, 터빈 로터와 일치하여 인접 회전하는 원료액은 공기 공급 파이프와 충돌하고 압력 증가로 감속되어 리부 원료액이 터빈 로터 내로 흐르게 하며 공기가 일부 원료액과 함께 터빈 로터내로 흐르게 한다. 터빈 로터내로 흐른 공기 및 원료액은 블레이드 내부 엣지에 의해 전단력을 받아 혼합된다. 그후 원심력 때문에 상기 원료액은 터빈 로터로부터 외부로 흘러 원료액내에 함유된 상기 기포가 블레이드 외부 엣지에 의해 전단력을 받게 되어 원료액내에 균일하게 분배되고 더욱 정제된다.

터빈 로터와 일치하여 인접하여 순환하는 원료액의 대부분은 셀 내의 나선형 흐름통로의 형성을 촉진하는 상승 흐름으로 상기 로터로부터 이격하여 이동한다.

본 발명은 첨부도면과 관련된 적합한 실시예의 하기 설명으로 더 분명해질 것이다.

제6도 내지 제10도를 참조하여 본 발명의 적합한 실시예를 상세히 기술한다. 도면에 있어서 참조부호1은 원료 입구, 2는 원료 출구, 3은 기포 발생 수단 또는 장치, 4는 포말을 포획하는 트로프, 5는 원통형 배럴(5a)과 그 배럴(5a)의 대향 단부에 부착된 단부판(5b,5c)을 구비한 셀, 7은 원료액, 8은 원료액(7)의 자유면, 9는 포말, 10은 정제 기포, 11은 나선형 흐름 통로, 21은 터빈 로터, 22는 저널, 23은 리브, 24는 블레이드, 25는 터빈 로터 본체, 26은 공기 공급 파이프 및, 26a는 공기 포오트를 각각 나타낸다.

상기 셀(5)은 배럴을 대략 수평방향으로 설치하여 그 상부가 절단된 원통형 배럴(5a)과, 배럴(5a)의 대향 단부에 부착된 단부판(5b 및 5c)과, 바닥판(5f)을 갖는 직사각형의 단면이고, 한쪽으로 돌출된 포말 트로프(4)를 형성하는 프레임 부재(5d)포함한다. 특히, 상기 부재(5d)중 하나는 배럴(5a)의 일측면에 있는 상부 절단 엣지(5e)로부터 연장하고, 상기 부재(5d)중 두개는 단부판(5b,5c)으로부터 수직방향으로 연장하며 상기 하나의 부재(5d)에 연결되어서 상기 절단 엣지(5e)로부터 수평으로 연장하고, 나머지 부재(5d)는 배럴로부터 연장하는 바닥판(5f)뿐만 아니라 상기 두 부재(5d)에 연결되며 이에 의해 포말 트로프(4)를 형성한다. 오우버플로우판(5g)은 배럴(5a)의 다른 측면에 있는 다른 절단 엣지(5e)와 일체로 형성되고 외부로 경사지게 연장되어 포말이 상기 판(5g)을 넘쳐 트로프(4)로 유입하게 한다.

상기 셀(5) 바닥의 일단부에 있는 원료 입구(1)는 배럴(5a)의 축방향으로 연장된 입구 파이프(1a)와 입구 파이프(1a)에 연결되어 상기 파이프(1a)에 수직하며 배럴(5a)에 접하는 노즐(1b)을 포함한다. 셀(5) 바닥의 다른 단부에 있는 원료 출구(2)는 원료 입구(1)의 구조와 유사하고 입구(1)와 대칭적이다.

상기 기포 발생 수단 또는 장치(3)는 셀(5)의 하부 부분에 있는 단부판(5b 및 5c)사이로 연장한다. 제9도 및 제10도에 도시한 바와같이, 상기 기포 발생 장치(3)는 터빈 로터(21) 및 그 로터(21)에 인접하여 그 상부에 배열된 공기 공급 파이프(26)를 포함한다. 상기 로터(21)는 원통형 케이지 형태인 로터 본체(25) 및 그 본체(25)의 대향 단부로부터 외부로 연장하는 저널(22)을 포함한다. 특히, 상기 로터 본체(25)는 동일하게 이격된 관계로 된 서로 평행하고 동축적인 복수개의 디스크형 리브(23a,23b ; 본 실시예에서 4개)와 방사방향 등각 관계로 상기 리브(23a,23b)의 외주면에 단단히 부착된 복수개의 블레이드(24)를 배치함으로써 구성된다. 상기 저널(22)은 로터 본체(25)의 대향 단부에 있는 리브(23a,23b)의 중심으로부터 외부로 연장된다. 상기 공기 공급 파이프(26)는 터빈 로터쪽으로 개방되고 원형 구멍 또는 긴 홈구멍(슬릿) 형태인 공기 출구(26a)를 갖는다. 터빈 로터(21)의 저널은 단부판(5b,5c)를 지나 외부로 연장하고 단부판(5b,5c)의 외면에 단단히 부착된 베어링(3b)에 의해 지지된다, 벨트 풀리(3a)는 하나의 저널(22)로 지지되고 모터(도시않음)와 구동적으로 결합되어 풀리(3a)가 고속 회전으로 구동된다.

상기 기포 발생 수단(3)은 원료 입구(1)로부터 셀(5)안으로 유입되는 원료액으로 형성된 나선형 흐름 통로의 상승 통로(제6도에서 우측면)측을 향해서 상기 배럴(5a)의 축에 대해 편향 관계로 배열되어 있다.

상술된 구조와 함께 그 부유 선별 장치의 작동법이 하기에 설명된다.

원료액(7)은 원료액 입구(1)의 파이프(1a)를 통하여 축방향에서 셀(5)내로 유입되고, 유동 방향을 대략 90°정도 변경하므로서 노즐(1b)로부터 셀(5) 바닥의 일단부를 향해 접선 방향으로 흐른다. 원료액이 유입될때의 관성력으로 인하여 그 원료액은 기포 발생 장치(3)에 도달하고, 거기서 미세 기포와 혼합하여 비중과 부력이 명확히 감소된다. 셀(5)안으로의 도입시 관성력과 부력의 조합으로 인해 원료액(7)은 상향으로 흘러서 자유면(8)에 도달한다. 터빈 로터(21)의 외주면과 함께 이동하는 원료액 유동(30)은 로터(21)상의 공기 공급 파이프(26)에 충돌하여 상향 및 하향 흐름(31,32)으로 분리된다. 상향 흐름(31)은 상술한 상승 흐름을 보강하는 반면에 하향 흐름(32)은 파이프(26)로부터 로터(21)안으로 공기 유입을 보조한다.

미세 기포(10)를 함유한 원료액은 상승하여 자유면(8)에 도달한다. 자유면(8)을 지나서 포말 트로프를 향해 흐르며 일부 미세 기포는 포말 상태로 자유면(8)위에 잔류한다.

이제 미세 기포가 제거된 원료액은 포말 트로프(4)의 측면 배럴(5a)의 내면을 따라 하부로 흘러서 기포 발생 장치(3)로 복귀한다. 이러한 방법으로 원료액은 셀의 축 둘레를 선회하며 연속적으로 셀안으로 유입하고 원료액의 위상이 실제로 원료액 출구(2)를 향해 이동되어 제6도 내지 제8도에 도시된 바와같이 반시계 방향의 흐름 통로(11)를 따라 원료액 출구(2)를 통하여 셀(5)밖으로 배출된다.

상술한 바와 같이, 기포 발생 장치(3)의 구성은 압축 공기가 고속 회전하는 터빈 로터(21)를 향해 불어가도록 되어 있고, 제10도에 도시된 바와 같이 고속 회전 중인 블레이드(24) 주변에 순환 유동(35)이 존재하므로 압축 공기가 블레이드(24)의 유동 방향 후방에서 로터(21)내로 유입된다. 미세 기포를 함유한 원료액(7)은 원심력과 순환 유동(35)에 의해 로터(25) 밖으로 배출된다. 두 배 또는 공기가 터빈(21) 안밖으로 흐를때 공기는 지극히 강한 전단력을 받아 원료액(7)에 혼합될 미세 기포(10)로 된다. 흐름 통로(11)에 있는 기포 발생 장치(3)로 인해 기포(10)는 원료액에 균일하게 혼합되며 이러한 원료액(7)의 혼합 및 분리가 반복적으로 수행된다.

원료액(7)에 균일하게 분배되고 일정한 상승 속도를 갖는 기포(10)로 인해 원료액 유동은 안정된 상태를 유지된다. 또한 셀의 형태상 원료액 유동 경로의 흐트러짐이나 자유면의 혼란 및 포말 분배의 변화는 발생할 수 없다. 결과로서, 안정된 포말 트로프(9)가 자유면(8)위에 형성되고 원료액에 포말 트로프가 재수용되지 않는다. 자유면(8)위의 포말은 원료액(7)의 와류로 인해 포말(4)쪽으로 밀려 오우버플로우판(5g)을 넘쳐서 포말이 외부로 배출되고 필요시 부가 과정을 거치는 포말(4)속으로 범람한다. 부가 과정을 거친 것은 원료액 입구(1)로 복귀한다.

탈잉크용 부유 선별 과정으로 원료액에서 제거할 수 있는 잉크 입자의 직경은 10μm 이상이어야 하며 잉크 입자의 가장 적합한 직경 범위는 10 내지 15μm 이다. 또한, 수지 바인더로 굳어진 탄소 입자를 포함하는 고형물이고 직경 1mm인 기포에 의해 흡착가능한 잉크 입자의 직경은 13μm 정도이다. 따라서 기포의 직경이 작을수록 더 작은 직경의 잉크 입자를 흡착할 수 있다. 신문 인쇄 방법에서 보다 아름다운 글자 인쇄를 갖는 오프셋 인쇄는 철판 인쇄로 이행되고 있다. 오프셋 인쇄용 잉크에 함유된 탄소 입자는 매우 미세하고(0.01μm가량) 인쇄후에 섬유로부터 용이하게 제거되지 않는다. 이러한 문제를 극복하기 위하여 최근 개발된 탈잉크용 설비 중 양호한 것은 원료를 고 농도로 하고 섬유에 기계적 전단력을 가함으로써 부착된 잉크 입자를 제거하는 탈잉크 방법이다. 전단력은 물론 탈잉크 입자를 보다 미세하게 만들어 부유 선별 방법으로 제거될 잉크 입자의 직경이 아주 미세해지게 한다.

종래의 기포 발생 장치와 비교할 때 본 발명에 따른 기포 발생 장치는 극히 양호하게 미세한 기포를 발생시킨다. 발생 기포의 직경 측정이 매우 어렵기 때문에 원료액에서 용해된 공기의 체적은 함유된 기포의 직경 및 체적을 나타내는 척도로 이용되며 발생 기포의 직경이 작을수록 부상 속도가 느려지고 원료액내에 잔존하는 공기의 체적은 커지게 된다. 용해된 공기의 체적은 액면의 상승에 의거하여 측정된다.

종래의 부유 선별 장치(예를 들면 제1도에 도시된 바와 같은)에서 용해 공기량은 2 내지 10%이나 본 발명에 따른 용해 공기량은 20 내지 25%까지 증가된다. 터빈의 회전 속도가 빠를수록 용해 공기량은 커진다.

제11도에 도시된 그래프는 각각 G/V가 0.6 일때와 0.3 일때의 용해 공기량을 도시한다.

여기서 G : 송풍 공기량(m³/min)

V : 셀 체적(m³)

실험 조건 : 원료액으로 사용하는 신문 폐지와 농도는 1% 였으며 탈잉크제를 첨가.

공기 체적이 증가될 지라도 용해 공기량은 거의 증가하지 않지만 회전 속도가 높을수록 용해 공기량은 증가한다는 것은 알 수 있다. 다시 말해서 회전 속도를 변화시킴으로써 기포의 직경을 변화시키는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 기포 발생 장치의 구성 및 작동 모드를 본 발명의 기포 발생 장치와 가장 유사한 최근에 개발된 회전식 확산 장치와 비교하여 설명하겠다.

본 발명에 따른 장치와 종래 장치의 가장 중요한 구성상의 상이점 중 하나는 종래 장치는 로터 내부에서 공기를 공급받는 반면에 본 발명의 장치는 로터 외부에서 공기를 공급받는다는 것이다. 유지성의 관점에서 구성상의 차이는 중대하다. 본 발명의 장치는 공기 공급 시스템과 로터가 서로 분리가능하여 구성이 단순하고 세척 및 정비가 매우 용이하나 종래 장치의 경구 원료액 기밀 밀봉성이 구성상 매우 복잡하고 분해 세척과 점검 및 정비가 어렵다.

종래 장치로부터 본 발명에 따른 기포 발생 장치의 구성상의 차이점은 종래 장치가 내부에서 배출되는 공기를 로터의 외부 주변에 있는 원료액와 혼합하는 반면에 본 발명의 장치는 공기와 원료액를 터빈 외부에서 내부로 도입하여 장치의 내부에서 혼합하여 배출하게 한다는 것이다.

기포 발생의 안정화라는 견지에서 상술한 구성상의 차이는 매우 심대한 영향을 끼친다. 본 발명의 장치에서 공기량이 비상하게 크지 않은 한, 터빈에 도입된 공기와 원료액은 서로 혼합되어 배출됨으로써 공기량 및 원료액 압력에 무관하게 발생된 기포는 안정화된다. 또한, 종래 장치에서는 공기와 원료액 사이의 평형이 상실될 때는 기포를 전혀 발생시킬 수 없다. 즉, 공기 체적이 증대될 때 로터는 공기로 둘러싸여 기포의 급작스런 과열이 일어나고 공기 체적이 줄어들때 원료액이 로터속으로 밀려들어가 공기 배출을 방해한다.

제12도는 동일 직경의 로터를 갖는 상술된 회전형 확산 장치 및 본 발명에 따른 기포 발생 장치의 한계 G/V 를 도시한 그래프이다. 이 경우에, 상기 한계 G/V 는 기포의 급작스런 폭발을 야기하지 않는 최대 공기량을 나타낸다. 이것은 본 발명의 장치의 한계 G/V 가 높다는 것을 나타낸다.

제2의 차이점은 발생된 기포의 치수의 차이이다. 본 발명에 따르면, 상기 기포가 로터로의 출입시 두번의 전단력을 받게 되므로 상기 기포는 더욱 정제된다. 한편, 종래 장치에 있어서 상기 기포는 로터 외부로 흐를때 전단력을 한 번만 받게 되므로 기포의 정제도가 낮다. 상술된 바와같이 발생된 기포의 치수에 대한 변수인 용해 공기량은 동일 조건하에서 본 발명의 장치의 경우에 있어서는 24% 이고 상술된 회전형 확산 장치의 경우에서는 12% 이다. 상기 실험 조건은 다음과 같다.

G/V = 0.25

원료 : 폐신문지

농도 : 0.8%

로터 원주 속도 : 600m/min

상술된 종래 회전형 확산 장치에 있어서, 회전력의 주요 부분은 상기 셀내에 기포가 균일하게 분포되도록 요동시키기 위해 사용된다.

본 발명에 따른 기포 발생 장치는 셀내의 상승 원료액 흐름쪽으로 기울게 해서 기포를 지닌 상승 원료액 흐름은 원료액를 상향의 나선형 흐름이 되게 한다. 터빈 로터(21)에 의해 야기되고 후자와 일치해 이동하는 상기 원료액 흐름은 공기 공급 파이프(26)에 충돌하여 일부 원료액이 상향으로 흐르고 동시에 나선형 흐름도 더 강력해진다. 상기 원료액 통로가 안정되고 상기 기포가 나선형 원료액 흐름에 혼합되며 셀내에 균일하게 분포되어 적합한 공기량이 원료액에 혼합될 수 있는 한 상기 터빈 로터(21)의 직경은 최초 치수로 형성될 수 있다. 요동하기 위한 동력이 작아지고 전체 소비 동력도 작아진다.

제13도는 셀이 직사각형 횡단면을 갖고 바닥의 엣지가 아크형태로 묶여있는 본 발명에 따른 탈잉크용 부유 선별 장치의 제1변형예를 도시한 단면도이다.

각진 단면을 갖는 상기 셀은 원통형 셀과 비교해서 저속의 나선형 원료액 흐름을 가질 수 있으며 그것은 용적에 비해 소형이고 용이한 제작상의 이점을 갖는다. 한쌍의 기포 발생 장치는 상기 셀의 한쪽에 치우치게 배열되며 기포가 셀내의 원료액의 전체용적에 더 균일하게 분포되므로 단지 하나의 커다란 공기 발생 장치보다 훨씬 더 적합하다.

제14도는 셀이 삼각형 단면을 갖도록 몇몇 엣지가 상기 바닥 엣지보다 크고 직선 형태로 묶여 있는 본 발명에 따른 부유 선별 장치의 다른 변형예를 도시한다. 이와 같은 구성은 기포 발생 장치에 대향하는 측면에 형성되는 데드 죤을 제거하는 것이다.

제15도는 상기 셀이 직사각형 단면이고 두 기포 발생 장치가 상기 셀 축으로부터 약간 편향되게 그리고 상기 셀 축을 통과한 수직평면에 대해 대칭 관계로 배열된 두 나선형 흐름이 중앙부에서 상승 흐름을 일으키고 셀벽을 따라 하부로 흐르게 형성된 본 발명의 제3변형예의 단면도를 도시한다.

제16도는 제15도에 도시된 상기 제3변형예의 다른 변형예를 도시한다. 상기 제3변형예와 다르게 두 기포 발생 장치는 상기 셀의 측면벽쪽으로 치우쳐 있어 하향 흐름이 상기 장치 사이에 형성되고 상향 흐름이 상기 셀벽의 측면상에 형성된다. 상기 제3변형예와 동일하게 정면 홈통이 상기 셀의 중앙부에 배열된다. 그것은 셀의 치수가 클 때 이점을 갖는다.

제17도는 코어(40)가 나선형 흐름 축 근처에 있는 상기 셀의 길이를 따라 수평으로 연장하는 상기 셀보다 치수는 작고 모양이 유사한 제4변형예를 도시한다. 상기 코어(40)때문에 상기 나선형 흐름이 기포 발생 장치(3)를 통과해서 기포를 지닌 원료액과 혼합을 훨씬 용이하게 하고 나선형 흐름 축 근처에서 발생되기 쉬운 데드 죤을 방지할 수 있다.

제18도는 경사진 셀 바닥을 갖는 본 발명의 제4변형예의 횡단면을 도시한다. 이 경우에는 경사진 바닥과 평행하게 기포 발생 장치를 배열하는 것이 좋다. 상기 원료액이 셀로부터 쉽게 완전히 배출되어 셀의 청소가 용이하다는 점에서 유리하다.

제19도는 기포 발생 장치의 터빈 로터의 제1실시예를 도시한 측면도이다. 상기 로터는 도시한 대로 원추형이다. 상기 원료액 출구에 인접한 로터의 직경은 기포의 정제를 위해 로터 출구부의 원주 속도를 증가시키도록 크게 형성된다. 그 결과로 출구에 근접할수록 소재 및 정화 효과가 커진다.

제20도는 터빈 로터의 제2변형예를 도시한 도면이며, 상기 로터는 직경이 다르고 서로 동축 관계로 직경 순서로 상호연결된 복수개의 실린더를 포함하는 망원경식 원통형상이다. 이 변형에는 제19도에 도시한 것과 유사한 효과를 얻을 수 있다.

제21도는 터빈 블레이드가 나선형으로 꼬여 있어 나선형각이 원료액에 축방향 힘을 제공하는 터빈 로터의 제3변형예를 도시한다. 그 결과로 원료액의 나선형 흐름을 제어할 수 있다.

제22a도는 각 블레이드가 방사 방향에 대해 일정한 각으로 경사진 터빈 로터의 터빈 블레이드의 제1변형예를 도시한다. 화살표 70으로 나타낸 방향으로 로터가 회전하면 상기 로터는 작은 힘으로 구동될 수 있고 기포의 용적도 감소한다. 그와 반대로 로터가 화살표 80으로 나타낸 방향으로 회전하면 상기 로터를 구동하는데 더 많은 힘이 필요하고 기포의 용적도 증가한다.

제22b도는 각 블레이드가 아아크형인 터빈 블레이드의 제2실시예를 도시한다. 상기 블레이드가 화살표 70으로 나타낸 방향으로 회전하면 필요로 한 구동력은 감소되고 공기량도 감소한다. 반대로 상기 블레이드가 화살표 80으로 나타난 방향으로 회전하면 요구되는 구동력은 증가하고 공기량도 커진다.

제22c도는 각 블레이드가 더 쉽게 제조되어 생산 비용을 낮춘 블레이드가 되도록 둥근 로드의 형태로 된 터빈 블레이드의 제3변형예를 도시한다.

제23도는 터빈 로드의 다른 변형예를 도시한다. 도시된 바와 같이 터빈 로터의 외곽벽보다 치수가 작고 모양이 유사한 코어(29)는 상기 로터 내부에 배열된다. 생산 비용 증가의 요인이 될 수 있는 상기 코어(29) 때문에 상기 구동력이 감소될 수 있고 공기량이 증가하는데 이롭다.

제24a도, 제24b도 및 제24c도는 기포 발생 장치의 공기 공급 파이프(26)의 다양한 변형예를 도시한다. 각 변형예는 상기 로터와 일치해 상향 흐름내로 이동한 상기 원료액 흐름의 전환을 강력하게 하는 직선부를 갖는다.

본 발명에 따른 상기 탈잉크용 부유 선별 장치 및 몇몇 부분은 상술된 실시예 및 변형예에 한정되는 것이 아니고 다른 다양한 변형예가 본 발명의 진정한 정신을 이탈하지 않고 형성될 수 있다고 이해해야 한다. 예를 들어 청구된 부유 선별 장치에 제3도에 도시한 대로의 회전 확산 장치를 첨가한다면 부수 효과를 얻을 수 있다. 유사하게 청구된 기포 발생 장치가 제2도에 도시된 종래의 셀과 일치되면 부수 이점을 얻을 수 있다. 원료액 자유면상의 거품을 수집하기 위한 하나 이상의 블레이드가 첨가될 수 있다.

본 발명의 장점 및 효과를 요약하면 하기와 같다.

1. 수평으로 배치된 원통형 배럴내에서, 원료액은 수평 나선형 통로를 따라 출구와 입구 사이로 흐르며, 나선형 흐름동안 원료액은 기포 발생 장치상에서 접촉, 상향 흐름, 원료액의 자유면에서 포말의 분리, 하향 흐름 및 다시 기포 발생 장치에 접촉하므로써 다음과 같은 사이클을 반복한다.

1) 정제 기포는 원료액에 균일하게 반복적으로 혼합되므로써 공기의 불필요한 송풍을 제거하며 필요한 공기 송풍 동력을 감소시킨다.

2) 상기 기포는 원료액의 요동에 의해 원료액내에서 혼합되므로써 요동을 위한 동력이 불필요하고 기포 발생 장치를 위한 구동력이 감소된다.

3) 원료액내에서 혼란이 일어나지 않고 셀내에 정체 영역이 없으므로, 원료액의 처리량을 위한 셀의 체적은 더 적게 되고 수입된 백색도의 변형이 최소로 감소된다.

4) 원료액과 기포의 반복적인 혼합과 분리는 처리 시간을 단축시키고 원료액의 처리 용량을 위한 셀의 체적을 감소시킨다.

5) 원료액의 자유면상에서 분배가 일어나지 않고 포말이 균일하게 발생되므로, 원료액의 자유면상에서 부상한 포말은 원료액에 의해 다시 혼입되는 것을 방지하고 부드럽게 제거된다.

2. 본 발명에 따라 로터 외부로 배출된 공기를 갖는 종래 기술과 비교하면, 공기 공급 파이프는 로터안으로 로터의 외측에서 공기를 송풍하기 위해 고속 회전으로 회전하는 터빈 로터의 빈 공간에 배치되어 있으므로, 기포에 대한 강력한 전단력이 다음과 같은 것에 의해 얻어진다.

1) 발생된 기포는 치수에 있어서 더 감소되며 잉크 입자를 더 포집할 수 있다.

2) 밀봉 수단은 구성 및 정비성에 있어서 간단하며 로터내로 침입된 원료액에 의해 로터의 공기 입구의 어떤 방해도 방지된다.

Claims (5)

1. 상부에 자유면(8)을 갖는 원료액(7)을 저장하기 위한 셀(5)과, 상기 셀내로 원료액을 유동시키기 위한 원료 입구(1)와, 상기 셀 외부로 원료액을 유동시키기 위한 원료 출구(2)와, 원료액의 자유면위로 부상하는 포말(9)을 수용하여 외부로 배출하기 위한 포말 트로프(4) 및, 상기 셀의 하부 부분에 있는 기포 발생 장치(3)를 포함하는 부유 선별 장치용 기포 발생 장치에 있어서, 상기 기포 발생 장치(3)는 외주상에 복수개의 블레이드(24)를 가지며 고속으로 회전하는 터빈 로터(25)와, 상기 터빈 로터(25)의 외주 부근에서 그 발생선을 따라 배치되고 상기 터빈 로터를 향해 개구된 적어도 하나의 공기 공급 포트(26a)를 갖는 공기 공급 파이프(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 터빈 로터(25)는 수평방향으로 연장하는 축을 갖는 원통형상이고, 상기 공기 공급 파이프(26)는 상기 터빈 로터상에 배치된 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 터빈 로터(25)는 절두 원추형상인 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 터빈 로터(25)는 직경이 다른 원통형을 치수 순서대로 서로 동축적으로 배열한 망원경식인 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 터빈 로터(25)는 내부에 상기 로터와 유사한 형상의 코어(29)를 갖는 것을 특징으로 하는 기포 발생 장치.