KR100650446B1 - 유리병의 건식 세정방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리병에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들을 고온·고압의 건증기를 증기스트림으로 발생시켜 물리적.열적에너지를 갖는 증기를 유리명 외부 및 내부에 부라스팅하여 일차로 증기세정하고, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하며, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식후처리로 세정을 하거나 또 다시 병내부 위생세척과 건조를 위해 극저온이산화탄소를 이용하여 유리병 건식세정을 하는 유리병건식세정방법 및 그 시스템이다.

증기세정, 포화증기, 건포화증기, 증기스트림, 증기분사, 브라스팅, 대기압유기열분해, CO₂세정

Description

유리병의 건식 세정방법 및 그 시스템{Bottle Dry Cleaning Method and System therefor}

도 1A, 도 1B, 도 1C와 도1D는 본 발명에 따라 증기세정을 단계별로 수행하는 상태를 나타내는 개략적인 도면,

도 2는 본 발명에 따라 건식세정을 수행하는 세정기들을 개략적으로 배열하여 보인 시스템의 구성도이다.

※ 주요도면부호의 간단한 설명 ※

11: 컨베이어 20: 유리병 21, 22, 23: 노즐

30: 예열장치 40: 제1 로타리세정기

50, 60, 70: 제1, 제2, 제3 증기세정기 80: 제2로타리세정기

110: 예열장치 120: 유기열분해연소장치 130: 냉각기

141: 정밀 증기세정기 151: 정밀 CO₂세정기

140, 150: 제3 및 제4 로타리 세정기

본 발명은 각종 주류·식음료의 내용물을 담는 유리병등과 같은 유리제품의 외부표면에 부착되어 있는 브랜드를 나타내는 라벨(Label), 이 라벨을 접착시키는 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 이물질을 각각 선택된 적합한 세정방식으로 처리하는 유리병 건식 세정방법 및 그 시스템을 제공하는 것에 관한 것이다.

종래에는 라벨과 접착제등의 이물질을 제거하는 세정방법으로 화학적 습식 세정방식을 이용하는 세병장치가 개발되어 사용되어 왔다. 현재 전세계적으로 가장 효율적이고 경제적인 방법으로 알려져 있다.

이 장치는 종류에 따라 다양하나 기본적으로 예비세정(Prerinsing) → 침잠(Soaking) → 세정(Rinsing) → 최종세정(Final rinsing) 과정을 거치며 특히 특정온도와 가장 저렴한 효과적인 세정제인 가성소다(NaOH)와 몇가지 보조제를 사용하여 세척, 살균하여 세정하게 된다.

그러나 오염상태가 아주 심한 경우 화학적 습식세정의 한계로 인하여 불완전세정으로 세척불량이 나오게 된다. 이 때문에 간혹 제품의 품질이 저하되고 소비자 신뢰에는 나쁜 영향을 미치게 된다.

이에 화학적 습식세정의 한계를 극복하기 위한 유리병 건식세정방안이 창안된 바 있다. 유리병을 건식세정을 하도록 한 것으로는 한국특허 제444129호가 있으며, 이 특허는 각종 주류·식음료병으로 사용된 후 버려지는 폐 유리제품을 재활용 하도록 표면에 부착되어 있는 라벨을 소각에 의해 제거하는 “유리제품라벨제거 방법"을 개시하고 있다.

이 한국특허는 유리병에 열충격을 방지하기 위한 쇼크 방지액을 도포하고, 이를 약 600~800℃의 소각로를 통과시켜 폐 유리제품의 라벨등의 이물질을 소각시키는 라벨소각단계와 소각로 후반부 내부에 냉각공기를 주입하여 폐 유리제품을 상온으로 강제 냉각시키는 냉각단계를 포함하고 있다.

그러나, 이 한국특허에서는 두 가지 측면의 구조적 문제점을 가지고 있다. 첫째, 유리공학 및 연소공학특성 측면에서 유리용기의 변형, 강도내구성 저하가능성과 용기변형에 의한 용기내부의 연소탄화물 고착현상을 일으킨다. 둘째, 라벨·접착제와 오염물연소제거측면에서 불완전연소, 애싱(ashing)현상과 접착제등의 탄화열변성 그리고 용기 내외부의 세정완성도 미흡 등의 문제점들이 그것이다.

이러한 문제점의 근본원인들은 소각온도 600-800℃의 고온연소를 하는데 기인한다. 즉, 참고도4에 도시와 같이, 종이라벨의 소각제거를 위해서는 종이의 자연발화점인 약 500℃ 이상으로, 합성수지계라벨(예:HDPE)제거를 위해서는 폴리에틸렌계의 자연발화점이 349℃이나 소각연소 발열량(종이의 2.5배)이 매우 높아 소각로 온도를 급격하게 올리는 효과가 있는등의 이유로 고온연소가 불가피한 관계로 소각온도를 600~800℃로 결정하게 되었으나, 이 소각온도에서는 연화점(softening point) 500~800℃, 서냉점(annealing point) 472~523℃, 뒤틀림점(strain point) 412~472℃을 갖는 소다석회규산염으로 되는 폐유리병에 심각한 품질훼손 뿐 아니라, 한편으로는 서냉속도를 준수하지 않으므로써 뒤틀리는등의 구조적 변형과 강도·내구성의 저하를 가져오게 될 수 있다. (이는 미국 ASTM규정에서 유리의 주요특 정기준점(reference point)에 준하여 설명 되었다.)

또한, 연소공정중에 산소공급이 원활치 않을 경우 병내부의 고형 이물질이 불완전연소에 의해 유기물은 불완전 연소되어 탄화생성물이 남게 되고 이 중 일부가 유리조직 용융과 함께 탄화물이 고착되는 현상이 있을 수 있으며, 냉각 후 고착된 탄화물은 어떠한 후처리 공정으로도 제거하기 어렵게 된다.

이외에도, 회수 재활용병(returnable bottle)의 경우, 제조유통기간까지 라벨 접착력이 유지되고 있는 상태에서 재활용되기 위해 알카리용액으로 세척하여 라벨을 탈락시키도록 한다. 이때 사용되는 라벨은 유리병의 표면에 부착시키기 위하여 거의 대부분 “편아트라벨지”와 우유 카제인 (Milkcasein)을 주제(主劑)로 한 “카제인 접착제(casein glue)"를 사용하고 있다.

여기서, 아트지는 백상지를 원지로 하여 백색안료와 바인더를 주성분으로 하는 도공액을 더블 코팅한 종이로 백색도·광택도 등 미적인 상품가치와 인쇄적성을 향상시킨 종이이다. 또한, 주류·음료병 등에 사용되는 것은 내수 라벨지로써, 강한 치수 처리를 하여 알카리용액으로 세병하여도 라벨지가 풀어지지 않고 원형 그대로 남아 회수될 수 있도록 한 내수성 및 내알카리성이 강화된 제품이다. 습윤강도, 치수안정성 및 평활성이 우수한 제품으로 옵셋 및 그라비아 인쇄시에도 인쇄적성이 우수하여 탁월한 인쇄효과를 자랑한다. 이때 사용되는 라벨지의 가장 큰 특징은 편면지(片面紙)라는 점이다. 앞면은 인쇄를 위해 안료코팅을 특수처리하고, 풀칠한 뒷면은 코팅하지 않는다.

이와같은 편아트 라벨지의 일부를 구성하고 있는 유무기질 성분 중 유기물들 은 고온연소(600~800℃)에 의해 연소제거될 수 있으나, 인쇄된 편아트라벨지 자체의 무기물성분이 대략 30~40%에 달해 연소되어도 연소생성물(산화물)이 재(ash)형태로 병표면에 두텁게 점착하여 잔재하게 된다. 이와같이 두텁게 점착하여 잔재된 많은 양의 재로 인하여 후처리공정의 처리부하가 커질뿐 아니라 이를 물리적 후처리에 의해 제거하기 쉽지 않게 된다.

또한 재 형태로 남은 라벨지의 잔재를 제거한다 하더라도 그 밑에 카제인 접착제의 일부가 난용성의 팽윤탄화(膨潤炭化)로 변성되어 어떠한 후처리로도 제거할 수 없는 결정적 결점이 된다.

특히, 카제인 접착제(casein glue)는 우유로부터 얻어지는 단백질 카제인(casein)에 소석회와 나트륨염을 결합시킨 우유 카제인(Milkcasein)을 주제로 하여 만든 것으로, 그 조성분은 수분 70%, 유기고형분 20%, 무기고형분 10%로 구성되어 있다. 이 카제인접착제는 고습도하에서는 접착성능이 떨어지나 습도가 낮은 곳에서는 접착성능이 강해지며 내노화성이 우수하고, 도포시에 액상인 접착제가 유동성으로 인하여 피착제의 구석구석까지 침투하여 맞물리게 하는 습윤현상(wetting)을 갖고 있다. 또한 카제인(casein)은 연소시 황색·회색의 연기를 발생시키는 잘 연소되지 않는 난연성을 가지며, 팽윤탄화(膨潤炭化)하는 특성을 갖고 있다. 이 카제인 접착제는 폴리비닐알코홀 접착제(PVA glue)와 혼합하여 사용하기도 하는데 폴리비닐알코홀(PVA: Polyvinyl Alcohol)은 수용성의 합성고분자의 일종이면서도 “물에 녹는” 독특한 성질을 갖고 있다.

이러한 “카제인 접착제”는 라벨을 부착시킨 이후, 제조·유통과정 중에서 수분증발에 의한 건조로 접착력은 점차 강해지며 주로 유무기고형물의 혼합형태로 있게 된다. 이런 상태에서 고온연소(600~800℃)를 하게되면 유기물이 일부 연소분해 제거된다 하더라도 카제인접착제의 띠형태의 접착모양(glue mark)이 남아있게 된다. 이는 습윤현상에 의해 병표면과 밀착접착된 고분자단백질 카제인과 유무기물의 복합체의 일부가 연소되면서 고열에 의한 팽윤탄화 변성되어 난용성의 물질로 바뀌어 어떠한 화학적, 물리적 후처리공정으로도 제거가 불가능한 접착모양으로 잔재하게 된다.

한편, 유리병 외표면의 라벨과 접착제 이외의 유기오염물은 산소공급이 용이해 비교적 쉽게 분해 연소시킬 수 있으나 병목이 길거나 병구가 좁은 형태의 유리병의 경우 병내부로의 산소공급이 원할치 않아 고형이물질의 불완전연소에 의한 탄화현상으로 유기물제거가 완벽치 않을 수 있어 후처리로 이물질을 제거하는 데에 한계가 있을 수 있다. 또 한편 이런 점착고형탄화생성물이 고열에 의한 유리조직용융시 병표면에 고착냉각되어 유리병 탄화생성물고착현상의 원인이 된다.

더나아가, 종래기술에서는 일회용병(oneway bottle)의 경우, 한번 유통되어 사용된 후 폐기되는데 따른 재활용에 대한 고려가 없는 관계로 디자인과 기능에 충실한 다양한 라벨(종이계·합성수지계 등)과 다양한 접착제(핫멜트계·수지계·고무계·전분계 등)를 사용하고 있어 고온연소(600~800℃)에 의하여 재활용한다면 여러 가지 문제점을 갖는다는 것은 분명하다.

즉, ·편아트 라벨지와 합성수지 핫멜트 접착제를 사용한 경우는 고온연소에 의해 종이라벨과 접착제가 분해연소소각은 되나 많은 양의 재가 병표면에 접착되어 후처리 부하가 클뿐만 아니라 이를 물리적 후처리에 의해 제거하기가 쉽지 않다.

합성수지라벨과 합성수지계 유기접착제(수지계, 고무계)를 사용한 경우는 고온연소에 의해 폴리아트(Polyart)지의 합성수지라벨과 접착제가 연소분해소각되나 이 역시 재가 병표면에 묻어나와 후처리에 부담을 준다.

* 폴리아트지(Polyart paper)는 2축 연신된 고밀도폴리에틸렌(HDPE)필름에 코팅된 합성지로서 인장파열강도가 종이의 5배이고, 내수성이 뛰어나 물속에서도 변하지 않아 내질성이 아주 뛰어나고(종이의 100배). 인쇄성이 뛰어나며, 천연색 인쇄가 가능하고, 잉크건조 속도가 타 합성수지보다 빠르다(2~4시간).

이 폴리아트지와 같은 합성수지라벨과 천연수지계 유지접착제(단백질·전분계)를 사용한 경우, 고온연소에 의해 합성수지 라벨은 연소되어 재상태로 제거되나 앞서 언급한 접착모양(glue mark)이 남아 후처리로도 제거할 수 있는 방법이 없다.

이와 같이, 여러 가지 다양한 라벨에 대하여 적용된 접착제에 따라 다소간의 차이가 있으나, 소각 연소에 의한 재활용을 하고자 할 경우, 불완전연소에 의한 매연과 연소 이물질의 배출과 냉각시에 풍압에 의해 일부 떨어지는 잔재의 배출은 필연적인 것으로 대기 및 환경에 나쁜영향을 미치게된다.

또한, 병 외표면에 라벨접착제 이외의 유기오염물은 산소접촉이 용이해 비교적 쉽게 분해 연소된다고 하더라도 병목이 길고 병 입구가 좁은 형태의 유리병 내부에 유무기 오염물들은 병내부에 산소공급이 원활치 않아 접착고형이물질의 불완전연소에 의한 탄화현상으로 유기물제거가 완전치 않을 수 있어 후처리 공정으로 이물질을 제거하여야 하나 이 작업에도 한계가 있을 수 있다. 더하여, 이런 점착고 형탄화생성물이 고열에 의한 유리조직 용융시 유리병 표면에 고착냉각되어 유리병 탄화생성물 고착현상의 원인이 된다.

상기의 복합적인 문제점들을 해결하도록 하는 또다른 건식세정기술로써 대표적인 것으로, 본 출원인에 의하여 선출원된 한국특허제10-2004-111187호(2004. 12. 23)가 있으며, 이 기술은 각종 주류 식음료용으로 제작되고 라벨등이 부착되어 유통되고 회수되는 유리병에 부착된 라벨과 오염된 이물질등을 제거하여 재활용되게하는 유리병 건식세정방법 및 그 시스템에 관한 것이다.

이 건식세정방법은 극저온의 CO₂드라이아이스특성을 이용한 것으로, 적어도 하나이상의 CO₂드라이아이스를 생성하여 고체 드라이아이스로 구성되는 펠릿과 CO₂스노우생산을 위한 소프트드라이아이스를 동시거나 선택적으로 생산하며, 이렇게 생산된 CO₂펠릿을 버퍼링하고 CO₂스노우드라이아이스를 압축하여 대기상태로 하며, 극저온 CO₂에어로졸를 형성하도록 외부로부터 극저온의 압축공기와 혼합되고 동시에 별도의 열교환기를 경유하고 소정의 극저온 질소거나 아르곤과 혼합되어 CO₂스노우에어로졸을 생성하고, 세정하고자 하는 유리병이 공급되어 제1차세정공정과 제2차세정 공정을 순차로 수행하도록 제1 및 제2, 제3세정부를 경유하고, 유리병에 충진밸브가 설치되어 제4세정부를 경유하면서, 극저온 하드드라이아이스세정공정 및/또는 극저온 소프트드라이아이스세정공정이 적용될 수 있고, 필요에 따라 하이브리드세정공정을 도입하여 유리병을 세정하는 방법을 개시하고 있다.

이러한 건식세정은 극저온의 CO₂드라이아이스로 구성되는 펠릿과 CO₂스노우로 되는 소프트드라이아이스를 생산하여야 하고, 이렇게 생산된 CO₂펠릿과 CO₂ 스노우드라이아이스를 고압.고속으로 압축하여 분사하는 자연친화적인 방법으로 유리병을 세정한다는 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 이 역시 유리제품이 갖는 각 제품의 포장특성과 유통되어진 환경에 따라 야기되는 세정측면에서의 제반 문제점을 해결(극복)하는데 한계가 있을 수 있다.

이상과 같이 다양한 상표재질의 라벨과 다양한 성분의 접착제들과 회수유리제품과 폐기되는 유리제품이 갖는 각 제품의 포장특성과 유통되어진 환경에 따라 야기되는 제반 문제점들을 한가지 기술이거나 한가지 방법을 적용하여 해결하기는 쉽지 않다.

즉 유리제품의 포장특성과 유통환경에 따라 필요한 세정원리와 메카니즘을 한가지가 아니라 두가지 또는 서너가지의 방식을 조합하여 신속하고 완전하게 세정할 수 있는 맞춤식 세정방법을 채택할 필요가 있다.

이에 따라 유리병세정에 새로운 세정방식을 도입할 필요를 느끼게 되었고 여러가지 기술중에 극저온을 이용한 하드드라이아이스와 같은 유사한 건식세정으로「고온·고압 증기를 이용한 세정방식」을 개발하게 되고, 더 나아가, 이 기술을 보완하고 지원하는 「대기압 열분해 연소 세정방식」과 같이 세정대상물의 특성에 따라 새로이 개발된 세정방식 및 종래 방식을 결합하는 하이브리드(Hybrid)방식으로 세정대상으로 되는 유리제품 및 및 이물질의 종류에 따른 맞춤식 세정을 수행한다.

즉, 새로이 제작된 유리병은 물론 다양한 회수 유리병과 유통폐기되는 일회용병들에 대하여 유리제품의 품질손상없이 원형을 유지시키고 라벨 및 그의 접착제 와 각종 이물질의 제거를 하는데 있어 종래의 건식세정 기술과 용이하게 조합되어 신속하고도 완전하게 유리병을 세정한다면 매우 바람직하다.

본 발명은 화학적습식세정의 한계점과 연소소각에 의한 라벨제거방법의 한계점을 극복하기 위해 창출된 것으로 신병세정은 물론이고 유통 회수된 병(returnable bottle), 유통 폐기되는 일회용병(oneway bottle)에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 고온고압의 증기세정을 포함하는 건식세정방법 및 그 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유리병에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들을 신속하게 완전하게 제거할 수 있는 고온·고압의 증기세정을 한 후, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 또한번의 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식후처리로 세정을 하는 유리병 건식 세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 증기세정을 한후, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식후처리로 세정을 하는 유리병 건식 세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 증기세정을 한후, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 극저온이산화탄소를 이용하는 건식 후처리로 세정을 하는 유리병 건식 세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 증기세정을 한 후, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식 후처리로 세정을 한 후, 또 다시 병내부 위생세척과 건조를 위해 극저온이산화탄소를 이용하여 유리병 건식세정을 하는 유리병건식세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 악성 고병의 불완전한 세정을 극복하기 위해 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 일차로 화학적 습식 세정장치인 세병 장치(bottle washing apparatus)로 처리하고, 남아있을 수 있는 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하여 건식 후처리로 세정을 하여, 세정효과를 극대화하는 유리병건식세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데에 있다.

이를 위하여, 본 발명은 유리병의 세정이거나 폐유리병의 세정을 위하여 압력이 5-7바아에서 온도가 80~90℃이거나 필요에 따라 온도가 120~130℃로 되는 고온·고압의 건증기를 이용하는 건증기세정루틴을 수행하여 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 이외의 먼지 혹은 각종 이물질들들과 같은 유무기성 오염 이물질을 제거하는 유리병 건식 세정방법 및 그 시스템으로 된다.

본 발명에 따른 유리병의 건식세정방법은 고온·고압의 증기세정을 이용하여 라벨, 접착제 및 기타 오염물들을 제거하는 전처리를 하고; 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질들을 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 유기성물질을 분해하여 연소시키도록 먼저 유리병 몸체의 온도를 비교적 급격하게 승온시키는 예열단계, 선정된 열분해연소온도범위에서 일정시간동안 유지하여 유리온도평형하에서 유기오염 이물질을 열분해 연소하여 제거시키는 열분해연소단계와 내부에 냉각공기를 주입하여 가열된 유리병을 다음 공정에 적합한 온도 또는 상온으로 서서히 강제 냉각시키는 서냉단계를 거쳐 “대기압 유기 열분해 연소세정”을 수행하며; 이후 연소생성물의 잔재를 제거하도록 다시 한번 고온·고압의 증기세정으로 후처리하거나 극저온의 이산화탄소드라이아이스를 이용하여 CO₂펠릿이나 소프트드라이아이스를 브라스팅하여 급냉충격과 열적차동(Thermal differential)에 의한 열충격(Thermal shock)으로 유리병의 내외부를 건식세정하는 후처리루틴을 수행하는 방법이다.

본 발명에 따른 유리병의 건식세정시스템은 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들을 건식 세정하는 것으로, 유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대와 분류대를 구비하여 육안으로 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운 상태로 유리병이 투입되는 것을 방지하는 투입장치; 유리병이 증기세정의 1단계 처리되도록 유리병이 세워진 상태로 고정하는 직립고정부와 유리병을 뒤집어 고정하는 도립고정부로 구성되어 증기세정을 하기전에 전처리로 4~5바아의 고압의 압축공기를 공기노즐로부터 병내외부에 분사하여 젖은 오염 이물질을 제거하게 한 제1 로타리세정기; 그 내부에 설치된 노즐들로부터 고온·고압의 증기가 샤워되고 병표면은 즉시 습식상태로 되어 라벨을 젖시도록 하므로 라벨의 흡습과 함께 라벨밑의 접착제도 뜨거운 온도의 응축수에 의해 점차 용해되게하고, 적당시간 증기 분사로 라벨을 습윤상태로 하면서 유리병 동체의 온도를 70~80℃로 가온함으로써 라벨밑의 접착제가 1차적으로 용해되게 하는 터널형태로 되는 제1증기세정실; 온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 특정노즐들로 부터 유리병의 라벨과 접착모양들에 집중 분사하여 라벨을 탈락시키고 그 바로 밑에 1차 용해되고 남은 접착모양을 노출되게하는 제2증기세정실; 유리병 외표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 일부 용해되고 제거된 상태이나 상당량 접착모양이 남아있는 접착모양에 온도가 80~90℃이거나 필요에 따라 120~130℃이고, 압력이 5~7바아거나 이보다 다소 높은 고온고압의 건포화 증기를 직접 집중 분사하여 보다 정밀하게 접착제를 용해하면서 제거하도록 건포화증기에 의한 건식처리가 이루어지게한 제3증기세정실과; 병내부 이물질과 오염물질이 제거되도록 유리병이 도립되어 설치되며, 그의 입구로 노즐이 위치되도록 설치하여 고온고압의 포화증기 및 건포화 증기로 되는 증기 스트림이 유리병의 내부에 분사하여, 온도 80~90℃ 또는 120~130℃의 증기가 병내부의 온도를 급격하게 상승시켜 순간 고온살균 효과와 함께 이물질과 오염물의 점착력을 급속히 약화시키는 역할을 하게 되고, 5~7바아의 고압증기의 강력한 물리력과 이로 인하여 만들어진 강력한 복합와류에 의해 이물질과 오염물이 병내부에서 배출되게하는 제2의 로타리세정기들로 구성된다.

이외에도 유리병의 건식세정시스템은 유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 유리병의 열처리과정에서 뒤틀림점(strain point)아래 온도에서 처리하는 합리적인 승온예열단계→열평형단계→서냉단계를 거치도록 한 유리병을 약 400℃까지 예비 가열하 유기열분해연소장치와; 열처리된 유리병이 소정의 온도로 서서히 냉각시키는 냉각실들을 더 구비한다.

유리병의 건식세정시스템은 유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 유리병의 정밀 세정을 위하여 연소잔재를 제거 하는 직렬방식의 증기세정실과 유리병내의 연소잔재를 정밀제거하는 제3의 로타리 증기세정실들을 더 구비하여 고온·고압증기세정 을 보완지원하도록 한다.

유리병의 건식세정시스템은 유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 유리병 외부를 세정하기위한 직렬CO₂드라이아이스세정실과 유리병 내부를 세정하기위하여 제4의 로타리세정기를 더 구비하여 CO₂세정을 하게 하여 고온·고압증기세정을 보완지원하도록 한 유리병의 건식세정시스템.

본 발명은 모든 유리병에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 다양한 고온·고압의 여러단계을 거치는 증기세정으로 달성되는 건식세정방법 및 그 시스템에 관 한 것이다.

또 다른 본 발명의 다른 실시예에서는「고온·고압증기세정」방식이라는 특이성을 갖게한 기술적 원리에 따른 메카니즘에의한 완전한 세정을 이루나, 세정대상물인 각 제품의 포장 특성과 유통되어진 환경이 따라 일부 불완전세정을 이룰 수도 있으므로 「고온·고압증기세정」을 보완지원하는 「대기압열분해연소세정 방법 및 그 시스템」을 도입할 수도 있다.

본 발명에 따른 증기세정방식은 고온 80~90℃ 또는 필요에 따라 고온120~130℃, 고압 5~7바아의 증기분사를 이용하여 병유리표면의 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 제거하는 것으로써, 화학약품을 사용하지 않는 환 경친화적이며, 또한 약간의 응축수가 발생할 수는 있으나 폐수무방류 할 수 있는 청정 건식세정기술이다.

증기세정의 기초원리를 이해하기 위하여 먼저 증기의 성질을 이해하고자 한다.

·액체의 증발로 발생한 기체를 증기(vapour)라고 하며, 물의 증기를 수증기(steam)라고 한다. 일반적으로 증기는 액체와 가스와의 중간적 물질로 볼 수 있으며, 따라서 그 성질을 이상기체의 성질과는 아주 다르게 매우 복잡한 변화를 한다.

·포화증기(saturated steam)는 포화온도에 놓인 포화수로부터 발생된 증기로 관내유속이 20~30㎧이며, 습포화증기와 건포화증기가 있다. 습포화증기(wet saturated steam)는 용기속의 포화수를 가열하면 수면으로부터 증기가 발생하게 되는데 이때의 발생 증기속에는 극히 작은, 마치 안개와 같은 수분을 포함한다. 물의 증발시 증발잠열은 완전히 흡수하지 못한 습한 증기로써 건조도<1 이며, 습증기 1㎏의 수분량은 0.02㎏이다.

·건포화증기(dry staturated steam)는 습포화증기상태에서 계속 가열하면 증기속의 수분은 모두 증발하여 수분을 포함하지 않는다. 즉 증발시 수증기 증발잠열은 완전히 흡수한 매마른 증기로써 건조도=1이 된다.

·과열증기(superheated steam)는 건포화증기를 가열압력의 변화없이 계속가열하면 증기온도가 포화온도 이상으로 상승한다. 이와같이 포화온도이상으로 과열된 증기를 과열증기라고 하며 이때의 관내유속은 40~60㎧ 정도이다. 과열도(degree of superheat)는 그 증기의 압력에 상당하는 과열증기온도와 포화증기의 온도차를 의미한다. 즉 과열도=과열증기온도-포화증기온도이다. 과열증기의 온도는 과열기의 사용재료에 따라 최고 600℃정도이며, 일반적으로 200℃이상 450℃이하가 사용된다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 온도 및 속도를 갖는 증기의 속성을 유리병의 세정이라는 측면에서 이용한 결과, 표면의 이물질과의 열역학적 상호작용과 물리적 상호작용으로 인하여 보다 쉽게 이물질을 제거할 수 있었다. 또한, 증기상태에 따라 세정의 특성이 조금씩 다르지만 고온·고압의 증기세정(Steam Cleaning)의 메카니즘(mechanism)은 다음과 같은 3가지 특성을 갖는다.

ⅰ) 수증기 운동에너지를 이용한 물리적분사(physical jetting)

ⅱ) 오염물과 세정표면간의 열적차이(thermal differential)에 의한 열적충격(80~90℃ 또는 120~130℃)

ⅲ) 유기성오염물질을 분리·분해할 수 있는 고온 증기응축수의 용해도(solubility)들을 가진다.

증기세정방식은 이러한 3가지 특성을 이용하여 유리병을 세정하는데 있어, 특정압력의 포화증기와 또는 약 200℃ 이상의 과열증기를 발생시켜 축열한 후 특정노즐로 분사시키면, 고압력(5~7Bar)의 고속증기스트림의 물리력과 높은 온도(80~90℃ 또는 120~130℃)에 의한 열역학적 충격이 발생되고, 이들간의 상호작용이 유리병면에 이물질과 오염물질을 분리시키고 제거한다는 사실을 확인하게 되었다.

이러한 특성을 이용하는 고온·고압 증기세정(Steam Cleaning)에서 5~7바아의 고압증기분사력에 의해 라벨이 직접 탈락될 수 있으나 건조된 상태에서의 제거 는 일정한 시간 집중분사가 필요하는 등 쉽지 않다.

따라서 보다 쉽게 라벨을 제거하기 위해서는 먼저 라벨접착제인 카제인등의 접착제를 1차적으로 용해하여야 하며, 접착제 용해를 위해서 그 위의 종이 라벨을 흡습상태로 만드는 것이 필요하다. 적당한 종이흡습과 접착제 1차적 용해는 뜨겁고 높은 온도에서의 흡습이 보다 효과가 있다. 이를 단계별로 자세하게 설명하면;

1단계:[공기분사 예비세정(Air jet precleaning) - 병내외부 이물질감소]

이를 위하여, 도1A에서와 같이 회수병이거나 일회용병으로 되는 재생가능한 유리병(20)은 흔들림이 없도록 고정되어 컨베이어(11)에 위치된다. 이러한 상태에서, 증기세정을 하기 전에 전처리로 4~5바아의 고압의 압축공기를 공기노즐(21)로부터 병내외부에 분사하여 세척함으로써 젖은 오염이물질을 발생치 않고 2차 오염을 야기치 않으면서 “증기세정”의 대상오염부하를 줄인다.

2단계 : [라벨의 흡습 가온(wetting-warming)-접착제의 1차적 용해]

고온·고압의 증기를 병외부에 분사하면 유리병과의 온도차로 발생한 뜨거운 응축수로 인하여 병표면은 즉시 습식상태로 되어 라벨도 젖어간다. 이때 라벨의 흡습과 함께 라벨밑의 접착제도 뜨거운 온도의 응축수에 의해 점차 용해되어 간다. 카제인 접착제는 비내수성으로 물에 녹으며, 온도가 높으면 보다 잘 녹는 성질을 갖고 있다. 이러한 성질을 이용하여 적당시간 증기 분사로 라벨을 습윤상태로 하면서 유리병 동체의 온도를 70~80℃로 가온함으로써 라벨밑의 접착제가 1차적으로 용해되어 간다.

즉, 도1B에 도시와 와 같이 유리병(20)은 컨베이어(11)에 위치되어 그의 외 표면에 라벨(12)과 접착제등의 이물질이거나 흔적으로 되는 접착모양(13)에 대하여 노즐(21)들로부터 온도80~90℃의 증기압력이 2-3바아 정도의 비교적 낮은 압력으로 분사된다.

이와 같이 병표면 응축에 의한 라벨 습윤상태로 하면서 가온 하게되면 응축전열이 발생하며 이러한 현상은 다음 특성을 가진다.

·포화온도이하의 고체표면에 증기가 닿으면 응축이 일어나 열이 전달된다. 응축잠열이 관계하여 전열속도는 큰값을 나타낸다. 증기응축현상은 적상응축과 막상응축이 있으며 특히 적상응축은 매우 높은 열전달율이 얻어지며 대기압으로 거의 정지된 수증기가 수직면에 응축하는 경우는 약 200,000㎉/㎡·h·℃이고, 고속증기류의 경우는 약 350,000㎉/㎡·h·℃에 이르며, 기타대류전열에서는 얻을 수 없는 높은 열전달율을 가진다. 그러나 실용상 이 적상응축을 실현하는 것은 매우 어려우며 일반적으로는 막상응축으로 되어 있다.

·포화증기는 관표면에서의 열손실에 의해 증기의 극히 일부가 응축되어 수적(水滴:물방울)이 되며, 증기중에 함유되어 건도높은 습포화 증기화되어 분사되게 된다.

이러한 수증기에 노출된 유리병은 포화 온도이하 상태이므로 병표면에서의 응축이 일어나며 형태에 따라 두 가지로 구분할 수 있다.

응축액이 유리병 표면을 적셔 액상막이 병표면을 완전히 덮고, 중력작용에 의해 병표면을 따라 흘러내리면서 막 두께는 두꺼워진다. 이러한 형태를 막상응축(film condensation)이라 한다.

병표면이 더러워져 있는 경우 응축액이 병표면을 적시지 않게 되어 수적생성이 표면의 거친부분에서 시작되고 물방울들끼리 합쳐지는 등 급속히 성장하게 된다. 이 수적들이 충분히 크게 되었을 때 중력의 작용에 의해 표면을 흘러내리고 그 자취에 다음 수적이 생성된다. 이러한 형태를 적상응축 또는 방울응축(dropwise condensation)이라 한다.

그러나 얼마 지나지 않아 적상응축과 막상응축의 혼합된 형태가 발생할 것이고 결국 막상응축의 형태가 될 것이다. 더구나 증기속도가 큰 고속유동에 있는 응축의 경우는 막 두께를 감소시켜 열저항을 감소시키게 되므로 열전달을 증가시키게 된다.

또한 다음과 같이 유체와 고체와의 접촉에 의한 열전달이 가온현상을 배가하게 된다.

·유체에서 고체로, 고체에서 유체로 열이 전달될 때에는 그 접촉면에서의 온도강하가 있다. 즉, 어떤 저항이 존재하게 된다. 이는 유체가 상당히 큰 속도로 움직일 때라도 고체와 유체의 경계면에 어떤 두께를 갖고 고체벽에 대하여 상대속도가 없거나, 극히 매우 적은, 매우 얇은 유체층이 존재하는 까닭이다. 이 유체층을 유체역학상으로는 경계층(boundary layer)이라 하며, 열전달에서는 정체층(stagnant film)이라고 한다. 그림은 이러한 정체층으로 인한 고체벽 근처에서의 온도강하를 표시한다. 따라서, 고체와 유체 사이에 열이 흐를 때 이 얇은 정체층을 흐를 때의 전열과정은 결국 열전도과정이며 유체의 열전도율은 고체에 비하여 매우 적으므로 결국 열저항이 되는 것이다. 앞서 설명한 막상응축에 의한 막 두께가 정 체층일 수 있다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 이하에 참고도1 에서와 같이, 열은 고온유체(증기; t1)로부터 고체벽(유리병 동체)(tw1 or tw2)을 통하여 저온유체(병 내부공기; t2)로 전달되는 정상적 과정을 거친다. 이 과정을 분석하면, 고체벽 내부의 전열과 고체벽면과 이것에 접하는 유체간의 전열로 볼 수 있다. 전자는 순수한 열 전도이지만, 후자는 전도·대류·복사의 세 과정이 동시에 일어나고 있다. 이와같은 후자의 과정을 특히 열전달(heat transmission)이라 한다.

참고도1

그리고, 좌측의 고온유체(t1)로부터 이 유체가 접하고 있는 고체벽 표면까지의 전열과 우측의 고체벽 표면에서부터 이 벽면과 접하는 저온유체(t2)까지의 전열은 모두 열전달과정이며, 양자는 단지 열의 유동방향이 다를 뿐이다.

이와같이 전열은 고체벽내의 열전도와 양쪽에서 일어나는 열전달을 함께 묶 어 고온유체(t1)의 열이 고체벽을 통하여 저온유체(t2)로 이동한다고 볼 때 이 전열과정을 열통과·열관류(over all heat transfer)라고 한다.

이상과 같이 병표면의 막상응축에 의한 응축수를 라벨종이가 흡수하게 되어 습윤상태로 하게되며, 응축전열과 열통과도 유리병 몸체가 가온하게 되는데, 이 두 과정은 동시에 일어나게 된다. 또한 뜨거운 응축수의 흡습과 열통과로 뜨거워진 유리병 몸체가 라벨 밑의 카제인 접착제를 서서히 용해시키게 된다.

카제인접착제와 기타유기물의 용해과정은 다음 4단계에서 상세하게 설명한다.

·3단계 : [라벨탈락과 접착모양(Glue mark)의 추가 용해]

카제인 접착제의 1차적 용해로 접착력은 완화되어 간다. 이때 온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 특정노즐(22)들로 부터 유리병의 라벨(12)과 접착모양(13)들에 집중 분사하면, 순간적으로 공기중에서 응축되어 10㎛ 전후의 미소수적(微小水滴: 안개와 같은 미세한 물방울)이 된 다음 재증발하는데 재증발하는 시간이 짧고 화이트스모그 길이도 짧은 상태로 고압고속 증기스트림이 발생하여 접착력이 약해진 젖은 라벨을 쉽게 탈락시킨다. 계속하여 라벨이 탈락되면 그 바로 밑에 1차 용해되고 남은 접착모양이 노출된다. 유리병 표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 뜨거운 응축증기에 의해 부분적으로 계속해서 용해되어 진다.

이러한 고온·고압의 증기세정을 달성하기 위하여 고속의 증기스트림을 형성하여야 하고 그 과정을 설명하면 다음과 같다.

·증기는 자기보유압력을 배관의 마찰저항이나 국부저항에 이용하여 반송, 이용개소에서 필요한 압력, 온도와 유량을 확보한다. 따라서 증기를 반송하는데 자기압이외의 동력을 필요로 하지 않으며 앞서 설명한 특정배관관경에서 포화증기 20~30㎧, 과열증기 40~60㎧의 관내유속을 가진다.

·또한 유체의 유동에너지는 속도에너지·압력에너지·위치에너지의 합으로 항상 일정하다. 유체는 위치에너지를 제외하면 그 에너지는 속도에너지와 압력에너지의 합으로 볼 수 있으며, 에너지 사용목적에 따라 속도에너지를 압력에너지로, 또는 압력에너지를 속도에너지로 에너지의 변환을 가할 수 있다.

·증기가 갖고 있는 압력에너지를 속도에너지로 변환시키기 위하여 특정노즐 (nozzle)을 사용하며, 특정노즐에서 유체의 흐름을 단열적으로 가속시키면 압력·비중량·엔탈피·온도 등이 모두 감소하게 된다.

이러한 점들을 감안하여, 노즐이 증기의 유동과 고속스트림을 형성하고 증기의 분출속도를 다음과 같이 결정한다. (참고도2)

참고도2

즉, 노즐은 증기의 분출구로써 증기가 그로부터 분사되면서 팽창하여 압력이 내리고 속도가 커져, 이 속도에너지를 유리병 동체에 주어 기계적 일(에너지)을 얻는 것이다. 즉 노즐에서 속도에너지를 얻은 증기를 유리병 동체에 부딪혀 오염물과 이물질을 제거하는 것이다.

증기는 노즐속을 아주 짧은 시간에 지나므로 이 증기의 팽창은 단열변화라고 볼 수 있으며, 또 마찰을 무시한다면 일량이 없으므로 노즐의 입구와 출구에 있어서의 증기는 엔탈피차는 모두 속도 에너지로 바뀌어진다. 따라서 출구의 뿜는 속도 W2는

㎧

지금유입속도 W1이 W2에 비하여 무시할 수 있는 만큼 적으면,

㎧

여기서, 은 노즐의 입구 증기속도이고, 는 노즐의 출구측 증기속도이다.

그러므로, 노즐출구의 한계입력(Critical pressure)는 출구압력 P2가 어느값까지 내려가면 증기유량은 그 이상 증가하지 않게 된다. 이때의 출구압력을 한계압력이라고 한다. 이 증기속도에 의하여 발생되는 포화증기압 PC = 0.58P1이 되고, 과열증기압 PC = 0.55P1이 된다.

이에 노즐의 모양과 출구에서의 분사 압력은, 노즐의 모양, 증기의 팽창 후의 뿜는 압력과 한계압력의 관계로써 다음과 같이 정의될 수 있다.

ⅰ) 노즐출구의 압력이 한계압력보다 높은 (P2>PC) 경우에는, P2가 점점 낮아지고 PC에 다다르기까지 축소노즐(convergent nozzle)이 된다.

ⅱ) 한계압력까지 팽창시킨(P2=PC)때에는 축소노즐이 되며 출구단면적은 최소값 am이 된다.

ⅲ) 한계압력보다 낮은압력까지 팽창시키는 (P2<PC)경우에는 PC까지 축소노즐이 되나, 더 팽창시키려면 단면을 점차 크게 하여야 하며, 축소확대노즐(convergent-divergent nozzle)을 쓴다. 이때 단면이 가장 작은 곳을 목(throat)이라 한다. (참고도3) 이러한 점에서, 노즐의 출구측 단면적이 결정되어야 한다.

참고도3

노즐의 적당한 단면적은 다음 식에서 구할 수 있다.

Q : 유량의 부피 ㎥/sec

G : 유량의 무게 ㎏/sec

v : 포화증기의 비체적 ㎥/㎏ → 포화 또는 과열증기표 참조

x : 증기의 질(quality) → 몰리에선도 참조

실예를 들면, 압력 15㎏/㎠ abs인 건조포화증기는 축소확대노즐로써 압력 0.5㎏/㎠ abs까지 팽창시키려고 한다. 이 노즐의 목에 있어서의 증기의 속도를 계산하면, 또 증기를 매초 1㎏씩 뿜어 줄때 목의 단면적은 노즐목에 있어서 압력은 한계입력이 될것이므로,

Pt=0.58×P=0.58×15=8.7㎏/㎠ abs 이고,

노즐목에서의 엔탈피는(몰리에선도에서) it=641㎉/㎏이고, P1에 대한 엔탈피는 i1=666㎉/㎏ 이다.

따라서, 목부근에서 증기속도는,

㎧

몰의 압력 8.7㎏/㎠ abs에 대한 증기의 질 x=0.957이고,

몰의 압력 8.7㎏/㎠ abs에 대한 비체적 v=0.2264㎡/㎏이 된다.

따라서 목의 단면적은

㎠

지름 d는

에서

㎝

이와 같이 하여 결정된 목지름에 근거한 노즐단면, 건포화 증기압력 과/또는 노즐목의 한계압력을 근거로 하여 얻어지는 증기속도가 유리병의 외부표면 및 내부에 분사되어 이물질에 고속으로 브라스팅(brasting; 이는 가속도를 갖도록 하여 고속으로 분사(jetting)되는 증기의 충격 에너지의 출력을 의미함)한다.

즉, 노즐의 단면적과 증기속도는 반 비례하고, 압력, 유량의 부피 즉, 증기압력과는 비례한다.

or

이러한 증기의 특성을 이용하여 증기보일러나 증기발생장치에서 발생시킨 고온·고압의 포화증기를 특정노즐에서 뿜어내어 공정에 필요한 합리적 압력과 온도로 조절하면서 “고속의 증기스트림”으로 변화시킨다. 바로 이 “고속의 증기스트림”과 고압력의 물리력을 활용하여 접착력이 약해진 젖은 라벨과 용해되어가는 접착제(glue)를 분리제거하게 된다.

·4단계 : [접착모양(glue mark)과 기타오염물 제거]

더하여, 유리병 외표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 일부 용해되고 제거된 상태이나 상당량 접착모양이 남아있게 된다. 남아있는 접착모양에 온도가 80~90℃이거나 필요에 따라 120~130℃이고, 압력이 5~7바아거나 이보다 다소 높은 고온고압의 건포화 증기를 직접 집중분사하여 보다 정밀하게 접착제를 용해하면서 제거한다.

즉, 도1D에 도시와 같이 유리병(20)은 노즐(22)로부터 고온고압의 건포화 증기가 분사되고 유리병의 외표면에 부라스팅되므로 잔여 라벨과 접착제, 기타의 이물질 용해 상태에서 고압력 고속증기스트림에 의해 최종적으로 제거된다.

이상과 같이 접착제와 같은 유기오염물의 용해제거과정은 다음과 같다.

·남아있는 접착모양은 밀크카제인을 주제로 만들어진 단백질 고분자와 결정성 폴리비닐아세테이트(PVA) 고분자 물질이며, 라벨·접착제 이외의 기타 오염물들이 제조유통과정에서 여러가지 유무기성 오염물이 먼지와 함께 점착되어 있는 표면 박막형 또는 덩어리 고착형 등으로 대부분 고체화 되어 있다.

이후, 이러한 오염물들을 제거한다는 것은 고체 오염물을 고온의 응축수로 용해하여 제거한다는 것을 의미한다. 즉 제거해야할 고체오염물들은 용질이 되고, 오염물을 녹이는 “물(응축수)”은 용매역할을 하게 되는 용해작용을 이용하는 것이다. 따라서 다음과 같이 용해의 원리를 이해할 필요가 있다.

용해의 원리와 용해도에 관하여 설명하면,

·고체를 액체에 녹이는 것도 여러 가지 면에서 고체가 녹는 것과 비슷하다.

용액에서는 고체의 질서있는 결정구조가 파괴되어 분자의 배열이 무질서해진다. 용해과정에서 분자나 이온돌은 서로 떨어져야 하며 이러기 위해서는 에너지가 공급되어야 한다. 격자 에너지와 분자간 또는 이온간의 인력을 극복하는데 필요한 에너지 는 용질과 용매사이에 새로이 생기는 인력으로 충당하게 된다.

·이온성물질이 녹는 과정을 보면, 격자에너지와 이온간의 인력은 대단히 큰데 “물”이나 몇가지 극성용매만이 이온성 화합물을 녹일 수 있다. 이 용매들은 이온을 수화(hydrating)하거나 용매화(solvating)함으로써 이온성 화합물을 녹이는 것이다. 물분자는 극성이 크면서도 매우 조밀한 모양을 하고 있어 결정표면으로부터 개개의 이온들이 떨어지자마자 매우 효율적으로 이들을 둘러싼다. 양이온은 물이 쌍극자중-부분이 양이온을 향하게끔 물분자에 의해서 둘러싸여지며 음이온은 그 반대로 둘러싸여진다.

·물은 대단히 극성이며 강력한 수소결합을 형성할 수 있기 때문에 쌍극자·이온사이의 인력은 매우 크다. 이러한 인력이 형성되면서 공급되는 에너지가 결정의 격자에너지와 이온간 인력을 충분히 극복할 수 있는 것이다. 용해도를 경험적으로 예견하는데 “끼리끼리 녹는다”라는 말이 있다. 극성이며 이온성인 화합물은 극성용매에 잘 녹는다. 즉 극성인 액체끼리 잘 섞인다. 비극성인 고체는 비극성 용매에 잘 녹는다. 한편 비극성 고체는 극성용매에 잘 녹지 않는다. 비극성액체끼리는 잘 섞이지만 비극성액체와 극성인 액체 즉 물과 기름같은 것은 섞이지 않는다.

·이러한 용해의 원리를 간단히 축약하면 다음과 같다.

ⅰ) 용매와 용질 사이의 인력이 용질입자 사이와 용매입자 사이의 인력보다 클 때 용해가 잘 일어난다.

ⅱ) 이온성물질과 극성물질은 극성용매에, 무극성물질은 무극성용매에 잘 녹는다.

ⅲ) 용매와 용질의 분자구조가 비슷하거나 같은 원자단을 가질 때 용해가 잘 일어난다.

또한 대부분의 고체용해과정은 “흡열과정”이므로 온도가 높아지면 용해도가 증가한다.

·또한, 물에 대한 용해도 지침을 설명하면 다음과 같다.

·일반적으로 물에 대한 용해도가 큰 친수성 유기오염물의 경우는 용해가 잘 일어나지만, 유류오염물과 같은 소수성 유기오염물인 경우에는 물에 대한 용해도가 낮아 그 유도성이 낮고, 극성이 약하거나 없기 때문에 이온이동에 의한 용해효과를 얻기 어렵다. 즉 유류오염물 들과 같은 탄화수소(hydrocarbon)계는 물에 대한 용해도가 낮아 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대기압열분해연소과정에서 제거될 수 있다.

·유기오염물은 질소나 산소를 가지고 있어 강한 수소결합을 할 수 있는 화합물일 때 대략 탄소원자의 수가 1~3개이면 물에 녹으면, 4~5개일 때는 경계선에 있다고 할 수 있고, 6개 이상이면 녹지 않는다. 그러나 한 개 이상의 친수성 그룹을 지닌 화합물에 있어서는 이러한 지침이 적응되지 않는데 “다당류”, “단백질” 그리고 “핵산”은 수천개의 탄소원자를 가졌으면서도 모두 수용성이다. 수천개의 친수성 그룹을 지녔기 때문이다.

더하여, 유기고분자의 용해과정을 설명하면 다음과 같다.

·용매내에서 유기 고분자의 용해는 두가지 특이한 단계를 거친다. 첫단계에서는 고분자 시료는 용매를 흡수하여 팽윤된 겔(GEL)이 된다. 두 번째 단계에서는 팽윤된 겔이 사라지며, 주어진 용매내에서 고분자의 실질적인 용액이 되는 것이다.

·고분자는 단분자 물질과 달리 용매에 쉽게 녹지 않는다. 우선 용매는 고분자속에 침투하여 고분자 사슬에 용매가 고분자-고분자 인력을 차단하고 고분자의 응집력을 파괴한다. 이 과정이 팽윤(swelling)과정이다. 가교고분자는 용매와 접할 때 이 팽윤과정만 있을 뿐이다. 그러나 가교없는 고분자는 다음 단계에서 서서히 고분자들이 용매상으로 확산되고 최종적으로 균일한 용액상을 형성한다.

이와 같이 본 발명의 원리에 따라 적용되는 증기세정방법은 용해, 포화증기의 부라스팅 및 건포화증기의 고온고압의 증기스트림의 열적충격이거나 온도차에의한 증기세정을 달성 할 수 있다.

·5단계 : [병내부 이물질과 오염물질의 제거]

도1D에 도시와 같이, 유리병(20)은 도립되어 설치되며, 그의 입구로 노즐(23)이 위치되도록 설치된다. 그러므로, 노즐(23)로 부터 고온고압의 포화증기 또는 건포화 증기로 되는 증기 스트림이 유리병(20)의 내부에 고온·고압의 증기 분사된다. 이때 증기 스트림을 구성하는 소량의 응축수와 함께 고압의 증기가 병내부를 소용돌이치면서 강력한 복합와류를 일으키면서 배출하게 된다. 그리고, 고온 80~90℃ 또는 120~130℃의 증기가 병내부의 온도를 급격하게 상승시켜 순간고온살균 효과와 함께 이물질과 오염물의 점착력을 급속히 약화시키는 역할을 하게 되고, 5~7바아의 고압증기의 강력한 물리력과 이로 인하여 만들어진 강력한 복합와류에 의해 이물질과 오염물이 병내부에서 배출되고 제거된다.

여기서 주목 되는 것은 본 발명의 원리에 따라 5단계가 처리 되므로 유리병 내부가 한쪽이 밀폐되어 있는 관계로 고온·고압증기에 의해 그의 동체의 온도가 급격하게 상승되어도 열적(thermal shock)에 영향을 받지 않는다. 즉, 5단계의 실행전에, 2단계에서 가온되고, 3~4단계의 유리병의 고온고압의 외부세척을 거치면서 유리병 동체의 온도는 승온(약 70~80℃)되어 열충격을 방지하게 된다. 이로써, 이러한 열충격을 방지하기 위해 본 발명에 따른 2-3-4단계에서의 단계별 온도관리가 매우 중요한 요소로써 기술적인 기응을 갖고 있음을 알 수 있다.

이러한 단계들을 수행하도록 적용된 고온고압 증기세정 시스템은 본출원의 선출원서에서 개시한 로타리세병장치가 사용 될 수 있다.

먼저, 투입장치(30)은 컨베이어벨트(11)위에 신병이든 재활용을 위하여 회수된 일회용병등과 같은 유리제품이 고정되어 육안검사가 이루어지게한다. 이 투입장치(30)는 유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대(31)와 분류대(32)를 구비하여 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운상태로 유리병이 투입되는 것을 방지한다.

유리병은 증기세정의 1단계 처리되도록 제1 로타리세정기(40)에 투입된다. 제1 로타리세정기(40)는 유리병이 세워진 상태로 고정하는 직립고정부(41)와 유리병을 뒤집어 고정하는 도립고정부(42)로 구성되어 증기세정을 하기전에 전처리로 4~5바아의 고압의 압축공기를 도1A에서와 같이 공기노즐(21)로부터 병 외부에 분사하여 젖은 오염 이물질을 제거한다. 물론 도면에 도시되어 있지 않으나, 병 내부의 불순물은 도 1D에서와 같이 병을 도립시킨 상태에서 제거된다.

그 다음, 유리병은 그 종류가 일회용병인 경우 바로 육안검사대(90)로 이송 되거나 회수병의 외면에 라벨 및 그의 접착제들에 대한 처리를 위하여 습윤가온하는 터널형태로 되는 제1증기세정실(50)을 통과하게 된다. 유리병은 이 제1세정실(50)을 통과 하면서 내부에 설치된 노즐들로부터 고온·고압의 증기가 샤워되고 병표면은 즉시 습식상태로 되어 라벨도 젖어간다. 이때 라벨의 흡습과 함께 라벨밑의 접착제도 뜨거운 온도의 응축수에 의해 점차 용해되어 간다. 이로써 적당시간 증기 분사로 라벨을 습윤상태로 하면서 유리병 동체의 온도를 70~80℃로 가온함으로써 라벨밑의 접착제가 1차적으로 용해되어 간다.

계속하여, 라벨이 탈락상태로 되고 접착제가 어느정도 용해되어서 카제인 접착제의 접착력은 완화되어 있는 유리병을 중기세정의 3단계 처리를 위하여 제2증기세정실(60)에 투입한다. 제2증기세정실(60)에서는 온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 도1B에 도시와 같이 특정노즐(22)들로 부터 유리병의 라벨(12)과 접착모양(13)들에 집중 분사하여 라벨을 탈락시키고 그 바로 밑에 1차 용해되고 남은 접착모양을 노출되게한다. 유리병 표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 뜨거운 응축증기에 의해 부분적으로 계속해서 용해되어 진다.

이후, 유리병은 제3증기세정실((70)에 운반되어 건포화증기에의한 건식처리가 이루어진다. 이 건식처리는 유리병 외표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 일부 용해되고 제거된 상태이나 상당량 접착모양이 남아있는 접착모양에 온도가 80~90℃이거나 필요에 따라 120~130℃이고, 압력이 5~7바아거나 이보다 다소 높은 고온고압의 건포화 증기를 직접 집중 분사하여 보다 정밀하게 접착제를 용해하면서 제거한다.

이렇게 처리된 유리병은 마지막으로 병내부 이물질과 오염물질이 제거되도록 제2의 로타리세정기(80)로 공급된다. 이 세정기에서는 도1D에 도시와 같이, 유리병(20)은 도립되어 설치되며, 그의 입구로 노즐(23)이 위치되도록 설치된다. 그러므로, 노즐(23)로 부터 고온고압의 포화증기 및 건포화 증기로 되는 증기 스트림이 유리병(20)의 내부에 고온·고압의 증기 분사된다. 이때 증기 스트림을 구성하는 소량의 응축수와 함께 고압의 증기가 병내부를 소용돌이치면서 강력한 복합와류를 일으키면서 배출하게 된다. 그리고, 고온 80~90℃ 또는 120~130℃의 증기가 병내부의 온도를 급격하게 상승시켜 순간고온살균 효과와 함께 이물질과 오염물의 점착력을 급속히 약화시키는 역할을 하게 되고, 5~7바아의 고압증기의 강력한 물리력과 이로 인하여 만들어진 강력한 복합와류에 의해 이물질과 오염물이 병내부에서 배출되고 제거된다.

이상과 같이 본발명에 따른 고온고압의 증기세정은 단계1부터 단계5를 거치면서 일회용병이거나 회수병이 신속하고 완전하게 세정 처리된다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는 앞서 설명한 기본 5단계 공정으로 정상 유통된 회수병의 완전한 증기 세정을 보완 할 수 있는 또 다른 세정방법과 조합할 수 있는 하이브리드(Hybrid) 세정을 이룰 수 있다.

즉, 고온·고압의 증기세정방법을 단독공정으로, 또는 증기세정방법을 전처리로 하고, 후처리 공정으로 다른 특정 세정방식과 조합한다면 보다 신속하고 완전한 환경친화적 건식세정방법을 달성 할 수 있다.

이러한 면에서, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 상기의 증기세정방법에 따 라 세정되고 처리된 유리병을 또 다른 방식으로 정밀세정 할 수 있다.

특히, 이 실시예에서는 이러한 고체화 되어 있는 유기잔류물로 되는 이물질을 대기압열분해연소과정에서 제거할 수 있다.

이러한 유기열분해연소는 일반적으로 유기화합물, 유기고분자물질을 고온(>500℃)으로 가열하면 열분해하여 기체 및 액상의 저분자물질로 된다. 대부분은 300℃ 이하의 녹는점을 가지고 있으며 녹는점에 이르기 전에 분해하는 것이 많다. 비교적 낮은 온도 200℃에서 유기고분자의 절반정도 해중합하여, 보다 높은 350℃정도에서는 몇 개의 고분자를 제외한 나머지 고분자가 거의 분해된다. 대부분의 유기고분자들은 열에 불안정한데 다음중 한 두가지 이유에 기인한다.

① 고분자가 저분자화합물로 분해하는 것은 엔탈피효과에 의해 고온에서 더 잘 일어난다.

② 탄소-탄소결합들은 비교적 약하다.

③ 탄소-탄소결합은 산화에 불안정하다.

④ 분지점(branch point)같은 구조적으로 비정상적 요인이 사슬에 존재한다.

⑤ 말단 촉매성 위치가 해중합을 일으킨다.

⑥ 긴사슬 내의 원자들은 단량체 해중합공정과 같은 분해연쇄반응을 촉진한 다.

특히, 산소 존재하의 고온에서는 빠르게 연소하며, 또한 낮은 온도에서도 산화분해가 진행되는데 이것은 산소가 산화시약으로서 작용하기 때문이다. 고분자를 공기와 함께 고온으로 가열하면 연소한다. 연소의 난이는 고분자 종류에 따라 다르 며, 발화온도(연소를 일으키는 최저온도)와 최소산소지수 [연소를 지속시키는데 필요한 산소량, O2/(O2+N2)×100]에 따라 좌우된다.

예를 몇가지 들면, 셀루로스(250℃, 18), 아세트산셀루로스(305℃, 17.4), 폴리에틸렌(341℃, 17.5), 폴리프로필렌(460℃, 17.4), 폴리스티렌(460℃, 18.1), 나일론(424℃, 19), 폴리염화비닐(454℃, 45)이며, 이들 값의 순서에 따라 연소하기 어렵다.

이 대기압 유기열분해연소세정(Thermal Heat Cleaning)은 유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질을 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압열분해연소를 하므로써 유리병에 연소 및 유리공학적 문제가 발생치 않으면서 고온·고압증기세정을 보완지원하여 유리병 세정을 달성 할 수 있다.

한편, “열분해연소세정”은 유리성형공정의 서냉곡선을 응용하여 유기성분을 열분해연소시키며, 이와같은 열처리에 의해 유리병의 품질을 훼손시키지 않기 위한 것이다. 이러한 개념을 이해하기 위해서는 일반적인 유리의 성형과 서냉곡선을 파악할 필요가 있다.

유리성형 또는 가공할 때는 참고도4에서와 같이 서냉점보다 5℃ 높은 온도까지는 비교적 급속히 가열하여 그 온도에서 5~30분간 유지하여 응력을 소실시킨다. 다음에는 F점부터 서냉작업을 시작하여 뒤틀림점의 약간 아래(5℃)까지 천천히 냉각하고 이후 열충격응력에 의해 파손되지 않는 범위에서 급속냉각한다. 자세한 것 은 참고도로 대체한다.

참고도4

참고도4에 도시된 유리성형과 서냉곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 대기압 유기열분해연소세정은 유리병의 품질을 훼손시키지 않으면서 유리병 표면에 남아있을 수 있는 잔여유기성분과 합성수지계 라벨과 접착제를 유리온도전환영역과 뒤틀림점(412~472℃)아래에서 열처리하여 유기물성분을 분해연소시키는 것이 중요한 개념이다. 그 이유는 점성 유동이 전혀없는 뒤틀림점 아래에서 급가열 열분해연소를 하여, 뒤틀림점 아래에서 아무리 급냉하여도 이 냉각 때문에 새로운 영구스트레인을 생기게 할 가능성이 전혀 없는 온도이기 때문이다.

따라서 본 발명의 따른 실시예에서 적용되는 대기압유기열분해연소세정은 유리의 성형과 서냉곡선을 뒤틀림점(strain point) 아래 온도에 응용하여 유리병의 품질 훼손없는 유기성분의 열분해처리를 수행한다.

이러한 “대기압유기열분해연소세정”에 의한 유리병의 잔여 유무기 오염이물질을 제거하는 루틴은 일자로 구성되거나 필요에 따라 다른 형태로 구성되는 콘베어장치에 유리병을 투입하여 통과시키면서, 전열수단에 의해 유리병 몸체의 온도를 비교적 급격하게 승온시키는 예열단계, 선정된 열분해연소온도범위에서 일정시간동안 유지하여 유리온도평형하에서 유기오염 이물질을 열분해연소 제거시키는 열분해연소단계와 내부에 냉각공기를 주입하여 가열된 유리병을 다음 공정에 적합한 온도 또는 상온으로 서서히 강제 냉각시키는 서냉단계들로 이루어진다.

이러한 대기압 유기 열분해 연소세정을 수행하는 장치는 유리병 투입단에 인접하여 예열장치(110)가 설치된다. 이 예열장치(110)는 일반적인 구성으로 그 내부로 컨베이어거 유도되고 터널구조로 되고 히터들이 유리병을 가열하도록 설치된다. 이 예열장치에 투입된 유리병은 온도가 상온이나 전 처리공정의 온도근처에서 가열속도 130℃/min이하로 하여 비교적 급격한 승온으로 약 400℃까지 가열된다. 이는 열변화로 일어날 수 있는 유리병의 열충격을 방지하기 위한 것이다. 이 단계에서 잔여유기성분들은 200℃ 정도에서 결합수분과 이산화탄소등이 발생하고 250~300℃에서 열분해가 시작하여 연소가 진행된다.

이후, 예열된 유리병은 유기열분해연소장치(120)로 공급되어, 유리병의 열평형을 위해 400℃에서 5분간 유지시키게 된다. 이 유지시간동안에 전단계에서 이미 열분해가 진행되어진 잔여유기성분들은 공급된 공기(산소)와 급격히 산화반응으로 완전분해 연소된다. 완전연소를 시키기 위해 압입송풍기에 의해 한계 산소농도를 맞추기 위한 공기를 공급하는 것도 중요하다.

이와 같이 예열단계와 열분해연소단계가 진행되는 동안 표면연소와 분해연소 그리고 증발연소가 복합적으로 작용하게 된다. 부하가 가장 클 것으로 생각되는 고분자물질연소의 특징은 고체이므로 고체의 연소 형태중 분해연소형태를 띈다.

이와 같이 열처리된 유리병은 급작스런 냉각으로 열변화로 일어날 수 있는 열충격을 방지하기 위해, 냉각실(130)에서 서서히 냉각처리 된다. 이 냉각처리는 1차서냉의 냉각속도가 12℃/min로 하여 50~60℃ 냉각시키고, 2차 서냉으로 냉각속도가 24℃로 하여 50℃ 추가냉각 시킨 후, 3차 서냉으로 냉각속도가 120℃/min이하로 급속 냉각시켜 후처리세정 공정인 다음공정에 적합한 온도 또는 상온으로 서서히 단계별로 강제 냉각시킨다.

이러한 3단계 유기열분해연소과정을 거치면 첫째, 유리병의 열처리과정에서 뒤틀림점(strain point)아래 온도에서 처리하는 합리적인 승온예열단계→열평형단계→서냉단계를 거침으로서 유리공학측면에서의 유리병의 변형과 강도내구성 저하라는 구조적 문제점을 배제할 수 있다. 둘째, 유리병에 점착된 먼지 혹은 이물질들의 잔여유기성분들을 열분해연소 제거되고 주로 무기성분들로 이루어진 연소생성물(산화물)들이 잔재하게 된다. 이러한 연소잔재들은 점착성을 가지는 유기성분들이 제거된 자착(自着)상태이므로 다음과 같은 후처리공정에서 적당한 물리력에 의해 쉽게 세정된다.

이후 또 다른 후 처리공정의 첫 루틴으로 유리병의 정밀 세정을 위하여 직렬방식의 증기세정실(141)로 유도하여 증기세정에 의한 병외부를 정밀세정하여 연소잔재를 제거한다. 더하여 제3의 로타리 증기세정실(140)로 유리병을 유도하여 병내부의 연소잔재를 제거한다.

즉, 유기열분해연소과정에서 발생된 연소생성물인 소량의 재의 잔재를 완전하게 제거하기 위하여 고온(80~90℃ 또는 120~130℃)과 고압(5~7Bar)의 증기를 병외부와 내부에 분사한다. 이때 탈착하는 재의 잔재는 증기로부터 흡습하여 날리지 않아 폐기물로써 뒤처리가 용이해 진다.

더하여 또다른 후처리공정의 두 번째 루틴으로 CO₂드라이아이스 세정에 의한 병내외부를 최종적으로 세정한다. 유리병 내부를 세정하기위하여 직렬CO₂드라이아이스세정실(151)에 유리병을 투입하고 유리병 내부를 세정하기위하여 제4의 로타리세정기(150)에 투입하여 CO₂세정을 한다.

여기서, CO₂세정이라 함은 극저온 이산화탄소 세정을 의미하는 것으로, 화학적습식세정의 한계점을 해결하기 위해 본 출원인이 발명 한 것으로서 신병세정은 물론이고 유통회수된 병(returnable bottle), 유통폐기되는 일회용병(oneway bottle)에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 방법을 본 발명에 전처리거나 후처리에 적용 하므로 보다 우수한 건식 세정을 달성 할 수 있다.

이 극저온 이산화탄소 세정은 본 출원인에 의한 특허출원(10-2004-111187) “유리병의 극저온 건식세정방법 및 그 시스템”에 잘 정리되어 있으므로 생략하고 그 응용실시예로써만 제시한다.

이상과 같이 본 발명은 다양한 재질의 라벨과 다양한 성분의 접착제들과 회수유리제품과 폐기되는 유리제품이 갖는 각 제품의 포장특성과 유통되어진 환경에 따라 야기되는 제반 문제점들에 대하여 한가지 이상의 필요한 세정원리와 메카니즘을 복합 조합하여 신속하고 완전하게 세정할 수 있는 맞춤식 세정을 달성 할 수 있다.

또한, 본 발명은 극저온 하드드라이아이스를 이용하는 CO₂세정과 유사한 건식세정으로 되는「고온·고압 증기를 이용한 세정방식」과 함께 이 기술을 보완하고 지원하는 새로운기술의 대기압 열분해 연소 세정방식」과 같이 세정대상물의 특성에 따라 세정방식에 변화를 갖는 하이브리드(Hybrid)방식으로 세정대상으로 되는 유리제품 및 및 이물질의 종류에 따른 맞춤식 세정을 수행한다.

특히, 새로이 제작된 유리병은 물론 다양한 회수 유리병과 유통폐기되는 일회용병들에 대하여 유리제품의 품질손상없이 원형을 유지시키고 라벨 및 그의 접착제와 각종 이물질의 제거를 하는데 있어 종래의 건식세정 기술과 용이하게 조합되어 신속하고도 완전하게 유리병을 세정한다.

Claims (10)

1. 유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들을 건식 세정하는 유리병 건식 세정방법에 있어서,

전처리로 4~5바아의 고압의 압축공기를 유리병의 내외부에 분사하여 오염 이물질을 제거하는 단계;

고온·고압의 고속증기스트림을 분사하여 유리병표면이 습식상태로 되어 라벨을 흡습시키고 라벨밑의 접착제도 뜨거운 온도의 응축수에 의해 점차 용해시키도록 적당시간 증기 분사로 라벨을 습윤상태로 하면서 유리병 동체의 온도를 70~80℃로 가온함으로써 라벨밑의 접착제를 1차적으로 용해시키는 단계;

라벨이 탈락상태로 되고 접착제가 어느정도 용해되어서 카제인 접착제의 접착력은 완화되어 있는 유리병을 온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 특정노즐들로 부터 유리병의 라벨과 접착모양들에 집중 분사하여 라벨을 탈락시키고 그 바로 밑에 1차 용해되고 남은 접착모양을 노출되게하는 단계;

유리병 외표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 일부 용해되고 제거된 상태이나 상당량 접착모양이 남아있는 접착모양에 온도가 80~90℃ 및 120~130℃이고, 압력이 5~7바아거나 이보다 다소 높은 고온고압의 건포화 증기를 직접 집중 분사하여 보다 정밀하게 접착제를 용해하면서 제거하는 단계와;

고온 80~90℃ 및 120~130℃의 포화증기 및 건포화 증기로 되는 증기 스트림이 유리병의 내부에 분사되어 소량의 응축수와 함께 고압의 증기가 병내부를 소용 돌이치면서 강력한 복합와류를 일으키면서 이물질이 배출하는 단계들로 구성시킨 유리병의 건식세정방법

제 1항에 있어서,

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 건증기로써 세정처리하는 루틴을 수행한후, 이 건증기 세정이후에도 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식후처리로 세정을 하는 단계를 더 포함하는 유리병 건식 세정방법.

제1항에 있어서,

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 건증기로써 전처리하고, 이 전처리 루틴후 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 극저온이산화탄 소를 이용하는 건식 후처리로 세정을 하는 단계들을 더 포함하는 유리병 건식 세정방법.

제1항에 있어서,

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 고온·고압의 건증기로써 세정처리하는 전처리 루틴을 수행하고, 이 루틴후에도, 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성오염 이물질에 대하여 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압 유기열분해 연소를 하고, 이 연소에 의해 남는 잔재물과 불연소된 이물질을 다시 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식 후처리로 세정을 한 후, 또 다시 병내부 위생세척과 건조를 위해 극저온이산화탄소를 이용하여 유리병 건식세정을 하는 단계들을 더 포함하는 유리병건식세정방법.

제1항에 있어서,

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 일차로 화학적 습식 세정장치인 세병장치로 처리하고 남아있는 잔재물과 유기성오염물을 고온고압의 증기스트림을 형성하여 증기세정을 하여 악성 고병의 불완전한 세정을 극복하도록한 유리병 건식 세정방법.

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 제거하는 유리병의 세병기나 세정장치에 있어서,

습식세정 및 건식세정으로 되는 어떠한 세정으로 유리병을 세정을 하는데 따라 온도가 80~90℃, 압력이 5~7바아로 증기 예비세정 처리하고, 온도가 80~90℃, 압력이 5~7바아로 최종 증기세정처리 되게한 유리병 건식 세정방법.

유리병에 부착된 라벨과 이 라벨을 접착하기 위한 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질들을 건식 세정하는 유리병 건식 세정시스템에 있어서,

유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대(31)와 분류대(32)를 구비하여 육안으로 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운상태로 유리병이 투입되는 것을 방지하는 투입장치(30);

유리병이 증기세정의 1단계 처리되도록 유리병이 세워진 상태로 고정하는 직립고정부(41)와 유리병을 뒤집어 고정하는 도립고정부(42)로 구성되어 증기세정을 하기전에 전처리로 4~5바아의 고압의 압축공기를 공기노즐로부터 병내외부에 분사하여 오염 이물질을 제거하게한 제1 로타리세정기(40);

그 내부에 설치된 노즐들로부터 고온·고압의 증기가 샤워되고 병표면은 즉시 습식상태로 되어 라벨을 적시도록 하므로 라벨의 흡습과 함께 라벨밑의 접착제도 뜨거운 온도의 응축수에 의해 점차 용해되게하고, 적당시간 증기 분사로 라벨을 습윤상태로 하면서 유리병 동체의 온도를 70~80℃로 가온함으로써 라벨밑의 접착제가 1차적으로 용해되게 하는 터널형태로 되는 제1증기세정실(50);

온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 특정노즐들로 부터 유리병의 라벨과 접착모양들에 집중 분사하여 라벨을 탈락시키고 그 바로 밑에 1차 용해되고 남은 접착모양을 노출되게하는 제2증기세정실(60);

유리병 외표면에 노출된 접착모양은 라벨제거와 함께 일부 용해되고 제거된 상태이나 상당량 접착모양이 남아있는 접착모양에 온도가 80~90℃이거나 필요에 따라 120~130℃이고, 압력이 5~7바아거나 이보다 다소 높은 고온고압의 건포화 증기를 직접 집중 분사하여 보다 정밀하게 접착제를 용해하면서 제거하도록 건포화증기에 의한 건식처리가 이루어지게한 제3증기세정실((70)과;

병내부 이물질과 오염물질이 제거되도록 유리병이 도립되어 설치되며, 그의 입구로 노즐이 위치되도록 설치하여 고온고압의 포화증기 및 건포화 증기로 되는 증기 스트림이 유리병의 내부에 분사하여, 온도 80~90℃ 또는 120~130℃의 증기가 병내부의 온도를 급격하게 상승시켜 순간 고온살균 효과와 함께 이물질과 오염물의 점착력을 급속히 약화시키는 역할을 하게 되고, 5~7바아의 고압증기의 강력한 물리력과 이로 인하여 만들어진 강력한 복합와류에 의해 이물질과 오염물이 병내부에서 배출되게하는 제2의 로타리세정기(80)들로 구성되는 유리병의 건식세정시스템.

제7항에 있어서,

유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 그 내부로 컨베이어가 유도되고 터널구조로 되고 히터들이 전 처리공정의 온도근처에서 가열속도 130℃/min이하로 하여 잔여유기성분들이 200℃ 정도에서 결합수분과 이산화탄소 발생시키고 250~300℃에서 열분해가 시작하여 연소를 진행시켜 비교적 급격한 승온으로 약 400℃까지 예비 가열하는 예열장치(110);

예열된 유리병은 열평형을 위해 400℃에서 5분간 유지시키게 되고, 이 유지시간동안에 전단계에서 이미 열분해가 진행되어진 잔여 유기성분들을 공급된 공기(산소)와 급격히 산화반응으로 완전히 분해 연소되게한 유기열분해연소장치(120)와;

이와 같이 열처리된 유리병이 급작스런 냉각으로 열변화로 일어날 수 있는 열충격을 방지하기 위해, 1차서냉의 냉각속도가 12℃/min로 하여 50~60℃ 냉각시키고, 2차서냉으로 냉각속도가 24℃로 하여 50℃ 추가냉각 시킨 후, 3차 서냉으로 냉각속도가 120℃/min이하로 급속 냉각시켜 후처리세정 공정인 다음공정에 적합한 온도 또는 상온으로 서서히 단계별로 강제 냉각시키는 냉각실(130)들을 더 구비하여, 유리온도전환영역보다 낮은 온도인 400℃이하에서 대기압열분해연소를 하므로써 유리병에 연소 및 유리공학적 문제가 발생치 않으면서 고온·고압증기세정을 보완지 원하여 유리병 세정을 달성 하는 유리병의 건식세정시스템.

제7항에 있어서,

유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 유리병의 정밀 세정을 위하여 연소잔재를 제거 하는 직렬방식의 증기세정실(141)과 유리병내의 연소잔재를 정밀제거하는 제3의 로타리 증기세정실(140)들을 더 구비하여 고온·고압증기세정을 보완지원하도록 한 유리병의 건식세정시스템.

제7항에 있어서,

유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질등을 고온·고압증기세정에 의해 제거된 상태에서 남아 있을 수 있는 잔여 유무기성 오염 이물질을 더 처리하도록, 유리병 외부를 세정하기위한 직렬CO₂드라이아이스세정실(151)과 유리병 내부를 세정하기위하여 제4의 로타리세정기(150)를 더 구비하여 CO₂세정을 게 하여 고온·고압증기세정을 보완지원하도록 한 유리병의 건식세정시스템.

Images