KR100650447B1 - 유리병의 복합세정방법 및 그 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유리병에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 오염이물질들을 화학적 습식세정의 하나인 가성소다를 주제로 하는 “알카리 세정(Alkaline cleaning process)"과 "중성계 세정" 중에 선택하여 일차로 하고, 유리병 내외부에 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 유리병의 ‘유리온도전환영역 또는 뒤틀림점(Strain point)’보다 낮은 온도인 520℃이하에서 "대기압유기열분해연소세정(Thermal heat cleaning process)"을 하여 유기성분을 연소 제거하고, 그 다음 이러한 연소에 의해 남은 연소잔재물인 무기산화물의 회분(Ash)을 보다 완전하고 효율적으로 제거하기 위하여 화학적 습식세정의 또 다른 하나인 무기산 또는 유기산을 주제로 하는 "산세정(Acid cleaning process)"을 하여 무기산화물인 연소 잔재물을 제거하고, 이후 정밀위생세정을 위하여 “고온·고압의 증기세정(Steam cleaning process)"을 하거나, "극저온 이산화탄소 드라이아이스 세정(CO₂ Dry ice cleaning)"을 하므로, 화학적 습식세정과 건식청정세정을 여러 공정으로 나누어 효율적으로 결합하여 복합화하는 유리병의 복합세정방법 (Hybrid cleaning process) 및 그 시스템이다.

화학적 습식세정, 알카리계세정, 중성계세정, 산세정, 대기압유기열분해연소세정, CO₂드라이아이스 세정, 고온·고압증기세정, 건식세정

Description

유리병의 복합세정방법 및 그 시스템{Bottle hybrid cleaning process and a system therefor}

도 1은 본 발명에 따른 유리병의 복합세정방법 및 그 시스템의 전체구성을 개략적으로 보인 블록선도,

도 2는 본 발명에 따른 유리병의 복합세정시스템의 구성장치로 되어 알카리세정을 수행하는 제 2세정부를 상세히 보인 평면도,

도 3은 본 발명에 따른 유리병의 복합세정시스템의 구성장치로 되어 산세정을 수행하는 제3세정부를 상세히 보인 평면도,

도 4는 본 발명에 따른 유리병의 대기압유기열분해연소의 알고리즘을 나타내는 그래프이다.

※ 주요도면부호의 간단한 설명 ※

20: 제1세정부 30: 제2세정부

40: 제3세정부 50: 제4세정부

60: 제5세정부

본 발명은 각종 주류·식음료의 내용물을 담는 유리병 등과 같은 유리제품의 외부표면에 부착되어 있는 브랜드를 나타내는 라벨(Label), 이 라벨을 부착시키는 접착제와 점착된 먼지 혹은 오염이물질을 여러 공정으로 이루어진 화학적 세정과 건식세정을 복합하여 세정효과를 높인 유리병의 복합세정방법 및 그 시스템을 제공하는 것에 관한 것이다.

재활용을 위해 회수한 유리병이나 일회용 병들은 그의 내용물로 되는 상품을 알리기 위한 라벨(대부분 종이)과 그 라벨을 그의 외부표면에 부착시키는 접착제(대부분 단백질계·전분계 등)가 가장 큰 오염 물질로 남아 있다. 그 외에도 이러한 회수병에는 유통 중에 그의 외부를 오염시킨 다른 이물질, 그의 내부에 남아있는 제품 잔재물, 유통환경과 잔재물로부터 파생되는 각종 유기오염물들이 남아있게 된다. 이러한 라벨과 접착제뿐만 아니라 그 이외의 오염물질들은 대부분 유기물과 무기물의 복합물로 이루어진 복합오염물이고 이들에 대하여 각각 이거나 동시에 완벽한 세정을 한다는 것은 결코 쉬운 일이 아니며 아직까지도 만족할 만한 세정은 개발되어 있지 않은 실정이다.

그러므로, 유리병의 만족 할만한 세정을 위하여, 세정대상인 주오염물질과 그로인하거나 다른 원인에 의한 이물질의 발생 경로와 특징을 파악하고, 그에 따른 세정제의 특성과 최적의 세정방법 및 그에 합당한 시스템을 개발할 필요가 있게 되었다.

상품라벨과 접착제를 제외한 복합오염물의 발생은 다음과 같다.

유리병 외부의 오염이물질은 유통과정 중에 공기 중의 흙·먼지와 습기의 반복흡수건조에 의한 무기질(칼슘·점토)점착과 특정유기물(찌꺼기)의 점착오염물의 변패·산화로 찌든 형태로 나타난다.

유리병 내부의 이물질은 무엇보다도 먼저 첫째, 제품내용물의 잔재물 그 자체와 건조물이 가장 큰 오염원으로되고, 둘째, 잔재물을 영양원으로 하여 기생 생육하는 미생물(박테리아·조류·곰팡이류) 군락과 물(경수)에 의한 각종 무기물인 물때(scale), 석회, 물속의 각종 광물질과 기타 무기질막(철·황화물)이 오염원이고, 셋째, 병 내부에 인위적으로 투입된 이물질, 즉 담배꽁초, 음식물찌꺼기, 기타 유기화합물 등으로부터 추출건조되거나, 건조되기까지의 영양원으로 활용되어 생물유기체의 성장으로 인한 미생물 군락과 물때 등과 함께 복합적인 오염형태로 나타난다.

특히 미생물 생육조건인 습도·영양원·온도 등의 조건이 갖추어 졌을 때 생물유기체 성장으로 인한 오염이 발생되는데, 일부 미생물의 경우 다당류를 분비하며, 다당류는 표면에 생체막을 형성하는 중에 염류와 결합하게 된다. 이와 같은 생체막은 강한 점착력을 가지기 때문에, 이의 건조로 형성된 건조막은 강한 점착력으로 인해 제거하기가 쉽지 않다. 특히 곰팡이류는 키틴(chitin)이라는 다당류가 주요구성성분으로 점착력이 극대화되어 어떤 세정제나 방법으로도 처리가 거의 불가능하다.

이러한 오염 이물질들은 대부분 단백질·유지·탄수화물과 같은 유기물과 무 기염류로 구성되어 있으나 대부분 유기물과 무기물의 복합물로 이루어진다. 또한 미생물 생체 조직의 구성영양소도 단백질·지방·무기질로 구성되며, 생체조직의 구성분은 수분 65%, 단백질 16%, 지방 14%, 무기질 4%, 탄수화물 1%로 이들이 바짝 건조된 상태로 결국에는 단백질·지방·탄수화물과 같은 유기질과 무기질의 복합물로 남게 된다.

식품이나 생물체에 들어있는 원소 가운데 유기체 구성요소인 C, H, O, N을 제외한 다른 원소를 통틀어 무기질 또는 광물질(mineral)이라 하며, 무기질은 식품을 태운 후에 재로 남는 부분이며, 회분(ash)이라고도 한다. 즉 유기물질이 연소하면 연소생성물인 무기산화물 즉 회분(ash)이 남게 된다.

무기질은 약 100여 종의 금속·비금속원소로 되어 있으며 대부분 무기염 형태로 식품 중에 존재하지만 단백질·혈색소·효소·염록소 등의 유기물 속에 들어있는 무기질도 있다.

무기질에는 Ca, Mg, Na, K, Fe, Cu, Mn, Co, Zn과 같은 알카리성 원소와 P, S, Cl, Br, I 등과 같은 산성원소가 있으며, 미량으로 존재하는 Al, F, Si 등 미량원소가 있다.

이에 따라 개발된 세정제는 크게 수계(알카리계·중성계·산성계), 준수계(탄화수소계), 용제계(알콜계·에스테르계, 탄화수소계)로 나눌 수 있다.

준수계와 탄화수소계 세정제를 사용할 경우 기존 수계 세정시 문제점인 수세얼룩·표면산화·건조 등의 문제점은 발생하지 않았으나 유기물과 무기물의 복합물 로 이루어진 오염물에 대하여 완벽한 세정능력을 발휘하지 못한다.

수계세정제들은 연화·유화·용해·분산·침투·세정 등의 세정메커니즘을 통하여 유기성·무기성의 단일 및 복합오염물에 대한 세정능력이 탁월한 편이다. 특히 불수용성의 단백질과 유지, 수용성의 탄수화물 등의 유기물에는 알카리계 세제가 최상이며, 불수용성 무기염류는 산성계 세제가 최상의 세정능력을 발휘한다.

더불어 중성계 또한 알카리계와 유사한 세정능력을 갖출 수 있다. 이때, 중성세제가 사용된다.

수계세정은 넓은 설비공간·고가설비비용·폐수발생 등의 단점을 갖고있다. 그러나 수계세정으로의 전환에 가장 큰 걸림돌인 세정품질과 연속 생산성·폐수처리 등의 문제를 해결하여 세정성·환경성·생산성 등을 모두 만족시킬 수 있는 환경친화적인 정밀수계세정시스템이 개발되어 활용되어 왔다.

따라서 복합오염에 대한 정밀세정·인체 및 환경안정성을 고려했을 때 수계세정이 확산되어 온 것은 필연적이다. 그 중에서 주류·식음료업계에서 사용되는 재활용 유리병에 대한 세정에는 전세계적으로 수계중에 알카리계 세정제를 주로 사용하고 있다.

주류·식품업계에서는 라벨과 접착제와 복합오염물을 제거하는 세정방법으로 “가성소다를 주제로 하는 알카리세정”인 화학적 습식세정방식(차후 화학적 습식세정으로 약술)을 이용하는 세병장치(Bottle washer)가 개발되어 활용되어 왔고 현재 전세계적으로 가장 효율적이고 경제적인 방법으로 알려져 있다.

이 장치는 종류에 따라 다양하나 기본적으로 알카리계와 보조제를 포함한 세 정제들의 연화·유화·용해·분산·침투·세정 등의 메커니즘을 활용하는 예비세정(Prerinsing)→침잠(Soaking)→세정(Rinsing)→최종세정(Final Rinsing)과정을 거치며 특히, 특정온도와 가장 저렴한 효과적인 세정제인 가성소다(NaOH)와 몇 가지 보조제를 포함하는 세정제거나 또한 알카리계 세제를 대체하여 중성계 세제를 사용하여 회수병들을 세척하여 세정하게 된다.

그러나, 화학적 습식세정이 유기성·무기성의 단일 또는 복합오염물에 대해 비교적 탁월한 세정능력을 가졌다 하더라도 회수병 내부의 오염상태가 아주 심한 악성고병의 경우에는 상기 언급한 복합오염에 대한 세정능력의 한계로 인하여 불완전 세정으로 되고 다시 전체적이거나 선택적으로 재 세정이 필요한 세척불량으로 나오게 된다. 이 때문에 제품의 품질을 균일하게 하는 것이 어렵고 소비자 신뢰에도 나쁜 영향을 미치게 된다.

이는 화학적 습식세정에 잘 제거되지 않는 유리병에 오염점착된 무기염과 유기성 염기물질 및 다당류 물질들로 이루어지고 복합화된 오염이물질들 때문이다. 대표적으로 물때류, 곰팡이류, 세균류 등에 오염되고, 담배진(니코틴은 대표적 유기성 염기물질임), 병목의 녹, 흙 등이 찌든 그리고 무기성 오염물들이며, 이들은 알카리세정 또는 중성계 세정 후에도 대부분 남게 되는 잔여유무기성 오염물이다.

이와 같이, 불완전 세정에 의해 남는 잔여유무기성 오염물을 다시 세척 하였다 하더라도 유기물과 무기물의 복합오염물들이 병 표면에 강하게 밀착된 얇은 막 또는 띠 등의 형태로 잔재하여, 어떤 강력한 물리력에 의해서도 쉽게 제거하기가 어렵다. 따라서 기존 화학적 습식세정으로는 완전한 제거가 불가능하여 유리병으로 의 재활용을 포기하고 폐기하게 된다.

기존 화학적 습식세정으로는 유리제품이 갖는 각 제품의 포장특성과 유통되어진 환경에 따라 야기되는 세정측면에서의 제반문제점과 복합오염물(원)들을 제거하는데 한계가 있음을 설명했다.

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

이러한 점에서, 본 출원인은 악성고병의 화학적 습식세정의 한계를 극복하기 위하여 개발된 한국특허 제444129호에서의 “유리제품 라벨 제거방법”과 2005.06.04자 출원된 특허출원 제48082호에서 개시된 유리병의 건식 세정방법 및 그 시스템을 이용하여 각종오염물을 세정하는 다른 방식이 있음을 확인하게 되었다.

여기서 한국특허는 각종 주류·식음료병으로 사용된 후 버려지는 폐유리제품을 재활용하도록 표면에 부착되어 있는 라벨을 소각에 의해 제거하는 “유리제품라벨제거방법”을 개시하고 있다.

이 유리제품라벨제거방법은 유리병에 열 충격을 방지하기 위한 쇼크방지액을 도포하고, 이를 약 600~800℃의 소각로를 통과시켜 폐유리제품의 라벨 등의 이물질을 소각시키는 라벨소각단계와 소각로후반부 내부에 냉각공기를 주입하여 폐유리제품을 상온으로 강제 냉각시키는 냉각단계를 포함하고 있다.

그러나, 이 한국특허에서는 합성수지계 접착제와 그에 의해 부착되어진 라벨을 연소하여 제거 하지만 두 가지 측면의 구조적 문제점을 가지고 있다. 첫째, 유리공학 및 연소공학특성 측면에서 유리용기의 변형, 강도내구성 저하가능성과 용기변형에 의한 용기 내부의 연소탄화물 고착현상을 일으킨다. 둘째, 라벨과 카제인, PVA접착제와 같은 다른 접착제와 오염물 연소제거 측면에서 불완전연소, 애싱(ashing)현상과 접착제 등의 탄화열변성 그리고 용기내외부의 세정완성도 미흡 등의 문제점들이 그것이다.

이러한 문제점의 근본 원인들은 소각온도 600-800℃의 고온연소를 하는데 기인한다. 즉, 종이라벨의 소각제거를 위해서는 종이의 자연발화점인 약 500℃ 이상으로, 합성수지계접착제((예:Hot Melt)의 제거를 위해서는 소각연소 발열량(종이의 2.5배)이 매우 높은 등 고온연소가 불가피한 관계로 소각온도를 600~800℃로 결정하게 된 것으로 보이나. 이 소각온도에서는 연화점(Softening point) 716~733℃, 서냉점(Annealing point) 558~570℃, 뒤틀림점(Strain point) 527~541℃을 갖는 소다석회규산염으로 되는 폐유리병에 심각한 품질훼손뿐 아니라, 한편으로는 서냉속도를 준수하지 않음으로써 뒤틀리는 등의 구조적 변형과 강도·내구성의 저하를 가져오게 될 수 있다(이는 일본 유리조성데이터북에서 유리의 주요특정기준점(Reference point)에 준하여 설명되었다).

또한, 연소공정 중에 산소공급이 원활치 않을 경우 병 내부의 고형 이물질의 불완전연소에 의해 유기물은 불완전 연소되어 탄화생성물이 남게 되고 이 중 일부가 유리조직 용융과 함께 탄화물이 고착되는 현상이 있을 수 있으며, 냉각 후 고착 된 탄화물은 어떠한 후처리 공정으로도 제거하기 어렵게 된다. 즉, 이 세정처리에 의하여서는 연소잔재물과 불연소된 이물질이 남게 된다.

이러한 문제점을 해결하는 방법으로 2005.06.04자 출원된 특허출원 제48082호에서 개시된 유리병의 건식 세정방법 및 그 시스템을 이용하여 남아있을 수 있는 이물질을 다시 고온.고압의 건증기를 이용하여 건식 후처리로 정밀세정을 하여 세정효과를 높일 수 있음은 확실하다.

이 유리병 건식 세정방법은 압력이 5-7바아의 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 이물질들과 같은 유무기성 오염 이물질을 제거하는 기술에 관한 것이다.

즉, 이 특허는 유리병이 세워진 상태로 고정하는 직립고정부와 유리병을 뒤집어 고정하는 도립고정부로 구성되어 터널형태로 되는 증기세정실 내부로 투입하고, 온도 80~90℃이고 압력 5~7바아의 포화증기를 특정 노즐들로부터 유리병의 외부와 내부를 집중 분사하여 오염물을 탈락시키거나 온도가 필요에 따라 120~130℃이고, 압력이 5~7바아의 고압 건포화증기를 외부와 내부를 집중 분사하여 보다 정밀하게 복합오염물을 제거하도록 건포화증기에 의한 건식처리가 이루어진다.

또 다른 건식세정기술로써 대표적인 것으로, 본 출원인에 의하여 선출원된 한국특허 제10-2004-111187호(2004. 12. 23)가 있으며, 이 기술은 각종 주류 식음료용으로 제작되고 라벨 등이 부착되어 유통되고 회수되는 유리병에 부착된 라벨과 오염된 이물질 등을 제거하여 재활용되게 하는 유리병 건식세정방법 및 그 시스템 에 관한 것이다.

이 건식세정방법은 극저온의 CO₂드라이아이스 특성을 이용한 것으로 위 특허와 같이 정밀 세정에 이용될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 CO₂드라이아이스를 생성하여 고체 드라이아이스로되는 펠릿과 CO₂스노우 생산을 위한 소프트아이스드라이를 동시거나 선택적으로 생산하며, 이렇게 생산된 CO₂펠릿을 버퍼링하고 CO₂스노우드라이아이스를 압축하여 대기상태로 하며, 극저온 CO₂에어로졸을 형성하도록 외부로부터 극저온의 압축공기와 혼합되고 동시에 별도의 열교환기를 경유하고 소정의 극저온 질소거나 아르곤과 혼합되어 CO₂스노우에어로졸을 생성하고, 세정하고자 하는 유리병이 공급되어 제1차 세정공정과 제2차 세정 공정을 순차로 수행하도록 제1 및 제2, 제3세정부를 경유하고, 유리병에 충진밸브가 설치되어 제4차 세정부를 경유하면서, 극저온 하드드라이아이스 세정공정 및/또는 극저온 소프트드라이아이스 세정공정이 적용될 수 있고, 필요에 따라 하이브리드세정 공정을 도입하여 유리병을 세정하는 방법을 개시하고 있다.

이러한 건식세정은 극저온의 CO₂드라이아이스로 구성되는 펠릿과 CO₂스노우로 되는 소프트아이스드라이를 생산하여야 하고, 이렇게 생산된 CO₂펠릿과 CO₂스노우드라이아이스를 고압·고속으로 압축하여 노즐들을 통과하는 스노우에어졸스트림이 유리병의 표면에 분사되므로 스트림 내에 드라이아이스 스노우입자 충돌에 의해서 용기표면의 이물질과 오염물이 제거된다.

유리병의 내부에도 스노우에어로졸스트림이 분사되어 팽창되어서 이물질을 제거하게 되고 와류를 일으켜 이물질을 배출함과 동시에 외부에서 자동흡입이 이루어지도록 한다.

이와 같이, 유리제품의 포장특성과 유통환경에 따라 필요한 세정원리와 메카니즘을 한가지가 아니라 두 가지 또는 서너 가지의 방식을 조합하여 신속하고 완전하게 세정할 수 있는 맞춤식 세정방법을 채택할 필요가 있다.

이에 따라 유리병세정에 새로운 세정방식을 도입할 필요를 느끼게 되었고 여러 가지 기술중에 화학적 습식방법을 기조로 하여 그의 한계를 극복한다면 바람직하다 할 것이어서, 이 기술을 보완하고 지원하는 「대기압 유기열분해 연소 세정방식을 채택하고, 이의 단점을 해결하는 방식으로 극저온을 이용한 하드드라이아이스 건식세정과 고온·고압 증기를 이용한 건식세정방식」을 선택적으로 적용하여 세정대상물의 특성에 따라 정밀위생세정을 하도록 하여 여러 공정을 결합하는 복합(Hybrid)방식으로 유리제품 및 그의 이물질의 종류에 따른 맞춤식 세정을 수행한다.

그러므로, 새로이 제작된 유리병은 물론 다양한 회수 유리병과 유통폐기되는 일회용 병들에 대하여 유리제품의 품질손상없이 원형을 유지시키고 라벨 및 그의 접착제와 각종 복합오염 이물질을 제거하는데 한층 효율적이어서 제품의 품질을 보장할 수 있다.

본 발명의 주 목적은 악성고병이 복합적인 각 오염물의 특성에 따라 선택된 적합한 세정방식으로 처리 되도록 화학적 습식세정과 건식세정을 선택적으로 복합 화하여 여러 공정을 거치게 하므로 복합오염물을 제거되게 한 유리병의 복합세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 화학적 습식세정의 한계점과 악성고병의 불완전한 세정을 극복하기 위해 창출된 것으로 신병 세정은 물론이고 유통회수된 병, 유통폐기되는 일회용 병에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 복합오염물을 여러 공정으로 이루어진 화학적 습식세정과 건식세정을 복합하여 세정효과를 높인 유리병의 복합세정방법 및 그 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따르면, 유리병의 복합세정 방법은 가성소다를 주제로 하는 알카리 세정이거나 중성세제를 이용하는 중성계 세정으로 되는 화학적 습식세정을 한 후, 남아 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 “유리온도전환영역” 또는 유리의 뒤틀림점(Strain point)보다 낮은 온도인 520℃ 이하에서 대기압유기열분해연소를 하고, 이 연소에 의해 남은 연속잔재물과 불연소된 이물질을 고온·고압의 건증기를 이용하는 건식후처리로 정밀위생세정을 하여 세정 효과를 극대화하는 단계들로 이루어진다.

유리병의 복합세정의 또 다른 방법은 유리병에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 복합오염물 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 가성소다를 주제로 하는 알카리 세정이거나 중성계 세정인 화학적 습식세정을 한 다음, 남아 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 “유리온도전환영역” 또는 유리 의 뒤틀림점보다 낮은 온도인 520℃ 이하에서 대기압유기열분해연소를 하고, 이 연소에 의해 남은 연속잔재물과 불연소된 이물질을 극저온 이산화탄소드라이아이스를 이용하는 건식후처리로 정밀위생세정을 하여 세정효과를 극대화하는 단계들로 이루어진다.

유리병의 복합세정의 또 다른 방법은 유리병에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 접착된 먼지 혹은 각종 복합오염물 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 가성소다를 주제로 하는 알카리 세정이거나 중성계 세정인 화학적 습식세정을 한 다음, 남아 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 “유리온도전환영역” 또는 유리의 뒤틀점보다 낮은 온도인 520℃ 이하에서 대기압유기열분해연소를 하고, 이 연소에 의해 남은 연속잔재물과 불연소된 이물질을 무기산 또는 유기산을 주제로 하는 산세정방식을 거쳐, 고온고압의 건증기거나 극저온 이산화탄소 드라이아이스를 이용하는 건식후처리로 정밀위생세정을 하여 세정효과를 극대화하는 단계들로 이루어진다.

본 발명에 따른 유리병 복합세정시스템은 유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대와 분류대를 구비하여 육안으로 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운 상태로 유리병이 투입되는 것을 방지하는 유리병 선별투입부; 병외부에 점착된 먼지와 병 내부에 담배꽁초 등과 같은 오염이물질을 감소시키기 위하여 투입되는 병을 직립시키고 도립되는 상태로 물을 분사하는 노즐이 구비되게 한 구성의 예비세정부, 온도 65~70℃ 가성소다용액을 수납하고 가성소다액의 유동을 일으키고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 분사노즐을 구비한 제1부식조 및 온도 80~85℃ 가성소다용액을 수납하고 가성소다액의 유동을 일으키고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 분사노즐을 구비한 제2부식조, 온도 65~70℃의 온수에 일정시간 침적되게 하고 병 내외부에 묻어 있을 가성소다용액을 씻어내고, 온도 40~45℃의 새로운 온수를 몇 회의 특정압력으로 분사하는 분사노즐이 설치된 온수조와 상온의 신수(fresh water)로 병 내외부에 묻어 있을 수 있는 가성소다 잔재물을 제거하도록 분사노즐이 설치된 최종 세정부로 구성되어 알카리 세정을 수행하는 제1 세정부; 그 내부로 컨베이어가 유도되고 터널구조로 되고 히터들이 전 처리공정의 온도 근처에서 유리병의 가열속도 130℃/min이하로 하여 잔여유기성분들이 250~300℃에서 열분해가 시작하는 연소온도에 도달하도록 비교적 급격한 승온으로 예비 가열하는 예열부, 예열된 유리병은 열평형을 위해 520℃이하에서 5분간 유지시키게 되고, 이 유지시간 동안에 전단계에서 이미 열분해가 진행되어 진 잔여 유기성분들을 공급된 공기(산소)와 급격히 산화반응으로 분해 연소 되게 하는 유기열분해연소부와, 이와 같이 열처리된 유리병이 갑작스런 냉각으로 열변화로 일어날 수 있는 열충격을 방지하기 위해, 서냉조건을 지키면서 급속냉각시키는 냉각실로 구성되는 냉각부로이루어진 유기열분해연소세정을 수행하는 제2세정부; 가열분해연소 과정에서 발생된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소 이물질을 완전 제거하기 위하여 직렬방식의 증기세정실과 유리병 내의 연소잔재를 정밀제거하는 로타리 증기세정실들을 더 구비하여 온도 80~90℃ 또는 120~130℃에서, 고압 5~7BAR의 고속증기스트림”을 병 외부와 병 내부에 분사하여 정밀세정을 수행하는 제4세정부들로 구성된다.

여기서 가성소다액 대신에 중성계의 중성세제액이 사용될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유리병 복합세정시스템은 정밀세정을 하도록 잔여 유무기성 오염이물질을 더 처리하도록 유리병 내외부를 세정하기 위한 직렬CO₂ 드라이아이스 세정실과 유리병 내부를 세정하기 위하여 로타리 세정기를 구비하여 CO₂세정을 하는 제 5세정부를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 유기열분해연소과정에서 잔여유기성분으로 되는 연소생성물인 무기산화물 회분(Ash)이 병 표면에 강하게 밀착되어 있어 어떤 물리력에 의한 직접 충격을 주지 않고는 쉽게 제거하기 어려울 수 있다. 따라서 무기산화물을 쉽게 용해하면서도 유리병 면과 무기물 사이를 침투 유리시킬 수 있는 특정의 산용액을 활용하여 정밀 세정을 한다. 이를 위하여 유리병 복합세정시스템은 제2세정부와 제4 또는 제5세정부 사이에 온도가 약 60~80℃의 특정의 산용액을 수납하고 병 내외부를 특정시간 침작하고 특정압력으로 분사하는 분사노즐을 구비한 산수납조와 온도 약 60~80℃의 신수(fresh water)를 수납하고 이 신수를 병 내외부에 묻어 있을 수 있는 회분을 탈리시키는 분사노즐을 구비한 세정부로 이루어진 제3세정부가 설치된다.

이에 따라 유리제품의 포장특성과 유통환경에서 오는 세정특성에 따라 필요한 세정처리와 메카니즘을 한두 가지가 아니라 서너 가지 방식을 조합하여 신속하고 안전하게 세정할 수 있는 맞춤식 세정방식을 달성할 수 있다.

본 발명은 모든 유리병에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 접착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 “가성소다를 주제로 하는 알카리 세정이거나 중성계 세정의 화학적 습식세정방식에 더하여, 이러한 화학적 습식세정의 한계로 인한 불완전 세정을 극복하기 위하여 즉 화학적 습식세정을 한 후 잔여유무기성 오염이물질의 유기성분을 제거할 수 있는 유기세정을 주로 하는 알카리 세정이거나 중성계 세정의 화학적 습식세정을 보완지원하는 대기압 유기열분해연소세정에 의해 분해연소시키는 대기압유기열분해 세정방법(Thermal heat cleaning) 및 그 시스템을 도입하고, 이에 더하여 남은 연소생성물의 잔재물(무기산화물)과 불연소된 이물질을 용해·탈리시켜 제거할 수 있는 무기산 또는 유기산을 주제로 하는 산세정방법(Acid cleaning process) 및 그 시스템을 도입하고, 이에 더하여 완벽한 정밀위생세정을 위하여 고온고압증기세정이거나 극저온 CO₂드라이아이스 세정방법 및 그 시스템을 도입하는, 화학적 습식세정과 청정건식세정을 여러 공정을 통하여 복합결합하는 유리병의 복합세정(Hybrid cleaning)방법 및 그 시스템을 제공한다. 여기서 알카리계를 이용한 대신 중성계의 중성세제를 선택적으로 이용하므로 라벨들의 제거에 대하여 유사한 전처리 효과를 갖는다.

이를 위하여, 본 발명은 도1에 도시된 바와 같이 먼저 유리병 선별투입부(10)는 컨베이어벨트(11) 위에 신병이든 재활용을 위하여 회수된 일회용 병 등과 같은 유리제품이 고정되어 육안검사가 이루어지게 한다. 이때, 파병, 이형병, 과다오염병, 칩넥 등이 선별 제거된다. 투입부(10)는 유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대(12)와 분류대(13)를 구비하여 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운 상태로 유리병이 투입되는 것을 방지한다.

그 다음 화학적 습식세정에서는 가장 저렴하고 효과적인 세정제로써 가성소다(NaOH)와 몇 가지 보조제를 사용하는 알카리 세정을 하도록 특정온도이상에서 카제인 접착제를 쉽게 용해시켜 라벨제거가 용이하도록 한다. 또한 중성세제를 이용할 수 있음은 물론이다.

도1A에 상세히 도시한 바와 같이, 이 알카리세정을 수행하는 제1 세정부(20)는 1단계에서 병 내외부의 오염이물질을 감소시키기 위한 전처리를 하도록 용수절감을 위해 세병기 후단의 신수세정에서 사용된 온도 40~45℃의 물을 병 내외부에 분사하는 분사노즐(도시 않됨)을 구비한 예비세정부(21)를 구비하여 재활용 용수로 병 외부에 점착된 먼지를 씻어내고, 병 내부의 오염이물질을 병 밖으로 배출시킨다. 이때 병 내부에 있는 이물질의 대부분을 배출시켜 알카리 세정의 대상오염부하를 줄이게 된다.

2단계를 위하여, 예비세정부(21)에 이어서 온도 65~70℃의 가성소다용액을 수납하고 가성소다액의 유동을 일으키고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 노즐을 구비한 제1부식조(22)가 설치되며, 이 제1부식조(22)에 유리병을 일정시간 침적시켜 병체에 부착된 종이라벨이 흡습되고, 접착제는 점차 용해되어 점착력이 완화되면서 가성소다용액의 강한 유동과 분사에 의해 라벨이 탈착된다. 이때 병 내부 의 오염이물질도 함께 분해·용해 제거된다. 이 경우 알카리세정 대신 중성계 세정을 하여도 유사한 효과를 가질 수 있다.

3단계를 위하여, 제1부식조(22)에 이어서 온도 80~85℃ 가성소다용액을 수납하고 가성소다액의 유동을 일으키고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 노즐을 구비한 제2부식조(23)가 설치되며, 가성소다용액에 일정시간 침적시켜 다시 잔여유기성 오염이물질을 분해·용해시키며 보다 나은 세정을 위해 가성소다용액의 강한 유동과 분사를 시키므로 병 내부를 세척한다. 이 경우 알카리세정 대신 중성계 세정을 하여도 유사한 효과를 가질 수 있다.

이때 육안으로 발견될 수 있는 대부분 병 내외부의 오염이물질은 제거된다.

4단계를 위하여, 제2 부식조(23)에 이어서 온도 65~70℃의 온수를 수납하고 병의 내외부에 온도 40~45℃의 신수를 분사하는 노즐을 구비한 용수조(24)가 설치되며, 유리병을 온수에 일정시간 침적시켜 병 내외부에 묻어 있는 가성소다용액을 씻어내고, 신수를 특정압력으로 소정횟수 분사하므로 잔재한 가성소다용액을 씻어낸다.

5단계를 위하여 용수조(24)에 이어서 상온의 신수를 분사하는 노즐을 구비한 최종세정부(25)가 설치되어, 최종적으로 신수세정의 마지막 공정으로 병 내외부에 묻어있을 수 있는 가성소다 잔재와 티끌 등 미세한 이물질을 제거하게 된다.

한편, 이 제1세정부(20)는 유리병이 소정의 세정공정을 거쳤다 하여도 세정상태가 육안 검사에 의해 불만족스러운 경우 재순환되게 하는 순환 컨베이어(26)를 더 구비한다.

이와 같은 제1세정부(20)에 의한 유리병의 세정은 라벨과 이 라벨을 부착시키는 접착제와 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 제거하나 잔여 유무기성 오염 이물질이 남아 있을 수 있다. 그러므로, 후처리공정으로 고체화되어 있는 유기잔류물로 되는 이물질을 대기압열분해연소 과정에서 제거할 수 있다. 그러나, 이 대기압 유기열분해 연소세정방법은 그를 구성하는 공정과 환경에 따른 설계가 도입되어야 한다.

대기압유기열분해연소는 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 절반 정도 해중합하여, 보다 높은 350℃정도에서는 몇 개의 고분자를 제외한 나머지 고분자가 거의 분해된다. 대부분의 유기고분자들은 열에 불안정한데 다음 중 한두 가지 이유에 기인한다.

① 고분자가 저분자화합물로 분해하는 것은 엔탈피 효과에 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 긴 사슬 내의 원자들은 단량체 해중합 공정과 같은 분해 연쇄반응을 촉진한다.

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 다르며, 발화온도(연소를 일으키는 최저온도)와 최소산소지수 [연소를 지속시키는데 필요한 산소량, O₂/(O₂+N₂)×100]에 따라 좌우된다.

예를 몇 가지 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 유기열분해연소세정은 유리병 제품에 부착되어 있는 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 화학적 습식세정방법에 의하여 제거된 상태에서 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질을 “유리온도전환영역”보다 낮은 온도인 520℃이하에서 대기압유기열분해연소를 함으로써 유리병에 연소 및 유리공학적 문제가 발생치 않으면서 유리병 세정을 달성할 수 있다.

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

유리성형 또는 가공할 때는 참고도에서와 같이 서냉점보다 5℃ 높은 온도까 지는 비교적 급속히 가열하여 그 온도에서 5~30분간 유지하여 응력을 소실시킨다. 다음에는 F점부터 서냉작업을 시작하여 뒤틀림점의 약간 아래(5℃)까지 천천히 냉각하고 이후 열충격 응력에 의해 파손되지 않는 범위에서 급속냉각한다. 자세한 것은 도4를 참조한다. .

도4에 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(527~542℃)아래에서 열처리하여 유기성분을 분해연소시키는 것이 중요한 개념이다. 그 이유는 점성 유동이 전혀 없는 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 열분해연소처리를 수행한다.

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

즉, 도1에 도시와 같이, 이러한 대기압 유기 열분해 연소세정을 수행하는 제2세정부(30)는 유리병 투입단에 인접하여 예열부(31)가 설치된다. 이 예열부(31)는 일반적인 구성으로 그 내부로 컨베이어가 유도되고 터널구조로 되고 히터들이 유리병을 가열하도록 설치된다. 이 예열부(31)에 투입된 유리병은 온도가 상온이나 전 처리공정의 온도 근처에서 가열속도 130℃/min이하로 하여 비교적 급격한 승온으로 약 520℃까지 가열된다. 이는 열 변화로 일어날 수 있는 유리병의 열 충격을 방지하기 위한 것이다. 이 단계에서 잔여유기성분들은 200℃ 정도에서 결합수분과 이산화탄소 발생하고 250~300℃에서 열분해가 시작하여 연소가 진행된다.

이후, 예열된 유리병은 유기 열분해연소부(32)로 공급되어, 유리병의 열평형을 위해 520℃에서 5분간 유지시키게 된다. 이 유지시간 동안에 전단계에서 이미 열분해가 진행되어진 잔여유기성분들은 공급된 공기(산소)와 급격히 산화반응으로 완전분해 연소 된다. 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 고분자 물질연소의 특징은 고체이므로 고체의 연소형태 중 분해연소 형태를 띤다.

이후 열 처리된 유리병은 급작스런 냉각으로 열 변화로 일어날 수 있는 열충격을 방지하기 위해, 냉각실(33)에서 서서히 냉각처리된다. 이 냉각처리는 1차서냉의 냉각속도가 12℃/min로 하여 50~60℃ 까지 냉각시키고, 2차서냉으로 냉각속도가 24℃로 하여 50℃ 추가 냉각시킨 후, 3차서냉으로 냉각속도가 120℃/min이하로 급속 냉각시키거나, 1차서냉의 냉각속도가 24℃/min로 하여 50℃로 냉각시킨 후 2차 서냉으로 냉각속도가 120℃/min이하로 급속 냉각시켜 후처리세정 공정인 다음 공정에 적합한 온도 또는 상온으로 서서히 단계별로 강제 냉각시킨다.

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

이후, 또 다른 후 처리공정으로 유리병의 정밀 세정을 위하여 제4 세정부(50)가 도입될 수 있다. 제4세정부(50)는 고온고압의 증기세정방식이 적용된다.

이 고온고압증기세정방식은 고온 80~90℃ 또는 필요에 따라 고온 120~130℃, 고압 5~7바아의 증기분사를 이용하여 병유리 표면의 라벨과 접착제 그리고 점착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 제거하는 것으로써, 화학약품을 사용하지 않는 환경친화적이며, 또한 약간의 응축수가 발생할 수는 있으나 폐수무방류 할 수 있는 청정 건식세정기술이다.

이러한 증기세정의 기초원리를 이해하기 위하여 먼저 증기의 성질을 이해하 고자 한다.

·액체의 증발로 발생한 기체를 증기(Vapor)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 용기 속의 포화수를 가열하면 수면으로부터 증기가 발생하게 되는데 이때의 발생증기 속에는 극히 작은, 마치 안개와 같은 수분을 포함한다. 물의 증발시 증발잠열은 완전히 흡수하지 못한 습한 증기로써 건조도<1이며, 습증기 1㎏의 수분량은 0.02㎏이다.

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

·과열증기(Superheated steam)는 건포화증기를 가열압력의 변화없이 계속 가열하면 증기온도가 포화온도 이상으로 상승한다. 이와 같이 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 물리적 분사(Physical jetting)

ⅱ) 오염물과 세정표면 간의 열적 차이(Thermal differential)에 의한 열적충격(80~90℃ 또는 120~130℃)

ⅲ) 유기성 오염물질을 분리·분해할 수 있는 고온 증기응축수의 용해도(Solubility)들을 가진다.

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

이러한 기술적인 근거하에서는 유리병의 정밀 세정을 위하여 직렬방식의 증기세정실(51)로 유도하여 증기세정에 의한 병외부를 정밀세정하여 연소잔재를 제거한다. 더하여 로타리 증기세정실(52)로 유리병을 유도하여 병 내부의 연소잔재를 제거한다.

즉, 유기열분해연소과정에서 발생 된 연소생성물인 소량의 무기물 잔재를 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 용이 해진다.

또 다른 후처리공정으로 유리병 정밀세정을 위하여 CO₂드라이아이스 세정을 도입할 수 있다. 이 CO₂드라이아이스 세정은 제5세정부(60)에 적용하여 병 내외부를 최종적으로 세정한다. 유리병의 외부를 세정하기 위하여 직렬CO₂드라이아이스 세정실(61)에 유리병을 투입하고 유리병 내부를 세정하기 위하여 로타리세정기(62)에 투입하여 CO₂ 세정을 한다.

여기서, CO₂ 세정이라 함은 극저온 이산화탄소 세정을 의미하는 것으로, 화학적습식세정의 한계점을 해결하기 위해 본 출원인이 발명한 것으로서 신병세정은 물론이고 유통회수된 병(Returnable bottle), 유통폐기되는 일회용병(Oneway bottle)에 부착되어지는 라벨 및 접착제와 접착된 먼지 혹은 각종 이물질 등을 신속하고 완전하게 제거할 수 있는 방법을 본 발명에 전처리거나 후처리에 적용하므로 보다 우수한 건식 세정을 달성할 수 있다.

한편, 제2세정부(30)는 그의 대기압 유기열분해 연소과정 중에 유리병 내부에 강하게 밀착되어 있는 스케일(scale)형태의 얇은 막 또는 띠 모양으로 있는 유기물 또는 무기물의 복합오염물의 유기성분을 분해·연소·회화시켜 연소생성물로 남기게 되는데, 이는 대부분 무기염류형태의 무기산화물인 회분(Ash)이다.

이 잔재물은 점착성을 띠는 유기성분의 제거로 발생하는 공극과 함께 점착력이 약화된 자착(自着)상태로 유리병 표면에 부착되어 있게 된다. 이러한 자착상태의 잔재물은 적당한 물리력에 의해 쉽게 탈리제거 될 수 있으나, 여기서 재활용하려는 악성고병의 경우는 유리병표면과 강하게 밀착된 스케일 형태로 되어 있어 완전연소회화된 상태라 하더라도 적당한 물리력으로 이를 탈리제거 시키기는 쉽지 않다.

이에 주로 무기염류형태의 무기산화물을 용해·탈리하는데 화학적 습식세정의 하나인 무기산 또는 유기산을 주제로 하는 산세정 방법을 활용할 수 있다.

산세정에는 무기산인 염산(HCl), 황산(H₂SO₄) 등과, 유기산인 구연산(Citric acid), 초산(Acetic acid), 옥살산(Oxalic acid)등이 사용되는데 특히 제거해야 할 이물질의 스케일이 두텁거나 많은 경우는 강산성인 염산과 황산을, 얇은 스케일의 경우 약산성용액으로 하는 무기산 또는 유기산염을 사용한다.

이는 대부분의 스케일형태의 무기오염물과 무기산화물은 탄산칼슘(CaCO₃), 탄산마그네슘(MgCO₃)등 탄산염류에 속하여 산성조건에서 잘 녹는 성질을 이용한 것이다.

산세정의 중요한 작용은 무기염류의 산-염기 반응에 의한 수용성화 및 용해속도 증가이다.

알카리세정으로도 남는 무기오염물(주로 무기염류)과 잔여유무기오염물 들이 대기압 유기열분해 연소과정에서 C, H, O, N의 유기성분들이 분해·연소·회화되어 잔존하는 무기염류들이 산세정제와 산-염기 반응을 하여 수용성 무기염들이 물에 대한 용해속도보다 수만 배 빠른 속도로 반응용해되므로 세정의 속도를 증폭시킨다.

또한 난용성 및 불용성 무기물들도 산-염기 반응을 통해 수용성물질로의 변화를 거쳐 반응 용해된다. 즉 무기염류들이 산세정제와의 산-염기 반응을 통하여 용해속도가 증폭되어 매우 빠른 세정효과를 갖는다.

그 예는 다음과 같다. ·

(예) * 스케일과 염산의 화학반응식

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + CO₂ + H₂O

(예) * 쇠녹(rust)과 염산의 화학반응식

Fe₂O₃ + 6HCl → FeCl₃ + 3H₂O

산화제2철 염화제2철

(예) * 스케일과 구연산(Citric acid)의 화학반응식

산세정에는 무기산 또는 유기산을 주제로 하고 계면활성제와 부식억제제 등의 세병보조제를 배합한 산세정제를 사용하게 된다.

이 산세정제는 연화·용해·침투·분산·세정 등의 메커니즘이 복합적으로 작용하며 유리병 표면에 강하게 자착되어 있는 스케일형태의 연소잔재물에 대한 무기산 또는 유기산의 직접적인 연화·용해작용과 연소시 유기성분 제거로 발생하는 연소잔재물의 공극과 공극 사이와 유리병표면과 연소잔재물 사이의 표면장력을 약화시켜 빠른 침투를 용이하게 하여 용해와 함께 탈리를 쉽게 하는 역할을 하고, 용해탈리된 연소잔재물이 유리병 표면으로부터 깨끗이 제거되도록 즉 행굼이 잘 되도록 한다.

또한 세정제와 오염물질 사이의 반응을 증가시켜 유리병으로부터 오염의 분리를 가속시키기 위해 특정온도 60~80℃에서 특정시간 동안 반응을 하도록 하여 보다 효율적인 세정능력을 발휘토록 한다.

한편 산류는 철을 심하게 부식시키므로 이것을 방지하기 위하여 부식억제제와 반응억제제(Inhibitor)를 산액량에 비례하는 적정량(산 종류에 따라 다를 수 있음) 혼합하여 사용해야 한다.

이러한 기술적인 근거하에서, 제3세정부(40)는 제2세정부(30)와 제4 세정부거나 제5세정부(60)사이에 설치되어 유기열 분해연소 과정에서 발생한 잔여유무기오염물들로 되는 연소생성물(무기산화물)로 소량잔재 된 회분(Ash)을 제거한다. 이를 위하여 제3세정부(40)는 병 표면에 강하게 밀착되어 있어 어떤 물리력에 의한 직접 충격을 주지 않고는 쉽게 제거하기 어려운 무기산화물을 쉽게 용해하면서도 유리병 면과 무기물 사이를 침투 유리시킬 수 있는 특정 산용액을 활용하여 세정을 한다.

이러한 산세정의 1단계를 위하여, 제3세정부(40)는 온도 60~80℃의 특정산용액을 수납하고 병의 내외부를 특정시간 침적하고 이 산용액을 분사하는 노즐을 구비한 산수납조(41)가 설치되어 특정압력으로 병 내외부에 산을 소정횟수 분사하므로 잔재한 무기산화물을 제거한다.

2단계를 위하여 산수납조(41)에 이어서 온도 60~80℃의 신수를 분사하는 노즐을 구비한 세정부(42)가 설치되어, 이 세정의 마지막 공정으로 병 내외부에 묻어있을 수 있는 산과 미세한 무기산화물 등의 이물질을 제거하게 된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 화학적 습식 세정방법과 건식세정방법을 유리제품의 포장특성과 유통환경에서 오는 세정특성에 따라 필요한 세정처리를 하도록 여러 가지 세정방식을 조합하고 그에 따른 시스템을 축조하므로 보다 신뢰성 있게 세정할 수 있는 맞춤식 세정방식을 달성할 수 있다.

Claims (8)

1. 유리병의 복합세정 방법에 있어서,

   가성소다를 주제로 하는 알카리용액을 온도 65~70℃로 유지되게 하여 유리병이 알카리용액에 침적되고 유리병의 내외부에 알카리용액이 분사되게 하는 단계와 알카리용액을 온도 80~85℃로 유지되게 하여 유리병이 알카리용액에 침적되고 유리병의 내외부에 알카리용액이 분사되게 하는 단계를 적어도 1회 이상 반복하여 알카리세정을 하는 단계와:

   알카리세정을 한 후, 남아 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 유리온도전환영역보다 낮은 온도인 520℃ 이하에서 열분해·연소·회화를 하여 유기성분을 제거하는 대기압유기열분해연소세정을 하고, 이 연소에 의해 남은 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 제거하는 단계로 이루어진 유리병의 복합세정방법.
2. 알카리세정과 선택적으로 수행될 수 있는 중성세제를 이용하여 중성계 세정을 하는 화학적 습식세정단계를 포함하게 한 유리병의 복합세정방법.
3. 유리병의 복합세정방법에 있어서,

   가성소다를 주로 하는 알카리세정을 하는 단계;

   알카리세정 후 유리병 내외부에 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 유리병의 유리온도전환영역 보다 낮은 온도인 520℃이하에서 대기압유기열분해연소세정을 하여 유기성분을 제거하는 단계;

   대기압유기열분해연소과정에서 발생 된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 제거하기 위하여 온도 80~90℃ 및 120~130℃중 어느 한 온도를 가지며 5~7Bar의 압력을 가진 건증기 및 습증기를 병외부와 내부에 분사하여 고온·고압의 증기세정을 하는 단계들로 이루어진 유리병의 복합세정방법.
4. 유리병의 복합세정 방법에 있어서,

   가성소다를 주로 하는 알카리세정을 하는 단계;

   알카리세정 후 유리병 내외부에 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 유리병의 유리온도전환영역보다 낮은 온도인 520℃이하에서 대기압유기열분해연소 세정을 하여 유기성분을 제거하는 단계;

   대기압유기열분해연소과정에서 발생 된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 제거하기 위하여 극저온 이산화탄소 드라이아이스를 병외부와 내부에 분사하여 건식세정을 하는 단계로 이루어진 유리병의 복합세정방법.
5. 유리병의 복합세정 방법에 있어서,

   가성소다를 주로 하는 알카리세정을 하는 단계;

   알카리세정 후 유리병 내외부에 남아있을 수 있는 잔여유무기성 오염이물질에 대하여 유리병의 유리온도전환영역보다 낮은 온도인 520℃이하에서 대기압유기열분해연소세정을 하여 유기성분을 제거하는 단계;

   대기압유기열분해연소과정에서 발생 된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 제거하도록 무기산 또는 유기산을 주제로 하는 산용액을 온도 60~80℃를 유지시켜 유리병의 내외부에 특정시간 침적과 수회 분사하여 산세정을 수행하는 단계와,

   온도 80~90℃ 및 120~130℃중 어느 한 온도를 가지며 5~7Bar의 압력을 가진 건증기 및 습증기 중 어느 한 가지를 병외부와 내부에 분사하여 고온·고압의 증기세정을 하는 단계와 극저온 이산화탄소 드라이아이스를 병 외부와 내부에 분사하여 건식세정을 하는 단계 중 어느 한가지 단계를 수행하는 단계들로 이루어진 유리병의 복합세정방법.
6. 유리병 복합세정시스템에 있어서,

   유리제품의 뚜껑을 제거하는 뚜껑 제거대와 분류대를 구비하여 육안으로 투입하고자하는 유리병만을 통과시키고, 뚜껑을 씌운 상태로 유리병이 투입되는 것을 방지하는 유리병 선별투입부;

   병 외부에 점착된 먼지와 병 내부에 담배꽁초 등과 같은 오염이물질을 감소시키기 위하여 투입되는 병을 직립시키고 도립되는 상태로 물을 분사하는 노즐이 구비되게 한 구성의 예비세정부, 온도 65~70℃ 가성소다용액을 수납하고 이의 유동을 일으키는 상태에서 유리병이 침적되게 하고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 분사노즐을 구비한 제1부식조 및 온도 80~85℃ 가성소다용액을 수납하고 이의 유동을 일으키는 상태에서 유리병이 침적되게 하고 병의 내외부에 가성소다액을 분사하는 분사노즐을 구비한 제2부식조, 온도 65~70℃의 온수에 일정시간 침적되게 하고 병 내외부에 묻어 있을 가성소다용액을 씻어내고, 온도 40~45℃의 새로운 온수를 몇 회의 특정압력으로 분사하는 분사노즐이 설치된 온수조와 상온의 신수(fresh water)로 병 내외부에 묻어 있을 수 있는 가성소다 잔재물을 제거하도록 분사노즐이 설치된 최종세정부로 구성되어 알카리세정을 수행하는 제1세정부;

   그 내부로 컨베이어가 유도되고 터널구조로 되고 히터들이 전 처리공정의 온도근처에서 유리병의 가열속도 130℃/min이하로 하여 잔여유기성분들이 250~300℃에서 열분해가 시작하는 연소온도에 도달하도록 비교적 급격한 승온으로 예비 가열하는 예열부, 예열된 유리병은 열평형을 위해 520℃이하에서 5분간 유지시키게 되고, 이 유지시간 동안에 전단계에서 이미 열분해가 진행되어진 잔여 유기성분들을 공급된 공기(산소)와 급격히 산화반응으로 분해 연소 되게 하는 유기열분해연소부와, 이와 같이 열처리 된 유리병이 갑작스런 냉각으로 열 변화로 일어날 수 있는 열 충격을 방지하기 위해, 서냉조건을 지키면서 급속냉각시키는 냉각실로 구성되는 냉각부로이루어진 유기열분해연소세정을 수행하는 제2세정부;

   대기압유기열분해연소과정에서 발생된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 완전 제거하기 위하여 직렬방식의 증기세정실과 유리병 내의 연소잔재를 정밀제거하는 로타리 증기세정실들을 더 구비하여 소정 온도에서, 고압의 고속증기스트림을 병 외부와 병 내부에 분사하여 정밀세정을 수행하는 제4세정부들로 구성시킨 유리병 복합세정시스템.
7. 제6항에 있어서,

   유리병 복합세정시스템이 제4세정부 대신 대기압유기열분해연소과정에서 발생된 연소생성물인 무기산화물의 잔재와 불연소된 이물질을 완전 제거하기 위하여 직렬CO₂드라이아이스 세정실과 유리병 내부를 세정하기 위하여 로타리세정기를 구비하여 CO₂ 세정을 하는 제5세정부를 구비하게 한 유리병 복합세정 시스템.
8. 제6항에 있어서,

   대기압유기열분해연소과정에서 잔여유기성분으로 되는 연소생성물인 무기산화물을 제거하도록 제2세정부와 제4 또는 제5세정부 사이에 온도가 약 60~80℃의 특정의 산용액을 수납하고 병 내외부를 특정시간 침적하고 특정압력으로 분사하는 분사노즐을 구비한 산수납조와 온도 약 60~80℃의 신수(fresh water)를 수납하고 이 신수를 병 내외부에 묻어 있을 수 있는 회분을 탈리시키는 분사노즐을 구비한 최종 신수세정부로 이루어진 제3세정부를 더 구비한 유리병 복합세정 시스템.

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