KR100858678B1

KR100858678B1 - 불순입자 제거 장치

Info

Publication number: KR100858678B1
Application number: KR20060084322A
Authority: KR
Inventors: 류태우
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2006-09-01
Filing date: 2006-09-01
Publication date: 2008-09-17
Also published as: KR20080021257A

Abstract

개시된 본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는, 원통형의 본체와, 원통형의 본체에 공기 기포와 혼합된 원료를 분사하는 분사노즐, 본체 내부의 중앙부에 본체의 길이방향으로 설치되며 기포에 포집된 불순입자를 외부로 배출시키는 기포 배출관을 포함한다. 분사노즐은 벤투리식 노즐로써, 외부의 공기가 자동으로 원료의 유동방향과 접선방향으로 유입되어 와류를 형성하면서 기포를 만들게 된다. 이 기포는 원료에 포함된 불순입자를 포집하게 된다. 또한, 분사노즐은 기포와 원료의 혼합액을 본체 내부에 일정 각도 기울여 유입시켜 선회기류를 형성케 함으로써, 기포와 원료는 분리된다. 이에 의하면, 별도의 송풍기나 공기공급기 없이 공기를 공급함으로써, 구조가 간단하고 경제적인 불순입자 제거 장치를 제공할 수 있게 된다.

부유부상식, 원료, 불순입자, 제거, 원심분리, 선회유동, 분사노즐, 벤투리,

Description

불순입자 제거 장치{Apparatus for eliminating impurity particle}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불순입자 제거 장치의 구성도,

도 2는 도 1의 본체에 분사노즐이 설치된 상태의 개략 사시도,

도 3은 분사노즐을 통해 본체 내부로 분사되는 혼합액을 나타내기 위한 도 2의 평면도,

도 4는 분사노즐의 평면도,

도 5는 분사노즐의 단면도,

도 6은 도 1의 Ⅵ-Ⅵ에서 본 평면도,

도 7은 도 1의 Ⅶ-Ⅶ에서 본 평면도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 불순입자 제거 장치의 구성도,

도 9는 도 8의 선회가속유닛의 확대 정면도,

도 10은 도 9의 선회가속유닛의 평면도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >

110. 본체 120. 분사노즐

121. 노즐본체 122. 원료유입부

123. 혼합액유출부 124. 공기유입부

125. 원료공급펌프 130. 기포 배출관

140. 회수관 145. 회수펌프

150. 재순환관 155. 재순환펌프

160. 공기분사노즐 170. 물분사노즐

180. 수위조절수단 210. 선회가속유닛

211. 파이프 215. 교반패들

현재 전 세계적으로 산림 보호 및 환경 보호를 위하여 고지(신문, 잡지, 서적 등)의 재생 및 재활용에 대한 중요성이 크게 인식되고 있으며, 특히 천연목재자원의 빈국으로 대부분의 화학펄프와 막대한 양의 고지를 수입에 의존해야 하는 우리나라의 경우 고지 재활용 기술에 대한 해결이 절실한 실정이다. 재생섬유펄프의 제조공정은 기본적으로 고지의 선별-해리-숙성-조선-탈묵-정성-탈수의 7가지 공정으로 되어 있다.

이러한 재생섬유펄프 공정 중에서 가장 핵심이 되는 것이 탈묵 공정(deinking process)또는 탈 잉크 공정으로 주로 인쇄잉크와 점착물과 같은 불순입자를 분리하는 공정이다. 고지에서 잉크입자와 같은 불순입자를 제거하는 탈묵 공정은 불순입자의 박리와 분리라는 두 종류의 조작으로 대별될 수 있다.

박리 불순 입자의 분리에는 개체입자를 현탁 후 여기에 기포를 주입하여 소수성 입자만을 기포와 함께 부상시켜 분리하는 부유 부상법(floatation process)과 펄프 슬러리를 희석, 탈수하여 슬러리 중에 분산된 불순입자를 제거하는 세정법(washing process)의 두 가지로 볼 수 있다.

세계적으로 부유 부상법이 65%, 세정법이 35%를 차지하고 있으며, 세정법은 미세한 입자의 제거에 효과적이나 용수 사용량이 많은 단점이 있는 반면에 부유 부상법은 제거하야 할 이물질의 크기와 밀도에 그다지 민감하지 않고 비교적 큰 입자도 제거할 수 있는 장점이 있다. 수자원이 풍부한 미국 등 북아메리카는 세정법을 주로 사용하고 있다. 실제 부유 부상법에 의한 탈묵은 불순입자간의 상호작용, 불순입자와 기포 간의 상호작용 및 입자와 기포의 표면 특성에 의해 지배되는 계면화학적인 성질 등이 복합된 복잡한 과정에 의해서 이루어진다.

부유 부상법의 효율에 미치는 물리적 영향 인자로는 이물질 입자의 크기, 밀도, 불순입자의 성질과 입자의 크기, 기포 크기 및 기포 량, 원료의 농도, 온도 그리고 부유 부상 장치 내에서의 속도 및 흐름 조건 등이 있으며, 화학적 영향 인자로는 물의 경도, 원료의 pH, 사용하는 화학약품, 소포제, 기포제 등이 있다. 이러한 여러 인자 중에서 부유 부상법은 입자의 소수성(hydrophobic)과 공기의 소수성 간의 상관관계 및 물의 친수성과의 반발 등의 작용으로 이루어지며 앞서 지적한 것처럼 불순입자가 먼저 고지로부터 이탈하는 단계, 고지로부터 이탈되어 진 불순입자가 공기방울의 계면에 부착하는 단계, 불순입자/기포혼합체가 다른 혼합체와 충 돌하여 합체하는 단계, 합체되어진 기포가 가속되어 대기와 물의 계면 상으로 부상하여 기포가 터지면서 잉크입자가 층을 이루는 단계가 있다 하겠다.

이러한 복잡한 양상에 관하여 Rrederick Bloom 등이 1997년에 Mathl, Comput. Modelling Vol.25,No 5,pp.13-58에 탈묵 효율에 관한 수학적인 모델과 해석을 내놓았고, Rrancois Julien Sanint Amand 는 1999년에 international journal of mineral processing Vol. 56 pp.277-316에 유체역학적인 해석모델을 제시하였다. 이들의 연구에 따르면 탈묵 효율은 입자의 크기, 기포의 크기, 기포의 체류시간 등에 가장 큰 영향을 받으며 이 중에서 기포의 체류시간은 난류(혹은 와류)의 형성과정에서 혼합액 중에서의 공기의 부피 분율에 영향을 받는 것으로 나타났다. 이들은 실제 조업공정과정에 관한 정보와 실험실적인 정보를 조합한 결과 다음과 같은 결과가 있음을 발표하였다.

기포의 크기는 불순입자의 크기에 따라서 탈묵 효율에 영향을 주는데 기포의 크기가 작을수록 작은 잉크입자의 제거효율에 가장 우수한 특성을 나타내며, 잉크입자의 크기가 크면 기포의 크기가 클수록 탈묵 효율이 우수한 것으로 나타났다. 또한 기포 발생장치에서 발생 되는 기포의 분사에 따른 주변의 난류 혹은 와류의 형성은 섬유소(고지 원료)내 침착되어있는 불순입자의 제거에 중요한 요인으로서 작용하며 특히 난류 혹은 와류의 조건하에서 공기량이 불순입자의 제거에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났고, 여기서 공기비율이 높을수록 불순입자의 크기에 무관하게 탈묵 효율이 우수하게 나타났다.

이상의 결과는 수학적인 모델링 과정과 실험, 현장적용과정의 정보를 바탕으 로 한 실재적인 것으로서 다음과 같은 결과를 도출하게 해준다. 부유 부상법에 의한 탈묵 공정에 있어서 주요한 인자는 기포의 크기, 불순입자의 크기, 난류 형상 중에서 공기의 부피 분율이다. 이 중에서 기포의 크기를 조절하거나 불순입자의 크기를 조절하는 것은 경제성이 낮은 것으로 판단되며, 따라서 난류 형상 중에서 주입되는 공기의 부피 분율을 조절함으로써 경제적이면서 효율적인 탈묵 효과를 기대할 수 있을 것이다.

한편, 기존의 부유 부상식은 공기를 공급하기 위해 송풍기가 공기압축기와 같은 별도의 공기공급장치가 필요하게 되어, 장치의 설비투자비가 많이 들며 운전에 소요되는 동력 공급에 따른 비용 등의 경제적인 문제점도 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명은 구조가 간단하고 설비를 단순화하여 경제적인 불순입자 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 공기가 자발적으로 흡입되며, 불순입자 제거효율을 극대화하기 위해서 가능한 많은 그리고 미세한 기포가 생성되고, 원료와 미세기포가 급속하게 혼합하어 불순입자를 섬유로부터 효율적으로 분리하여 포집하며, 또한 원료를 가능한 많은 미세 기포와 만나게 하여 원료에 포함된 불순입자를 가능한 많이 분리하여 포집하는 불순입자 제거 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원료에 함유된 불순입자를 제거하는 불순입자 제거 장치는, 원통형의 본체; 상기 본체의 원주상에 복수개가 설치되어 공기 기포와 혼합된 원료를 상기 본체 내부의 여러방향으로 공급하는 분사노즐; 상기 분사노즐과 연결되어, 원료저장탱크에 저장된 원료를 상기 분사노즐로 공급하는 원료공급펌프; 상기 본체 내부의 중앙부에 본체의 길이방향으로 설치되며, 기포에 포집된 상기 불순입자를 외부로 배출시키는 기포 배출관; 상기 본체의 바닥부에 설치되며, 불순입자가 제거된 원료를 회수하는 회수관; 및, 상기 회수관과 연결되어, 상기 불순입자가 제거된 원료를 회수탱크로 회수하는 회수펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분사노즐은, 상기 공기 기포와 혼합된 원료가 본체 내부에서 선회기류를 형성시키도록, 본체면 수직에서 20~30°기울여 분사하도록 설치된다.

상기 분사노즐은, 상기 원료공급펌프로부터 공급되는 원료가 분사노즐을 통과할 때 외부의 공기가 상기 분사노즐 내부로 유입되어 자동으로 상기 원료와 혼합시키는 벤투리식 노즐이다.

또한, 상기 분사노즐은, 노즐본체; 상기 노즐본체의 일측에 형성되어 상기 원료공급펌프로부터 원료가 유입되는 원료유입부; 상기 노즐본체의 타측에 형성되고 직경이 점차 커지는 확장부를 가지며 상기 원료와 공기가 혼합된 혼합액이 배출되는 혼압액유출부; 및, 상기 원료유입부로부터 유입된 원료에 외부의 공기를 투입시키도록 상기 원료유입부와 혼합액유출부 사이의 노즐본체를 관통하도록 형성되며, 상기 원료유입부의 외부의 접선방향으로 공기를 흡입시키는 공기유입부;를 포 함하는 것이 좋다.

또한, 상기 공기유입부는 상기 원료에 공기가 골고루 분산되면서 투입되도록 복수개 설치되는 것이 좋다.

본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는, 상기 본체 상단에 설치되어 상기 본체의 중앙부로 몰려든 불순입자를 포집한 기포를 상기 기포 배출관 내부로 원할하게 유입시키도록 하는 공기분사노즐을 더 포함하는 것이 좋다. 또한, 상기 공기분사노즐은 상기 본체의 원주상에 일정 간격을 갖도록 복수개 설치되며, 상기 공기분사노즐에서 분출되는 공기의 분사방향은 상기 기포의 선회유동과 반대이면서 상기 기포 배출관을 향하도록 하는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는, 상기 기포 배출관 상부에 설치되어, 상기 본체의 중앙부로 몰려든 상기 불순입자를 포집한 기포를 상기 기포 배출관 내부의 아래로 원할하게 유입하도록 하는 물분사노즐을 더 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는. 상기 본체의 상단부에 설치되어 상기 본체 내부의 원료의 수위를 일정하게 조절하는 수위조절수단을 더 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 회수관 상부에 상기 본체를 관통하도록 설치되어 상기 본체 하부로 이동하는 원료가 상기 회수관을 빠져나가기 전에 상기 원료를 재순환시키도록 회수하는 재순환관; 상기 재순환관과 연결되어 재순환관을 통해 상기 본체 내부의 원료를 유출시키고, 상기 유출된 원료를 상기 본체의 상부로 다시 유입시키도록 하 는 재순환펌프; 및, 상기 재순환 펌프와 연결되어, 상기 원료를 상기 본체 내부로 분사하는 재분사노즐;을 더 포함하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는, 상기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동을 더욱 강화하기 위해 상기 기포 배출관 주위에 설치되어 싱기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동방향으로 선회력을 공급시키는 선회가속유닛을 더 포함하는 것이 좋다.

상기 선회가속유닛은, 상기 기포 배출관 상부를 감싸도록 설치되며, 상부에 다수의 통과홀이 형성된 파이프; 상기 파이프의 외부면에 방사상으로 설치되는 짝수개의 교반패들; 및, 상기 교반패들이 상기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동방향으로 회전하도록 상기 파이프에 구동력을 제공하는 구동모터;를 포함하는 것이 좋다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 불순입자 제거 장치를 상세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불순입자 제거 장치(100)는, 원통형의 본체(110)와, 본체(110)의 외주면에 설치되는 분사노즐(120), 본체(110)의 내부 중앙부에 본체(110)의 길이 방향으로 설치된 기포 배출관(130) 및, 본체(110)의 바닥부(112)에 본체(110)를 관통하도록 설치되는 회수관(140)을 포함한다.

본체(110)는 내부가 빈 원통형상을 가지며, 바닥부(112)는 직경이 하부로 갈 수록 작아지는 역원추형상을 갖는다. 본체(110) 내에서는 분사노즐(120)을 통해 유입된 원료(고지, 펄프, 계면활성제, 물 등)와 공기의 기포가 혼합된 혼합액이 선회 유동(사이클론 기류)을 형성하게 된다. 상기 기포는 원료에 포함된 불순입자가 포집되는데 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다. 이러한 선회 유동에 의해 혼합액은 원심력을 받게 되어 중량이 비교적 작은 기포는 본체(110) 내부의 중앙부로 이동하고 중량이 비교적 큰 원료는 본체(110)의 중앙부에서 바깥쪽 즉 본체(110)의 외주면으로 이동하게 된다. 불순입자를 포집한 기포는 상부로 부유하면서 중앙부로 이동하여 기포 배출관(130)을 통해 본체(110) 외부로 배출되고, 불순입자가 제거된 원료는 자중에 의해 하강하면서 회수관(140)을 통해 본체(110) 외부로 배출된다.

분사노즐(120)은 본체(110)의 외주면에 설치되고, 원료공급펌프(125)와 연결관(129)에 의해 연결된다. 원료공급펌프(125)는 연료가 저장된 원료저장탱크(127)와 연결된다. 따라서, 원료공급펌프(125)는 원료저장탱크(127)에 저장된 연료를 분사노즐(120)로 공급하고, 분사노즐(120)은 공급된 원료를 본체(110) 내부로 분사시킨다. 원료저장탱크(127)에는 원료에 소정의 기포를 생성시키는 기포제를 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 기포제는 생성된 기포가 본체(110) 내부로 유입될때까지 터지지 않는 것을 사용하는 것이 좋다.

도 5를 참조하면, 분사노즐(120)은 벤투리(venturi)식 노즐로서 원료가 노즐 내부를 통과할 때, 공기를 자동으로 흡입하여 원료와 혼합시키게 하고, 이 공기와 원료의 혼합액을 본체(110) 내부로 분사시킨다. 도시된 바와 같이, 분사노즐(120)은 일측에 형성된 원료유입부(122)와 타측에 형성된 혼압액유출부(123)를 구비하는 노즐본체(121)와, 노즐본체(121)를 관통하도록 형성되어 외부의 공기를 노즐본체(121) 내부로 유입시키도록 하는 공기유입부(124)를 포함한다.

원료유입부(122)는 도관 형상을 가지며 연결관(129, 도1 참조)과 연통되어 원료공급펌프(125)로부터 공급되는 원료가 유입된다. 한편, 노즐본체(121) 중앙부에는 직경이 원료유입부(122)와 혼합액유출부(123)보다 작은 스로트부(126)가 형성되고, 이 스로트부(126)에서는 유속이 증가하여 벤투리 효과에 의해 상대적으로 압력이 감소하게 된다. 공기유입부(124)는 노즐본체(121)를 관통하여 상기 스로트부(126)와 연통하도록 형성되고, 이 공기유입부(124)를 통하여 외부의 공기가 노즐본체(121) 내부로 유입된다. 본 출원인의 반복적인 실험에 의하면 연료를 물로 하였을 때 원료(물) 유량의 대략 50~60% 정도의 공기가 흡입된다.

이와 같이 본 발명은 벤투리 효과를 이용하여 원료가 노즐본체를 통과할 때 공기를 자동으로 혼합함으로써, 기존의 별도로 공기압축기 또는 송풍기를 통해 공기를 투입하는 방식에 비해 구조가 간단하며 훨씬 경제적인 이점이 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 공기유입부(124)는 노즐본체(121)의 내경의 접선방향으로 설치되어, 흡입되는 외부의 공기는 노즐본체(121) 내부에 접선방향으로 흡입된다. 따라서, 흡입된 공기는 노즐본체(121) 내부에서 화살표 D(도5 참조)와 같이 와류형태로 회전하면서 원료와 가능한 많은 접촉면적을 가지면서 급속하게 혼합하게 된다. 도시된 바와 같이 혼합액유출부(123)로 갈수록 노즐본체(121)의 내경이 점차 확대되면므로, 공기는 더욱 많이 혼합하게 된다. 이때, 공기는 무수한 작은 공기 기포를 형성하게 되고, 원료 표면에 부착된 불순입자는 기 포와 접촉하면서 기포에 포집되게 된다. 이렇게 원료와 불순입자를 포집한 기포의 혼합액은 혼합액유출부(123)를 통과하게 되어, 장치의 본체(110) 내부로 분사된다. 공기유입부(124)는 공기가 원료에 급속하게 또한 골고루 분산되면서 혼합되도록 복수개 설치되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 도시된 바와 같이 4개가 일정 간격을 두고 배치된다.

분사노즐(120)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 외주면의 수직에서 일정각도(θ), 바람직하게는 20~30°기울어져 설치되어 있다. 여기서 상기 기울임 각(θ)은 분사노즐(110)이 설치되는 본체(110)의 외주면 지점(E)과 본체(110)의 중심점(F)을 잇는 연장선(G)으로부터 기울어진 각도를 의미한다.

이렇게 분사노즐(120)이 기울어져 설치됨으로써 분사노즐(120)로부터 분사되는 혼합액은 본체(110) 내부에서 20~30°각을 이루도록 분사하게 되고, 이러한 분사는 혼합액을 회전시키는 자체적인 강한 선회 유동을 유발하게 된다. 선회 유동은 기포가 본체(110) 내에서 체류하는 시간을 길게 할 수 있고, 또한 선회 유동에 의해 상술한 바와 같이 혼합액에 원심력이 작용하여, 불순입자를 포집한 기포는 본체(110) 내부의 중앙으로 이동하고, 기포와 분리된 원료는 본체(110)의 외주면쪽으로 이동하게 되는 것이다.

또한, 분사노즐(120)은 본 불순입자 제거장치(100)의 처리 용량에 따라 다수개 설치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 분사노즐(120)이 본체(110)의 외주면상에 일정 간격으로 4개가 설치되는 것이 예시되었으나, 본 발명은 이에 한정되지 않음은 물론이다.

기포 배출관(130)은 본체(110)의 내부에 길이방향으로 설치되며, 본체(110)의 바닥부(112)를 하부 방향으로 관통한다. 불순입자를 포집한 기포는 기포 배출관(130)을 통해 외부로 배출된다.

도 1 및 도 6을 참조하면, 회수관(140)은 본체(110)의 바닥부(112)를 측부방향에서 관통하도록 설치되며, 연결관(149)에 의해 회수펌프(145)와 연결된다. 불순입자가 분리된 원료는 하강하여 회수관(140)을 통과하고, 회수펌프(145)에 의해 원료회수탱크(147)로 이동하게 된다. 한편, 선회하면서 하강하는 원료는 면적이 좁아지는 바닥부(112)를 따라 중앙으로 모이게 되는데, 상기 원료의 회수를 용이하게 하기 위해 회수관(140)은 가능한 본체(110)의 중앙부에 원료의 선회방향의 접선방향으로 설치되는 것이 바람직하다. 본체(110)의 중앙에는 기포 배출관(130)이 설치되므로, 회수관(140)은 기포 배출관(130) 근방에 설치되는 것이 좋다.

회수펌프(145) 전단에는 회수되는 유량을 제어하는 유량조절밸브(148)가 설치된다. 본 실시예에서는 회수펌프(145) 전단에 유량조절밸브(148)가 설치되는 것이 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 회수펌프(145) 후단에도 설치되는 것이 가능하다.

한편, 원료분사, 기포에 의한 불순입자 포집, 선회 유동에 의한 기포 분리, 기포 배출 등의 과정을 통해 불순입자가 기포에 의해 포집되고 배출되는데, 원료에 포집된 불순입자를 완전히 분리하는 것은 불가능하다. 따라서, 상기 일련의 과정을 반복하게 되면 원료로부터 불순입자를 분리하는 효율이 증가하게 된다. 불순입자의 분리 효율을 증가시키기 위해, 본 발명에 따르면 재순환관(150)이 설치되는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 재순환관(150)은 본체(110)의 하부측에 회수관(140)의 상부에 설치되며, 재순환펌프(155)와 연결관(159)에 의해 연결된다. 한편, 재순환관(150)은 원통형의 포집통(190) 외주면과 선회유동의 접선방향으로 연결된다. 즉, 재순환관(150)은 본체(110)의 외주면을 관통하여 포집통(190)의 외주면과 연결된다. 따라서, 선회하면서 하강하는 원료의 일부는 회수관(140)에 도착하기 전에 먼저 포집통(190)에 포집되고, 포집된 원료는 재순환펌프(155)에 의해 재순환관(150)을 빠져나온다. 재순환펌프(155)는 재순환관(150)을 통해 배출된 원료를 다시 재분사노즐(220)로 공급시켜 본체(110) 내부로 분사하도록 한다. 재분사노즐(220)의 구조 및 기능은 상기 분사노즐(120)과 동일하다. 즉, 재분사노즐(220)은 재순환관(150)에서 배출된 원료에 미세 기포를 공급하여 다시 급속하게 혼합시킨 후, 이 혼합액을 다시 본체(110) 내부로 분사하게 된다. 이렇게 재순환되는 원료량을 증가시킬수록 불순입자 제거 효율은 향상될 수 있다.

재순환펌프(155) 전단에는 재순환되는 유량을 제어하는 유량조절밸브(158)가 설치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 재순환펌프(155) 전단에 유량조절밸브(158)가 설치되는 것이 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 재순환펌프(155) 후단에도 설치되는 것이 가능하다.

한편, 상술한 바와 같이 상부로 부상한 불순입자가 포집된 기포는 선회 유동에 의해 본체(110) 내부의 중앙부로 모여 기포 배출관(130)을 통해 배출되는데, 본 발명에서는 상기 기포 배출관(130)으로 기포의 배출을 용이하도록 하기 위해 다양 한 수단이 설치되며, 본 실시예에서는 그 예로, 공기노즐분사(160) 또는/및, 물분사노즐(170) 등이 설치된다.

도 1을 참조하면, 공기분사노즐(160)은 본체(110)의 외주면 상단에 설치되며, 도시된 바와 같이 본체(110) 내부로 공기를 분사시킨다. 기포가 기포 배출관(130)으로 원할하게 모이도록 하기 위해, 공기 분사의 방향은 기포의 선회 유동의 반대 방향으로 하며 또한, 본체(110) 내부의 중심부 즉, 기포 배출관(130)을 향하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 공기분사노즐(160)은 일정 간격을 두고 복수개 설치되는 것이 소기의 목적을 달성하는데 더 바람직하다.

물분사노즐(170)은 기포 배출관(130) 상부에 설치되어, 상기 기포 배출관(130) 방향으로 물을 분사하게 된다. 물을 하방으로 분사함으로써, 기포 배출관(130) 상부에 모인 기포는 원할하게 기포 배출관(130) 아래로 흐르게 할 수 있게 된다. 이때 불순입자를 원료와 분리시키는 소포제(첨가물)를 일정량 물에 추가하여 분사함으로써, 원료가 배출되는 것을 방지하고 불순입자만 기포와 같이 기포 배출관(130)을 통해 배출되도록 할 수 있게 된다.

수위조절수단(180)은 본체(110)의 상부 외주면에 설치되어, 상기 본체(110) 내부의 원료의 수위를 일정하게 조절한다. 수위조절수단(180)은 기계식 또는 전자식이 가능하며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 원료를 포함한 혼합액의 선회 운동 강약에 따라 기포 배출관(130) 부근의 수위(101)는 변하게 된다. 즉, 선회강도가 커지면 기포 배출관(130)쪽 수위는 낮아지고 바깥쪽 수위는 높아진다. 기계식은 원료가 기포 배출관(130)으로 넘어 들어가지 못하도록 본체(110)의 상부 외주면에 설치된 수위조절 배출관(182)의 배출구 높이를 수동으로 조절함으로써 원료의 수위 조절이 가능하다. 이 경우 수위조절은 본체(110)의 외주면 즉, 선회유동의 바깥쪽 수위를 기준으로 적절하게 되므로 선회 강도 변화에 따라 배출관(182)의 배출구의 높이를 조절해야 한다. 전자식은 기포 배출관(130)쪽 수위를 전자적으로 측정하여 항상 일정한 수위가 되도록 배출구의 높이를 제어할 수 있다.

한편, 본체(110) 내에서 원료와 기포의 혼합액의 선회 운동이 커지면 원료로부터 불순입자의 제거 효율이 커지게 될 것이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 불순입자 제거 장치(200)에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 불순입자 제거 장치(100, 도1 참조)에 선회가속유닛(210)을 설치한 것이다. 선회가속유닛(210)은 기포 배출관(130)의 주위에 설치되어, 상기 혼합액의 선회 유동방향으로 선회력을 공급함으로써, 상기 혼합액이 본체(110) 내에서의 선회 유동을 더욱 강화시킨다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 선회가속유닛(210)은 상기 기포 배출관(130) 상부를 감싸도록 설치되는 파이프(211)와, 파이프(211)의 외주면에 방사상으로 설치되는 교반패들(215) 및 파이프(211)에 구동력을 제공하는 구동모터(214)를 포함한다.

파이프(211)의 상부 외주면에는 다수의 통과홀(212)이 형성되며, 이 통과홀(212)을 통해 불순입자를 포집한 기포가 통과하여 기포 배출관(130)으로 배출된다. 교반패들(215)은 파이프(211)에 복수개 설치되며, 파이프(211)의 회전에 의해 회전하여 본체(110) 내부에서 선회하는 혼합액의 선회 유동을 가속화시킨다. 또한, 교반패들(215)은 높이차를 갖게 2단 이상으로 설치되는 것이 바람직하며, 본 실시예에 의하면, 파이프(211)의 상부에 설치된 제1교반패들(215a)과 제1교반패들(215a)보다 낮은 위치에 설치되는 제2교반패들(215b)를 포함한다. 이처럼 교반패들(215)은 진동 문제를 해결하기 위해 짝수개 설치되는 것이 좋다. 교반패들(215)의 회전 방향은 혼합액의 선회 유동방향과 동일하다. 구동모터(214)는 파이프(211)와 연결되어, 파이프(211)를 구동시키는 동력을 공급한다.

이렇한 교반패들(215)의 회전운동은 혼합액의 원심력을 증대시켜 불순입자를 포집한 기포를 본체(110) 내부의 중앙부로 더 잘 모이도록 함으로써, 불순입자의 분리 효율을 증대시키는 효과가 있다. 단 이러한 고속 선회유동은 불순입자의 밀도가 원료의 밀도보다 작을수록 즉, 원료보다 가벼운 입자가 많을수록 원료로부터 불순입자의 제거 효율이 좋아지게 된다.

유도날개(213)는 파이프(211) 상단부근에 위치하며, 지지물(219, 도8 참조)에 의해 본체(110) 상부면에 지지되도록 설치된다. 유도날개(213)에 의해 부유된 기포는 배출관(130)으로 용이하게 모일 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 불순입자 제거 장치는, 공기압축기나 송풍기 등 별도의 공기공급장치 없이, 벤투리식 노즐을 통한 원료 분사에 따라 공기가 자동으로 흡입되게 함으로써, 구조가 간단하고 또한 경제적으로 공기 공급이 가능한 효과가 있다. 또한 자동 흡입되는 공기는 선회 유동을 하면서 얇은 막을 형성하고 원료와 급속하게 혼합되면서 기포를 형성하게 되므로, 원료 표면에 부착된 불순입자는 원료로부터 분리되면서 기포에 포집될 가능성이 훨씬 높아지게 된다.

그리고, 분사노즐을 본체의 원주면 수직방향으로 소정각도 기울여서 분사하므로 원료와 기포의 혼합액의 선회 유동을 야기시키고, 이러한 선회 유동에 의해 혼합액은 원심력을 받아 기포와 원료가 분리되게 된다.

또한, 원료가 최종 회수되기 전에 원료를 재순환하여 분사하므로, 기포에 의해 불순입자를 포집할 확률이 커지고 이러한 재순환율을 높일수록 불순입자 제거 효율이 증가되는 효과가 있다.

또한, 선회가속유닛을 설치하여 원료와 기포의 혼합액에 선회력을 증진시킴으로써, 분리입자의 분리효율을 향상시키게 된다.

Claims

원료에 함유된 불순입자를 제거하는 불순입자 제거 장치에 있어서,

원통형의 본체;

상기 본체의 원주상에 복수개가 설치되어 공기 기포와 혼합된 원료를 상기 본체 내부의 여러방향으로 공급하는 분사노즐;

상기 분사노즐과 연결되어, 원료저장탱크에 저장된 원료를 상기 분사노즐로 공급하는 원료공급펌프;

상기 본체 내부의 중앙부에 본체의 길이방향으로 설치되며, 기포에 포집된 상기 불순입자를 외부로 배출시키는 기포 배출관;

상기 본체의 바닥부에 설치되며, 불순입자가 제거된 원료를 회수하는 회수관; 및,

상기 회수관과 연결되어, 상기 불순입자가 제거된 원료를 회수탱크로 회수하는 회수펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 분사노즐은,

상기 공기 기포와 혼합된 원료가 본체 내부에서 선회기류를 형성시키도록, 본체면 수직에서 20~30°기울여 분사하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐은,

상기 원료공급펌프로부터 공급되는 원료가 분사노즐을 통과할 때 외부의 공기가 상기 분사노즐 내부로 유입되어 자동으로 상기 원료와 혼합시키는 벤투리식 노즐인 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 분사노즐은,

노즐본체;

상기 노즐본체의 일측에 형성되어 상기 원료공급펌프로부터 원료가 유입되는 원료유입부;

상기 노즐본체의 타측에 형성되고 직경이 점차 커지는 확장부를 가지며 상기 원료와 공기가 혼합된 혼합액이 배출되는 혼압액유출부; 및,

상기 원료유입부로부터 유입된 원료에 외부의 공기를 투입시키도록 상기 원료유입부와 혼합액유출부 사이의 노즐본체를 관통하도록 형성되며, 상기 원료유입부의 외부의 접선방향으로 공기를 흡입시키는 공기유입부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 공기유입부는 상기 원료에 공기가 골고루 분산되면서 투입되도록 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 원통형 본체 상단에 설치되어, 상기 원통형 본체의 중앙부로 몰려든 불순입자를 포집한 기포를 상기 기포 배출관 내부로 원할하게 유입시키도록 하는 공기분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 공기분사노즐은 상기 원통형 본체의 원주상에 일정 간격을 갖도록 복수개 설치되며, 상기 공기분사노즐에서 분출되는 공기의 분사방향은 상기 기포의 선회유동과 반대이면서 상기 기포 배출관을 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기포 배출관 상부에 설치되어, 상기 원통형 본체의 중앙부로 몰려든 상기 불순입자를 포집한 기포를 상기 기포 배출관 내부의 아래로 원할하게 유입하도록 하는 물분사노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 물분사노즐에서 분사하는 물에 소량의 소포제를 혼합하여 분사하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 원통형 본체의 상단부에 설치되어 상기 원통형 본체 내부의 원료의 수위를 일정하게 조절하는 수위조절수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회수관은 상기 원통형 본체 바닥부를 관통하며, 상기 원통형 본체 바닥부의 와류 유동의 접선방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 11 항에 있어서,

상기 회수펌프의 전단 또는 후단에는 회수되는 유량을 제어하는 유량조절벨브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회수관 상부에 상기 원통형 본체를 관통하도록 설치되어, 상기 원통형 본체 하부로 이동하는 원료가 상기 회수관을 빠져나가기 전에 상기 원료를 재순환시키도록 회수하는 재순환관;

상기 재순환관과 연결되어 재순환관을 통해 상기 원통형 본체 내부의 원료를 유출시키고, 상기 유출된 원료를 상기 원통형 본체의 상부로 다시 유입시키도록 하는 재순환펌프; 및,

상기 재순환 펌프와 연결되어, 상기 원료를 상기 원통형 본체 내부로 분사하는 재분사노즐;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 13 항에 있어서,

상기 재순환펌프 전단 또는 후단에는 순환되는 원료의 양을 제어하는 유량조절벨브가 설치되는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동을 더욱 강화하기 위해 상기 기포 배출관 주위에 설치되어 싱기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동방향으로 선회력을 공급시키는 선회가속유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 15 항에 있어서, 상기 선회가속유닛은,

상기 기포 배출관 상부를 감싸도록 설치되며, 상부에 다수의 통과홀이 형성된 파이프;

상기 파이프의 외부면에 방사상으로 설치되는 짝수개의 교반패들; 및,

상기 교반패들이 상기 기포와 혼합된 원료의 선회 유동방향으로 회전하도록 상기 파이프에 구동력을 제공하는 구동모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.
제 16 항에 있어서,

상기 교반패들은 상기 파이프의 상단부에 설치되는 제1교반패들과, 상기 제1교반패들보다 낮은 위치에 설치되는 제2교반패들을 포함하는 것을 특징으로 하는 불순입자 제거 장치.