KR101075577B1 - 오염처리용 담체 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 담체 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예는 오염처리용 담체를 압출 성형하는 압출기의 선단에 결합되며 원주 방향으로 다수의 토출구가 형성되는 압출금형, 및 압출금형의 중앙부에 결합하며 다수개의 컷터날이 방사상으로 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 설치되어 토출구를 통해 압출되는 담체를 동시에 일정 크기로 절단하는 컷팅장치를 포함하는 담체 제조장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 의하면, 생물친화성이 우수하고 비중이 낮은 담체의 제조가 가능하고, 담체 제조의 생산성이 향상되며, 이 담체를 바이오필터에 적용하여 바이오매스 조절을 용이하게 하면서 오,폐수 및 대기오염을 고효율로 처리할 수 있다.

담체, 오염, 압출기, 토출구, 압출금형, 컷터날, 방사상, 컷팅장치

Description

오염처리용 담체 제조장치 및 제조방법{APPARATUS AND METHOD MANUFACTURING A MEDIA FOR POLLUTION CONTROL}

본 발명은 오염처리용 담체와 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 생물친화성이 크고 비중이 낮으며 오염처리 효율을 향상시킬 수 있는 담체를 제조함에 있어서, 생산성과 품질 향상의 효과가 있는 담체 제조장치와 제조방법에 관한 것이다.

최근, 상수원 수질 보호문제의 대두와 국민생활 향상으로 오·폐수처리 기준이 강화되었으며, 하수처리장 등에서 배출되는 악취와 여러 가지 산업활동에서 배출되는 휘발성 유기화합물질들의 처리에 대한 수요가 증가되고 있다.

이에 따라, 생물학적으로 오염물질을 효율적으로 처리하기 위해, 담체 개발에 대한 관심이 고조되고 있는데, 일반적으로 담체의 원료로는 회반죽(compost), 초탄(peat moss), 목재 칩과 같은 셀룰로오스 계통과, 모래, 자갈, 규조토, 부석 등의 세라믹 계통을 자연상태로 사용하거나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스틸렌, ABS 등의 합성수지에 셀룰로오스 계통이나 세라믹 계통의 물질들을 혼합 성형하여 사용한다.

이하에서는 각 원료로 제조한 담체의 특성과 문제점을 살펴보기로 한다.

셀룰로오스계 천연물질을 담체의 원료로 사용하는 경우에는 담체의 입자가 작고 가늘므로, 오염부하량이 큰 가스상 또는 오폐수의 오염을 처리하게 되면 담체 내부에서 빠른 속도로 성장하는 미생물을 제어할 수 없게 되어 담체가 막히게 되는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라, 셀룰로오스계 담체는 주로 오염부하량이 낮은 가스상의 오염을 처리할 때 사용하고 있으나, 수분함량의 조절이 어렵고 사용중 압밀, 침하 등으로 통기성이 악화되어 장시간 사용이 어렵다는 문제가 있다.

세라믹 계통의 원료를 사용하는 담체는, 펠릿형으로 성형하여 생물 부착성이 우수한 것들이 개발되고 있으나, 제조단가가 비싸다. 또한, 셀룰로오스계 담체와 마찬가지로, 고효율 가스처리나 오·폐수 처리에 적용시에는 성장하는 미생물에 의해 담체층 내부의 막힘 문제가 발생한다.

이렇게 담체층 내부에 과잉 성장한 미생물을 제거하기 위해서는 통상적으로 물이나 공기를 사용하여 역세척을 하게 되는데, 역세척 효과를 얻기 위해서는 역세척시 담체층의 부피가 40% 정도 확장되도록 하는 것이 보통이다. 그런데, 세라믹 계통의 담체는 비중이 높아 역세척시 부피확장을 일으키기 위해서는 시설 용량에 비해 과도한 유량의 물이 필요하다. 예를 들면, 평균 직경 6.35mm, 길이 10mm인 세라믹 담체의 부피를 40% 이상 확장시켜 역세척하기 위해서는 유속이 190m/hr에 달 해야 하고, 이러한 유속을 생성하기 위해서는 반응기의 단면적 1㎡당 190㎡/hr의 유량이 공급되어야 한다. 이러한 유량을 공급하기 위해서는 펌프, 수조 등 과도한 부대설비와 다량의 역세척수가 소모되므로 실제 현장에서는 적용하기가 곤란하다.

이러한 역세척의 문제점을 해결하기 위해, 가성소다 용액을 사용하여 담체를 세척하거나, 영양물질을 제한하여 공급하는 방법 등이 시도되고 있으나, 이 경우 담체에 서식하는 전체 미생물의 활성을 저하시켜 담체의 효율을 감소시킨다.

한편, 열가소성 수지 등 고분자 물질을 원료로 성형한 담체는, 담체의 모양과 크기를 자유로이 조절할 수 있고, 비중이 1 이하인 장점이 있으나, 셀룰로오스 계통 또는 세라믹 계통의 천연물질과는 달리 생물 친화성이 떨어져 오염 부하량이 큰 경우의 오염처리에는 적절하지 못하다.

이렇게, 단일 계통의 원료만을 사용하여 담체를 성형할 경우에 발생하는 문제점들을 해결하기 위해, 세라믹 계통과 셀룰로오스 계통의 천연물질과 열가소성 수지 등의 고분자 물질을 혼합 성형하여 담체를 제조하는 방법(예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0331511호 "압출 공정에 의한 오염물질 처리용 담체의 제조방법")도 제시되어 있다.

그러나, 미생물 친화성을 높이기 위해 세라믹 계통이나 셀룰로오스 계통의 천연물질의 함량을 높이면 비중이 증가되고, 비중이 낮은 열가소성 수지의 함량을 높이면 생물 친화성이 저하되는 문제점이 발생한다.

이에 따라, 담체의 비중을 낮추어 적은 유량의 물과 공기로 역세척이 가능하며, 이와 동시에 생물친화성을 높여 오염부하량이 큰 경우에도 높은 처리효율을 지 속적으로 얻을 수 있는 담체를 제조할 수 있도록 도모하여야 할 것이다.

한편, 담체의 제조에 있어서는 일반적으로 압출 성형하는 방법이 널리 적용되고 있으며, 압출기를 통해 토출되는 담체를 적당한 크기로 절단한 후 냉각시켜 사용하게 된다.

그런데, 통상적으로 압출기의 토출구는 하나만이 마련되어, 토출되는 담체 역시 한가닥으로 압출되어 나오며, 압출된 담체는 일측에 설치된 모터 등에 의해 회전하거나 왕복이동하는 칼날이 적당한 크기로 절단하게 되는데, 이 경우 한번에 하나씩 담체가 제조되므로 담체 제조시간이 많이 소요되는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 압출기의 토출구를 여러개 마련하여 동시에 여러 가닥의 담체가 토출되게끔 할 수 있는데, 토출구의 배치방법은 사각형의 토출금형에 일자형으로 배치할 수도 있고, 원형의 토출금형에 원형으로 배치할 수도 있을 것이다.

이때, 일자형 배치에서는 하나의 칼날의 왕복운동으로, 토출 담체의 절단은 용이하나, 담체가 토출되는 경로의 길이가 각 토출구마다 달라짐으로 인하여 토출 저항의 차이 등으로 토출구별로 토출속도가 달라지며, 잦은 막힘 현상이 발생한다.

또한, 원형 토출금형으로 토출구를 원형으로 배치할 경우에는 담체의 토출경로 길이는 각 토출구별로 차이가 없게 할 수 있으나, 회전칼날 또는 왕복이동하는 칼날에 의해 절단하는 경우, 절단과정에서 다음과 같은 문제가 발생한다.

먼저, 회전칼날을 사용하는 경우에는 담체가 서로 엉켜붙게 되어 불량을 유 발하게 되고, 왕복운동하는 칼날의 경우에는 엉킴현상이 일어날 뿐만 아니라 하나의 토출구를 통해 토출되는 담체가 칼날에 의해 절단될 때, 토출구 위치에 따라 절단주기가 달라지게 되어 토출구별로 담체의 길이가 상이하게 되어 품질을 저하시킨다.

아울러, 담체의 표면적을 늘리기 위해 담체의 표면을 울통불퉁하게 형성시키고자 토출구 내벽을 나사모양으로 하여 토출방향에 대하여 수직으로 요철부를 형성시켜 압출하는 경우, 나사홈이 토출 원료물질로 채워지게 되어 담체의 표면이 밋밋해짐으로써, 표면적 증대에 기여하지 못하는 경우가 발생한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점에 대응하기 위한 것으로, 본 발명의 일실시예는 오염처리용 담체를 압출 성형하는 압출기의 선단에 결합되며 원주 방향으로 다수의 토출구가 형성되는 압출금형, 및 압출금형의 중앙부에 결합하며 다수개의 컷터날이 방사상으로 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 설치되어 토출구를 통해 압출되는 담체를 동시에 일정 크기로 절단하는 컷팅장치를 포함하고, 생산성과 품질 향상의 효과가 있는 담체 제조장치 및 제조방법과 관련된다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 오염처리용 담체를 압출 성형하는 압출기의 선단에 결합되며 원주 방향으로 다수의 토출구가 형성되는 압출금형, 및 압출금형의 중앙부에 결합하며 다수개의 컷터날이 방사상으로 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 설치되어 토출구를 통해 압출되는 담체를 동시에 일정 크기로 절단하는 컷팅장치를 포함하는 담체 제조장치가 제공된다.

여기서, 토출구는 원둘레가 톱니형인 단면형상을 가지고 담체의 토출방향과 평행하게 형성된다.

이때, 컷팅장치는, 압출금형의 중앙부에 결합되고 내부에 가이드홈을 가진 가이드부, 가이드홈을 따라 슬라이드 되면서 왕복이동하는 슬라이드부, 슬라이드부 의 일측에 일단이 힌지 결합하고 타단에는 다면체 형상의 컷터날이 힌지 결합하며 슬라이드부의 둘레를 따라 방사상으로 다수개 설치되는 링크부재, 링크부재의 일측에 일단이 결합되고 타단은 가이드부의 일측에 결합되며 링크부재에 대해 가이드부 방향으로 탄성력을 제공함으로써 컷터날이 압출금형의 표면에 밀착되게끔 하는 탄성부재를 포함한다.

이때, 슬라이드부의 일측에는 구동실린더가 결합되어, 구동실린더의 작동에 의해 링크부재가 동시에 펼쳐지거나 접혀지면서 담체를 절단하게 된다.

여기서, 압출기는, 천연물질과 고분자물질이 혼련 및 압출되는 제1압출기와, 제1압출기에 투입되는 고분자물질에 비해 낮은 비중을 갖는 물질이 압출되고 제1압출기의 압출구 내경에 배치되는 압출구를 갖는 제2압출기를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 천연물질과 고분자물질을 혼련 및 압출하여 담체의 외측부를 형성하는 단계, 담체의 외측부에 사용된 고분자물질에 비해 낮은 비중을 갖는 물질을 압출하여 담체의 내측부를 형성하는 단계, 담체의 내측부가 담체의 외측부 중앙영역에 위치하도록 배치하는 단계, 담체가 압출금형의 원주방향으로 다수 형성된 토출구를 통해 토출되는 단계, 및 압출금형의 일측에 설치된 구동실린더에 의해 압출금형의 중앙부에 방사상으로 설치된 컷터날이 접혀지거나 펼쳐지면서 다수의 토출구를 통해 토출되는 다수의 담체를 일정 크기로 동시에 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조방법이 제공된다.

여기서, 토출구는 담체의 토출방향과 평행하게 형성되고 원둘레가 톱니형인 단면형상을 가진다.

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본 발명의 일실시예에 따르면, 동시에 여러개의 토출구를 통해 토출되는 여러개의 담체를 동시에 일정 크기로 절단함으써, 담체의 생산효율과 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 원둘레에 톱니가 형성되도록 토출구의 단면형상을 형성함으로써, 담체의 표면적을 확장시켜 오염처리 효율을 향상시킬 수 있고, 토출과정에서 토출구가 막히는 문제를 방지할 수 있다.

아울러, 생물친화성이 우수하고 비중이 낮은 담체를 제조할 수 있게 되며, 이에 따라 본 담체를 오·폐수처리와 악취 또는 휘발성 유기화합물질을 포함한 대기오염 처리에 적용할 경우, 미생물 성장에 따른 담체층 내부 공극의 막힘 문제를 용이하게 해소함으로써, 지속적인 고효율 처리가 가능한 효과가 있다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 담체 제조장치 및 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

실시예

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 담체의 사시도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 담체 제조장치의 개략도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압출금형과 컷팅장치의 사시도, 도 4와 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컷팅장치의 작동상태도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 담체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 천연물질과 고분자 물질을 원료로 하는 외측부와, 고분자 물질을 원료로 하며 외측부보다 낮은 비중을 갖는 내측부를 포함하여 구성된다.

여기서 담체(10)는, 중앙영역에는 저비중의 내측부가 배치되고 내측부의 둘레방향을 따라 외측부가 배치된 원통 형상으로 형성되며, 내측부를 담체의 코어(11)라 하고, 미생물이 부착되는 외측부를 담체의 표면층(12)이라 한다.

이러한 담체(10)를 제조하기 위한 제조장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제2압출기(200,300)와, 담체(10)가 코어(11)와 표면층(12)을 가지도록 압출하는 압출장치(400)와, 담체(10)가 일정 형상으로 토출되게끔 토출구(510)를 가진 압출금형(500)과, 토출된 담체(10)를 일정 크기로 절단하는 컷팅장치(600)를 포함하는데, 절단된 담체(10)를 냉각하기 위한 냉각장치(700)가 더 포함될 수 있고, 이때 냉각장치(700)는 냉각수가 수용된 냉각조(710)와, 냉각조에서 냉각된 담체(10)를 외부로 배출하기 위한 컨베이어(720)를 포함한다.

여기서, 제1압출기(200)에서는 담체(10)의 표면층(12)을 형성하기 위한 원료가 투입되어 압출되며, 제2압출기(300)에는 담체(10)의 코어(11)를 형성하기 위한 원료가 투입되어 압출된다.

이러한 제1 및 제2압출기(200,300)는, 각각 실린더(210,310)와, 실린더(210,310) 내에 수용되어 각 물질을 혼합하여 압출하는 스크류(220,320)와, 실린 더(210,310)에 설치되며 원료가 투입되는 깔때기 형상의 호퍼(230,330)와, 스크류(220,320)를 구동하기 위한 구동부(240,340)를 가지는데, 구동부(240,340)는 스크류 구동용 모터(241,341)와, 모터(241,341)로부터의 구동력을 감속하여 스크류(220,320)로 전달하는 감속기(242,342)를 포함한다.

이때, 실린더(210,310)는 외주면에 원료를 가열하기 위한 히터(미도시)가 설치된 원통형상으로 형성된다. 실린더(210,310)의 일단부에는 모터(241,341)와 감속기(242,342)가 설치되어 있으며, 일단부에 인접한 실린더(210,310)의 외주면에는 호퍼(230,330)가 설치되어 있다.

그리고, 제1압출기(200)의 실린더(210)에는 후술할 압출장치(400)에 치우친 영역에 원료의 가열 및 혼련에 의해 발생하는 수분 및 가스를 배출하기 위한 가스배출구(미도시)가 실린더(210)를 관통하여 형성되어 있다.

이러한 제1압출기(200)와 제2압출기(300)의 각 실린더(210,310)의 타단부에는 제1 및 제2압출기(200,300)로부터 압출된 원료를 결합시키기 위한 압출장치(400)가 형성되어 있으며, 이 압출장치(400)는, 제1압출기(200)의 실린더(210)의 단부가 축경되어 연장된 관상의 제1압출관(410)과, 제2압출기(300)의 실린더(310)로부터 축경되어 연장된 제2압출관(420)을 갖는다.

여기서, 제1압출관(410)과 제2압출관(420)의 자유단부에는 각각 압출구(411,421)가 형성되어 있으며, 제1압출관(410)의 직경은 제2압출관(420)의 직경보다 크며, 제2압출관(420)은 제1압출관(410)과 동일한 방향으로 제1압출관(410) 중앙영역에 배치된다.

즉, 제2압출관(420)의 압출구(421)는 제1압출관(410)의 압출구(411)의 중앙영역에 위치한다. 제2압출관(420)의 길이는 제1압출관(410)의 길이보다 짧게 형성되며, 이에 따라, 제2압출관(420)의 압출구(421)는 제1압출관(410)의 압출구(411) 보다 소정 길이만큼 내측에 배치된다.

이러한 제1 및 제2압출기(200,300)의 구조에 따라, 제1압출기(200)에서 압출된 원료가 제2압출기(300)에서 압출된 원료를 감싸도록 결합되며, 후술하는 압출금형(500)의 토출구(510)를 통해 토출되게 된다.

여기서, 제1 및 제2압출기(200,300)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 각 실린더(210,310)가 상호 직교하도록 설치할 수도 있고, 도 2b에 도시된 바와 같이, 각 실린더(210,310)가 평행을 이루도록 설치할 수도 있으며, 작업장의 구조 및 환경에 따라 그 배치를 자유롭게 할 수 있음은 물론이다.

제1압출기(200)에서 압출된 원료가 제2압출기(300)에서 압출된 원료를 감싸도록 결합되어 담체(10)를 형성하게 되는데, 제1압출기(200)의 선단에는 압출금형(500)과 함께 컷팅장치(600)가 설치되어 압출금형(500)을 통해 토출되는 담체(10)를 일정 크기로 절단하게 된다.

여기서, 압출금형(500)은 도 3에 도시된 바와 같이 소정의 두께를 가진 원형 플레이트 형상이며, 일측면에는 원주방향으로 다수개의 토출구(510)를 가지는데, 토출구(510)는 원둘레가 톱니형인 단면형상이며, 담체(10)의 토출방향과 평행하게 즉, 압출금형(500)의 두께 방향으로 연장 형성된다. 따라서 토출구(510)를 통해 토출되는 담체(10)는, 외주면에 길이 방향으로 연장되는 다수의 톱니(12a)를 가지게 됨으로써 표면적이 확장된다.

전술한 바와 같이, 압출금형(500)에는 원주방향으로 다수개의 토출구(510)가 등간격으로 형성되어 있으며, 이를 통해 한번에 여러 가닥의 담체(10)가 토출되게 되는데, 종래와 같이 회전식 또는 상하 이동식 컷터날을 사용하는 경우, 절단되는 담체(10)의 크기가 불균일하게 될 우려가 있으며 따라서, 압출금형(500)을 통해 한번에 여러 가닥으로 토출되는 담체(10)를 동시에 일정한 크기로 절단할 수 있는 컷팅장치가 필요하다.

본 발명의 일실시예에 따른 컷팅장치(600)는 다수개의 칼날이 방사상으로 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 압출금형(500)의 중앙부에 설치된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 컷팅장치(600)는, 압출금형(500)의 중앙부에 결합되고 내부에 가이드홈(미도시)을 가진 가이드부(610)와, 가이드부(610)의 가이드홈을 따라 슬라이드 되면서 왕복이동하는 슬라이드부(620)와, 압출금형(500)의 토출구(510)를 향하여 슬라이드부(620)의 둘레를 따라 방사상으로 설치되는 다수개의 링크부재(630)와, 링크부재(630)와 가이드부(610)를 연결하는 탄성부재(640)를 포함하며, 이때 슬라이드부(620)의 왕복이동은 슬라이드부 후단에 설치되는 구동실린더(660)에 의해 이루어지고, 링크부재(630)의 끝단에는 컷터날(650)이 구비되어 구동실린더(660)의 작동에 의해 링크 부재(630)가 동시에 방사상으로 펼쳐지거나 접히면서 컷터날(650)이 담체(10)를 절단하게 된다.

이를 더욱 상세하게 설명하자면, 압출금형(500)에서 담체(10)가 토출되는 면의 중앙부에 원통 또는 다면체 형상의 가이드부(610)가 결합되는데, 이 가이드부(610)는 내부에 원형 또는 다각형상인 소정 길이의 가이드홈을 가진다.

그리고, 슬라이드부(620)의 일측 단부(621)가 가이드부(610)에 삽입되어 가이드홈을 따라 왕복이동하게 되는데, 이때 슬라이드부(620)의 일측 단부(621)는 가이드홈의 단면형상에 대응되는 단면형상을 가지고, 슬라이드부(620)의 타측 단부는 다단 형상으로서 폭이 확장되어 가이드홈의 외벽에 대응되고 스토퍼 역할을 하는 몸체부(622)와, 몸체부(622)에서 다시 폭이 확장되고 구동실린더(660)의 실린더로드(661)가 결합되는 결합부(623)를 이룬다.

슬라이드부(620)의 왕복이동을 위한 구동력은 압출금형(500)의 근처에 설치되어 슬라이드부(620)의 결합부(623)에 실린더로드(661)가 결합된 구동실린더(660)에 의해 이루어지며, 이때 구동실린더(660)는 에어실린더 또는 유압실린더가 적용 가능하다.

슬라이드부(620)의 몸체부(622) 또는 결합부(623)의 둘레를 따라 다수개의 브래킷(624)이 구비되고 각각의 브래킷(624)에 링크부재(630)의 일단이 힌지 결합되는데, 이 브래킷(624)은 별도의 부품이 결합될 수도 있고 몸체부(622) 또는 결합부(623)와 일체로 형성되는 것도 가능하며, 링크부재(630)의 타단은 압출금형(500)의 토출구(510) 방향으로 연장되고, 끝단에는 컷터날(650)이 결합된다.

이때, 컷터날(650)은 선단에 날카로운 모서리를 가진 다면체 형상으로서, 컷터날(650)의 슬라이드 이동이 안정적으로 이루어지도록, 단면상 밑변의 길이를 양변의 길이보다 더 길게 하는 것이 바람직하고, 컷터날(650)의 상측 중앙부에는 절개부(651)가 형성되고, 이 절개부(651)에 링크부재(630)의 타단이 힌지핀(652)에 의해 힌지 결합된다.

도 3 내지 도 5에서는 하나의 실시예로서 사각기둥 형상의 컷터날(650)을 도시하였으나, 여기에 한정되지 않고 삼각기둥 또는 반원통 형상 등 다각형· 원호형 단면 형상 또는 평면형상의 컷터날도 적용가능하며, 이때 컷터날(650)의 형상은 작업조건에 따라 사용자가 적절히 선택할 수 있다.

또한, 컷터날(650) 하나가 다수의 토출구(510)에 대하여 절단작업을 수행할 수 있도록, 컷터날(650)의 길이와 형상을 조절하는 것이 바람직한데, 도 3 내지 도 5에서는 컷터날(650) 하나에 의해 두개의 토출구(510)에 절단작업이 수행되는 모습을 도시하였으며, 토출구(510)의 갯수와 배치 형태를 고려하여, 컷터날(650)의 폭을 늘리거나 선단 모서리를 원호 형상으로 제작하는 것도 물론 가능하다.

따라서, 도 4a와 도 5a에 도시된 바와 같이, 구동실린더(660)가 작동하여 슬라이드부(620)가 가이드홈 안쪽으로 전진하게 되면, 링크부재(630)가 가이드부(610)의 바깥쪽으로 펼쳐지면서 컷터날(650)이 토출구(510) 방향으로 슬라이드 이동하여 토출된 담체(10)를 절단하게 되고, 도 4b와 도 5b에 도시된 바와 같이, 슬라이드부(620)가 가이드부(610)로부터 후진하면, 링크부재(630)가 가이드부(610) 쪽으로 접혀지면서 컷터날(650)이 토출구(510)로부터 멀어지고 토출구(510)를 개방 하여 담체(10)가 토출되도록 하는 것이다.

이때, 도 5c에 도시된 바와 같이, 컷터날(650)이 토출구(510)를 지나면서 담체(10)를 절단한 후, 다시 되돌아오면서 다시 한번 담체(10)를 절단하는 것도 가능하다. 이 경우, 컷터날(650)의 선단과 후단 양측에 칼날 역할을 하는 날카로운 모서리가 각각 구비될 것이며, 담체(10)의 절단작업이 상대적으로 빠르게 진행된다.

여기서, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컷팅장치(600)의 작동상태를 측면에서 도시한 것이고, 도 5는 정면에서 도시한 것이다.

이때, 절단 작업중에 링크부재(630) 또는 컷터날(650)의 유동을 방지하기 위해, 링크부재(630)의 일측과 가이드부(610)의 일측이 탄성부재(640)에 의해 연결되는데, 이 탄성부재(640)는 링크부재(630)에 대하여 가이드부(610) 방향으로 인장력을 걸어서 컷터날(650)이 압출금형(500)의 표면에 밀착하게끔 하는 역할을 하며, 탄성부재(640)로서는 코일스프링을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 제1압출기(200)에 투입되어 담체(10)의 표면층(12)을 형성하는 원료로는, 45∼75중량%의 세라믹 소재, 20∼40중량%의 열가소성 수지, 0.1∼30중량%의 톱밥, 인산염 0.1∼5중량%를 포함한다.

여기서, 세라믹 소재는 천연 광물질이 분쇄된 것(석분), 쓰레기 소각시 발생하는 비산재 또는 이들이 혼합된 분말상의 물질이며, 천연 광물질은 퍼얼라이트(perlite), 셀라이트, 제오라이트 등을 들 수 있다. 이러한 분말상의 물질들은 제2압출관(420)을 둘러싸는 제1압출관(410)을 통과하여야 하므로, 입자의 크기를 50메쉬(mesh)이하로 제한하는 것이 바람직하다.

열가소성 수지는 분말상의 천연물질을 상호 결합시키는 역할을 하며, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지를 한 종류 내지 여러 종류를 혼합하여 사용한다.

이러한 열가소성 수지를 20∼40중량%로 제한하는 이유는, 열가소성 수지의 중량%가 20 이하인 경우에는 담체(10)의 강도가 약해 담체(10)로서의 역할을 수행할 수 없으며, 40 이상인 경우에는 담체(10)의 생물친화성이 저하되기 때문이다.

톱밥은 세라믹 소재의 경우와 마찬가지로 제1압출관(410)을 통과하여야 하므로 입자의 크기가 20메쉬 이하인 것이 바람직하며, 그 사용량은 30중량% 이하로 제한한다. 그 이유는, 먼저, 톱밥이 제1압출기(200) 내에서 히터에 의해 열을 받게 되면 갈색으로 변하게 되므로, 톱밥을 많이 사용할 경우 담체(10)가 물과 장시간 접촉하게 되면 색도가 용출되어 추후에 담체(10)에 접촉한 물의 색도를 제거해야 하는 문제가 발생하기 때문이다.

또한, 톱밥은 가열되면 톱밥의 탄화에 의해 다량의 가스성분을 발생시키며, 톱밥이 30중량%를 초과할 경우에는 가스배출구를 통해 가스가 배출되더라도 가스가 잔류하거나 추가로 생성된다. 이렇게 발생한 가스에 의해 압출구(411)에서의 담체 배출속도가 일정하지 않게 되며, 이에 따라, 담체(10)의 비중 및 길이조절이 어렵게 되기 때문에 함량을 제한하게 된다.

한편, 담체(10)의 코어(11)는, 95~99.9중량%의 열가소성 수지와, 0.1∼5중량%의 발포제로 형성된다. 열가소성 수지는, 담체(10)의 표면층(12)의 원료로 사용되는 열가소성 수지와 마찬가지로, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 열가소성 수지를 한 종류 내지 여러 종류를 혼합하여 사용한다. 이러한 열가소성 수지는 발포제와 함께 제2압출기(300)를 통해 용융 되어 압출된다.

이러한 구성에 의한 담체(10)를 본 발명의 일실시예에 의한 담체 제조장치(100)를 통해 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1압출기(200)의 호퍼(230)를 통해 45∼75중량%의 세라믹 소재, 20∼40중량%의 열가소성 수지, 0.1∼30중량%의 톱밥, 인산염 0.1∼5중량%를 혼합하여 투입한다. 이와 동시에, 제2압출기(300)의 호퍼(330)를 통해 95∼99.9중량%의 열가소성 수지와, 0.1∼5 중량%의 발포제를 혼합하여 투입한다.

그러면, 제1압출기(200)에서는 히터와 스크류(220)의 회전에 따라 발생하는 마찰열에 의해 실린더(210)내의 열가소성 수지가 용융되어 나머지 원료와 혼련되며, 제2압출기(300)에서는 열가소성 수지와 발포제가 용융되어 혼련된다.

이때, 실린더(210)내의 온도는 약 150∼250℃로 유지되는 것이 바람직하다. 제1압출기(200)의 실린더(210)내에서 원료는 스크류(220)에 의해 혼련 되면서 제1압출관(410)을 향해 전진하게 되며 이때, 혼련물은 수분 및 가스를 생성하게 된다. 이러한 수분 및 가스는 제1압출기(200)에 형성된 가스배출구를 통해 배출된다.

한편, 제2압출기(300)의 열가소성 수지와 발포제의 혼련물도 스크류(320)에 의해 제2압출관(420)의 압출구(421)를 통해 압출된다. 제2압출관(420)에서 압출된 혼련물은 제1압출관(410)내에서 제1압출기(200)로부터 혼련되어 담체(10)의 표면층(12)을 형성하는 혼련물과 합류한다. 이러한 합류에 의해 코어(11)와 표면층(12)이 형성된 담체(10)는, 제1압출관(410)의 압출구(411)를 통해 압출금형(500)의 토출구(510)를 지나게 되며, 이때 톱니 형상의 토출구(510)를 지나는 과정에서 담체(10)의 외주면에는 길이 방향으로 톱니(12a) 형상이 형성되어 담체(10)의 표면적이 증가된다.

이렇게 담체(10)가 대기중으로 토출되면, 담체(10)의 코어(11)를 형성하는 열가소성 수지가 발포제에 의해 발포되어 폐쇄형 기공이 담체(10)의 중앙영역에 형성되며, 이에 따라, 담체(10)의 비중이 크게 감소된다. 한편, 담체(10)의 표면층(12)을 형성하는 혼련물도 천연물질에 의해 혼련물 내에 잔류하는 가스상 물질에 의해 발포가 일어난다.

한편, 압출금형(500)에 다수의 토출구(510)가 구비됨에 따라 담체(10)는 여러 가닥으로 토출되며, 컷팅장치(600)에 의해 동시에 일정 크기로 절단된다.

즉, 구동실린더(660)가 작동하여 슬라이드부(620)가 가이드홈을 따라 전진하면 링크부재(630)가 방사형으로 펼쳐지면서 컷터날(650)이 토출구(510) 방향으로 전진하여, 토출된 담체(10)에 대하여 절단작업이 이루어지고, 구동실린더(660)에 의해 다시 링크부재(630)가 접혀지면서 컷터날(650)이 원위치되는 것이다. 이때, 구동실린더(660)의 작동은 미리 설정된 시간간격, 또는 담체(10)의 토출 속도에 따라 제어될 수 있음은 물론이다.

컷팅장치(600)에 의해 일정 크기로 절단된 담체(10)는 냉각조(710) 내로 낙 하한다. 냉각조(710) 내에서 냉각된 담체(10)는 컨베이어(720)를 통해 냉각조(710) 외부로 이송된다.

이와 같이, 본 발명에서는 담체(10)의 표면을 생물친화성이 우수한 천연물질을 다량 함유하도록 형성하고, 담체(10)의 중앙영역은 비중이 낮은 열가소성 수지를 발포시켜 성형함으로써, 생물친화성이 우수하면서도 비중이 1∼1.5정도로 낮춘 담체(10)를 형성하게 되고 이에 따라, 통기성이 우수할 뿐만 아니라, 물에 접촉시켜 사용할 경우 유해물질이나 색도가 용출되지 아니하는 담체(10)를 제조할 수 있다.

또한, 한번에 여러 가닥으로 담체(10)를 압출 성형하고 동시에 일정 크기로 절단함으로써 담체(10) 제조의 생산성을 향상시킬 수 있다.

이렇게 제조된 담체(10)는, 생물친화성이 우수하고 비중이 낮으므로 오염부하량이 큰 오폐수 및 대기오염을 효율적으로 처리할 수 있을 뿐만 아니라, 바이오매스 조절이 용이하여 운전이 용이하고, 시설비, 운전비가 절약된다.

또한, 담체(10)의 외주면에는 길이 방향으로 톱니(12a)가 형성됨으로써 미생물의 부착면적이 확장되어 오염처리효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 담체의 단면도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 담체 제조장치의 개략도.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압출금형과 컷팅장치의 사시도.

도 4와 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 컷팅장치의 작동상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 담체 11 : 코어

12 : 표면층 12a : 톱니

100 : 담체 제조장치 200 : 제1압출기

300 : 제2압출기 400 : 압출장치

410 : 제1압출관 420 : 제2압출관

500 : 압출금형 510 : 토출구

600 : 컷팅장치 610 : 가이드부

620 : 슬라이드부 630 : 링크부재

640 : 탄성부재 650 : 컷터날

660 : 구동실린더 700 : 냉각장치

710 : 냉각조 720 : 컨베이어

Claims (7)

1. 오염처리용 담체를 압출 성형하는 압출기의 선단에 결합되며, 원주 방향으로 다수의 토출구가 형성되는 압출금형; 및

   상기 압출금형의 중앙부에 결합하며, 다수개의 컷터날이 방사상으로 펼쳐지거나 접힐 수 있도록 설치되어, 상기 토출구를 통해 압출되는 담체를 동시에 일정 크기로 절단하는 컷팅장치;를 포함하는 담체 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 토출구는 원둘레가 톱니형인 단면형상을 가지고 상기 담체의 토출방향과 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 담체 제조장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 컷팅장치는,

   상기 압출금형의 중앙부에 결합되고 내부에 가이드홈을 가진 가이드부;

   상기 가이드홈을 따라 슬라이드 되면서 왕복이동하는 슬라이드부; 및

   상기 슬라이드부의 일측에 일단이 힌지 결합하고, 타단에는 다면체 형상의 컷터날이 힌지 결합되며, 상기 슬라이드부의 둘레를 따라 방사상으로 다수개 설치되는 링크부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 컷팅장치는,

   상기 링크부재의 일측에 일단이 결합되고, 타단은 상기 가이드부의 일측에 결합되며, 상기 링크부재에 대해 상기 가이드부 방향으로 탄성력을 제공함으로써, 상기 컷터날이 상기 압출금형의 표면에 밀착되게끔 하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 압출기는,

   천연물질과 고분자물질이 혼련 및 압출되는 제1압출기와, 상기 제1압출기에 투입되는 고분자물질에 비해 낮은 비중을 갖는 물질이 압출되고 상기 제1압출기의 압출구 내경에 배치되는 압출구를 갖는 제2압출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조장치.
6. 천연물질과 고분자물질을 혼련 및 압출하여 담체의 외측부를 형성하는 단계;

   상기 담체의 외측부에 사용된 고분자물질에 비해 낮은 비중을 갖는 물질을 압출하여 상기 담체의 내측부를 형성하는 단계;

   상기 담체의 내측부가 상기 담체의 외측부 중앙영역에 위치하도록 배치하는 단계;

   상기 담체가 압출금형의 원주방향으로 다수 형성된 토출구를 통해 토출되는 단계; 및

   상기 압출금형의 일측에 설치된 구동실린더에 의해, 상기 압출금형의 중앙부에 방사상으로 설치된 컷터날이 접혀지거나 펼쳐지면서, 상기 다수의 토출구를 통해 토출되는 다수의 담체를 일정 크기로 동시에 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 담체 제조방법.
7. 삭제

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