KR101122621B1 - 폐오일의 불순물을 정화하는 원심분리정화장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐오일의 불순물을 정화하는 원심분리정화장치 및 그 방법에 관한 것으로 이를 더욱 상세하게 설명하면, 회전축에 의해서 회전하는 원심력으로 폐오일 내부의 오염물질을 분리해내는 원심분리정화방법으로 폐오일은 오일 공급 제1탱크에서 원심분리장치 내부로 진입하게 되고, 이때 탄소나노튜브 혼합액이 주입되어지며, 주입된 오염된 오일은 1차적으로 탄소나노튜브에 의해 불순물이 정화된다. 이어 오염된 오일은 회전체에 의해 고속 회전하게 되며, 상대적으로 폐오일 속의 밀도가 높은 고형물(오염물질, 탄소나노튜브 혼합체 포함)이 회전체 내벽에 밀착되며 오일과 분리되어 침전하게 된다. 상기의 고형물이 회전체 내벽에 가득 차게 되면, 원심분리정화장치는 타이머에 의해 작동이 멈추게 되고, 이때 오일의 공급은 중단되게 되며 회전체 내벽에 있는 고형물은 회전체 내에 남아있는 잔여 오일에 의해 회전체 아래에 위치한 고형물 커버가 젖혀지면서 회전체의 좌/우 회전운동에 의해 고형물 폐기 박스에 떨어지고, 내부의 정화된 오일은 회전체 내부의 이중 벽면 통로에 의해 위쪽으로 흡입되어, 오일 공급 제2탱크로 옮겨지게 된다. 오일 공급 제2탱크의 오일은 차후 필요한 장치에 공급되어 오염된 오일의 교체가 필요 없이 반영구적으로 사용할 수 있다는 점에서 유지 및 보수에 드는 비용을 현저하게 줄이도록 하는 매우 유용하고 효과적인 원심분리정화장치 및 그 방법에 관한 것이다.

탄소나노튜브, 폐오일, 원심분리정화

Description

폐오일의 불순물을 정화하는 원심분리정화장치 및 그 방법{A centrifugal separator and its method for the purification of contaminated oil}

본 발명은 회전축에 의해서 회전하는 원심력으로 폐오일 내부의 오염물질을 분리해내는 원심분리정화방법으로 폐오일은 오일 공급 제1탱크에서 원심분리장치 내부로 진입하게 되고, 이때 탄소나노튜브 혼합액이 주입되어지며, 주입된 오염된 오일은 1차적으로 탄소나노튜브에 의해 불순물이 정화되며, 이어 오염된 오일을 원심분리하여 정화된 오일과 고형물을 분리하여 정화된 오일만을 필요한 장치에 재공급하게 됨으로서, 오염된 오일의 교체가 필요 없이 사용가능 하게하는 원심분리정화장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명은 국내 법규상 산업폐기물로 분류되어 있는 산업용 폐오일 속에 함유되어 있는 입자상 오염물을 제거하는 방법 및 장치로서, 폐오일속의 입자상 오염물을 제거하여 재활용 및 장시간 사용이 가능하게 하는 것으로, 윤활유의 오염으로 인한 기계의 고장 및 노후화를 근본적으로 예방하는 폐오일 속에 포함된 입자상 오염물 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 각종 공작기계 유압기계 자동차 엔진 일반 산업체 등에서 많이 사 용되는 오일 등의 산업용 오일은 수분의 혼합, 입자상 오염물의 혼합, 등의 원인에 의하여 기계의 고장 및 노후화를 촉진하게 된다.

만일 오일에 입자상 오염물이 존재하게 되면, 기계 내면과 입자 사이의 마찰에 의하여 기계의 마모성 증가와 내면에 형성된 유막의 파괴로 인한 윤활부의 마찰력, 온도 및 압력상승 등의 현상을 유발하여 기계장치의 심각한 파손을 초래하기도 한다.

일반적으로 다이캐스팅, 사출금형 제작과정에서 금형의 황삭 및 열처리 후에 진행 되는 방전가공공정에서 흑연 및 철 슬러지로 인한 방전유의 오염이 심각하고, 오염된 방전유로 인해 방전가공의 가공정밀도가 낮아지고 방전가공의 핵심 부품인 흑연전극의 손상도 쉽게 발생하여 방전가공의 공정단가가 높아지고 주기적인 방전유의 추가투입으로 가공가격이 상승되어 가격경쟁력에 큰 부담이 되는 문제점을 가지고 있다.

운송 기계용 부품소재 제작 업체에서 사용되는 다이캐스팅, 사출금형 제작과정에서 금형의 황삭 및 열처리 후에 진행 되는 방전가공공정에 사용되는 방전오일들이 방전시 야기되는 아크등의 발생으로 흑연 및 철 슬러지로 인한 오염이 매우 심각하여, 오염된 방전오일로 인해 방전가공시의 가공정밀도가 낮아져 방전 가공후의 제품 불량률이 다량 발생되므로 생산성이 매우 낮아지며, 방전 가공 시 오염된 오일로 인한 방전가공의 핵심 부품인 흑연전극의 손상도 쉽게 발생되므로 생산 효율이 크게 저하되는 문제가 발생된다.

이를 방지하기 위하여 현재, 공정 중에 방전 오일의 오염도가 육안으로 판단하여 심하다고 생각되면, 생산 공정을 중단시키고 오염된 오일의 제거 및 새 방전유의 투입을 통한 방전 공정을 실시하고 있으나, 이는 생산성 저하와 생산단가의 상승이 야기되므로 가격경쟁력이 크게 뒤떨어지는 등 복합적인 문제가 발생하고 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본원 발명에서는 방전가공 중에 오염된 방전오일을 기계적 또는 화학적 방법으로 정화시켜 작업 시에 항상 청정한 방전오일을 유지시키는 기술의 개발로서, 오염된 오일을 원심분리정화하고, 분리대상 물질에 가해지는 원심력의 차이를 조절하여 고형물과 오일의 층을 정확하고 용이하게 구분하여 회수할 수 있는 원심분리정화장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.

본원 발명의 폐오일의 불순물을 정화하는 원심분리정화장치 및 그 방법은 기계적 또는 화학적 방법으로 정화시켜 작업 시에 항상 청정한 방전오일을 유지시키는 기술로서, 오일을 사용하는 유사한 공작기계의 오염오일 제거뿐만 아니라, 이를 통한 운송기계 부품소재의 산업 경쟁력 향상의 효과를 가져 오게 되며, 최근 생산 현장에서의 환경 유해요소 제거를 요구하는 추세로 생산 현장의 친환경화는 매우 중요한 것으로 작용하고 있다.

따라서, 본원발명의 원심분리정화장치는 폐오일을 교환없이 공정이 진행되는 중에도 지속적으로 정화를 진행되게 하도록 함으로써 방전오일의 교환 없이 지속적으로 공정이 진행되면서 생산성 향상 및 방전오일의 사용량 절감으로 가격 경쟁력을 갖추게 되는 효과가 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원심분리정화장치에 의해 오염된 오일의 고형물과 오일이 밀도차이에 의해 각각의 층들로 구분되고 회수할 수 있도록 하는 오일 정화 방법이다. 또한 탄소나노튜브 혼합액을 주입함으로써 고형물이 탄소나노튜브 고유의 결정구조와 흡착력에 침전되어 오일과 분리될 수 있도록 하는 정화방법으로 기계적 또는 화학적 방법으로 폐오일을 정화시켜 정화된 오일을 유지시키는 기술이다.

탄소나노튜브는 그 종류가 다양하다. 일반적으로 탄소나노튜브는 그 형태가 둥글게 말린 튜브형태이다. 튜브의 벽이 단일로 되어 있으면 Single-Walled Carbon Nanotubes(SWCNTs, 단일벽 탄소나노튜브)라 하고, 다중으로 되어 있으면 Multi-Walled Carbon Nanotubes(MWCNTs, 다중벽 탄소나노튜브)라 한다(도 1 참조).

본 발명에는 다중벽으로 구성되어 있는 탄소나노튜브를 사용하여 그 구조에 따른 다량의 정공에 의한 불순물 흡착을 극대화한다. 또한 일반적으로 직선으로 뻗어 있는 튜브형태 외에 가지형 탄소나노튜브 및 코일형 탄소나노튜브를 사용하여 구조상 정공의 범위를 극대화하여 사용한다. 하지만, 탄소나노튜브는 그 자체의 Van Der Waals force 에 의해 서로 응집되기 때문에, 오일공급 제1탱크(1)에서 오일을 공급받아 혼합된 후, 볼밀링법에 의해 오일 내에 분산되어 들어간다. 볼밀링법은 다른 분산법과 다르게 계면활성제나 유기용매의 사용이 불필요하므로, 본 발명의 목적에 맞게 적용할 수 있다.

이하, 본 발명의 구성에 대하여 아래 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 권리범위가 아래 실시예에 만 한정되어지는 것은 아니며, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능하다.

다음은 실시예를 통하여 그들의 결과를 참고하여 설명하면 아래와 같다.

[ 실시예 1] 폐오일의 원심분리정화장치

본원 발명은 도 2의 원심분리정화장치의 흐름도에 나타낸 바와 같이, 이를 상세

하게 설명하면 다음과 같다.

발명에서 사용되는 원심분리정화장비(A)는 유류물질과 고형물의 분리를 위해 작동하는 장비로서,

먼저, 완전히 오염된 폐오일을 오일공급 제1탱크(1)에 넣는다. 탱크 내에서 폐오일은 철(Fe)이나 크롬(Cr) 등의 슬러지 상태의 오염물질을 많이 함유하고 있으며, 제1탱크(1)의 폐오일(9)은 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5) 상단을 통하여 주입되어지는 제 1과정이며.

이때 정화능력을 강화하기 위해 탄소나노튜브 혼합액 공급장치(2)에서 탄소나노튜브 혼합액(3)을 탄소나노튜브의 고유 인력에 의한 응집을 최소화시키기 위한 공정으로 탄소나노튜브 볼밀링 분산장비(4)를 통과한 후, 원심분리정화장비(A) 내부 의 회전체(5) 상단을 통하여 주입되어지는 제 2과정으로,

원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)에 주입된 제 1과정의 제1탱크(1)의 폐오일(9)은 원심분리정화장비 내부의 회전체(5)가 1회당 30분간 2,000~3,000rpm으로 회전하며 회전체(5)의 회전운동에 따라 발생하는 원심력에 의해 무거운 물질과 가벼운 물질로 분리되어지며, 이때 상대적으로 오일보다 밀도가 높은 고형물(13)은 회전체(5) 내부의 이중 벽(5‘,그림상 점선)으로 설계된 바깥쪽 벽면에 침전되고 정화된 오일(10)은 중앙 내벽에 고여, 쉽게 분리해 낼 수 있는 형태를 가지도록 하였으며,

원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)에 주입된 제 2과정의 탄소나노튜브 혼합액 공급장치(2)에서 공급된 탄소나노튜브 혼합액(3)은 고유의 결정구조와 흡착력으로 폐오일내부의 불순물을 제거하는 역할을 하며 회전체(5) 내부의 이중 벽(5‘, 그림상 점선)에 의해 바깥쪽으로 분리가 되도록 협력하여 이루어진다.

상기의 회전체(5) 내부에서 분리된 고형물(13)이 회전체 바깥쪽에 모이고 나면, 원심분리정화장비(A)의 작동이 일시적으로 정지하게 되며, 회전체(5) 바깥쪽에 모여 있는 고형물(13)을 제거하기 전에 중앙 내벽에 모여 있는 정화된 오일(10)을 오일공급 제2탱크(8)로 보내고 난 후, 원심분리정화장비(A) 바닥의 고형물 배출 커버(6)가 열리면서 중력에 의해 분리된 고형물(13)은 아래의 고형물 퇴출박스(7)로 떨어지게 되어지는 과정을 통하여 폐오일의 불순물을 정화하는 원심분리정화장치 및 그 방법에 관한 것이다.

본 발명의 원심분리정화장비(A)는 회전축(11) 중심으로 지면과 수평한 방향으로 회전되어지며, 오일이 분리된 고형물(13)은 잔여 오일과 함께 좌, 우로 회전한다.

도 3은 원심분리정화장비의 회전체의 상세도를 나타낸 것으로, 이를 설명하면,

제1탱크(1)의 폐오일(9)과 탄소나노튜브 혼합액(3)이 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5) 상단을 통하여 주입되어지면, 이들은 회전체(5) 내부에서 회전체(5)의 회전운동에 따라 발생하는 원심력에 의해 오일보다 밀도가 높은 고형물(13)은 회전체(5) 내부의 이중 벽(5‘)으로 설계된 바깥쪽 벽면에 침전되고 정화된 오일(10)은 중앙 내벽에 고여, 쉽게 분리해 낼 수 있게 되어는 과정을 나타낸 것이다.

본원발명의 원심분리정화장비(A)는 폐오일의 오염도가 높아져도 폐오일을 교환하는 대신 공정이 진행되는 중에도 지속적으로 정화가 진행되기 때문에 별도의 오일의 교환 없이 지속적으로 공정이 진행되면서 생산성 향상 및 오일의 사용량 절감으로 가격 경쟁력을 갖추게 될 것으로 예상된다.

[ 실시예 2] 폐오일의 원심분리정화법 및 탄소나노튜브 혼합액의 분산법

자동차 업계에서 방전가공에 쓰이는 방전오일(또는 폐오일)은 가공체가 흑연전극이고, 피 가공체는 철강합금이므로 가공 시 방전오일의 오염도는 아주 높고 빨리 진행된다. 오염된 방전오일의 불순물은 대체적으로 Fe, V, Mo, Cr, Mn, C가 대부분이고, 이런 불순물이 혼합되면 육안으로 피 가공체를 확인할 수 없게 할뿐더러, Arc 방전이 일어나지 않게 하는 경우도 발생하게 된다.

따라서 본 발명에서의 원심분리정화장비(A)는 1회에 약 30L의 방전오일이 장비내부의 회전체(5)에 들어가 30분간 2,000~3,000rpm의 회전속도로 고형물(13)과 오일을 분리/침전시키게 한다. 이때 탄소나노튜브를 ℓ당 0.5mg (500ppm)이며, 본 발명의 원심분리정화장비에는 1회당 15mg의 탄소나노튜브의 혼합액(3)을 주입한다. 이때 오일과 함께 분산하여 주입하여야 한다. 분산법은 탄소나노튜브의 고유 인력에 의한 응집을 최소화시키기 위한 공정이며 반드시 시행되어야 한다. 일반적으로 탄소나노튜브의 분산에는 계면활성제와 같은 첨가제가 필요하지만, 본 발명에서는 오일과 함께 물리적으로 혼합하는 볼밀링법(4)을 사용한다. 탄소나노튜브는 그의 고유 결정 구조에 의한 금속 고형물질의 흡착과 오염물 내의 탄소 결합에 의한 탄소 제거를 위해 첨가해 주는 것이다.

30분간 회전한 회전체(5) 내의 오염된 폐오일(9)은 이중벽에 의해 고형물(13)은 바깥 외벽에 분리, 침전되고 정화된 오일(10)은 내부의 공간에 머물게 된다. 먼저 오일을 이중벽 내벽의 이동공간을 통해 오일공급 제2탱크(8)로 보낸다. 그 후, 고형물(13)은 내부에 남아있을 잔여 오일과 함께 회전체를 좌/우로 회전시켜 바닥의 고형물 배출 커버(6)를 젖히고 아래로 배출하여 고형물 퇴출 박스(7)로 수거되어진다.

도 1은 탄소나노튜브의 형태 및 종류

도 2는 원심분리정화장비의 흐름도

도 3은 원심분리정화장비의 회전체의 상세도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 제1탱크 2 : 탄소나노튜브 혼합액 공급장치

3 : 탄소나노튜브 혼합액 4 : 탄소나노튜브 볼밀링 분산장비

5 : 원심분리정화장비 회전체 5‘ : 회전체(5) 내부의 이중 벽

6 : 고형물 배출 커버 7 : 고형물 퇴출 박스

8 : 제2탱크 9 : 오염된 오일(폐오일)

10 : 정화된 오일 11 : 원심분리정화장비 회전축

12 : 오일의 흐름방향 13 : 고형물

14 : 고형물의 흐름방향 15 : 탄소나노튜브혼합액의 흐름방향

Claims (4)

1. 폐오일의 정화장치에 있어서,

   원심분리정화장비(A)는 오염된 폐오일을 저장하는 오일공급 제1탱크(1)와;

   상기 제1탱크(1)의 폐오일(9)을 상단을 통하여 주입되어지는 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)와;

   폐오일의 정화능력을 강화하기 위해 탄소나노튜브 혼합액(3)을 공급하는 탄소나노튜브 혼합액 공급장치(2)와;

   상기 탄소나노튜브 혼합액(3)을 분산시키는 탄소나노튜브 볼밀링 분산장비(4)와;

   상기 볼밀링 분산장비(4)를 통과한 탄소나노튜브 혼합액(3)을 상단을 통하여 주입되어지는 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)와;

   상기 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)가 지면과 수평한 방향으로 회전되도록 원심분리정화장비(A)의 중심에 있는 회전축(11)과;

   상기 상단을 통하여 주입되어지는 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)는 회전운동에 따라 발생하는 원심력에 의해 회전체(5) 내벽의 중앙에 고인 정화된 오일(10)을 공급받아 저장하는 오일공급 제2탱크(8)와;

   상기 회전체(5) 내부의 이중 벽(5‘)으로 설계된 바깥쪽에 모여 있는 고형물(13)을 밖으로 배출하는 원심분리정화장비(A) 바닥의 고형물 배출 커버(6)와;

   상기 고형물(13)을 회수하여 저장하는 고형물 퇴출박스(7)로 구성되어져 폐오일의 불순물을 정화하는 것을 특징으로 하는 원심분리정화장치
2. 폐오일의 고형물을 분리하여 정화는 방법에 있어서,

   제 1항의 원심분리정화장비(A)는 오염된 폐오일을 오일공급 제1탱크(1)에 넣고, 제1탱크(1)의 폐오일(9)은 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5) 상단을 통하여 주입되어지는 제 1과정과;,

   이때 정화능력을 강화하기 위해 탄소나노튜브 혼합액 공급장치(2)에서 탄소나노튜브 혼합액(3)을 탄소나노튜브의 고유 인력에 의한 응집을 최소화시키기 위한 공정으로 탄소나노튜브 볼밀링 분산장비(4)를 통과한 후, 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5) 상단을 통하여 주입되어지는 제 2과정과;,

   상기의 제1과정과 제2과정을 거친 원심분리정화장비(A) 내부의 회전체(5)에 주입된 폐오일(9)과 탄소나노튜브 혼합액(3)은 회전체(5)의 회전운동에 따라 발생하는 원심력에 의해 오일보다 밀도가 높은 고형물(13)은 회전체(5) 내부의 이중 벽(5‘)으로 설계된 바깥쪽 벽면에 침전되고 정화된 오일(10)은 중앙 내벽에 고여, 분리되어지며,

   상기의 회전체(5) 내부에서 분리된 고형물(13)이 회전체 바깥쪽에 모이고 나면, 원심분리정화장비(A)의 작동이 일시적으로 정지하게 되며, 회전체(5) 바깥쪽에 모여 있는 고형물(13)을 제거하기 전에 중앙 내벽에 모여 있는 정화된 오일(10)을 오일공급 제2탱크(8)로 보내고 난 후, 원심분리정화장비(A) 바닥의 고형물 배출 커버(6)가 열리면서 중력에 의해 분리된 고형물(13)은 아래의 고형물 퇴출박스(7)로 떨어지게 되어지는 과정을 통하여 폐오일의 불순물을 정화하는 것을 특징으로 하는 원심분리정화장치 이용한 폐오일의 원심분리정화방법
3. 제 2항에 있어서,

   폐오일의 정화능력을 강화하기 위해 탄소나노튜브 혼합액 공급장치(2)에서 공급된 탄소나노튜브 혼합액(3)은 폐오일 30ℓ 당 15mg을 주입하여 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는 원심분리정화장치 이용한 폐오일의 원심분리정화방법
4. 제 2항에 있어서,

   원심분리정화장비 내부의 회전체(5)는 30분간 2,000~3,000rpm으로 회전하며 폐오일의 고형물(13)과 정화된 오일(10)을 분리하는 것을 특징으로 하는 원심분리정화장치 이용한 폐오일의 원심분리정화방법

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