KR101415666B1 - 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법 - Google Patents

고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 실시예에 따라 개시된 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치는 상기 고분자 수지가 녹아있는 열유체를 발생하는 폐 복합재료 재활용 장치; 상기 발생된 열유체가 투입되며 상부가 분리될 수 있도록 설치되는 회수조; 상기 회수조에 투입된 열유체와 상기 열유체에 녹아있는 고분자 수지를 응고하는 냉각수단; 상기 회수조내에 상하로 구동가능하게 설치된 상하 구동부재가 상기 회수조에 투입된 열유체에 압력을 가하는 상하 구동장치; 상기 상하 구동부재의 상부에 부착되어 상기 응고된 고분자 수지와 열유체를 분리하는 메시형 여과기; 및 상기 여과기에서 고분자 수지와 분리된 정제 열유체를 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공급하는 재공급관을 포함한다.

Description

고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법{Apparatus for collecting polymer resin and for reapplying refined thermalfluid and method thereof}
본 발명은 고분자 수지 회수 시스템 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기/통신 등에 사용되는 케이블의 재활용 공정에서 발생되는 열유체를 재활용하여 열유체에 녹아있는 고분자 수지(PP, PE, PET)를 회수하고, 회수 후 고분자 수지가 제거된 정제 열유체를 케이블 재활용 공정에 재공급하는 환경 친화적인 고분자 수지 회수 및 정체 열유체 재공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
1980~2000년대에 이르기까지 음성서비스, 인터넷 서비스, 초고속 인터넷망 등에 동통신 케이블의 수요가 급증하였고, 이중 젤리 충진 케이블은 설치 작업 중 훼손이나, 또는 접속 부분에 물이나 기타 이물질이 들어감을 방지하기 위하여 내부에 젤리형 물질이 구리 세선 사이사이로 투입되어 사용되었다.
하지만 광통신 케이블 산업의 발달과 기존 동통신 케이블의 노화로 많은 양의 폐 동통신 케이블이 발생하였고, 2008년 기준으로 국내에서만 연간 6,500톤 정도가 배출되는 실정이다.
이러한 폐 동통신 케이블을 재활용하기 위하여 국내 산업 및 연구분야에서 소각법, 기계적인 방법, 화학적인 방법으로 기술 개발에 매진하고 있다.
동통신 케이블 재활용 방법 중 열유체를 이용한 방법은 대부분의 고분자 물질이 열유체를 이용한 간접 가열을 통해 쉽게 분해하고, 연소를 수반하지 않고 대부분 밀폐된 가운데서 이루어지기 때문에 환경 측면에서 매우 안전하며, 1차 사용된 열유체를 폐기하지 않고 순환하여 열유체로 재사용함으로써 폐유가 발생되지 않아 경제적·환경적 이점이 매우 높은 기술의 측면에서 많은 관심을 받고 있다.
하지만, 열유체를 사용하여 고분자 물질을 분해하는 과정에서 어느정도 포화점에 다다르면 열유체에 분해되어있는 고분자 물질의 양에 의해 작업 효율이 저하되는 시점이 발생하게 되는데, 이에 공정 효율의 향상 필요성이 남아 있다.
발명의 배경기술이 되는 선행기술로서, 오일, 수지, 회수, 폐전선, 재활용을 검색 키워드로 하여 검색된 특허문헌들로는 열유체내의 고분자 수지의 회수에 관한 기술로서 유사한 것들이 다수 검색되었으나, 본원과 동일한 구성의 특허문헌들은 전혀 검색되지 않았다.
예컨대, 검색된 특허문헌의 합성수지 회수는 그 공정 및 운전 방법이 본원과 다르고, 폐 고분자 수지 등이 포함된 회수 물질이 다르며, 종래의 기술에 따른 합성수지 회수 시 소각에 의한 유해가스가 발생되며, 화학적인 방법으로도 유기용매를 사용함으로 유해폐기물이 발생되고, 또한 기계적인 방법 역시 드라이(dry)형 폐 통신 케이블에만 적용이 가능하며, 접착 성분이 있는 젤리 통신 케이블에는 접목이 불가능한 문제가 있다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1023227호(2011.3.18 공고)
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-0340734호(2002.6.15 공고)
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-0487063호(2005.5.6 공고)
따라서, 본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 열유체를 이용한 동통신 케이블 재활용 공정 중 1차 사용된 열유체를 폐기하지 않고 열유체에 분해되어 있는 고분자 수지를 제거하여 정제된 열유체를 케이블 재활용 공정에 재공급하여 사용함으로써 공정 효율을 향상할 수 있는 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따르는 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치는 상기 고분자 수지가 녹아있는 열유체를 발생하는 폐 복합재료 재활용 장치; 상기 발생된 열유체가 투입되며 포집된 고분자 수지를 회수할 수 있는 분리형의 회수조; 상기 회수조에 투입된 열유체와 상기 열유체에 녹아있는 고분자 수지를 응고하는 냉각수단; 상기 회수조내에 상하로 구동가능하게 설치된 상하 구동부재가 상기 회수조에 투입된 열유체에 압력을 가하는 상하 구동장치; 상기 상하 구동부재의 상부에 부착되어 상기 열유체내의 고분자 수지를 포집하여 분리하는 메시형 여과기; 및 상기 여과기에서 고분자 수지와 분리된 정제 열유체를 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공급하는 재공급관을 포함한다.
상기 재공급관에는 상기 정제 열유체내의 고분자 수지를 포집하며 포집된 고분자 수지 부분을 회수할 수 있는 분리형의 제 2 메시형 여과기를 더 포함할 수 있다.
상기 폐 복합재료 재활용 장치에서 발생된 열유체는 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공기가 공급되어 상기 폐 복합재료 재활용 장치와 회수조 사이에 연결된 공급관을 통해 상기 회수조에 투입될 수 있다.
상기 폐 복합재료 재활용 장치에는 수위 센서가 설치되며, 상기 수위 센서의 레벨이 설정치 미만이면, 상기 공기의 공급이 정지될 수 있다.
상기 냉각수단은 상기 회수조를 외조와 내조의 2중조로 구성하고, 상기 외내조 사이에 냉각수가 흐르도록 설치되어 상기 300~330℃의 투입 열유체를 120~150℃로 냉각할 수 있다.
상기 메시형 여과기는 입자 크기 1 mm 이상의 고분자 수지를 회수할 수 있다.
상기 제 2 메시형 여과기는 입자 크기 0.5~1mm의 고분자 수지를 회수할 수 있다.
상기 회수조에는 벤트 밸브가 설치되며, 상기 열유체의 공급에 의해 상기 회수조의 기압 상승을 방지하고자 항상 개방될 수 있다.
상기 회수조의 상기 정제 열유체는 상기 메시형 여과기 하부의 회수조에 공기가 공급되어 상기 재공급관을 통해 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 방법은 상기 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치를 이용하여 상기 고분자 수지를 회수하고, 상기 정제 열유체를 폐 복합재료 재활용 장치에 재공급한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 사용 후 열유체를 재활용하므로 열유체 폐기비용 및 공정비용이 절감하고, 폐기되어 지는 고분자 수지의 회수로 자원화가 가능하며, 폐기물 발생이 없으므로 환경 오염을 방지할 수 있고, 폐 복합재료 재활용 공정 시 최소한의 열 손실 및 빠른 열유체 투입 등이 가능한 공정으로 경제성이 우수하며, 동종사업장 대비 경쟁력의 확보가 가능한 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 2는 메쉬(mesh)형 여과기가 부착된 상하 구동부재의 구성을 나타내는 개략도이고,
도 3은 도 1 장치에 의해 회수된 열유체내 고분자 수지와 정제 열유체를 나타내는 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치의 구성을 나타내고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치는 상기 고분자 수지가 녹아있는 열유체를 발생하는 폐 복합재료 재활용 장치(10)와, 분리형의 회수조(40)와, 회수조(40)내에 상하로 구동가능하도록 설치되는 상하 구동장치(60)와, 고분자 수지와 열유체를 분리하는 메시형 여과기(80)와, 여과기(80)와 폐 복합재료 재활용 장치(10)를 연결하는 재공급관(90)을 포함한다.
폐 복합재료 재활용 장치(10)와 회수조(40)는 열유체 공급관(20)에 의해 연결될 수 있다.
폐 복합재료 재활용 장치(10)는 열유체를 이용하여 예를 들어 젤리 케이블에서 유가금속을 회수하는 공정을 실행하며, 이때 발생되는 열유체내에는 고분자 수지가 녹아있다.
폐 복합재료 재활용 장치(10)에는 수위센서(12)가 설치되어 열유체의 수위를 측정할 수 있으며, 공기공급관(14)을 통해 공기가 공급될 수 있다. 공기공급관(14)에는 공기공급밸브(16)가 부착되어 공기의 공급을 제어할 수 있다.
폐 복합재료 재활용 장치(10)에 공기공급관(14)을 통해 공기를 공급하게 되면, 발생된 열유체는 열유체 공급관(20)을 통해 회수조(40)로 투입될 수 있다.
열유체 공급관(20)에도 개폐 밸브(22)가 부착되어 회수조(40)로의 열유체의 공급을 제어할 수 있다.
분리형의 회수조(40)는 내조(42)와 외조(44)의 2중조로 구성되어 냉각수 유입구(46)와 유출구(48)가 설치되며, 예컨대 상부가 분리될 수 있다. 내조(42)와 외조(44)의 사이에 냉각수가 흐름에 따라 회수조(40)에 투입되는 300~330℃의 열유체를 120~150℃로 냉각하고, 열유체에 녹아있는 고분자 수지를 응고할 수 있다.
또한 회수조(40)에도 온도센서(28)와 수위센서(30)가 설치되어 열유체의 온도 및 수위를 측정할 수 있고, 또한 공기공급밸브(36)가 부착된 공기공급관(34)을 통해 공기가 공급될 수 있고, 벤트 밸브(32)가 부착된 공기배출관(38)을 통해 공기를 배출할 수 있다. 벤츠 밸브(32)는 열유체의 공급에 의해 회수조(40)의 기압 상승을 방지하고자 항상 개방될 수 있다.
상하 구동장치(60)는 상하 구동부재(62)와, 이를 구동하는 구동수단으로 이루어지며, 도 2에 도시된 바와 같이 상하 구동부재(62)의 상부에는 메시(mesh)형 여과기(80)가 부착될 수 있으며, 상하 구동부재(62)를 상하로 구동하는 구동수단(도시하지 않음)은 예를 들어 유압 피스톤과 같이, 상하 구동부재(62)를 회수조(40)내에 상하로 구동시킬 수 있는 것이라면, 통상의 것을 사용할 수 있으므로, 그 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이에 따라, 구동수단의 작동에 따라 상하 구동부재(62)가 상승하게 되면, 회수조(40)에 투입된 열유체에 압력을 가하게 되고, 그 결과 메시형 여과기(80)에는 입자 크기 1 mm 이상의 고분자 수지(A)가 응고하여 포집되어 열유체(B)는 하부로 배출됨에 따라 열유체내의 고분자 수지가 분리될 수 있다.
메시형 여과기(80)이 상부에 포집된 고분자 수지가 노출되도록 회수조(40)의 상부를 분리함으로서 포집된 고분자 수지를 회수할 수 있다.
이어서, 회수조(40), 특히 메시형 여과기(80) 하부의 회수조(40)에 공기공급관(34)을 통해 공기를 공급하게 되면, 회수조(40)의 하부로 배출된 정제 열유체는 재공급(90)으로 공급될 수 있다.
회수조(40)와 폐 복합재료 재활용 장치(10)를 연결하는 재공급관(90)에는 한쌍의 개폐 밸브(92)와 개폐 밸브(92) 사이에 설치된 분리형의 제 2 메시형 여과기(94)를 더 포함할 수 있다.
분리형의 제 2 메시형 여과기(94)는 회수조(40)로부터 공급되는 정제 열유체내의 입자 크기 0.5~1mm의 고분자 수지를 포집하며, 포집된 고분자 수지가 노출되도록 예컨대 도 1의 우측부분을 분리하여 포집된 고분자 수지를 회수할 수 있고, 제 2 메시형 여과기(94)를 통해 더욱 정제된 열유체는 재공급관(90)을 통해 폐 복합재료 재활용 장치(10)에 공급되어 재활용될 수 있다.
도 3에는 회수된 고분자 수지와 정제 열유체를 나타내고 있다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.
폐 복합재료 재활용 장치(10)에서 작업 수행이 끝나면, 공기공급관(14)의 공기공급밸브(16)를 개방하여 폐 복합재료 재활용 장치(10)에 공기를 공급함과 동시에, 열유체 공급관(20)의 개폐 밸브(22)를 개방하면, 회수조(40)에 고분자가 녹아있는 열유체가 공급된다.
이때 폐 복합재료 재활용 장치(10)의 수위센서(12)의 레벨이 설정치 미만이 되면, 공기공급밸브(16)와 개폐 밸브(22)가 닫히며 공기공급이 정지된다.
회수조(40)에 처음 투입되는 고분자가 녹아있는 열유체의 온도는 300~330℃이므로, 고분자 수지가 응고되기 위해서는 온도가 120~150℃이하로 떨어져야 한다. 이를 위하여 회수조(40)는 냉각수를 냉각수 유입구(46)를 통해 주입하여 냉각수 유출구(48)로 배출함으로서, 2중조의 구조인 내조(42)와 외조(44)의 사이에 냉각수가 흐르므로서, 열유체의 온도를 120~150℃ 로 냉각하고, 이를 온도 센서(28)로 측정한다.
이어서, 회수조(40)가 120~150℃로 냉각되면 회수조(40)하부에 위치하는 상하 구동부재(62)를 상부로 이동되도록 구동수단(도시하지 않음)을 작동함으로써, 열유체와 응고된 고분자 수지의 혼합물에서 입자 크기 약 1~3mm(지름) 이상의 고분자 수지는 메시형 여과기(60)로 포집하고, 그 이하는 열유체와 함께 회수조(40)의 하부로 배출된다.
메시형 여과기(60)에 1차 포집되어 분리된 고분자 수지는 회수조(40)의 상부 분리를 통하여 회수한다.
이때, 열유체의 공급과 1차 포집되어 분리된 고분자 회수가 끝날 때까지 회수조(40)의 기압 상승을 방지하기 위하여, 공기배출관(38)의 벤트 밸브(32)는 항시 열려있어야 한다.
이러한 1차 고분자 수지 회수가 끝나면, 회수조(40)에 구비되어 있는 공기공급관(34)의 공기공급밸브(36)를 개방하여 회수조(40)에 공기를 공급해주면, 1차 고분자 수지가 분리된 정제 열유체는 재공급관(90)으로 공급된다.
재공급관(9)의 개폐 밸브(92)가 개방되어 공급되는 정제 열유체는 제 2 메시형 여과기(94)를 통해서 더욱 정제되어 폐 복합재료 재활용 장치(10)로 재공급된다.
이때, 회수조(40)의 벤트 밸브(32)는 폐쇄되며, 제 2 메시형 여과기(94)에서는 입자 크기 약 0.5~1mm(지름)의 고분자 수지를 포집하고 그 이하는 배출하게 된다.
제 2 메시형 여과기(94)에 포집된 고분자 수지는 제 2 메시형 여과기(94)의 우측 분리를 통해 회수한다.
이때 회수조(40)에 구비되어 있는 수위센서(30)의 레벨이 설정치 미만이 되면, 공기공급관(34)의 공기공급밸브(36) 및 재공급관(90)의 개폐 밸브(92)가 폐쇄되어 공기의 공급이 정지되며, 회수조(40)로부터 열유체의 배출이 중단된다.
이상과 같이 본 발명의 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치 및 방법은 폐 복합재료 재활용 장치(10))에서 발생되는 열유체에 녹아있는 고분자 수지가 회수조(40)에서 1차 회수되고, 제 2 메시형 여과기(94)를 통해 2차 회수되면서 더욱 정제된 정제 열유제가 폐 복합재료 재활용 공정에 다시 사용되므로, 전체적으로 공정 경제성 및 효율을 높이는 기능을 하게 된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다. 그리고 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당해 업계 통상의 지식을 가진 자에 있어서는 다른 많은 변형 및 응용 또한 가능함은 물론이다.
10 : 폐 복합재료 재활용 장치 12, 30 : 수위 센서
14, 34 : 공기공급관 16,36 : 공기공급밸브
20 : 열유체 공급관 22, 92 : 개폐 밸브
28 : 온도센서 32 : 벤트 밸브
38 : 공기배출관 40 : 회수조
42 : 내조 44 : 외조
46 : 냉각수 유입관 48 : 냉각수 유출관
60 : 상하 구동장치 62 : 상하 구동부재
80 : 메시형 여과기 90 : 재공급관
94 : 제 2 메시형 여과기

Claims (10)

  1. 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치로서,
    상기 고분자 수지가 녹아있는 열유체를 발생하는 폐 복합재료 재활용 장치;
    상기 발생된 열유체가 투입되며 상부가 분리될 수 있는 분리형의 회수조;
    상기 회수조에 투입된 열유체와 상기 열유체에 녹아있는 고분자 수지를 응고하는 냉각수단;
    상기 회수조내에 상하로 구동가능하게 설치된 상하 구동부재가 상기 회수조에 투입된 열유체에 압력을 가하는 상하 구동장치;
    상기 상하 구동부재의 상부에 부착되어 상기 응고된 고분자 수지와 열유체를 분리하는 메시형 여과기; 및
    상기 여과기에서 고분자 수지와 분리된 정제 열유체를 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공급하는 재공급관을 포함하는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재공급관에는 상기 정제 열유체내의 고분자 수지를 포집하며 포집된 고분자 수지를 분리할 수 있는 분리형의 제 2 메시형 여과기를 더 포함하는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐 복합재료 재활용 장치에서 발생된 열유체는 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공기가 공급되어 상기 폐 복합재료 재활용 장치와 회수조 사이에 연결된 공급관을 통해 상기 회수조에 투입되는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폐 복합재료 재활용 장치에는 수위 센서가 설치되며, 상기 수위 센서의 레벨이 설정치 미만이면, 상기 공기의 공급이 정지되는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수단은 상기 회수조를 외조와 내조의 2중조로 구성하고, 상기 외내조 사이에 냉각수가 흐르도록 설치되어 상기 300~330℃의 투입 열유체를 120~150℃로 냉각하는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 메시형 여과기는 입자 크기 1 mm 이상의 고분자 수지를 회수하는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 메시형 여과기는 입자 크기 0.5~1mm의 고분자 수지를 회수하는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 회수조에는 벤트 밸브가 설치되며, 상기 열유체의 공급에 의해 상기 회수조의 기압 상승을 방지하고자 항상 개방되는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 회수조의 상기 정제 열유체는 상기 메시형 여과기 하부의 회수조에 공기가 공급되어 상기 재공급관을 통해 상기 폐 복합재료 재활용 장치에 공급되는
    고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 고분자 수지 회수 및 정제 열유체 재공급 장치를 이용하여 상기 고분자 수지를 회수하고, 상기 정제 열유체를 폐 복합재료 재활용 장치에 재공급하는 방법.
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