KR101684633B1 - 폐배터리 해체용 수력분리기 및 폐배터리 해체 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수력분리기 및 이를 이용한 폐배터리 해체 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 폐배처리를 자동으로 해체함에 있어서 커팅과 파쇄를 통해 파쇄된 유용성분(PP, PE, 그리드)을 비중차에 의해 분리할 수 있도록 하되, 폴리프로필렌(PP) 분리용 제1분리조(110)에 설치된 임펠러(120)를 필요에 의해 역방향 회전 가능하게 하고, 임펠러(120)의 날개 형태를 판형과 요철형으로 구성함으로써 페이스트가 현탁된 재활용 공정수의 흐름을 빠르게 변화시킬 수 있게 하여 유용성분으로부터 폴리프로필렌(PP)을 효과적으로 분리 및 배출할 수 있으며, 제2분리조(130)의 상부에 설치된 폴리에틸렌배출관(140) 저부에 폭기장치(141)를 마련하여 폴리에틸렌배출관(140)으로 페이스트가 침적하는 것을 방지할 수 있게 하여 수위 상승을 억제할 수 있는 동시에 폴리에틸렌(PE)의 원활한 배출을 유도할 수 있도록 하는 수력분리기(40) 및 이를 이용한 폐배터리 해체 시스템에 관한 것이다.

Description

폐배터리 해체용 수력분리기 및 폐배터리 해체 시스템{SORTING DEVICE AND SCRAP BATTERY RECYCLING SYSTEM}

본 발명은 비중선별기의 일종인 폐배터리 해체용 수력분리기 및 이를 이용한 폐배터리 해체 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 폐배터리 해체를 위해 폐배터리의 커팅 및 파쇄 후 파쇄물들의 비중차를 이용하여 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 그리드(Lead metal)로 분리 배출하는데 사용되는 수력분리기 및 이를 이용한 폐배터리 해체 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 시동용으로 사용되는 대부분의 배터리는 합성수지재로 된 케이스와 황산, 납, 황산납, 일산화납, 이산화납(페이스트) 및 합성수지재로 된 분리막 등으로 구성되는데, 배터리의 구성성분 중 유해 물질인 황산이나 납 등이 그대로 버려지면 환경오염을 유발하므로 수명이 다한 폐배터리는 분리, 수거, 수집 후 재생 또는 해체하여 재자원화 처리를 하고 있다.

예를 들면 폐배터리는 지정된 폐기물처리 공장에서 파쇄와 분리과정을 거치며 분리된 전극단자와 전극터미널, 극판 및 양/음극의 구성성분인 납과 납화합물은 납 재련을 위한 주원료로 사용되고, 용기는 재생 플라스틱으로 사용되며 용기에 부착된 그 외 부품, 즉 세퍼레이터는 별도로 폐기처리하고 있다.

폐배터리를 해체하는 방법으로는 작업자가 수작업으로 해체하는 전통적인 방법과, 파쇄된 폐배터리를 비중선별기(수력분리기)를 이용하여 분리하는 자동화 방법으로 대별되는데, 전통적인 수작업 방법은 작업자가 직접적으로 유해물질에 노출될 뿐 아니라 해체 작업에 상당한 노동력과 시간이 소요되므로 최근에는 수력분리기를 이용한 자동화 방법이 주로 사용되고 있다.

폐배터리의 해체와 분리시 사용되는 수력분리기는 파쇄된 폐배터리 파쇄물의 비중차를 이용하여 자동 선별할 수 있게 한 것으로, 이와 관련된 선행기술의 예로서 대한민국 등록특허 제 10-0906181호(특허문헌 1)에는, 상측에 분쇄물이 투입되는 투입구가 형성되고 그 일측에 제1배출구가 형성되며 용수가 채워진 메인수조 및 이 메인수조와 격벽으로 공간이 구획되면서 하측에서 연결되는 것으로 하부일측에 제2배출구가 형성되고 상부 일측에 제3배출구가 형성되는 수력탱크와; 전원공급을 받아 회전 구동력을 생성하는 모터와, 상기 모터에 연결되어 회전하는 판재형의 부재로 양측면에 홈과 돌부가 반복 형성된 갈퀴부가 구비된 이송날개로 이루어져 상기 메인수조의 상부에 설치되어 구동원의 구동력을 전달받아 수면상에 떠있는 폴리프로필렌을 제1배출구측으로 이동시키는 유동수단과; 상기 메인수조의 하부에 설치되어 구동원의 구동력을 전달받아 회전하는 것으로 바닥에 가라앉은 세퍼레이터와 그리드를 제2배출구로 강제 이송시키는 메인 스크류와; 상기 제3배출구와 관으로 연결되어 공기를 공급하는 것에 의해 보조수조 내에 기포를 발생시켜 세퍼레이터를 부상시켜 제3배출구로 배출시키는 기포발생수단; 을 포함하여 구성됨으로써 폴리프로필렌과 폴리에틸렌(세퍼레이터) 및 그리드를 자동 분리할 수 있도록 한 폐축전지 해체장치용 수력분리기가 제안된 바 있다.

그러나 특허문헌 1의 수력분리기는, 보조수조에서 제3배출구로 배출되는 세퍼레이터 중에 잔존하는 페이스트와, 페이스트가 현탁된 재활용 공정수 중의 페이스트가 제3배출구의 관로에 쌓여 침적(沈積)됨에 따라 제3배출구의 관로가 막혀서 공정수의 흐름을 방해하여 세퍼레이터의 배출이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있고, 또한 페이스트의 침적(沈積)에 의해 수력분리된 PE와 공정용수의 배출이 원할하지 않아 보조수조와 메인수조의 수위가 상승하여 메인수조에 낙하되는 파쇄물들이 이송날개의 교반작용에 의해 빠르게 수조 내부로 침전되지 못하고 정체가 발생되며 정체된 파쇄물 위로 파쇄물들이 연속적으로 쌓이므로 폴리프로필렌 배출이 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있으며, 또한 메인수조의 투입구를 통해 유입되는 세퍼레이터 및 그리드가 수면에 정체된 폴리프로필렌 위에 쌓이고 일부는 분리되지 않은 채로 폴리프로필렌 배출스크류로 배출되어 폴리프로필렌 수집조에 그리드와 같은 유용물질이 배출되어 자원 손실이 다량 발생할 뿐 아니라 황산과 페이스트가 폴리프로필렌에 포함되어 별도의 세척을 수행해야 하는 문제점이 있다.

한편, 폐배터리 해체 시스템은 폐배터리를 투입하여 해체 및 분리하는 일련의 과정을 자동화한 것으로 이와 관련된 선행기술로서 대한민국 등록특허 제 10-0784440호(특허문헌 2)에는, 투입된 폐 축전지를 연속적으로 일측에 설치된 절단기로 이송시켜 내부의 전해액을 제거하는 전해액 제거부와, 상기 전해액 제거부의 일측에 위치하여 전해액이 제거된 폐 축전지를 공급받아 일측에 설치된 탈철기를 이용하여 철재류를 제거하는 탈철부와; 상기 탈철부의 일측에 설치되어 철재류가 제거된 폐 축전지를 공급받아 일측에 설치된 분쇄기로 이송시켜 분쇄를 실시하는 분쇄기와, 상기 분쇄기의 일측에 설치되어 분쇄물을 공급받아 100mesh의 크기를 기준으로 선별 분류하여 각각 분배 이송시키는 1차 진동 스크린과, 상기 1차 진동 스크린의 일측에 설치되어 100mesh 미만의 크기를 갖는 분쇄물인 페이스트를 공급받아 슬러지 형태로 축적시키는 드레그 체인 콘베어와, 상기 분쇄기의 타측에 설치되어 100mesh 이상의 크기를 갖는 분쇄물인 스크랩을 공급받아 물에 뜨는 폴리프로필렌을 일측의 회수 수단으로 공급하고, 물에 가라앉는 세퍼레이터와 그리드를 내부 하측에 설치된 제1 스크류 콘베어를 통해 출구로 이송시키면서 공기를 분사하여 부유되는 세퍼레이터와 중 플라스틱을 일측의 2차진동 스크린으로 분리 공급하는 수력분리기와, 상기 수력 분리기의 일측에 설치되어 세퍼레이터와 중 플라스틱을 공급받아 포함된 물과 잔류 페이스트는 드레그 체인 콘베어로 공급하고 세퍼레이터는 일측의 스크류 콘베어를 통과시켜 회수하는 2차 진동 스크린과, 상기 드레그 체인 콘베어의 일측에 설치되어 페이스트를 공급받아 일정량이 채워지면 소다회를 공급받아 교반하고 탈황 된 물질은 여과기를 통과시키는 교반 수단으로 구성된 폐축전지 해체장치가 제안된 바 있다.

그러나 특허문헌 2와 같은 해체 장치는,

수력분리기에서 폴리프로필렌을 분리한 후 2회의 세척과정을 거치고 있으며 수력분리기의 문제로 인하여 수력분리기로부터 다량 유입되며 폴리프로필렌 중의 그리드와 폴리에틸렌이 세척 공정에서 하부에 침전되고 시간이 증가할수록 침전량의 증가로 PP의 세척효율이 떨어지며, 이를 해소하기 위해 공정을 정지 시키고 침전되어 있는 그리드와 폴리에틸렌 및 페이스트를 별도로 제거해야 하는 문제점이 있다.

1. 대한민국 등록특허 제 10-0906181호 등록공보(2009.7.3 공고) 2. 대한민국 등록특허 제 10-0784440호 등록공보(2007.12.11 공고)

전술한 종래 기술이 내포한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 폴리프로필렌을 분리하기 위한 제1분리조의 수면 상에서 폴리프로필렌이 정체되지 않도록 하면서 비중차에 의한 침전 유도성을 향상시켜서 폴리프로필렌 분리도를 높일 수 있고, 또한 폴리에틸렌과 그리드를 분리하기 위한 제2분리조에서 분리된 폴리에틸렌 배출부인 제3배출관 바닥으로 페이스트의 침적 현상을 방지할 수 있는 폐배터리 해체용 수력분리기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수력분리기에서 분리된 유용의 폴리프로필렌을 세척함과 동시에 폴리프로필렌에 묻어 있는 유용의 페이스트를 분리 및 침전시키며, 부가적으로 극미량 유입될 수 있는 폴리에틸렌을 침전, 분리시킴으로써 순수한 폴리프로필렌을 얻을 수 있는 PP 세척분리기를 포함하는 폐배터리 해체 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐배터리 해체용 수력분리기는, 공정수(예를 들면 페이스트가 현탁되어 있는 재활용 공정수)를 수용하는 수조로서, 상부에 폐축전지 분쇄물이 투입되는 입구가 형성되고, 상부 일측에는 수면에 부상된 폴리프로필렌을 배출하는 폴리프로필렌배출수단이 구비되며, 저부에는 침전된 폴리에틸렌 및 그리드를 이송통로로 이송하는 이송수단이 구비된 제1분리수조; 상기 제1분리수조의 상부에 구비되고, 정방향 및 역방향 회전 가능하게 마련되며, 정회전시 부상물을 상기 폴리프로필렌배출수단으로 유도하고 역회전시 폴리프로필렌배출수단의 반대 방향으로 유도하는 하나 또는 복수 개의 임펠러; 상기 제1분리수조의 측면에서 상기 이송통로로 연결되어 공정수를 수용하는 수조로서, 저부에는 공정수가 유입되는 입수구 및 침전된 그리드를 배출하는 그리드 배출수단이 구비되고, 일측에 폴리에틸렌을 부상시키기 위해 기포를 토출하는 기포 토출구가 형성되며, 상부에는 부상한 폴리에틸렌을 배출하는 배출관이 연결된 제2분리수조; 상기 제1분리수조 또는 제2분리수조의 일측에 구비되어 공정수의 수위를 감지하여 공정수의 유입을 제어함으로써 정상 수위를 유지케 하는 제1센서;를 포함하는 것이 특징이며, 본 발명의 폐배터리 해체 시스템은 이러한 수력분리기가 적용된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 폐배터리 해체 시스템에 적용된 PP 세척분리기는 세척수를 수용하는 수조의 구조로서 상부에 수력분리기에서 분리된 폴리프로필렌이 투입되는 입구가 형성되고, 상부 일측에는 수면에 부상된 폴리프로필렌을 배출하는 폴리프로필렌배출수단이 구비되며, 저부에는 침전된 미량의 페이스트와 폴리에틸렌을 배출하는 배출수단이 구비되며, 또한 수조의 세척수 수면 상부에는 부상된 폴리프로필렌을 세척수와 섞어주어 미량의 페이스트와 폴리에틸렌의 침전을 유도시키고 폴리프로필렌 배출수단 방향으로 이동시켜주는 기능을 하는 임펠러들이 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 폴리프로필렌(PP) 분리용 제1분리조에 설치된 임펠러를 다수개 설치하고, 이들 각 임펠러를 필요에 의해 역방향 회전 가능하게 함으로써 유용성분을 폴리프로필렌 배출수단의 반대 방향으로 이송 유도시켜서 폴리프로필렌 및 유용성분의 정체 현상과 배출을 방지할 수 있고, 수면의 유용성분이 제1분리조의 공정수와 원활하게 접촉되어 비중차에 의한 분리도를 향상시킬 수 있다.

또한, 임펠러의 날개 형태를 판형과 요철형으로 구성함으로써 공정수의 흐름을 빠르게 변화시킬 수 있게 되어 유용성분으로부터 폴리프로필렌을 효과적으로 분리 및 배출할 수 있다.

더욱이, 폴리에틸렌 배출관의 저부에 폭기장치가 구비되고 이 폭기장치를 주기적으로 작동시키면 폴리에틸렌 배출관으로의 페이스트 침적 현상을 방지할 수 있게 되어 수위 상승을 억제할 수 있는 동시에 폴리에틸렌의 원활한 배출을 유도할 수 있다.

한편, 폐배터리 해체 시스템의 경우 수력분리기에서 분리된 폴리프로필렌을 PP 세척분리기에 투입하여 세척함과 동시에 비중차를 이용하여 상기 수력분리기에서 분리되지 않은 극 미량의 페이스트와 폴리에틸렌을 분리시킴으로써 유용한 폴리프로필렌의 순도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수력분리기가 적용된 폐배터리 재생 시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수력분리기의 내부 구조 및 분리 공정을 보인 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 수력분리기 중 요부 중 하나인 정역회전 임펠러의 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 수력분리기의 역 유도 공정을 보인 측단면도.
도 5는 본 발명에 따른 폐배터리 재생 시스템 중 PE 세척분리기의 측단면도.
도 6은 본 발명에 따른 폐배터리 재생 시스템 중 PP 세척분리기의 측단면도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 본 발명의 바람직한 형태의 구조를 예시하고 이에 기하여 본 발명을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 예시된 형태만으로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위는 예시된 형태의 통상적인 변경이나 균등물 내지 대체물까지 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 수력분리기가 적용된 폐배터리 재생 시스템의 전체 구성도이다.

도 1을 참조하는 바와 같이 폐배터리 해체 시스템은, 커팅기(10), 파쇄기(15), 제1진동스크린(20), 제1탱크(25), 중화탈황탱크(30), 필터프레스(35), 수력분리기(40), 제2진동스크린(50), 제2탱크(70), 분사수탱크(80)를 포함하고, 바람직하게는 PE 세척분리기(60) 및 PP 세척분리기(90)를 더 포함할 수 있다.

상기 커팅기(10)는 컨베이어 장치(미도시) 등으로 폐배터리를 연속 이송시키는 상태에서 회전하는 절단 칼날을 이용하여 폐배터리의 저부를 커팅함으로써 폐배터리 내부의 황산(전해액)이 낙하, 배출되게 하는 장치이며, 낙하된 황산은 별도의 수집조(미도시)에 수집된 후 처리된다.

상기 파쇄기(15)는 황산이 제거된 폐배터리에 물을 공급하는 동시에 회전 해머 등의 타격 장치를 이용하여 물리적인 외력(타격)을 가하여 분쇄하는 장치로서, 폐배터리를 파쇄할 수 있게 마련된 것이면 그 형태나 유형에 제한은 없다.

상기 제1진동스크린(20)은 소정 크기의 메쉬를 가지는 메쉬망 형태의 스크린을 수평 또는 상하 방향으로 진동시키면서 상기 파쇄기(15)에서 분쇄된 분쇄물 중 메쉬보다 작은 입자, 즉 황산이 포함된 물과 페이스트를 낙하시켜서 제1탱크(25)로 이송하고, 메쉬망을 통과하지 않은 분쇄물을 상기 수력분리기(40)로 이송하는 장치이다.

상기 제1탱크(25)는 상기 제1진동스크린(20)에서 분리된 페이스트를 슬러지 형태로 축적하는 것으로, 축적된 페이스트는 상기 중화탈황탱크(30)로 이송된다.

상기 중화탈황탱크(30)는 상기 제1탱크(25)로부터 이송된 페이스트에 소다회를 첨가하여 탈황 및 중화시키는 장치이다.

상기 필터프레스(35)는 가압장치를 이용하여 중화되거나 중화 및 탈황된 페이스트에 혼합된 물과 중화된 성분이 여과포(필터)를 통과하게 하여 물과 중화된 성분이 제거된 페이스트를 얻는 장치이다. 여기서 물과 중화된 성분은 여과포(필터)를 통과하여 폐수 처리되고 여과포를 통과하지 않은 페이스트는 별도 수집된다.

상기 수력분리기(40)는 상기 제1진동스크린(20)에 선별된 분쇄물을 공급받아 비중차를 이용하여 분쇄물을 구성하는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 그리드를 선별하는 장치로서, 이에 관해서는 후술하는 도 2 내지 도 4를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 제2진동스크린(50)은 상기 수력분리기(40)에서 선별되어 폴리에틸렌배출관(140)(도 2 참조)으로 배출되는 폴리에틸렌(PE)을 수용하고 진동 스크린을 이용하여 폴리에틸렌(PE)에 묻어 있거나 폴리에틸렌(PE)과 함께 배출된 잔류 페이스트와 황산이 포함된 물을 분리시켜서 폴리에틸렌(PE)을 선별하기 위한 장치로서, 상기 제1진동스크린(20)과 같이 소정 크기의 메쉬를 가진 메쉬망 형태일 수 있고 수평방향 또는 상하 방향으로 진동할 수 있게 마련된다.

상기 제2탱크(70)는 상기 제2진동스크린(50)에서 낙하 분리된 잔류 페이스트를 슬러지 형태로 축적하고 축적된 페이스트를 상기 중화탈황탱크(30)로 이송하는 장치로서 상기 제1탱크(25)와 동일한 구조를 가질 수 있다.

상기 분사수탱크(80)는 상기 제2탱크(70)에서 축적되지 않은 페이스트와 황산이 포함된 물을 회수하여 저장하고, 저장된 물을 필터를 통과시켜 상기 제1진동스크린(20)으로 이송하여 공정수로 사용 가능하게 마련된 장치이다.

도 1에서 상세하게 설명되지 않은 PE 세척분리기(60)는, 상기 제2진동스크린(50)에서 선별된 폴리에틸렌(PE)을 공급받은 다음, 비중차를 이용하여 폴리에틸렌(PE)에 혼입된 미량의 잔여 폴리프로필렌(PP)을 분리하고 폴리에틸렌(PE)에 묻어 있는 미량의 황산과 페이스트를 세척함으로써 회수되지 못한 미량의 폴리프로필렌과 순수 폴리에틸렌(PE)을 분리, 수득하기 위한 장치로서, 이에 관해서는 후술하는 도 5를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.

또한, PP 세척분리기(90)는 상기 수력분리기(40)에서 분리된 폴리프로필렌(PP)을 공급받은 다음, 폴리프로필렌에 묻어있는 황산을 세척하며 비중차를 이용하여 폴리프로필렌에 혼입된 미량의 페이스트와 극미량의 폴리에틸렌을 분리하여 순수 폴리프로필렌을 수득하기 위한 장치로서, 이에 관해서는 후술하는 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 수력분리기의 내부 구조 및 정상수위에서의 분리 공정을 보인 측단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수력분리기 중 요부 중 하나인 임펠러의 사시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 수력분리기의 역 유도 공정을 보인 측단면도이다.

도 2를 참조하는 바와 같이, 수력분리기(40)는, 제1분리수조(110), 임펠러(120), 제2분리수조(130), 배출관(140), 제1센서(150) 및 제2센서(160)를 포함한다.

상기 제1분리수조(110)는, 재활용 공정수를 수용하는 함체 형태의 수조로서, 상부에는 상기 제1진동스크린(20)에서 선별된 폐축전지 분쇄물, 즉 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 그리드가 투입되는 입구(111)가 형성되고, 상부 일측에는 수면에 부상된 폴리프로필렌(PP)을 배출할 수 있도록 모터와 연결되어 회전하는 임펠러 등의 폴리프로필렌배출수단(112)이 구비되며, 저부에는 침전된 폴리에틸렌(PE) 및 그리드를 이송통로(114)로 이송하는 이송수단(113)이 구비된다.

상기 이송통로(114)는 상기 제2분리수조(130)의 공간과 제1분리수조(110)의 공간을 이어주는 통로로서 제1분리수조(110)의 하부에 형성되고 나머지 부분은 각 수조의 공간이 격벽으로 구획되어 있으며, 상기 이송수단(113)은 모터와 연결되어 회전되는 스크류 형태로 이루어질 수 있다.

상기 임펠러(120)는 날개가 구비되어 회전 가능하게 마련된 것으로 상기 제1분리수조(110)의 상부에 구비되어 수면에 부상된 폴리프로필렌(PP)을 상기 폴리프로필렌배출수단(112) 방향으로 이동시킨다. 이때 상기 임펠러(120)는 정방향 및 역방향 회전 가능하게 마련되는 것이 바람직하다.

도 2와 같이 임펠러(120)가 도면상 시계반대방향으로 회전하는 정회전시 부상물이 상기 폴리프로필렌배출수단(112)으로 유도되고, 반대 방향으로 역회전시 폴리프로필렌(PP) 부상물이 폴리프로필렌배출수단(112)의 반대 방향으로 유도된다.

상기 임펠러(120)는 1개가 설치될 수 있으나 부상물의 유동성을 향상시키기 위해 다수 개가 설치될 수 있다. 다수 개가 설치되는 경우 예를 들면 폴리프로필렌배출수단(112)에 가장 인접하게 배치된 제1임펠러(121)와, 제1분리수조(110)의 중간쯤에 배치된 제2임펠러(122) 및 상기 폴리프로필렌배출수단(112)에서 가장 멀리 배치된 제2임펠러(123)를 포함할 수 있다.

상기 제1 내지 제3임펠러(121)(122)(123)는 하나의 모터(미도시)에 연결됨으로써 다수의 임펠러(121)(122)(123)가 동시에 정회전하거나, 또는 동시에 역회전 가능하게 마련될 수 있다.

이와 달리, 상기 제1 내지 제3임펠러(121)(122)(123)는 각 임펠러(121)(122)(123)마다 별도의 모터가 연결되거나 혹은 기어를 매개로 연결시킴으로써 다수의 임펠러(121)(122)(123)가 각각 독립적으로 회전 가능할 수 있다. 즉 동시간대에 일부 임펠러는 정회전하고 나머지는 임펠러는 역회전하도록 마련될 수 있다.

또한, 도 3을 참조하는 바와 같이 상기 다수의 임펠러(121)(122)(123) 중 상기 폴리프로필렌배출관(112)과 가장 인접한 위치의 제1임펠러(121) 날개는 회전축(121a)에서 요철 형태로 돌출 형성되고, 나머지 제2, 제3임펠러(122)(123)의 날개는 각 회전축(122a)(123a)에서 판 형태로 돌출 형성될 수 있다. 날개가 판 형태로 형성된 경우 수면에 부상된 부상물과 공정수와의 접촉량이 증가되므로 침전속도를 향상시켜서 분리도를 높일 수 있다.

상기 제2분리수조(130)는, 상기 제1분리수조(110)의 측면에서 상기 이송통로(114)로 연결되어 공정수를 동시에 수용하는 수조로서, 저부에는 공정수가 유입되는 입수구(131)가 구비된다.

또한 제2분리수조(130)의 저부 일측에는 침전된 그리드를 배출하는 그리드 배출수단(134)이 구비된다. 상기 그리드 배출수단(134)은 모터와 연결되어 회전 가능하게 마련된 스크류 형태일 수 있다.

상기 제2분리수조(130)의 일측에는 폴리에틸렌(PE)을 그리드와 분리하고, 폴레에틸렌을 부상시키기 위해 기포를 토출하는 기포 토출구(132)가 형성되며, 상기 기포 토출구(132)는 공지의 공기압축기(133)와 연결되어서 공기압축기(133)에서 생성된 압축공기가 기포 토출구(132)로 배출된다.

상기 제2분리수조(130)의 상부에는 기포와 공정수에 의하여 부상한 폴리에틸렌(PE)을 제2진동스크린(50)으로 보내기 위한 배출관(140)이 연결된다.

이때 상기 배출관(140)으로 배출되는 폴리에틸렌(PE) 중에는 잔존 페이스트가 묻어 있을 수 있고, 페이스트가 현탁되어 있는 공정수의 페이스트가 존재하므로, 이러한 잔존 페이스트가 배출관(140)의 바닥에 침적되어 배출관(140)의 관로가 좁아질 수 있다. 따라서 이러한 침적 현상을 방지하기 위해 상기 배출관(140)의 저부의 한 곳 또는 다수 곳에 폭기 장치(141)가 연결될 수 있으며, 상기 폭기 장치(141)는 공기 압축기(141)와 연결됨으로써 압축기(141)를 통해 배출관(140) 내부로 압축 공기를 고압 분사할 수 있다.

상기 제1센서(150)는, 상기 제1분리수조(110) 또는 제2분리수조(130)의 일측에 구비되어 공정수의 정상수위(SL; static level)를 감지하는 것으로, 제1센서(150)의 수위 감지에 의해서 수위가 정상수위(SL)보다 내려가면 상기 입수구(131)를 통해 공정수가 더 공급되어 보충하고, 정상수위(SL)에 도달하면 공정수 공급량을 감소시켜서 일정한 수위를 유지하게 할 수 있다.

상기 제2센서(160)는 이상수위(AL; abnormal level)를 감지하는 장치로서 상기 제1센서(150)보다 높은 곳에 설치되는데, 이에 관해서는 도 4의 작용 설명을 통해 구체적으로 설명한다.

상기 제1센서(150) 및 제2센서(160)는 공지의 수위센서를 이용하면 무방하므로 이에 관한 상세한 설명은 생략하며, 이하, 수력분리기(40)의 정상수위에서의 작동 상태를 설명한다.

도 3과 같이 정상수위(SL)를 유지한 상태에서 입구(111)로 분쇄물이 투입되면, 비중차에 의해서 제1분리수조(110)의 상부로 폴리프로필렌(PP)이 부상하고, 폴리에틸렌(PE)과 그리드는 제1분리수조(110) 하부로 가라앉는다.

이때 임펠러(120)가 회전하여 부상한 폴리프로필렌(PP)을 폴리프로필렌배출수단(112) 쪽으로 이동시키면 스크류 형태의 폴리프로필렌배출수단(112)에 의해서 폴리프로필렌(PP)이 외부로 배출되고, 폴리에틸렌(PE)과 그리드는 이송수단(113)에 의해서 제2분리수조(130)로 이송된다.

제2분리수조(130)로 유입된 분쇄물은 기포와 공정수에 의해서 상대적으로 비중이 작은 폴리에틸렌(PE)이 수면으로 부상하고 상대적으로 비중이 큰 그리드가 가라앉으며, 이때 수면으로 부상한 폴리에틸렌(PE)은 배출관(140)을 경유하여 제2진동스크린(50)으로 이송되고, 그리드는 그리드 배출수단(134)을 통해 배출, 분리된다.

이러한 과정에서 앞서 설명한 바와 같이 배출관(140)으로 폴리에틸렌(PE)이 배출되는 과정에서 제2분리수조(130)에서 폴레에틸렌(PE)에 묻어 있는 페이스트와 공정수 중의 페이스트가 배출관(140)의 바닥에 침적될 수 있고, 이 경우 침적된 페이스트로 인해 수위가 상승하게 되는데, 이상수위(AL)까지 수위가 상승하면 제2센서(160)가 이상수위(AL)를 감지하게 된다.

도 4를 참조하는 바와 같이 공정수가 상승하여 상기 제2센서(160)가 이상수위(AL)를 감지하면, 1차적으로 상기 폭기 장치(141)가 작동하여 에어를 고압으로 분사함으로써 배출관(140) 바닥에 침적된 페이스트를 제거하여 공정수의 수위를 정상수위(SL)로 회복시킬 수 있다.

상기 폭기 장치(141)는 미리 설정된 소정 시간동안(예를 들어 10sec) 작동되게 할 수 있으며, 이러한 작동 시간은 전기적으로 연결된 제어부(미도시)가 제어하도록 할 수 있다. 물론 상기 제어부는 수력분리기(40)가 정상수위(SL)에서 작동하는 중에 간헐적으로 폭기장치(141)를 작동시켜서 공정수가 이상수위(AL)에 도달하지 않도록 미연에 방지하게 할 수 있다.

한편, 이상수위(AL)에서 임펠러(120)의 회전축이 수면과 접촉되므로 제1분리수조(110)에서 부상한 폴리프로필렌(PP)이 날개와 제대로 접촉되지 않게 되어 폴리프로필렌(PP)의 이동이 정체될 수 있고, 또한 정체된 폴리프로필렌(PP) 위로 입구(111)를 통해 투입된 분쇄물이 적층되면서 제1분리수조(110)의 선별 기능이 상실될 수 있다.

따라서 상기 제어부(미도시)는 상기 제2센서(160)의 이상 수위(AL) 감지시 상기 임펠러(120)가 소정 시간동안 역회전하도록 제어할 수 있다. 상기 임펠러(120)가 역회전하면, 폴리프로필렌(PP)을 비롯하여 입구(111)를 통해 투입된 분쇄물의 유동성을 향상시켜서 정체를 해소할 수 있고, 더욱이 전술한 바와 같이 다수 개의 임펠러(121)(122)(123)의 회전 방향을, 예컨대 제1,제2임펠러(121)(122)는 역회전하게 하고, 제3임펠러(123)는 정회전하는 것과 같이 서로 다르게 하면 제1분리수조(110)의 수면에 파동을 일으켜서 부유물의 유동성을 더욱 증가시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 폐배터리 재생 시스템 중 PE 세척분리기의 측단면도이다.

도 5를 참조하는 바와 같이, 상기 PE 세척분리기(60)는, 상기 제2진동스크린(50)에서 분리된 폴리에틸렌(PE) 중에 미량 함유된 폴리프로필렌(PP)을 분리하여 회수함으로써 순수 폴리에틸렌(PE)을 획득하기 위해 마련된 것으로, 세척수조(200), 폴리프로필렌배출수단(220), 폴리에틸렌배출수단(230) 및 임펠러(240)를 포함한다.

상기 세척수조(200)는 세척수가 채워진 함체 형태로서, 상부에는 제2진동스크린(50)에서 선별된 폴리에틸렌(PE)(미량의 PP 포함)을 투입시키는 입구(210)가 형성되고, 내부 공간은 상부 공간이 상대적으로 넓게 형성되고 하부 공간이 점차 좁아지는 상광하협 형태로 이루어진다.

상기 폴리프로필렌배출수단(220)은 상기 세척수조(200)의 상부에 연결되어 비중차로 부상된 폴리프로필렌(PP)을 외부로 배출하는 것으로 모터가 연결된 스크류 형태일 수 있고, 이때 스크류 형태의 폴리프로필렌배출수단(220)은 원통 관 형태의 폴리프로필렌배출관(221) 내에 내입되도록 구성될 수 있다.

상기 폴리에틸렌배출수단(230)은, 상기 세척수조(200)의 하부 공간에 연결되어 침전된 폴리에틸렌(PE)을 외부로 배출하기 위한 것으로, 모터와 연결된 스크류 형태일 수 있고, 그 하부가 세척수조(200) 하부의 협소한 부분의 중심에 위치하도록 배치될 수 있으며, 이때 세척수조(200) 내부 공간에서 스크류를 감싸는 용도의 원통관이 없이 개방된 형태로 하여 경사지게 설치될 수 있다. 이 경우 폴리에틸렌배출수단(230)의 길이 전체가 세척수조(200) 내의 하부 영역에 걸쳐 배치되므로 세척수조(200) 내 전 영역에서 침전하는 폴리에틸렌(PE)을 외부로 배출할 수 있다.

상기 임펠러(240)는 상기 세척수조(200)의 상부에서 회전 가능하게 마련되어 회전시 날개에 의해서 부상된 폴리프로필렌(PP)을 상기 폴리프로필렌배출수단(220)으로 유도하기 위한 것으로 하나 또는 복수 개일 수 있다.

상기 세척수조(200)는 상광하협 형태를 이루고 있으므로 세척수 내에서 가라앉는 폴리에틸렌(PE)이 세척수조(200)의 하부 협소한 부분으로 유도되어 폴리에틸렌배출수단(230)으로 모이게 되고, 이때 폴리에틸렌배출수단(230)은 별도의 관 내에 설치되어 있지 않고 개방되어 있으므로 폴리에틸렌(PE) 침전물을 폴리에틸렌배출수단(230)으로 유도하기 위한 별도의 유도수단이 필요하지 않다.

도 6은 본 발명에 따른 폐배터리 재생 시스템 중 PP 세척분리기의 측단면도이다.

도 1 및 도 6을 참조하는 바와 같이, 상기 PP 세척분리기(90)는, 상기 수력분리기(40) 및 상기 PE세척 분리시스템(60)으로부터 분리된 폴리프로필렌(PP) 중 미량의 폴리에틸렌을 분리 처리하기 위한 것으로, 세척수조(300), 폴리프로필렌배출수단(320), 폴리에틸렌배출수단(330) 및 임펠러(340)를 포함한다.

상기 세척수조(300)는 세척수가 채워진 함체 형태로서, 상부에는 상기 수력분리기(40) 및 상기 PE세척 분리시스템(60)에서 선별된 폴리프로필렌(PP)(미량의 황산, 페이스트, 폴리에틸렌 및 그리드가 포함됨)을 투입시키는 입구(310)가 형성되고, 내부 공간은 상부 공간이 상대적으로 넓게 형성되고 하부 공간이 점차 좁아지는 상광하협 형태로 이루어진다.

상기 폴리프로필렌배출수단(320)은 상기 세척수조(300)의 상부에 연결되어 비중차로 부상된 폴리프로필렌(PP)을 외부로 배출하는 것으로 모터가 연결된 스크류 형태일 수 있고, 이때 스크류 형태의 폴리프로필렌배출수단(320)은 원통 관 형태의 폴리프로필렌배출관(321) 내에 내입되도록 구성될 수 있다.

상기 폴리에틸렌배출수단(330)은, 상기 세척수조(300)의 하부 공간에 연결되어 침전된 폴리에틸렌(PE), 페이스트 및 그리드를 외부로 배출하기 위한 것으로, 모터와 연결된 스크류 형태일 수 있고, 그 하부가 세척수조(300) 하부의 협소한 부분의 중심에 위치하도록 배치될 수 있으며, 이때 세척수조(300) 내부 공간에서 스크류를 감싸는 용도의 원통관이 없이 개방된 형태로 하여 경사지게 설치될 수 있다. 이 경우 폴리에틸렌배출수단(330)의 길이 전체가 세척수조(300) 내의 하부 영역에 걸쳐 배치되므로 세척수조(300) 내 전 영역에서 침전하는 폴리에틸렌(PE)과 페이스트 및 그리드를 외부로 배출할 수 있다.

상기 임펠러(340)는 상기 세척수조(300)의 상부에서 회전 가능하게 마련되어 회전시 날개에 의해서 부상된 폴리프로필렌(PP)을 상기 폴리프로필렌배출수단(320)으로 유도하기 위한 것으로 하나 또는 복수 개일 수 있다.

상기 세척수조(300)는 상광하협 형태를 이루고 있으므로 세척수 내에서 가라앉는 폴리에틸렌(PE)과 페이스트 및 그리드가 세척수조(300)의 하부 협소한 부분으로 유도되어 폴리에틸렌배출수단(330)으로 모이게 되고, 이때 폴리에틸렌배출수단(230)은 별도의 관 내에 설치되어 있지 않고 개방되어 있으므로 폴리에틸렌(PE)과 페이스트 및 그리드 침전물을 폴리에틸렌배출수단(230)으로 유도하기 위한 별도의 유도수단이 필요하지 않다.

이와 같이 상술한 설명은 본 발명의 기술 사상을 보인 한정된 실시 예에 따라 설명하였으나, 본 발명은 특정의 실시 예나 수치에 한정되지 아니하며, 실시 예들의 구성요소 일부를 변경, 혼합하는 등, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하고, 그러한 변형 실시는 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

10... 커팅기 20... 제1진동스크린
30... 중화탈황탱크 40... 수력분리기
50...제2진동스크린 60... PE 세척분리기
90... PP 세척분리기
110... 제1분리수조 111... 입구
112... 폴리프로필렌배출수단 113... 이송수단
114... 이송통로 120... 임펠러
121... 제1임펠러 122... 제2임펠러
123... 제3임펠러 130... 제2분리수조
131... 입수구 132... 기포토출구
134... 그리드 배출수단 140... 폴리에틸렌배출관
150... 제1센서 160... 제2센서
200,300... 세척수조 210,310... 입구
220,320... 폴리프로필렌배출수단 221,321... 폴리프로필렌배출관
230,330... 폴리에틸렌배출수단
240,340... 임펠러

Claims (9)

1. 페이스트가 현탁된 재활용 공정수를 수용하는 수조로서, 상부에 폐축전지 분쇄물이 투입되는 입구가 형성되고, 상부 일측에는 수면에 부상한 폴리프로필렌을 배출하는 폴리프로필렌배출수단이 구비되며, 저부에는 침전된 폴리에틸렌 및 그리드를 이송통로로 이송하는 이송수단이 구비된 제1분리수조;
   상기 제1분리수조의 상부에 구비되고, 정방향 및 역방향 회전 가능하게 마련되며, 정회전시 부상물을 상기 폴리프로필렌배출수단으로 유도하고 역회전시 폴리프로필렌배출수단의 반대 방향으로 유도 및 침전 유도하는 하나 또는 복수 개의 임펠러;
   상기 제1분리수조의 측면에서 상기 이송통로로 연결되어 페이스트가 현탁된 재활용 공정수를 수용하는 수조로서, 저부에는 재활용 공정수가 유입되는 입수구 및 침전된 그리드를 배출하는 그리드 배출수단이 구비되고, 일측에 폴리에틸렌을 분리 및 부상시키기 위해 기포를 토출하는 기포 토출구가 형성되며, 상부에는 부상한 폴리에틸렌을 배출하는 배출관이 연결된 제2분리수조;
   상기 제1분리수조 또는 제2분리수조의 일측에 구비되어 공정수의 수위를 감지하여 공정수의 유입을 제어함으로써 정상 수위를 유지케 하는 제1센서;
   를 포함하며,
   기포를 분사하여 상기 배출관으로 배출되는 폴리에틸렌 중의 잔존 페이스트와 재활용 공정수 중의 페이스트가 침적되지 않도록 하기 위해 상기 배출관의 저부의 한 곳 또는 다수 곳에 폭기 장치가 연결된 것을 특징으로 하는 수력분리기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1센서보다 높은 위치에 구비되어 공정수의 상승에 따른 이상 수위를 감지하는 제2센서;
   상기 제2센서의 이상 수위 감지시 상기 폭기 장치가 소정 시간동안 가동되도록 제어하는 제어부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수력 분리기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1센서보다 높은 위치에 구비되어 공정수의 상승에 따른 이상 수위를 감지하는 제2센서;
   상기 제2센서의 이상 수위 감지시 상기 임펠러가 소정 시간동안 역회전하도록 제어하는 제어부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수력 분리기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 다수의 임펠러 중 상기 폴리프로필렌배출수단과 가장 인접한 위치의 임펠러 날개는 요철 형태이고, 나머지 임펠러 날개는 판 형태인 것을 특징으로 하는 수력 분리기.
6. 폐배터리의 일부를 커팅하여 황산을 배출시키는 커팅기;
   황산이 분리된 폐배터리를 분쇄하는 파쇄기;
   파쇄기로부터 생성된 분쇄물을 수용하고 진동 스크린을 이용하여 페이스트를 분리하는 제1진동스크린;
   상기 제1진동스크린으로부터 분리된 페이스트를 슬러지 형태로 축적하는 제1탱크;
   상기 제1탱크에 축적된 페이스트에 소다회를 첨가하여 탈황 및 중화시키는 중화 탈황 탱크;
   여과포를 이용하여 상기 중화된 페이스트에 압력을 가하여 물을 배출시킴으로써 수분이 제거된 페이스트를 수득하는 필터프레스;
   상기 제1진동스크린에 걸러진 분쇄물을 공급받아 비중차를 이용하여 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 그리드로 선별하는, 청구항 1, 청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 수력 분리기;
   상기 수력 분리기의 배출관으로 배출된 폴리에틸렌을 수용하고 진동 스크린을 이용하여 잔류 페이스트를 분리하는 제2진동스크린;
   상기 제2진동스크린으로부터 분리된 잔류 페이스트를 슬러지 형태로 축적하고 축적된 페이스트를 상기 중화 탈황 탱크로 이송하는 제2탱크;
   상기 제2탱크에서 잔류 페이스트가 현탁된 물을 저장하고 상기 제1진동스크린으로 이송하여 공정수로 사용되게 하는 분사수탱크;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 해체 시스템.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제2진동스크린에 걸러진 폴리에틸렌을 공급받아 비중차를 이용하여 폴리에틸렌에 혼입된 잔여 폴리프로필렌을 분리하는 동시에 세척 가능하게 하는 PE 세척분리기와,
   상기 PE 세척분리기 및 상기 수력 분리기에서 각각 분리된 폴리프로필렌을 공급받아 비중차를 이용하여 폴리프로필렌에 혼입된 폴리에틸렌을 분리하는 동시에 세척 가능하게 하는 PP 세척분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐배터리 해체 시스템.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 PE 세척분리기 및 PP 세척분리기는,
   세척수가 채워진 상광하협 형태의 세척수조;
   상기 세척수조의 상부에 연결되어 부상된 폴리프로필렌을 배출하는 폴리프로필렌배출수단;
   상기 세척수조의 하부에 연결되어 침전된 폴리에틸렌과 페이스트 및 그리드를 배출하는 폴리에틸렌배출수단;
   을 포함하되, 상기 폴리에틸렌배출수단은 모터와 연결된 스크류 하부가 세척수조 하부 중심에 위치하고 세척수조 내부 공간에서 개방된 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 폐배터리 해체 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 세척수조의 상부에서 회전 가능하게 마련되어 회전시 부상된 폴리프로필렌을 상기 폴리프로필렌배출수단으로 유도하는 하나 또는 복수 개의 임펠러가 구비된 것을 특징으로 하는 폐배터리 해체 시스템.

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