KR101745063B1 - 고압기체용 복합용기의 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압기체용 복합용기의 재활용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소저장탱크와 같은 고압지체용 복합용기의 재활용을 위해 복합용기의 내부와 외부 용기를 분리하고 외부용기에 함유된 탄소섬유를 절단 없이 분리할 수 있는 새로운 회수장치를 이용하여 탄소섬유를 장섬유 상태로 회수함으로써, 탄소섬유의 회수율을 높이고 재활용의 효율성을 크게 향상시키도록 하는 고압기체용 복합용기의 재활용 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 탄소섬유 회수에 적용되는 탄소섬유 회수장치를 제공한다.

Description

고압기체용 복합용기의 재활용 방법{A precess for recycling the composite container for a high pressure gas}

본 발명은 고압기체용 복합용기의 재활용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소저장탱크와 같은 고압지체용 복합용기의 재활용을 위해 복합용기의 내부와 외부 용기를 분리하고 외부용기에 함유된 탄소섬유를 절단 없이 분리할 수 있는 새로운 회수장치를 이용하여 탄소섬유를 장섬유 상태로 회수함으로써, 탄소섬유의 회수율을 높이고 재활용의 효율성을 크게 향상시키도록 하는 고압기체용 복합용기의 재활용 방법에 관한 것이다.

고압기체를 저장하는 복합용기는 일반적으로 내부 용기와 외부용기가 복합되어 구성된 복합용기로 이루어져 있다. 이러한 고압기체용 복합용기는 사용 후 폐기 처분하는 경우 환경오염과 자원낭비로 인한 경제적 손실이 크다.

고압기체용 복합용기 중에서도 특히 연료전지 차량에 사용되는 수소저장탱크의 경우 재활용이 중요한 이슈가 되고 있다. 최근 연료전지 차량 개발이 양산화 가능 단계에 도달하면서 유럽을 중심으로 연료전지차량의 본격적인 보급을 앞두고 있다. 이러한 연료전지 차량의 보급을 위해서는 여러 규제 사항을 만족해야 하는데, 특히 한국 및 유럽 등의 공통 법규사항에 따른 차량의 재활용률을 규정된 이상으로 달성해야 하는 상황에 놓여 있다. 내연기관 차량과 달리 연료전지 차량은 차량 중량 중에서 수소저장탱크 중량의 비율이 높기 때문에 법규 만족을 위해서는 수소저장탱크의 재활용이 필수적인 문제로 대두되고 있다. 만일, 수소저장탱크 재활용 불가 시 법규 대응이 사실상 불가능한 상태이다.

실제로 연료전지 차량에서 수소저장탱크의 재활용 여부에 따라 차량의 재활용율에 미치는 영향은 다음 표 1에서와 같이 매우 크다. 다음 표 1은 연료전지 차량의 공차중량이 1868kg이고 그 중에서 수소저장탱크의 중량이 145kg인 경우를 비교하여 분석한 것이다.

구분	차량의 재활용 중량(kg)	차량의 재활용율(%)
수소저장탱크 재활용 불가능 시	1476	86.8%
수소저장탱크 재활용 가능 시	1621	79.2%

따라서 이러한 수소저장탱크로 대표되는 고압기체용 복합용기를 효율적으로 재활용하고 그 재활용 자원을 성능에 문제가 없이 효과적으로 다시 활용될 수 있도록 회수하는 것은 중요한 문제가 아닐 수 없다.

일반적으로 고압기체용 용기는 그 재질 구성에 따라, 철 또는 알루미늄 등의 금속재질로 이루어진 단일 금속용기(타입 1), 금속제 용기에 유리섬유를 부분 보강한 복합용기(타입 2), 알루미늄 라이너의 내부용기에 탄소섬유를 외부용기로 덧씌운 복합용기(타입 3) 및 플라스틱 라이너의 내부용기에 탄소섬유를 외부용기로 덧씌운 복합용기(타입 4) 등과 같은 4가지 용기형태로 제작하여 사용되고 있다. 그 중에서도 연료전지 차량의 연료탱크용 수소저장탱크는 전 세계적으로 타입 3 또는 타입 4의 고압기체용 복합용기를 사용하고 있다.

이러한 타입 3과 타입 4의 복합용기 중에서 내부용기는 각각 알루미늄이나 열가소성 플라스틱 재질로 이루어져 있으나, 그 외부 용기는 동일하게 필라멘트 와인딩 기법을 통한 탄소섬유 강화 열경화성 수지가 감싸고 있는 구조로 이루어져 있다. 따라서 상기 두 가지 타입 모두가 내부 용기는 단일재질로 이루어져 있어 회수만 된다면 별다른 기술개발 없이도 열에 의한 용융 및 재가공을 통한 재활용이 가능하다. 그러나 외부용기의 경우 섬유강화 열경화성 수지로 이루어져 있어서 이를 내부용기와 동일하게 열 용융에 의한 방법으로 재활용하는 것이 불가능하다.

또한, 수소저장탱크를 재활용하기 위해 동일한 용도로 재사용하는 방법도 검토되고 있으나, 재사용품의 품질성능 저하와 재사용품의 내구성능 저하 등에 따른 안정성 저하와 같은 문제들로 인해 재사용에 한계가 있다.

이러한 이유로 현재 사용 후 폐자원화되는 수소저장탱크는 전량 재활용되지 못하고 폐기되고 있으며, 폐기를 위한 해체 소각 시 일반 폐기물 대비 최고 십수배에 달하는 자원 낭비는 물론 경제적 낭비 및 환경 부하를 유발하고 있는 실정이므로 수소저장탱크의 재활용에 관한 기술개발이 매우 절실한 상황이다.

이와는 별도로, 일반적으로 사용되는 탄소섬유 강화 열경화성 수지의 경우 일부에서는 재활용을 위해, 사용된 폐기 제품을 파쇄하고 수지를 제거한 후 단섬유 형태로 회수하여 플라스틱용 보강재 등으로 재활용하고 있으나, 이러한 재활용에도 다음과 같은 한계를 가지고 있다.

1) 폐기 제품의 파쇄 및 수지 제거를 위한 과도한 에너지 소모

2) 폐기 제품 파쇄시 탄소섬유도 함께 절단되어 단섬유 상태로 회수되므로 회수 효율의 저하

3) 단섬유 상태로 회수된 탄소섬유의 용도가 매우 한정적이므로 재활용성의 저하

4) 폐기 제품의 파쇄없이 회수하는 경우 탄소섬유의 엉킴 현상으로 재사용 불가능

이러한 탄소섬유 재활용을 위한 종래기술로, 일본공개특허 제2013-0147545호에서는 탄소섬유를 매트릭스 수지 중에 포함하는 폐기 탄소섬유 강화 플라스틱을 가열하여, 그 폐기 탄소섬유 강화 플라스틱 중의 매트릭스 수지를 열분해 처리하며, 처리 후에 남는 탄소섬유를 재생 탄소섬유로 얻는 재생 탄소섬유의 제조방법에 관하여 제안하고 있다.

또한, 한국등록특허 제10-1434076호에서는 원하지 않는 기질 물질로부터의 폐기물 또는 사용된 부품으로부터 형성된 탄소섬유, 탄소섬유다발 또는 이들의 복합물을 단리하기 위해, 열분해 기술 또는 초임계 용매로의 처리를 이용하는 섬유 복합 재료 펠릿의 제조 방법에 관하여 제안하고 있으며, 일본공개특허 제1997-0012730호에서는 열강화성 수지로 된 매트릭스 중에 강화재로 탄소섬유가 분포하는 이형상 섬유 강화 플라스틱에 있어서, 탄소섬유가 탄소섬유 강화 플라스틱의 열분해에 의해 회수되는 리사이클 탄소섬유인 이형상 섬유 강화 플라스틱에 관한 기술이 제안되어 있다.

그러나 이러한 종래의 기술들 역시 상기와 같은 탄소섬유의 분리와 회수 및 재활용에 따른 문제점들을 그대로 안고 있어서, 폐기 제품에 장섬유 상태로 존재하는 탄소섬유를 효과적으로 회수할 수 있는 방안을 전혀 제시하지 못하고 있으며, 또 회수 효율이 좋지 못하고 회수된 재활용 소재의 활용도도 낮은 문제가 있다.

일본공개특허 제2013-0147545호 한국등록특허 제10-1434076호 일본공개특허 제1997-0012730호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 내부용기와 외부용기로 구성되는 고압기체용 복합용기에서 내부용기와 외부용기를 효과적으로 분리하고 외부용기에 함유된 탄소섬유를 장섬유 상태로 분리하여 재활용성을 크게 향상시키는 재활용 방법의 제시를 해결 과제로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 고압기체용 복합용기에서 내부용기와 외부용기를 효과적으로 분리하고 외부용기에 함유된 탄소섬유를 장섬유 상태로 분리하여 재활용성을 크게 향상시킬 수 있는 고압기체용 복합용기의 재활용 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 고압기체용 복합용기에서 탄소섬유를 장섬유 상태로 회수할 수 있도록 하는데 유용한 탄소섬유 회수장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제 해결을 위해, 본 발명은 내부용기와 외부용기로 이루어진 폐기되는 고압기체용 복합용기를 부착 설비로부터 분리하는 단계; 상기 분리된 고압기체용 복합용기를 절단하는 단계; 상기 절단된 복합용기에서 내부용기와 외부용기를 분리하는 단계; 상기 분리된 내부용기를 열 용융에 의해 녹여서 재가공하여 재활용하는 단계; 상기 외부용기는 그 외부용기에 함유된 탄소섬유를 회수하되 상기 분리된 외부용기를 걸쳐 걸쳐놓을 수 있는 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비된 탄소섬유 회수장치를 이용하여 그 회수봉에 상기 분리된 외부용기를 걸쳐놓고 열 분해방법으로 상기 분리된 외부용기로부터 탄소섬유만을 분리하여 회수하는 단계; 및 상기 회수된 탄소섬유를 재활용하는 단계를 포함하는, 고압기체용 복합용기의 재활용 방법을 제공한다.

또한 본 발명은 탄소섬유를 포함하는 외부용기가 구비된 폐기된 고압기체용 복합용기로부터 탄소섬유를 분리하기 위한 장치로서, 고압기체용 복합용기로부터 절단되고 분리된 외부용기를 걸쳐 놓을 수 있도록 하는 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비된 탄소섬유 회수장치를 제공한다.

본 발명에 따른 고압기체용 복합용기의 재활용 방법은 고압기체용 복합용기에서 내부용기와 외부용기를 효과적으로 분리하고 외부용기에 함유된 탄소섬유를 장섬유 상태로 분리함으로써, 고압기체용 복합용기의 폐자원에 대한 재활용성을 크게 향상시킬 수 있다.

특히, 고압기체용 복합용기의 외부용기에 함유된 탄소섬유를 장섬유 상태로 분리하여 재활용성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 이러한 본 발명의 재활용 방법을 적용하는 경우 현재 재활용되지 못하고 있는 폐자원에 대해 고비용 고환경 부하를 효율적으로 개선하여 새로운 자원으로 재활용할 수 있는 방안을 제시한다.

본 발명은 고압기체용 복합용기의 재활용 과정에서 기존의 열분해 방법을 적용하되 탄소섬유를 연속된 길이를 가지는 장섬유 상태로 회수 가능한 새로운 탄소섬유 회수장치를 제공함으로써, 회수된 탄소섬유를 새로운 재료와 동일한 용도로 재활용을 가능하게 할 것으로 기대할 수 있다.

또한, 고압기체용 복합용기의 내부 용기를 외부용기와 분리하여 처리함으로써 재활용이 불가한 열경화성 에폭시를 제외한 모든 재질을 재활용할 수 있어서, 예컨대 자동차에 적용된 수소저장탱크의 폐자원 회수율을 크게 증가시킬 수 있으므로 폐차 재활용율 향상에 기여할 수 있는 것이다.

따라서 본 발명에 따른 재활용 방법으로 회수된 탄소섬유가 장섬유 상태로 회수되기 때문에 회수된 탄소섬유의 재활용을 통해 자동차 부품 또는 산업용 소재 등에 적용함으로써 원재료비 절감 효과를 기재할 수 있어서, 경제적으로 매우 유용한 방법이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 구현예로서 고압기체용 복합용기를 절단하는 단계에서 2분 절단, 4분 절단 또는 6분 절단하는 경우를 예시한 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 고압기체용 복합용기를 4분 절단한 상태를 보여주는 사진이다.
도 2b는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 고압기체용 복합용기를 4분 절단한 상태에서의 절단된 한 부분의 단면을 보여주는 사진이다.
도 2c는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 절단된 부분으로부터 내부용기와 외부용기의 분리 과정을 보여주는 사진이다.
도 2d는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 내부용기와 외부용기가 분리된 상태를 보여주는 사진이다.
도 3a는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 분리된 외부용기가 원주방향으로 절단된 단면 형태에서 탄소섬유가 포함된 형태를 보여주는 사진이다.
도 3b는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 분리된 외부용기에 함유된 탄소섬유의 실제 길이를 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소섬유 회수장치의 일 구현예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 하나의 구현예로서 외부용기에서 탄소섬유가 장섬유 상태로 가지런하게 분리된 형태를 개념적으로 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 첨부도면과 함께 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 그 동안 재활용이 거의 이루어지지 않고 있는 폐기되는 고압기체용 복합용기, 특히 수소저장탱크 등으로부터 내부용기를 구성하는 재료와 외부용기를 구성하는 재료를 재활용하도록 하는 방법으로서, 고압기체용 복합용기를 부착 설비로부터 분리하는 단계; 고압기체용 복합용기를 절단하는 단계; 내부용기와 외부용기를 분리하는 단계; 탄소섬유 회수장치를 이용하여 탄소섬유를 분리 회수하는 단계; 및 상기 회수된 탄소섬유를 재활용하는 단계를 포함하는 방법으로 구성되어 있다.

본 발명에서 고압기체용 복합용기를 부착 설비로부터 분리하는 단계에서는 내부용기와 외부용기로 이루어진 폐기되는 고압기체용 복합용기를 부착 설비로부터 분리한다. 고압기체용 복합용기는 용기 단독으로 사용되는 경우도 있으나, 대부분의 경우 차량 및 장치 등에 연결되어 있다. 그러므로, 이러한 고압기체용 복합용기를 포함하는 설비로부터 폐기되는 복합용기를 재활용하기 위해서 부착 설비에서 고압기체용 복합용기를 분리하고 그 복합용기에 부착되어 있는 관련 부품들을 모두 제거한 후 복합용기 자체만을 회수하여 준비한다.

이렇게 폐기하여 회수된 고압기체용 복합용기는 절단하는 단계를 거친다.

본 발명에서 재활용에 적용되는 상기 복합용기는 알루미늄 라이너의 내부용기에 탄소섬유를 외부용기로 덧씌운 복합용기(타입 3) 및 플라스틱 라이너의 내부용기에 탄소섬유를 외부용기로 덧씌운 복합용기(타입 4) 등과 같은 용기형태를 가지는 것이다. 여기서, 내부 용기는 각각 알루미늄 또는 열가소성 플라스틱 등으로 구성되어 있으며, 모든 외부용기는 동일하게 탄소섬유 강화 열경화성 에폭시로 이루어져 있다. 즉, 상기 두 가지 타입의 용기는 모두 내부 용기는 열가소성 재질로 이루어져 있으나, 외부용기는 열경화성 재질로 이루어져 있기 때문에 내부용기와 동일한 방법을 적용하게 되면 재활용이 불가능하다. 따라서 내부용기와 외부용기를 모두 재활용하기 위해서는 내부와 외부용기의 분리가 필수적이다. 내부용기를 제거하지 않고 외부용기로부터 탄소섬유를 회수하여 재활용하기 위해서 열분해를 실시할 경우, 상기 타입 3의 알루미늄의 경우는 용융된 상태로 탄소섬유 주위로 흘러내려 열분해 후 그대로 굳어버리므로 탄소섬유 회수가 불가능해진다. 또한, 상기 타입 4의 열가소성 플라스틱의 경우 열분해 과정에서 에폭시와 탄소섬유가 동시에 분해는 되지만 잔존 회분이 탄소섬유 주위에 다량 존재하게 되어 회수된 탄소섬유의 물성 저하의 원인이 되어 재활용이 불가능하다. 그러므로 복합용기의 내부와 외부용기를 분리하여 내부용기는 열에 의한 용융을 회수하고 재가공을 통해 완전하게 재활용하고, 외부용기에서는 탄소섬유를 효과적으로 회수하여 재활용하는 방법이 가장 효율적이라고 할 수 있다. 그렇게 때문에, 본 발명에서는 내부 용기와 외부용기의 분리를 용이하게 하기 위해 폐기하여 회수된 고압기체용 복합용기를 절단하는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현에에 따르면, 고압기체용 복합용기를 절단하는 단계에서는 상기 도 1에 도시한 바와 같이, 그 용기의 크기나 작업의 효율성 등을 고려하여 2분 절단, 4분 절단 또는 6분 절단 중에서 어느 하나의 방법으로 절단할 수 있다.

상기와 같이 절단된 용기는 내부용기와 외부용기를 분리하는 단계를 거친다.

상기와 같이 절단된 고압기체 복합용기는 도 2a에 하나의 실시예로 도시된 사진과 같은 형태로 4분 절단될 수 있고, 절단된 용기의 한 부분은 도 2b와 같은 단면 형태를 가진다. 여기에서 내부용기와 외부 용기의 분리는 간단한 분리장비를 이용하여 손으로 분리하거나 분리에 적절하게 이용 가능한 구조의 분리용 도구를 사용할 수 있다. 도 2c는 내부용기와 외부용기의 분리 과정을 하나의 실시예로서 보여주는 사진이고, 도 2d는 내부용기와 외부용기가 분리된 상태를 보여주는 사진이다.

상기와 같이 내부용기와 외부용기가 따로 분리된 용기 중에서 내부용기는 열 용융에 의해 녹여서 재가공하여 재활용하는 단계를 거쳐 재활용한다.

여기서는 내부용기는 단일 재질로 구성되어 있으므로, 별도의 전처리 등이 필요 없으며, 내부용기의 재질에 따라 통상의 방법으로 열 용융하여 녹이고 이를 재가공하여 재활용할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 내부용기와 외부용기가 따로 분리된 용기 중에서 외부용기는 본 발명에 따른 탄소섬유 회수장치를 이용하여 탄소섬유를 분리 회수하는 단계를 거친다.

본 발명에서 외부용기로부터 탄소섬유를 분리 회수하는 단계는 그 외부용기에 함유된 탄소섬유를 분리하여 회수하되 상기 분리된 외부용기를 걸쳐놓을 수 있는 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비된 탄소섬유 회수장치의 회수봉에 상기 분리된 외부용기를 걸쳐놓고 상기 분리된 외부용기로부터 열 분해방법으로 탄소섬유만을 분리하여 회수하는 단계이다.

일반적으로 고압기체용 복합용기의 외부용기는 탄소섬유가 강화된 에폭시로 열경화성 재료의 특성상 복합재료 자체로는 재활용이 불가능하다. 그렇기 때문에 외부용기를 재활용하기 위한 방법은 복합재료로부터 탄소섬유를 섬유상태로 회수하여 회수된 탄소섬유를 재활용하는 것이 필요하다. 특히, 이러한 재활용 과정에서 섬유보강재 고유의 특성을 살리기 위해서는 탄소섬유를 본래 적용된 상태의 최장 길이 섬유상태로 회수하는 것이 매우 중요하다. 그런데, 고압기체 복합용기, 예컨대 수소저장탱크의 외부용기에 함유된 탄소섬유는 그 감겨진 패턴 상태로 보아 크게는 원주 방향의 후프층과 헬리컬층이 대표적이라고 할 수 있다. 여기서 후프층의 경우 외부용기가 절단된 상태에서 크기에 따라 탄소섬유 길이가 최장 60~90cm 길이를 가진다.

즉, 도 3a와 같이 원주방향으로 절단된 형태에서 탄소섬유가 포함된 형태를 보면, 그 탄소섬유 길이가 도 3b에서 보는 바와 같이 최장 약 70cm에 이른다.

이와 같이, 고압기체용 복합용기의 외부용기에 함유된 탄소섬유를 회수하기 위해서는 종래 개발되어 있는 열 분해법을 사용할 수 있다. 이러한 열 분해법을 적용하여 에폭시로 지지된 탄소섬유를 회수하기 위해서는 열분해 조건을 공기 중 600℃/6시간 이상으로 하되 이는 탱크의 두께 크기 및 복합재료 외부용기의 밀도 등에 따라 변경될 수 있다. 그러나 이렇게 외부용기로부터 종래의 방법으로 열분해하여 탄소섬유를 회수할 경우 탱크의 형상을 지지하고 있는 에폭시가 열분해되면서 반원형 형태를 유지던 탄소섬유층이 무너져 내리고 이 과정에서 탄소섬유가 서로 엉키게 되며 엉킨 탄소섬유는 회수된 상태로 재활용하는 것이 불가능하게 된다. 그러므로 이러한 탄소섬유를 재활용하기 위해서는 단섬유인 통상 10mm 이하로 절단하여 사용할 수밖에 없는 한계를 가지고 있다.

그런데, 본 발명에서는 이러한 문제 해결을 위해, 탄소섬유를 열 분해법에 의해 분리하여 회수하는 단계에서, 바람직하게도 탄소섬유 회수장치를 사용하여 장섬유 상태 그대로 탄소섬유를 분리할 수 있는 것이다. 이러한 본 발명에서 사용되는 탄소섬유 회수장치는 상기 분리된 외부용기를 걸쳐 걸쳐놓을 수 있는 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비되어 있어서, 그 탄소섬유 회수장치의 회수봉에 상기 분리된 외부용기를 걸쳐놓고 열분해를 실시하게 되면 외부용기 중에서 탄소섬유와 함께 존재하던 에폭시 수지는 열분해에 의해 제거되고, 상기 탄소섬유는 상기 탄소섬유 회수장치의 회수봉에 걸쳐진 상태로 분리되어 회수할 수 있으므로 탄소섬유를 장섬유 상태로 엉킴 없이 가지런하게 회수할 수 있는 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 탄소섬유 회수장치는 도 4에 하나의 구현예로 도시된 바와 같은 구조로 구성될 수 있다.

도 4에 도시된 탄소섬유 회수장치의 구현예를 보면, 회수봉(10)을 양쪽에서 받쳐 지지하는 한쌍의 지지대(20a, 20b)와 그 한쌍의 지지대(20a, 20b)의 상부에 형성된 회수봉 고정고리(21a, 21b)에 끼워진 채 가로로 길게 회수봉(10)이 끼워진 형태로 구성되고, 이때 회수봉(10)에는 두 지지대(20a, 20b) 사이의 폭을 조절할 수 있도록 하는 스크류 타입의 조절홈(11)이 형성되어 있으면서 그 회수봉(10)의 윗쪽 방향에는 일정 간격으로 다수의 결합구멍(12)이 형성되어 있으며, 그 회수봉(10)의 윗쪽에서는 회수봉(10)에 맞물려 결합되는 섬유분리기(30)가 위치되어 그 섬유분리기(30)의 하면에 일정 간격을 두고 돌출 설치된 다수의 침봉(31)이 상기 회수봉(10)의 결합구멍(12)에 결합되는 구조를 가진다. 이때 섬유분리기(30)의 양쪽 선단부에는 상기 지지대(20a, 20b)의 고정고리(21a, 21b)에서 윗쪽으로 수직 확장된 끼움부(22a, 22b)에 끼워지는 다수의 고정구멍(32)이 상기 끼움부(22a, 22b)의 외경 보다 큰 직경을 가지도록 각각 다수 형성되어 있는 구조로 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 회수봉(10)에 형성된 결합구멍(12)의 폭과 상기 섬유분리기(30)의 하면에 형성된 침봉(31)의 폭은 동일한 간격으로 형성되어 있어서 항상 그 결합구멍(12)과 침봉(31)이 맞물려 끼워질 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 섬유분리기(30)의 양쪽 선단부에 형성된 고정구멍(32)은 회수봉(10)의 폭을 조절하기 위해 스크류 형상의 조절홈(11)을 이용하여 지지대(20a, 20b)의 간격을 조절할 수 있도록 구성되며, 그 지지대(20a, 20b)의 상부에 형성된 끼움부(22a, 22b)을 이용하여 동일한 폭으로 끼워질 수 있도록 일정 간격을 두고 다수개로 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 지지대(20a, 20b)는 바닥에 안정되게 지지할 수 있도록 그 하단부에 받침부(23a, 23b)가 형성되어 있으며, 중앙부에는 상하 높이 조절이 가능하도록 높이 조절부(24a, 24b)가 형성되어 있어서, 안정되게 회수봉(10)과 섬유분리기(30)를 지지하면서, 회수봉(10)에 걸쳐서 위치되는 외부용기의 원형면이 지상으로부터 충분한 간격을 가지는 높이로 걸쳐질 수 있도록 높이 조절이 가능한 구조로 구성되어 있다.

따라서 본 발명에 따르면 상기와 같은 탄소섬유 회수장치를 이용하여 외부용기로부터 탄소섬유를 분리할 때, 내부용기와 분리된 외부용기를 상기 회수봉(10)에 걸쳐 놓는데, 이때 필요에 따라 지지대(20a, 20b)의 폭을 조절하여 외부용기가 상기 지지대(20a, 20b) 사이의 회수봉(10)에 안정된 상태로 놓이도록 외부용기를 걸쳐 놓는다. 그 다음에는 상기 섬유분리기(30)를 외부 용기 위에 고정하되 그 섬유분리기(30)에 형성된 고정구멍(32)을 이용하여 적절한 위치의 고정구멍(32)에 상기 지지대(20a, 20b)의 끼움부(22a, 22b)를 끼워서 외부용기 위에 고정 설치한다.

이렇게 하면 외부용기의 원형면 아래쪽에는 회수봉(10)이 위치하고 외부용기의 원형면 윗쪽에는 섬유분리기(30)가 위치하여 회수봉과 섬유분리기 사이에 외부용기가 위치하면서 회수봉(10)에 외부용기가 걸쳐진 형태를 이루게 되는 것이다.

그 후, 상기 외부용기에 열을 가하여 열분해시키게 되면 외부용기 중에 함유된 에폭시 수지는 모두 열용융되어 아래로 회수되고, 그 외부용기에 함유된 탄소섬유는 에폭시 수지가 열분해되어 제거되면서 상기 탄소섬유만 남게되고 그 탄소섬유는 자연스럽게 상기 회수봉(10)에 걸쳐져 늘어진 상태로 분리 회수된다. 이 과정에서 상기 외부용기 윗쪽에 위치하고 있던 섬유분리기(30)는 아래로 자유낙하하여 이동하고 자연스럽게 섬유분리기(30)의 침봉(31)이 회수봉(10)의 결합구멍(12)에 끼워지면서 탄소섬유를 잡아주는 역할을 하여 탄소섬유가 침봉(31)들 사이 사이에서 일정 량 만큼 균일한 형태로 가지런하게 분리되는 것이다.

이때, 회수봉(10)의 높이는 지지대(20a, 20b)의 높이 조절부(24a, 24b)에 의해 그 높이가 조절되어 탄소섬유가 분리되어 늘어진 상태가 되더라도 바닥에 닿지 않도록 바닥으로부터 상당한 거리를 유지하도록 함으로써, 외부용기로부터 열에 의해 열분해되어 일부 바닥에 떨어져 쌓일 수 있는 에폭시 수지의 회분에 탄소섬유가 닿지 않는 상태가 유지되게 할 수 있다.

이러한 방법으로 외부용기에서 탄소섬유가 분리된 형태는 도 5에 하나의 구현예로 도시한 바와 같다. 여기서는 외부용기로부터 분리 회수된 탄소섬유가 회수봉에 걸쳐진 형태로 장섬유 상태가 훼손되지 아니하고 가지런하게 분리 회수되는 형태를 보여주고 있다.

이러한 방법으로 탄소섬유 회수장치에 의해 탄소섬유가 분리되는 경우 탄소섬유는 외부용기에 함유된 당시의 섬유길이를 그대로 유지하는 장섬유 상태로 회수할 수 있게 된다. 그러나 탄소섬유 회수장치를 사용하지 않게 되면, 탄소섬유가 흐트러져서 엉클어진 상태로 회수되어 장섬유 상태로는 재활용이 불가능함으로 이를 절단하여 단섬유 상태로 재활용하여야 하므로 그 활용성이 떨어진다.

이렇게 회수된 탄소섬유는 재활용 단계에서는 새로운 소재와 대비하여 일부 물성의 저하가 있을 수 있으나, 장섬유 상태로 회수되기 때문에 RTM(Resin Transfer Molding) 및 LLD(Liquid Lay Down) 등의 공법 적용을 통해서 새로운 소재와 동일한 용도의 섬유 보강재로 재활용이 가능하다. 또한 연속된 상태의 장섬유는 용도에 따라 단섬유로 절단(Chopping)하여 열가소성 플라스틱 수지 보강재 등으로 사용될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 고압기체용 북합용기에서, 내부용기와 외부용기를 따로 분리하여 재활용함으로써, 각 부분의 소재에 대한 분리 회수가 가능하고, 특히 고가의 탄소섬유를 장섬유 상태로 회수할 수 있어서 그 재활용에 대한 효율성이 크게 향상되는 것이다.

이러한 본 발명에 따른 재활용 방법의 적용이 가능한 고압기체용 복합용기로서는, 특히 수소저장탱크에 대하여 재활용에 매우 유용하다. 이러한 수소저장탱크는 자동차용인 경우 적용에 적합하다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명이 다음에 예시한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1~3, 비교예 1~2

145kg 자동차용 수소저장탱크를 6분으로 절단하고, 그 중 하나의 절단 부분에 대해 내부용기와 외부용기를 분리하였다. 그 다음, 내부용기와 분리된 외부용기로부터 도 4에 도시한 탄소섬유 회수장치를 이용하여 열 용융에 의해 탄소섬유를 분리하였다.

이렇게 분리된 재활용 탄소섬유(실시예 1~3) 및 탄소섬유 신재(비교예1), 그리고 유리섬유 신재(비교예 2)에 대해 인장강도를 비교 실험하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다.

구분	인장강도(MPa)	평가 판단
실시예 1	4069
실시예 2	4002
실시예 3	4105
실시예 (평균치)	4048	탄소섬유 신재 대비 90% 수준
비교예 1	4550
비교예 2	2460	탄소섬유 신재 대비; 55% 수준

상기 표 2의 결과를 보면, 본 발명에 따라 고압기체용 복합용기의 외부용기로부터 회수하여 재활용된 탄소섬유(실시예 1-3)는 신재 탄소섬유(비교예 1) 대비 약 10%의 인장강도 저하 있으나, 유리섬유 신재(비교예 2)와 대비하여서는 오히려 170% 우세한 수준으로 회수된 것으로 확인되고 있다.

따라서 본 발명에 따라 회수되어 재활용되는 탄소섬유는 탄소섬유 보강재로 사용하기에 적합한 것으로 확인되었다.

본 발명에 따른 재활용 방법은 고압기체용 복합용기로서, 내부용기는 알루미늄 등과 같은 금속재 라이너나 플라스틱 라이너로 구성되고 그 외부용기는 탄소섬유 소재로 이루어진 복합용기를 폐기하는 경우 재활용 방법으로 매우 유용하다.

특히, 고압기체용 복합용기의 외부용기에 적용된 탄소섬유를 장섬유 상태 그대로 온전하게 회수할 수 있어서 그 재활용성이 매우 높다.

또한, 고압기체용 복합용기로서 특히 수소저장탱크 등의 재활용에 적합하므로, 재활용율을 규제하고 있는 자동차 산업분야 등에서 자동차용 수소저장탱크 등의 재활용에 적용하기에 적합하다.

10 - 회수봉
11 - 조절홈
12 - 결합구멍
20a, 20b - 지지대
21a, 21b - 회수봉 고정고리
22a, 22b - 끼움부
23a, 23b - 높이 조절부
30 - 섬유분리기
31 - 침봉
32 - 고정구멍

Claims (15)

1. 내부용기와 외부용기로 이루어진 폐기되는 고압기체용 복합용기를 부착 설비로부터 분리하는 단계;
   상기 분리된 고압기체용 복합용기를 절단하는 단계;
   상기 절단된 복합용기에서 내부용기와 외부용기를 분리하는 단계;
   상기 분리된 내부용기를 열 용융에 의해 녹여서 재가공하여 재활용하는 단계;
   상기 외부용기는 그 외부용기에 함유된 탄소섬유를 회수하되 상기 분리된 외부용기를 걸쳐 걸쳐놓을 수 있는 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비된 탄소섬유 회수장치를 이용하여 회수봉에 상기 분리된 외부용기를 걸쳐놓고 열 분해방법으로 상기 분리된 외부용기로부터 탄소섬유만을 분리하여 회수하는 단계; 및
   상기 회수된 탄소섬유를 재활용하는 단계
   를 포함하고,
   상기 고압기체용 복합용기에서 내부용기는 금속재 라이너 또는 플라스틱재 라이너로 이루어지고, 외부용기는 탄소섬유를 포함하는 탄소섬유 강화 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 고압기체용 복합용기의 재활용 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 고압기체용 복합용기의 절단 단계에서는 2분 절단, 4분 절단 또는 6분 절단 중에서 어느 하나의 방법으로 절단하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 탄소섬유 회수장치로는 회수봉을 양쪽에서 받쳐 지지하는 한쌍의 지지대와 그 한쌍의 지지대의 상부에 형성된 회수봉 고정고리에 끼워진 채 가로로 길게 회수봉이 끼워진 형태로 구성되고, 이때 회수봉에는 두 지지대 사이의 폭을 조절할 수 있는 스크류 타입의 조절홈이 형성되어 있으면서 그 회수봉의 윗쪽 방향에는 일정 간격으로 다수의 결합구멍이 형성되어 있으며, 그 회수봉의 윗쪽에서 회수봉에 맞물려 결합되는 섬유분리기가 위치되어 있어서 그 섬유분리기의 하면에 일정 간격을 두고 돌출 설치된 다수의 침봉이 상기 회수봉의 결합구멍에 결합되는 구조를 가지며, 이때 섬유분리기의 양쪽 선단부에는 상기 지지대의 고정고리에서 윗쪽 방향으로 수직 확장된 끼움부에 끼워지는 다수의 고정구멍이 상기 끼움부의 외경 보다 큰 직경을 가지도록 각각 다수 형성되어 있는 구조를 가지는 것을 사용함을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 분리된 외부용기를 상기 회수봉에 걸쳐 놓되 지지대의 폭을 조절하여 외부용기가 상기 지지대 사이의 회수봉에 안정된 상태로 놓이도록 외부용기를 걸쳐 놓고, 상기 섬유분리기를 외부 용기 위에 고정하되 그 섬유분리기에 형성된 고정구멍을 이용하여 적절한 위치의 고정구멍에 상기 지지대의 끼움를 끼워서 외부용기 위에 고정 설치한 다음, 상기 외부용기에 열을 가하여 열분해시켜서 외부용기 중에 함유된 에폭시 수지는 모두 용해되어 아래로 회수되고, 그 외부용기에 함유된 탄소섬유는 에폭시 수지가 열분해되어 제거되면서 상기 탄소섬유만 남게 되고 그 탄소섬유는 자연스럽게 상기 회수봉에 걸쳐져 늘어진 상태로 분리 회수하는 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 회수봉의 높이는 지지대의 높이 조절부에 의해 그 높이가 조절되어 탄소섬유가 분리되어 늘어진 상태가 되더라도 바닥에 닿지 않도록 바닥으로부터 상당한 거리를 유지하도록 함을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 고압기체용 복합용기는 수소저장탱크인 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 수소저장탱크는 자동차용인 것을 특징으로 하는 재활용 방법.
   
9. 탄소섬유를 포함하는 외부용기가 구비된 폐기된 고압기체용 복합용기로부터 탄소섬유를 분리하기 위한 장치로서, 고압기체용 복합용기로부터 절단되고 분리된 외부용기를 걸쳐 놓을 수 있도록 막대형 회수봉과 그 회수봉을 지지하는 한쌍의 지지대가 구비된 탄소섬유 회수장치.
   
10. 청구항 9에 있어서, 상기 탄소섬유 회수장치는 회수봉을 양쪽에서 받쳐 지지하는 한쌍의 지지대와 그 한쌍의 지지대의 상부에 형성된 회수봉 고정고리에 끼워진 채 가로로 길게 회수봉이 끼워진 형태로 구성되고, 이때 회수봉에는 두 지지대 사이의 폭을 조절할 수 있도록 하는 스크류 타입의 조절홈이 형성되어 있으면서 그 회수봉의 윗쪽 방향에는 일정 간격으로 다수의 결합구멍이 형성되어 있으며, 그 회수봉의 윗쪽에서 회수봉에 맞물려 결합되는 섬유분리기가 위치되어 그 섬유분리기의 하면에 일정 간격을 두고 돌출 설치된 다수의 침봉이 상기 회수봉의 결합구멍에 결합되는 구조를 가지며, 이때 섬유분리기의 양쪽 선단부에는 상기 지지대의 고정고리에서 윗쪽 방향으로 수직 확장된 끼움부에 끼워지는 다수의 고정구멍이 상기 끼움부의 외경 보다 큰 직경을 가지도록 각각 다수 형성되어 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 회수봉에 형성된 결합구멍의 폭과 상기 섬유분리기의 하면에 형성된 침봉은 동일한 간격으로 형성되어 있어서 항상 그 결합구멍과 침봉이 맞물려 끼워질 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    
12. 청구항 10에 있어서, 상기 섬유분리기의 양쪽 선단부에 형성된 고정구멍은 회수봉의 사용 가능한 폭을 조절하기 위한 스크류 형상의 조절홈을 이용하여 지지대의 간격을 조절할 수 있도록 하는 것으로서, 상기 지지대의 상부에 형성된 끼움부을 이용하여 동일한 폭으로 끼워질 수 있도록 일정 간격을 두고 다수개로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    
13. 청구항 10에 있어서, 상기 지지대는 바닥에 안정되게 지지할 수 있도록 그 하부에 받침부가 형성되어 있으며, 중앙부에는 상하 높이 조절이 가능하도록 높이 조절부가 형성되어 있어서, 안정되게 회수봉과 섬유분리기를 지지하면서, 회수봉에 걸쳐서 위치되는 외부용기의 원형면이 지상으로부터 충분한 간격을 가지는 높이로 걸쳐질 수 있도록 높이 조절이 가능한 구조로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    
14. 청구항 10에 있어서, 상기 고압기체용 복합용기는 수소저장탱크인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    
15. 청구항 14에 있어서, 상기 수소저장탱크는 자동차용인 것을 특징으로 하는 탄소섬유 회수장치.
    

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