KR101753060B1

KR101753060B1 - 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저

Info

Publication number: KR101753060B1
Application number: KR1020160179118A
Authority: KR
Inventors: 안종성
Original assignee: 주식회사 깔끄미하우스
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2017-07-04
Also published as: WO2018124426A1

Abstract

본 발명은 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중고 자동차를 비롯한 각종 산업기계에 낀 때와 녹 등을 모재의 손상없이 원활하고 깨끗하게 세척할 수 있으면서 세척 후에도 2차 오염물질을 생성하지 않아 친환경적이며, 세척시간을 단축하고, 습식방식으로 세척하기 어려운 곳도 쉽고 편리하게 세척할 수 있으면서 무엇보다도 드라이아이스를 펠릿으로 성형하는 실린더 디스크의 내마모성을 강화시켜 수명을 연장할 수 있는 건식방식의 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저에 관한 것이다.

Description

드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저{Cleaning pelletizer using dry ice}

일반적으로, 공작기계, 기어, 전동기 등과 같은 장비를 포함한 산업설비 전반에 사용되는 기계류는 사용 중 표면에 많은 이물질이 부착된다.

특히, 이러한 이물질은 기계류 및 기계류를 구성하는 부품의 미세한 틈세, 표면과 조립면에 부착되는 유분, 분진, 녹, 유기물질, 역청으로 된 점착성 코팅물질, 구리스, 페인트, 물 때, 이끼 등을 들 수 있다.

때문에, 이들 산업설비 전반에 사용되는 기계류는 주기적으로 세척해주어야 장비의 사용수명을 연장시킬 수 있으며, 장비 본연의 기능을 최대화할 수 있다.

이들 산업설비 전반에 사용되는 기계류, 즉 장비로는 일일이 전부 다 열거할 수 없지만, 착륙기어장치ㆍ항공기 부품ㆍ모터ㆍ전기부품ㆍ활주로ㆍ항공등화와 같은 항공분야; 건물 외관ㆍ벽ㆍ목재구조물ㆍ지하주차장ㆍ에스컬레이터 등의 빌딩분야; 컨베어시스템ㆍ금형ㆍ타이어 제조장치ㆍ자동차 제조장치 등 자동차 산업분야; 화학ㆍ전기분야에 사용되는 기계류; 금형이나 다이캐스팅 관련 주물분야; 식품가공 생산분야; 석유제조 가공관련 분야; 철도 분야; 합성수지 제조분야; 인쇄소; 제화산업분야 등을 대표적으로 설명할 수 있으며, 이들을 포함한 실로 다양한 분야에서 사용되는 대부분의 기계류 모두가 해당된다고 봄이 타당하다.

따라서, 이와 같은 기계류의 세척을 위해 다양한 방식이 시도되어 왔으며, 현재도 활발하게 활용되고 있다.

대표적인 종래 세척방식으로는 크게 유독성 솔벤트를 이용한 습식세척, 유리나 플라스틱 조각을 이용한 건식세척, 물을 이용한 고압수세척 등 3가지 방식으로 나눌 수 있다.

그런데, 유독성 솔벤트를 이용한 세척방식은 용매인 솔벤트가 환경 제약을 받는 유기용제이기 때문에 세척 후 별도의 후처리를 통해 유해물질을 반드시 제거해야 하므로 세척작업이 복잡하고 번거로우며 작업시간이 과다하게 소요되는 단점이 있다. 특히, 할로겐화탄화수소와 같은 세척첨가물을 사용해야만 하므로 인체에 유해하며, 환경오염 측면에서도 문제가 있는 등 비친환경적인 방식이다.

또한, 유리나 플라스틱 조각을 이용한 세척방식은 유리알이나 거친 용매제 등이 세척시 모재에 손상을 입힐 우려가 높고, 잔여물을 남기기 때문에 이또한 반드시 후처리하여 잔여물을 수거해야 하는 불편함이 따르며, 그에 따른 작업시간 증대, 취급비용 증대 등 비생산적이다.

덧붙여, 이와 유사한 방식으로 숏볼이나 모래를 이용한 블라스팅 방식을 도입할 수도 있지만, 이 경우는 모재 손상이 필연적으로 발생되고, 또한 블라스팅 후 숏볼이나 모래를 수거해야 하는데 이들을 완벽하게 제거하기가 어려워 사실상 적용이 불가능하다.

그리고, 물을 이용한 고압수세척 방식은 세척면과 오염물 사이에 수분을 고압력으로 분사시켜 오염물을 제거하는 것으로 전기관련 장비의 경우에는 제약이 많이 따르고, 또 세척 후에는 잔수 제거를 위해 필수불가결하게 건조공정을 거쳐야 하므로 작업시간이 과다하게 사용되며, 잔수 제거에 따른 불필요한 부수공정이 부가되는 단점이 있다.

이에, 드라이아이스에 주목하였고, 드라이아이스를 펠릿 형태로 가공하여 이를 숏볼 형태로 세척면에 타격하면 모재를 손상시키지 않으면서도 세척면을 깨끗하게 세척할 수 있는 장점을 확인하기에 이르렀고, 그 결과 다양한 형태의 드라이아이스 세척기가 시판되고 있다.

즉, 도 1의 예시와 같이, 드라이아이스 펠릿(10)은 -78.5℃ 정도의 극저온 상태이므로 모재(20)의 세척면에 접촉하는 순간 모재(20)의 세척면 표면을 급속냉각시키면서 강하게 수축되므로 이때 세척면에 부착된 오염물(이물질)(30)에 수많은 균열을 발생시키고, 균열 사이로 드라이아이스가 침투되면서 약 800배 이상으로 팽창됨과 동시에 압축공기의 힘에 의한 타격력으로 오염물(30)만 모재(20)로부터 분리되게 된다.

또한, 드라이아이스는 경도가 낮고 상온에서 바로 기화되는 물리적 특성이 있으며 무엇보다도 인체에 무해한 친환경 재료이기 때문에 모재(20)에는 전혀 손상을 주지 않으면서 세척작업이 완료된 후에는 전량 기화되어 사라지기 때문에 잔여물도 남기지 않아 후처리 공정을 별도로 수행할 필요도 없는 아주 유용한 세척수단이다.

그런데, 도 2의 예시와 같이, 드라이아이스 펠릿을 만들기 위한 종래 실린더 디스크(40)는 압출구(42)가 원형상으로 형성되어 있어 원기둥 형태의 드라이아이스 펠릿만을 가공할 수 밖에 없었다. 이것은 실린더 디스크(40)가 중실체이다 보니 가공한계상 드릴 등을 이용한 원형가공 밖에 할 수 없기 때문이다.

따라서, 기존 방식에 비해 우수한 장점이 있음에도 불구하고, 세척면 타격시 라운드 부분과 접촉하는 비율이 높아 세척효율을 향상시키는데 한계가 있었다.

이러한 세척효율의 한계는 결국 작업시간과 밀접한 관련성을 가지며, 나아가 세척면에 고착된 오염물(30) 분리 효율과도 연관되게 되므로 이와 같은 한계를 극복할 수 있는 수단의 강구가 절실히 요청되고 있다.

또한, 압출구(42)를 통해 고압 압출되는 과정에서 압출구(42)의 내경을 마모시키게 되는데, 이에 대한 대비책이 없어 실린더 디스크(40)의 수명을 단축시키는 문제도 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0021174호(2004.03.10.) '드라이아이스를 이용한 고압 세척기' 대한민국 특허 등록번호 제10-0742717호(2007.07.19.) '타이어금형용 드라이아이스 세척장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-0781588호(2007.11.27.) '드라이아이스 세척장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-0907432호(2009.07.06.) '상하수도관 비굴착 갱생 드라이아이스 세척기' 대한민국 특허 등록번호 제10-1538471호(2015.07.15.) '드라이아이스 분사식 세척장치' 대한민국 특허 등록번호 제10-1602043호(2016.03.03.) 'CO2를 이용한 EDM공법의 건식세척방법' 대한민국 공개특허 제10-2016-0087645호(2016.07.22.) '드라이아이스를 이용한 애자 또는 티바 세척장치' 대한민국 공개실용 제20-2008-0006336호(2008.12.18.) '드라이아이스 펠릿에 의한 외벽 세척 방법'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 중고 자동차를 비롯한 각종 산업기계에 낀 때와 녹 등을 모재의 손상없이 원활하고 깨끗하게 세척할 수 있으면서 세척 후에도 2차 오염물질을 생성하지 않아 친환경적이며, 세척시간을 단축하고, 습식방식으로 세척하기 어려운 곳도 쉽고 편리하게 세척할 수 있으면서 무엇보다도 드라이아이스를 펠릿으로 성형하는 실린더 디스크의 내마모성을 강화시켜 수명을 연장할 수 있는 건식방식의 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 압출기(100)와, 상기 압출기(100)와 연결되고 일측에 구비된 액체탄산 저장용기(110)와, 상기 압출기(100)의 전면 일측에 형성된 드라이아이스 압출용 배출구(120)와, 상기 배출구(120)에 장착된 실린더 디스크(200)를 포함하는 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저에 있어서; 상기 실린더 디스크(200)는 오스테나이트계 스테인레스강으로 제조되며, 실린더 디스크(200)의 일측면에는 일정깊이 중공부(230)가 형성되고; 상기 실린더 디스크(200)의 타측면에서 상기 중공부(230)를 향해 관통된 다수의 성형홀(210)을 형성하되, 상기 성형홀(210)은 드라이아이스를 사각봉상으로 압출하도록 방전가공을 통해 사각형상으로 가공되며; 상기 성형홀(210)을 포함한 실린더 디스크(200)는 내마모성 도포액으로 10-20㎛의 두께로 코팅되되, 내마모성 도포액은 폴리아미드 수지 70중량%와, 알킬트리알콕시실란 30중량%로 이루어진 혼합물에, 상기 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 콜로이드성 실리카 3중량부, 알루미늄 알콕사이드 4중량부, 알파-아미노아세토페논 2중량부, 산화지르코늄 미분 5중량부, CZ(N-cyclohexybenzothiazole-2-sulfenamide) 2중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 1.5중량부, 트리글리세라이드 2중량부, 규산소다(Sodium Silicates) 2중량부, 살리실산에스테르 1.5중량부, 규조토와 점토가 혼합된 상태에서 1000℃ 이상의 고온에서 구워낸 특수세라믹 블럭을 잘게 분쇄하여 얻은 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 그린 비즈 2중량부, 테르븀 2중량부, TOTM(Trioctyl Trimellitate) 3중량부, 톨유(tall oil) 로진 3중량부, 티오시안구리 2중량부, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 2중량부 및 알킬렌 아마이드 2중량부를 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저를 제공한다.

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본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 처리 후 2차 오염물질이 생기지 않기 때문에 후처리 공정과 비용이 발생하지 않아 공정감소는 물론 작업시간을 단축하는 효과를 얻을 수 있다.

둘째, 세척시 모재의 손상이 없다.

세째, 화학약품 처리를 탈피할 수 있어 환경오염을 방지하고, 독성과 유해성이 없어 친환경적이면서 작업자에게 무해하다.

네째, 건식 세척방식으로 물 세척이 어려운 곳에서도 사용할 수 있으며, 살균효과까지 부수적으로 얻을 수 있다.

다섯째, 세척대상을 분리하지 않고도 세척이 가능하여 작업성이 우수하고, 작업효율이 향상된다.

여섯째, 신속한 세척이 가능하기 때문에 세척효율이 우수하다. 특히, 드라이아이스 펠릿을 사각기둥 형태로 성형할 수 있어 현저한 세척효율 향상 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 드라이아이스 펠릿을 이용한 세척개념을 설명하는 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 드라이아이스 펠릿 성형을 위한 실린더 디스크의 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿타이저의 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿타이저에 사용되는 펠릿 성형용 실린더 디스크의 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿타이저로 생산된 펠릿을 이용하여 세척하는 세척장치를 보인 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿을 이용한 세척개념을 설명하는 예시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿타이저로 생산된 펠릿을 이용하여 세척한 예를 발췌하여 세척 전,후로 비교한 예시적인 작업사진이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

먼저, 드라이아이스 펠릿을 이용한 세척 개념에 대해 살펴보면 다음과 같다.

드라이아이스(Dry ice)는 기체 이산화탄소를 높은 압력을 가해 액화시키고, 액화된 액체 이산화탄소(액화탄산)을 작은 구멍에 통과시켜 갑자기 압력을 낮추어 눈과 같은 결정으로 만들며, 이 결정들에 다시 높은 압력을 가함으로써 만들어진다.

이러한 드라이아이스는 1기압하에서 약 78.5℃의 극저온 상태를 유지하며, 얼음처럼 생겼지만 얼음과는 전혀 다른 특성을 갖는데, 이를 테면 고체상태에서 녹아 바로 기체로 변화는 승화성을 갖기 때문에 주위의 열을 흡수하여 온도를 급격히 낮추는 특성이 있다. 때문에, 주로 냉각제로 많이 활용되며, 특히 승화시 발생하는 이산화탄소는 세균과 곰팡이 등 미생물의 번식을 억제하는 효과가 있어 살균 기능도 갖추고 있다.

이와 같은 드라이아이스를 직경 2.5-3.5mm의 작은 알갱이, 즉 펠릿으로 만들어 주로 금속표면인 세척면에 고압분사하게 되면 부착된 이물질의 온도가 급격히 떨어지면서 균열이 시작되고, 그 과정에서 드라이아이스 펠릿이 세척면, 즉 모재의 표면과 부착 이물질 사이에서 충돌하여 바로 승화하게 되는데, 이때 800배 이상의 큰 부피팽창을 하게 되므로 이물질들이 세척면으로부터 완벽하게 분리 제거되게 된다.

본 발명은 이와 같은 원리로 드라이아이스 펠릿을 이용하여 각종 산업분야에서 사용되는 기계장비들의 세척에 활용하도록 구성된다.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상술한 드라이아이스 펠릿을 만들기 위한 성형장치이다.

도시된 도면에 따르면, 본 발명에 따른 펠릿타이저는 압출기(Extruder)(100)를 포함한다.

상기 압출기(100)는 공지된 드라이아이스 압출기로서 내부에서 압을 가해 앞서 설명한 방식으로 결정상태의 이산화탄소에 높은 압력을 가해 고체상태의 드라이아이스로 제조하는 장비이다.

이때, 상기 압출기(100)의 일측에는 액체탄산 저장용기(110)가 구비되며, 상기 액체탄산 저장용기(110)는 상기 압출기(100)와 연결되어 저장된 액체탄산을 압출기(100)로 공급할 수 있도록 구성된다. 물론, 이또한 공지된 구성이다.

아울러, 상기 압출기(100)의 전면 일측에는 배출구(120)가 형성되고, 상기 배출구(120)에는 실린더 디스크(200)가 장착되며, 상기 배출구(120)에는 상기 실린더 디스크(200)를 내장하는 형태로 배출관(130)이 장착된다.

이때, 상기 실린더 디스크(200)의 일측단에는 더 큰 직경의 고정용 플랜지(220)가 더 형성되고, 상기 고정용 플랜지(220)가 형성된 면에는 일정깊이 중공부(230)가 형성되는데, 상기 중공부(230)를 형성하는 이유는 충분한 압을 받아 압출성을 높이기 위함이다.

그리고, 상기 실린더 디스크(200)의 타측단면에서 상기 중공부(230)를 향해 다수의 성형홀(210)이 형성되는데, 상기 성형홀(210)은 드라이아이스 펠릿을 만들기 위해 먼저 드라이아이스 봉, 즉 드라이아이스 사각봉(DR)을 뽑아내기 위한 것이며, 이후 커팅하여 일정길이를 갖는 드라이아이스 펠릿을 완성하게 된다.

때문에, 필요한 경우 상기 실린더 디스크(200) 전단에 커터(미도시)를 더 구비할 수도 있다.

여기에서, 본 발명의 가장 핵심적인 특징은 상기 성형홀(210)이 사각홀로 형성된다는 점이다.

본 발명에서 상기 성형홀(210)이 사각형상을 가져야 하는 아주 중요한 이유는 후술하는 도 5,6에서와 같이 드라이아이스 펠릿(P)을 모재(20)의 세척면에 고압분사기(300)로 고압 분사할 때 분사노즐(310)을 통해 고압분사되는 드라이아이스 펠릿(P)은 각이 많기 때문에 세척면에 고착된 오염물(30)을 타격하는 타격력이 더 커 크랙 발생 효율이 도 1의 종래 원형 펠릿(10)에 비해 현저히 높기 때문이다.

즉, 원형 펠릿(10)의 경우 오염물(30)을 타격하는 부분이 둥글기 때문에 그 만큼 타격력이 줄어들지만, 본 발명의 드라이아이스 펠릿(P)은 사각형상으로서 각을 가지고 있기 때문에 각진 모서리 부분이 오염물(30)을 주로 타격하므로 타격 효율이 그만큼 증대되고 타격면인 오염물(30)에 강한 상처를 주어 오염물(30)이 상대적으로 더 쉽게 파열되면서 크랙이 생기도록 하는 효과가 있다.

이러한 효과를 입증하기 위해 본 출원인은 펠릿 형태에 따른 세척력 비교 실험을 아래 첨부와 같이 진행하였으며, 사각 펠릿의 세척력이 훨씬 우수함을 확인하였다.

[실험예]

그럼, 종래 기술로도 충분히 각지게 만들 수 있는데, 왜 지금까지 이러한 기술이 구현되지 못했는지에 대해 살펴보기로 한다.

이것은 본 발명의 성형홀(210) 구현과 관련된 아주 중요한 사항으로서, 실린더 디스크(200)에 사각형상의 구멍을 만들기가 극히 어렵다는 사실에 있다.

즉, 상기 실린더 디스크(200)는 성형홀(210)이 형성될 부분이 중실체(中實體)인 금속이기 때문에 금속의 중실체에 홀을 뚫는 것은 드릴가공하는 것외에 다른 가공방법이 거의 없다고 보아도 무방하다.

특히, 드라이아이스를 압출가공하기 위해 사용되는 압출판인 실린더 디스크(200)는 내염해성, 내부식성, 내식성이 우수해야 하고, 내열성, 내한성(저온강도성)을 가져야 하기 때문에 오스테나이트계(Ostenite type) 스테인레스강(Stainless steel), 더 정확하게는 18%Cr-8%Ni의 조성을 가진 STS304를 사용하기 때문에 가공성이 더욱 어려운 것이다.

때문에, 중실체인 금속으로 된 실린더 디스크(200)를 아무리 무르게하여 가공한다고 하더라도 드릴 가공은 종래와 같은 원형상의 구멍 밖에 가공할 수가 없는 한계를 가진다.

따라서, 이 구멍을 본 발명처럼 사각형상으로 만들기 위해서는 원형상의 구멍을 가공한 다음 후가공을 통해 원형상의 구멍을 각을 갖는 사각형상으로 가공해야 하는데, 대략 200-300개에 이르는 약 2.5-3.5mm의 직경을 갖는 원형상의 구멍을 일일이 각형으로 후가공한다는 것 자체가 어려울 뿐만 아니라, 경도와 강도가 매우 높은 금속체를 그것도 형상가공된 아주 작은 구멍속에서 이것을 깎아야 하기 때문에 거의 불가능하다고 봐야 한다.

이와 같은 이유로 인해 종래 개시된 실린더 디스크(200)는 거의 전부 다 원형상의 구멍을 가질 수 밖에 없었다.

하지만, 본 발명에서는 독특한 가공방식으로 가공함으로써 이를 구현시켰는 바, 때문에 단순히 원형 구멍을 사각형 구멍으로만 바꾸는 것이 어려운 일이 아니라고 일축할 수는 없는 것이며, 그만큼 기술적 노하우가 집약되어 있는 것이다.

즉, 본 발명에서는 다수개의 원형 구멍 가공시와 마찬가지로 금속체인 실린더 디스크(200)를 펠릿에 대응되는 크기를 갖는 사각전극봉을 실린더 디스크(200)의 표면과 미세한 간격을 유지한 상태에서 고전압을 흘려 방전을 일으킨다.

그러면, 사각전극봉과 대향되는 방전면은 고열이 발생되고, 그로 인해 대향되는 부분이 극도로 연화되며, 이때 사각전극봉을 서서히 움직이면 방전면이 가공되면서 사각홀로 가공할 수 있게 된다.

이후, 실린더 디스크(200)를 충분히 냉각시켜 성형홀(210)의 형상이 고정되면 연마용 줄을 이용하여 다듬어 줌으로써 성형홀(210) 가공을 완료하게 된다.

이러한 가공방식은 일명 방전가공(ELECTRIC DISCHARGE MACHINE:EDM)이라 통칭되기도 하지만, 당해 분야에서 접목된 예는 없으며, 일반적인 방전가공은 절연액 중에서 연속적으로 발생하는 불꽃방전의 침식작용에 의해 도체(피가공물)에 구멍을 뚫는 방식이다.

본 발명에서는 이러한 방전가공을 응용하여 피가공물과 사각전극봉을 비접촉 상태로 절연유 속에서 방전시키면 코로나 방전 - 스파크 방전- 아크방전 -절연파괴 등의 형태로 방전되면서 고경도 고강도의 내식성 재료인 실린더 디스크(200)에 사각전극봉이 근접되면서 상대적으로 작은 크기의 사각홀이 형성되게 된다.
다시 말해, 후술하는 바와 같이, 단발 방전 흔적을 누적시켜 사각구멍을 점점 형성해나가는 것이라고 보면 된다.

예컨대, 이와 같은 가공순서는 아래 그림과 같이 이루어진다.

이때, 피가공물과 사각전극봉 사이에서의 실제 가공형태는 아래 그림과 같다.

즉, 단발 방전 흔적을 누적시켜 사각구멍을 점점 형성해나가는 것으로, 단점이라면 시간이 많이 걸린다는 것이다.

그리고, 방전에너지가 크면 방전흔적인 형상도 커지므로 가공속도, 클리어런스도 커지면서 가공면의 조도도 거칠어지므로 피가공물의 가공 성격에 맞춰 적절히 제어하면서 가공해야 한다.

이와 같이, 방전가공 개념 자체를 당해 분야에 접목하여 사각홀을 형성한 것은 본 발명을 통해 처음으로 완성된 것으로서 당해분야에서 이전에는 이러한 가공방식이 적용된 예가 없었다.

때문에, 본 발명은 기존과 달리 중실체의 금속으로 된 실린더 디스크(200) 임에도 불구하고 사각형상의 홀을 가공할 수 있는 것이다.

이에 더하여, 본 발명에서는 상기 성형홀(210)을 통해 압출되는 드라이아이스가 사각봉상으로 압출될 때 높은 압력을 받기 때문에 장기간 사용시 마모에 의해 성형홀(210)의 크기가 변할 수 있는 문제까지 해결 할 수 있도록 상기 성형홀(210)을 포함한 실린더 디스크(200) 전체를 내마모성 도포액으로 코팅하여 사용수명을 연장하도록 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 성형홀(210)은 규격치 보다 상기 내마모성 도포액의 코팅두께만큼 더 크게 가공하면 더욱 더 정확한 치수의 펠릿을 만들 수 있다. 이때, 바람직한 코팅두께는 10-20㎛이다. 뿐만 아니라, 내마모성 도포액의 코팅 방식은 딥핑 방식을 이용할 수 있으며, 특히 바람직하기로는 나노 디펜스 코팅법이 좋다.

이러한 내마모성 도포액은 폴리아미드 수지 70중량%와 알킬트리알콕시실란 30중량%로 이루어진 혼합물에 상기 폴리아미드 수지 100중량부에 대해, 콜로이드성 실리카 3중량부, 알루미늄 알콕사이드 4중량부, 알파-아미노아세토페논 2중량부, 산화지르코늄 미분 5중량부, CZ(N-cyclohexybenzothiazole-2-sulfenamide) 2중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 1.5중량부, 트리글리세라이드 2중량부, 규산소다(Sodium Silicates) 2중량부, 살리실산에스테르 1.5중량부, 그린 비즈 2중량부, 테르븀 2중량부, TOTM(Trioctyl Trimellitate) 3중량부, 톨유(tall oil) 로진 3중량부, 티오시안구리 2중량부, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 2중량부, 알킬렌 아마이드 2중량부를 포함하여 이루어지며, 상기 조성물에서 미분은 0.1㎛ 미만의 입도를 말한다.

이때, 상기 폴리아미드 수지는 2염기산과 디아민을 축합시켜 생긴 아미드 결합으로 만들어진 수지로서 내열성, 내충격성 및 내마모성을 강화시키기 위해 첨가되며, 알킬트리알콕시실란은 발수성 뿐만 아니라 발유성을 강화시켜 표면 슬립성을 증대시킴으로써 마찰저항을 줄이기 위해 첨가된다.

또한, 상기 콜로이드성 실리카는 5-50nm의 입경을 갖는 무정형의 실리카 졸이 바람직하며, 상기 알루미늄 알콕사이드는 경화 촉매 및 가교 결합제 기능을 수행하기 위해 첨가되며, 부수적으로 내마모성이 높은 경도의 피막을 구현하는데 기여한다.

뿐만 아니라, 상기 알파-아미노아세토페논은 경화반응을 촉진하는 광개시제로 첨가된다.

아울러, 상기 산화지르코늄 분말은 무정형 백색 분말로서 융점이 2.677℃, 밀도가 5.6g/cm³, 모스경도 7에 이르는 일종의 세라믹스로서 경도를 높여 내마모도를 강화시키기 위해 첨가된다.

뿐만 아니라, 상기 CZ(N-cyclohexybenzothiazole-2-sulfenamide)는 표면 슬립성을 증대시켜 마찰저항을 줄이기 위해 첨가되며, 에틸렌글리콜모노메틸에테르는 접착성을 강화시켜 부착력을 극대화시킴으로써 내구성을 높이기 위해 첨가되고, 상기 트리글리세라이드는 리시놀레인산을 주성분으로 하는 피막제로서 특히 외면과 내면 각각의 표면 평활도를 높여 방오성을 높이고 내침식성을 증대시키기 위해 첨가되고, 그리고 규산소다(Sodium Silicates)는 표면 접착력을 높이기 위해 첨가된다.

또한, 상기 살리실산에스테르는 자외선을 흡수하여 자외선에 의한 변형을 억제하기 위해 첨가되며, 상기 그린 비즈(Green Biz)는 다공질의 규조토와 점토가 혼합된 상태에서 1000℃ 이상의 고온에서 구워낸 특수세라믹 블럭을 잘게 분쇄하여 얻은 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 다공질 물질로서 강도와 경도를 증대시키기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 테르븀은 란탄족에 속하는 희토류 금속으로서 내마모를 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 TOTM(Trioctyl Trimellitate)은 수지의 가소화를 촉진시키고 내열성을 강화시켜 열화방지, 내열성을 증대시키기 위해 첨가되고, 상기 톨유(tall oil) 로진은 이물부착성을 억제하는 기능을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 티오시안구리는 구리계 방오제이고, 상기 MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe)는 무수 글루코오즈 단량체 사슬로 이루어진 셀룰로오즈 유도체로서 보수기능 강화, 표면활성, 화학저항성을 강화시키기 위해 첨가되며, 상기 알킬렌 아마이드는 윤활성 및 안정성을 유지하기 위해 첨가되는 것으로, 혼합을 원활하게 하고, 혼합 후 부서짐이 발생하지 않도록 하기 위해 첨가된다.

이러한 내마모성 도포액의 특성을 확인하기 위해, 상기 실린더 디스크(200)와 동일재질의 판(5cm×5cm×0.5cm) 표면에 상기 내마모성 도포액을 15㎛ 도포하여 경화 건조시킨 후 ASTM D3389에 따른 내마모도 시험을 수행하였다. 시험결과, 4등급으로 판정되어 고속압출기에서도 충분히 견디는 특징이 있음을 확인하였다. 이때, 내마모도 시험 등급은 5등급까지 구분되며, 3등급 이하는 불합격으로 판정하였다.

또한, 수세미에 물을 적신 후 코팅면에 올려 놓고 5kg의 중량물을 올린 후 좌우로 30cm 이상 20회 왕복 후 코팅막의 탈락이 발생하는지를 확인하였다. 실험결과, 코팅막의 탈락이 발견되지 않았다.

뿐만 아니라, 경도 테스트를 위해 코팅막 표면에 9H 연필을 45도 각도로 세워 코팅막을 밀었을 때 스크래치 여부를 확인하여 경도를 측정했는데, 연필경도 9H를 초과하였다. 이때, 연필경도 9H는 모스경도값으로 6에 해당하므로 본 발명의 경도는 모스경도값으로 6을 초과하여 대략 7에 이르는 고경도이므로 본 발명의 코팅막으로서 손색이 없음을 확인하였다.

아울러, 부착력, 즉 접착강도를 확인하기 위해 부착력측정기로 측정한 결과, 접착강도(kg/mm²) 2,856으로 확인되어 본 발명이 목적하는 것 이상의 부착력이 있어 코팅면이 쉽게 탈락되지 않음을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같은 드라이아이스 펠릿(P)은 압출기(100)의 실린더 디스크(200)를 통해 드라이아이스 사각봉(DR) 형태로 압출되는 것을 일정길이, 바람직하게는 4-5mm의 길이로 커팅하여 만들어지게 된다.

이렇게 만들어진 드라이아이스 펠릿(P)은 도 5의 고압분사기(300)에 투입된 후 분사노즐(310)을 통해 세척면에 고압으로 투사되면서 세척면을 세척하게 되는데, 세척 원리는 전술한 바와 같다.

그리고, 세척예는 도 7의 세척 전,후의 비교사진에서와 같이 완벽에 가까운 세척성능을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.

이때, 도 7의 사진은 본 출원인이 본 발명에 따른 드라이아이스 펠릿(P)을 사용하여 직접 작업한 예이다.

100: 압출기 200: 실린더 디스크
300: 고압분사기

Claims

압출기(100)와, 상기 압출기(100)와 연결되고 일측에 구비된 액체탄산 저장용기(110)와, 상기 압출기(100)의 전면 일측에 형성된 드라이아이스 압출용 배출구(120)와, 상기 배출구(120)에 장착된 실린더 디스크(200)를 포함하는 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저에 있어서;
상기 실린더 디스크(200)는 오스테나이트계 스테인레스강으로 제조되며, 실린더 디스크(200)의 일측면에는 일정깊이 중공부(230)가 형성되고;
상기 실린더 디스크(200)의 타측면에서 상기 중공부(230)를 향해 관통된 다수의 성형홀(210)을 형성하되, 상기 성형홀(210)은 드라이아이스를 사각봉상으로 압출하도록 방전가공을 통해 사각형상으로 가공되며;
상기 성형홀(210)을 포함한 실린더 디스크(200)는 내마모성 도포액으로 10-20㎛의 두께로 코팅되되, 내마모성 도포액은 폴리아미드 수지 70중량%와, 알킬트리알콕시실란 30중량%로 이루어진 혼합물에, 상기 폴리아미드 수지 100중량부를 기준으로 콜로이드성 실리카 3중량부, 알루미늄 알콕사이드 4중량부, 알파-아미노아세토페논 2중량부, 산화지르코늄 미분 5중량부, CZ(N-cyclohexybenzothiazole-2-sulfenamide) 2중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 1.5중량부, 트리글리세라이드 2중량부, 규산소다(Sodium Silicates) 2중량부, 살리실산에스테르 1.5중량부, 규조토와 점토가 혼합된 상태에서 1000℃ 이상의 고온에서 구워낸 특수세라믹 블럭을 잘게 분쇄하여 얻은 0.1㎛ 미만의 입도를 갖는 그린 비즈 2중량부, 테르븀 2중량부, TOTM(Trioctyl Trimellitate) 3중량부, 톨유(tall oil) 로진 3중량부, 티오시안구리 2중량부, MEHEC(methylethylhydroxyethylcelluloe) 2중량부 및 알킬렌 아마이드 2중량부를 첨가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 드라이아이스를 이용한 세척용 펠릿타이저.
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