KR101994920B1 - 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법은 쇄절된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 압출기에서 폐 생분해성 수지의 첫 용융 시에 106~112℃에서 젤화(Gel化) 상태로 용융되고, 116~122℃에서 젤((Gel) 상태로 용융되고, 126~132℃에서 졸화(Sol化) 상태로 융융되게 단계적인 가온으로 용융한 후 용융된 폐 생분해성 수지가 다이스에서 압출되고 절단기에서 절단되어 일정한 형상의 길이로 된 것으로서 본 발명은 폐 생분해성 수지가 압출기에서 단계적인 가온으로 용융된 후 다이스에서 압출 성형할 수 있고, 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지를 전혀 사용하지 않고 생분해성 화합물만으로 조성되어 연소 시 폴리에틸렌(PE)에 비하여 이산화탄소(co2)가 약 20% 저감되고 다이옥신이 발생하지 아니하고 그을음이 발생하지 아니하고 불꽃은 있으나 타는 냄새가 발생하지 아니하는 등의 효과가 있다.

Description

폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법{Refuse Derived Fuel(R.D.F) Using Waste Biodegradable Resin and Manufacturing Methods}
본 발명은 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐 생분해성 수지를 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태로 되게 단계적인 가온으로 용융하고 절단으로 고형연료를 생산하여 고형연료가 연료로 사용될 때 환경오염을 방지할 수 있는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 및 제조방법에 관한 것이다.
폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 및 폴리염화비닐과 같은 합성수지는 산업 전반의 다양한 분야에서 택배봉투, 마트봉투, 백화점봉투, 식품포장봉투, 쓰레기봉투, 건축자재 및 가전제품의 포장 등에서 폭넓게 사용되어 왔으며, 일상생활에서 없어서는 안 될 정도의 위치를 차지하고 있다.
일반적으로 합성수지로 된 쓰레기봉투 등의 형태로 배출되는 가연성 폐기물은 매년 기하급수적으로 증가되고 있으며, 이를 효과적으로 처리하기 위하여 분리수거 하여 재활용함으로써 자원의 낭비를 방지하나 재활용을 위한 가공 처리 시에 환경오염이 발생하므로 우리나라뿐만 아니라 세계적으로 사용하지 못하게 하는 정책이 추진되는 추세에 있다.
상기 쓰레기봉투 등으로 사용된 폐합성수지를 이용한 고형연료 및 그 제조방법에 대한 종래기술을 살펴보면,
대한민국 등록특허공보 제20-0205279호 가연성폐기물을 이용한 재생합성수지원료 및 고체연료의 제조장치(2003년 02월 25일)는 선별된 가연성폐기물이 투입되는 호퍼와, 내부에 스크류(42)가 설치되어 호퍼로부터 투입된 폐기물을 혼합하여 배출하기 위해 호퍼의 하부에 설치되는 혼합기와, 실린더 내부에 압출스크류가 설치되고, 그 외측에는 온도조절장치에 의해 특정온도로 조절되는 열발생장치가 설치되어 투입된 가연성폐기물을 용융압출시키는 압출기와, 상기 압출기의 선단에 설치되며 외주에 냉각부(water jacket)가 구비되어 압출기로부터 배출된 융융압출물을 원통체형상으로 성형하여 노즐부를 통해 배출시키는 성형기와, 일정시간간격으로 절단작업을 수행하여 노즐부로부터 배출된 성형물을 절단하는 커터로 구성된 통상의 가연성폐기물을 이용한 제조장치에 있어서, 상기 압출기의 실린더 내부에는 복수의 날개를 갖는 이중나선구조로 된 압출스크류가 설치되고, 실린더의 외주연에는 가열온도를 달리하는 복수의 열체류재킷이 설치되어 이루어지고, 상기 성형기 본체의 선단에는 내경이 다른 노즐부가 다수로 설치되되 각 노즐부는 성형기의 일측에 힌지 결합구성되고; 상기 열체류재킷은 가열온도가 200~400℃인 제1열체류재킷과, 가열온도가 220~320℃인 제2열체류재킷, 가열온도가 190~290℃인 제3열체류재킷 및 가열온도가 150~250℃인 제4열체류재킷으로 구성된다.
상기 가연성폐기물을 이용한 재생합성수지원료 및 고체연료의 제조장치는 재생합성수지원료의 가열온도가 150~400℃로 가열온도가 높아 폐 생분해성 수지를 재생하여 고체연료로 제조할 수 없는 문제점이 있다.
상기 종래기술에 의해 제조된 고체연료는 합성수지로 구성되어 연료로 사용할 때 불완전 연소에 의하여 환경 호르몬, 이산화탄소 및 유독성의 다이옥신이 생성되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 수거된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 압출기에서 폐 생분해성 수지가 106~112℃에서 젤화(Gel化) 상태, 116~122℃에서 젤(Gel) 상태, 126~132℃에서 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적인 가온으로 용융하고 다이스에서 성형 압출된 후 절단되어 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지를 전혀 사용하지 아니한 펠릿형의 고형연료를 생산하여 고형연료가 연료로 사용될 때 다이옥신과 그을음이 발생하지 아니하는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 쇄절된 폐 생분해성 수지를 압출기에서 첫 용융 시에 젤화(Gel化) 상태, 젤((Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적인 가온으로 용융된 후 다이스에서 압출되고 절단기에서 절단되어 고형연료로 생산된다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 상기 압출기는 제어부에 의하여 폐 생분해성 수지를 히터가 106~112℃로 제어되어 젤화(Gel化) 상태로 용융하고 116~122℃로 제어되어 젤(Gel) 상태로 용융하고 히터 126~132℃로 제어되어 졸화(Sol化) 상태로 용융하여 생산된다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 상기 폐 생분해성수지가 절단기에서 절단된 후 냉각수조에서 가소화된다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 제조방법은 쇄절된 폐 생분해성 수지가 압출기에서 첫 용융 시에 젤화(Gel化)상태용융단계, 젤(Gel)상태용융단계, 졸화(Sol化)상태용융단계의 단계적으로 가온하여 용융하는 용융압출단계와; 상기 용융압출단계 후 용융된 폐 생분해성 수지를 다이스에서 일정한 형상의 고형형태로 압출하는 고형화압출단계와; 상기 고형화압출단계 후 고형형태의 압출물을 절단기에서 절단되어 일정한 형상의 길이로 된 고형연료로 형성하는 절단단계로 이루어진 진다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 제조방법은, 상기 젤화(Gel化)상태용융단계는 폐 생분해성 수지를 106~112℃에서 용융하고, 젤(Gel)상태용융단계는 젤화(Gel化) 상태로 용융된 폐 생분해성 수지를 116~122℃1에서 용융하고, 졸화(Sol化)상태용융단계는 젤(Gel) 상태의 용융로 용융된 폐 생분해성 수지를 126~132℃에서 용융한다.
본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법은 폐 생분해성 수지 또는 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물의 폐 생분해성 수지가 압출기에서 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태의 단계적인 가온으로 용융된 후 다이스에서 압출 성형할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 및 제조방법은 다이스에서 성형 압출되는 압출물이 냉각수조에 가소화되어 가소화가 빨리되고 가소화 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지를 전혀 사용하지 않고 생분해성 화합물 또는 생분해성 화합물 및 톱밥으로 조성되어 연소 시 폴리에틸렌(PE)에 비하여 이산화탄소(co2)가 약 20% 저감되고 다이옥신이 발생하지 아니하고 그을음이 발생하지 아니하고 불꽃은 있으나 타는 냄새가 발생하지 아니하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 생분해성 수지로 구성되어 연소 효율이 합성수지보다 높고 화력이 나무보다 양호한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료는 쇄절된 폐 생분해성 수지 100중량부에 대하여 톱밥 15~30중량부가 더 포함되어 톱밥의 연소 시에 미세먼지 및 연소 연기가 발생하지 아니하는 효과가 있다.
도 1: 본 발명 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료를 생산하는 쇄절기, 압출기, 절단기 및 냉각소조의 상태도.
도 2: 본 발명을 생산하기 위한 제조방법의 순서도.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명한다.
일반적으로 공업용 합성수지 필름은 농업용 필름보다 두껍기 때문에 분해기간이 길어지는 문제점이 있고 땅속에 묻는 확률이 적기 때문에 수거가 용이하여 재활용하는 폐필름이 많으나 대부분 소각 처리함으로써 소각 시에 다이옥신 및 그을음 등이 발생하여 환경 오염을 유발하게 된다.
본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료(10)는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지가 포함되지 아니하고 무기물로 된 생분해성 수지의 폐 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물로 제작되어 연료로 사용 시에 폴리에틸렌(PE)에 비하여 이산화탄소(co2)가 약 20% 저감되고 다이옥신(dioxin)이 발생하지 아니하고 불꽃은 있으나 타는 냄새가 발생하지 아니하고 그을음이 발생하지 아니하여 환경오염을 방지할 수 있다.
또한, 상기 고형연료(10)는 폴리에틸렌(PE) 등과 같은 합성수지를 전혀 사용하지 않고 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물로 조성되어 일정시간이 경과 된 후에는 자연상태에서 미생물에 의해 완전하게 생분해가 된다.
본 발명의 고형연료(10)는 택배봉투, 마트봉투, 백화점봉투, 식품포장봉투, 일회성 포장봉투, 생활 및 음식물 쓰레기봉투 등으로 사용되어 폐기하는 폐 생분해성 수지를 수집한 후 약 10cm 간격으로 쇄절기(30) 등의 절단장치로 쇄절하여 쇄절된 폐 생분해성 수지를 준비한다.
상기 폐 생분해성 수지를 쇄절함으로써 압출기(20) 내의 호퍼(22)에 투입이 용이하게 되고 스크류(23)에 의해 실린더(21) 내에서의 이동이 용이하게 되며, 쇄절 간격은 절대적인 것이 아니며 호퍼(22) 내의 투입과 실린더(21) 내에서의 이동이 용이한 길이면 충분하다.
본 발명의 고형연료(10)는 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물의 첫 용융을 압출기(20)의 히터(24)에 의하여 압출기(20)에서 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태, 졸(Sol) 상태로 되게 단계적인 가온에 의하여 용융 압출로 생산된다.
본 발명에서 용융이라 함은 폐 생분해성 수지에서 폐 생분해성 수지를 용융하는 것이고 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물에서 폐 생분해성 수지를 용융하며 톱밥은 용융하는 것이 아니다. 즉 톱밥은 목재의 가공 과정에서 발생하는 부산물로서 융융될 수 없으므로 톱밥을 용융하는 것이 아니다.
상기 압출기(20)는 공급부, 압출부, 동력부로 구성되고, 공급부는 상부가 개방된 호퍼(22)로 구성되며, 호퍼(22)는 실온에서 고형연료(10)의 원료인 폐 생분해성 수지의 칩, 즉 쇄절된 폐 합성수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 충진되고 생분해성 수지 칩 또는 생분해성 수지 칩 및 톱밥의 혼합물을 압출부로 공급하며 칩형 수지 또는 생분해성 수지 칩 및 톱밥은 호퍼(22) 하부의 출구를 통하여 중력에 의하여 압출부의 실린더(21) 내로 유출된다.
상기 압출부는 스크류(23), 실린더(21), 히터(24)로 구성되며, 스크류(23)는 회전되는 원주형의 스크류축과, 스크류축의 외주면에 일체형으로 구성되는 나선날개와, 스크류(23)가 내재되고 내경이 나선날개의 외경과 인접되는 실린더(21)와, 실린더(21)의 외주면을 감싸는 가열판으로 구성되고 전원에 연결되어 전원에 의하여 열을 발생하는 히터(24)로 구성되고 용융된 폐 생분해성 수지 또는 용융된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물을 배출하는 배출구가 구성된다.
상기 동력부는 감속기(25) 및 모터(26)로 구성되며, 상기 모터(26)는 전원에 의하여 작동되며, 감속기(25)는 모터(26)의 회전축에 연결되고 감속기어가 구성되어 모터(26)의 회전을 감속하여 스크류축에 회전 동력을 전달하고, 히터(24) 및 모터(26)를 제어하는 제어부(미도시)가 별도 구성된다.
상기 호퍼(22)에 쇄절된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 충진되면 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물은 호퍼(22)의 출구를 통하여 압출부에 도달하면 제어부(미도시)의 제어에 의하여 모터(26)의 가동에 의한 회전으로 모터(26)에 연동된 스크류축이 회전하게 된다.
일반적인 폐 합성수지에 의해 생산되는 고형연료는 모터의 가동 전에 히터(24)에 의해 폐 합성수지 칩이 용융되는 160~220℃로 충분하게 압출기(91)의 실린더(21)를 가열한 상태에서 폐 합성수지 칩이 실린더(21)로 공급되어 바로 용융되면서 모터의 회전으로 스크류(23)의 회전에 의하여 압출기(20)에서 압출되어 생산되는 것이나 본 발명의 고형연료(10)는 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물의 첫 용융시에 압출기(20)의 히터(24)에 의하여 압출기(20)에서 폐 생분해성 수지가 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태, 졸(Sol) 상태로 되게 제어부(미도시)에 의하여 단계적인 가온에 의하여 용융 생산된다.
상기 제어부(미도시)의 제어에 의하여 히터(24)의 온도를 상승시켜 압출기(20)의 실린더(21) 내에 충진된 최초의 폐 생분해성 수지 또는 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물이 106~112℃ 되게 한 후 폐 생분해성 수지가 젤화(Gel化) 상태로 용융하며 여기에서 젤화(Gel化) 상태란 실린더(21) 내에 충진된 폐 생분해성 수지의 융융된 용액이 젤리(jelly), 즉 반고체 상태로 응고되기 전의 상태를 말하며 폐 생분해성 수지는 105℃ 이하에서 젤화(Gel化) 상태의 용융이 곤란하게 된다.
상기 압출기(20)의 실린더(21) 내의 젤화(Gel化) 상태의 폐 생분해성 수지 용융물 또는 폐 생분해성 수지 및 톱밥 용융물은 제어부(미도시)의 제어에 의하여 히터(24)의 온도를 상승시켜 116~122℃ 상태에서 폐 생분해성 수지가 젤(Gel) 상태로 용융되며, 여기에서 젤(Gel) 상태란 실린더(21) 내에 충진된 폐 생분해성 수지의 융융된 용액이 젤리(jelly), 즉 반고체 상태로 응고된 상태로서 분산되어 있던 입자(Sol)가 망상구조를 이루며 굳어져 젤리 모양으로 고체 같으나 물컹물컹하고 부들부들한 점탄성 고체 상태를 말하며 폐 생분해성 수지는 113~115℃일 때 젤화(Gel化) 상태에서 젤(Gel) 상태로 진행되어 젤화(Gel化) 상태와 젤(Gel) 상태의 구분이 명확하게 되지 않게 된다.
상기 압출기(20)의 실린더(21) 내의 젤(Gel) 상태의 폐 생분해성 수지는 제어부(미도시)의 제어에 의하여 히터(24)의 온도를 상승시켜 126~132℃ 상태에서 졸화(Sol化) 상태로 용융되며, 여기에서 졸화(Sol化) 상태란 실린더(21) 내에 충진된 폐 생분해성 수지의 융융된 용액이 분산된 입자와 유동성을 어느 정도 갖고 있으나 점탄성 유체가 되기 전의 상태, 즉 젤(Gel)과 졸(Sol) 중간 상태를 하며 폐 생분해성 수지는 123~125℃일 때 젤(Gel) 상태에서 졸화(Sol化) 상태로 진행되어 젤(Gel) 상태와 졸화(Sol化) 상태의 구분이 명확하게 되지 않게 된다.
상기 폐 생분해성 수지를 젤화(Gel化) 상태, 젤((Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적으로 가온하는 시간은 압출기(20)의 실린더(21) 내에 충진되는 폐 생분해성 수지의 량에 따라 차이가 있으므로 가온 시간은 한정하지 아니한다.
폐 합성수지는 합성수지의 종류에 따라 상이하지만 160~220℃에서 용융되므로 106~~141℃에서 용융할 수 없고, 생분해성 수지는 143℃ 이상의 온도에서는 용융 용액이 물과 같은 액체로 된 상태, 즉 액상(液狀)으로 되어 압출기(20)의 실린더(21) 내에서 액상 상태로 스크류(23)의 회전에 의해 압출하게 되어 액상의 용융 용액이 고형연료(10)로 성형할 수 없게 된다.
따라서, 상기 폐 생분해성 수지의 첫 용융 시 또는 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물의 첫 용융 시는 폐 생분해성 수지를 압출기(20)에서 젤화(Gel化) 상태, 젤((Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태로 단계적으로 가온한 상태에서 압출하여야 한다. 상기 단계적 가온은 폐 생분해성 수지의 용융시간을 짧게 하여 압출기(20)에서 압출되는 용융 조성물의 액상화(液狀化) 상태를 최소화되게 하여 졸화(Sol化) 상태의 유지가 원활하게 되어 고형연료(10)의 압출이 용이하게 된다.
상기와 같이 폐 생분해성 수지의 단계적인 가온을 하기 위한 방법으로 압출기(20)에 구성된 히터(24)의 전체의 온도를 동일하게 제어하는 방법이 있을 수 있고, 각각의 히터(24)의 온도를 상이하게 제어, 즉 히터(24)를 다수개로 구성하여 호퍼(22)에 인접한 히터(24)는 폐 생분해성 수지가 젤화(Gel化) 상태로 용융되는 온도로 제어하고 호퍼(22)에서 간격이 많이 떨어지는 히터(24)로 단계적으로 가온 제어하되 마지막 히터(24)는 졸화(Sol化)로 용융되는 온도로 제어한다.
다시 말하면, 상기 압출기(20)의 출구로 갈수록 온도를 단계적으로 상승 제어하여 압출기(20)의 출구에 인접한 히터(24)는 폐 생분해성 수지가 졸(Sol) 상태로 용융되게 온도를 제어하게 되면 폐 생분해성 수지는 실린더(21) 내에 투입된 후 젤화(Gel化) 상태, 젤((Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태로 단계적으로 용융되어 압출기(20)의 출구에서 토출되면 고형연료(10)로 성형된다.
상기 폐 생분해성 수지는 첫 용융이 압출기(20)에서 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적인 가온으로 용융한 후 압출기(20)에서 압출 토출되면 고형연료(10)로 양호하게 성형된다.
상기 압출기(20)의 실린더(88)을 배출구 방향으로 갈수록 직경을 감소하게 구성하면 폐 생분해성 용융 수지가 스크류(83)가 회전함에 따라 스크류(83)의 나선날개에 의해 점진적으로 배출구 방향으로 이송되면서 점차적으로 압축되게 된다.
상기 폐 생분해성 수지가 수거되면 쇄절기(30)에서 쇄절된 후 압출기(20)로 투입, 즉 압출기(20)의 호퍼(22)로 투입되어 압출기(20)에서 용융된다. 상기 쇄절기(30)는 호퍼(22)의 상부에 구성되거나 별도로 구성되어 쇄절기(30)에서 폐 생분해성 수지의 쇄절물을 컨베어 또는 인력 등에 의하여 압출기(20)로 이송한다. 상기 쇄절기(30)는 절단칼로 구성되어 절단칼의 상하 또는 좌우 이동에 의하여 폐 생분해성 수지가 쇄절되거나 한 쌍의 절단스크류(33)로 구성되어 절단스크류(33)의 회전에 의하여 폐 생분해성 수지가 쇄절된다.
상기 절단스크류(33)로 구성된 쇄절기(30)는 호퍼, 쇄절부, 동력부로 구성되고, 호퍼(32)는 상부가 개방되고 수거된 폐 생분해성 수지, 즉 폐 생분성 수지의 쓰레기봉투 등이 공급되게 하고, 쇄절부는 한 쌍의 절단스크류(33)로 구성되어 호퍼(32)로 공급된 쓰레기봉투 등을 쇄절하고, 동력부는 쇄절부에 동력을 전달한다.
상기 호퍼(32)는 실온에서 수거된 폐 생분해성 수지, 즉 생분성 수지로 된 쓰레기봉투 등이 충진되고 쓰레기봉투 등이 쇄절부로 공급되게 한다. 상기 쇄절부는 절단스크류(33)로 구성되고, 절단스크류(33)는 한 쌍으로 구성되고 회전되는 원주형의 스크류축과, 스크류축의 외주면에 일체형으로 구성되는 나선날개로 구성되며 한 쌍의 나선날개는 인접하게 구성되고 나선날개의 끝과 호퍼(32)의 내주면 사이에도 인접하게 구성된다.
상기 동력부는 감속기(미도시) 및 모터(미도시)로 구성되며, 모터(미도시)는 전원에 의하여 작동되며, 감속기(미도시)는 모터(미도시)의 회전축에 연결되고 감속기어가 구성되어 모터(미도시)의 회전을 감속하여 스크류축에 회전 동력을 전달하고, 모터(26)를 제어하는 제어부(미도시)가 별도 구성된다.
상기 호퍼(32)에 쓰레기봉투 등의 폐 생분해성 수지만 충진되면 폐 생분해성 수지는 한 쌍의 절단스크류(33)의 회전에 의하여 쇄절되고 쇄절된 쓰레기봉투 등의 칩이 호퍼(32)의 출구를 통하여 압출기(20)로 배출되고, 호퍼(32)에 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물이 충진되면 폐 생분해성 수지는 한 쌍의 절단스크류(33)의 회전에 의하여 쇄절되면서 별도로 구성된 혼합기(미도시) 또는 스크류(미도시)에 의하여 호퍼(22) 내에서 톱밥과 혼합되어 혼합물이 호퍼(32)의 출구를 통하여 압출기(20)로 배출되며 제어부(미도시)의 제어에 의하여 모터(미도시)의 가동에 의한 회전으로 모터(미도시)에 연동된 절단스크류축이 회전하게 된다.
상기 톱밥은 절단, 연마, 사포질 따위로 목재를 가공하는 과정에서 발생하는 부산물로서 고운 목재 입자로 구성되어 가연성이 크며 쇄절된 폐 생분해성 수지 100중량부에 대하여 톱밥 15~30중량부가 더 포함된다.
상기 톱밥이 15중량부 미만인 경우에는 폐 생분해성 수지의 고형화가 용이하면서 톱밥의 연소에 의해 미세먼지 및 연소 연기가 발생하지 아니하고, 톱밥이 30중량부 이상인 경우에는 고형연료의 연소 시에 톱밥의 연소에 의해 미세먼지 및 연소 연기가 발생하는 경우가 있다.
상기 압출기(20)의 끝단, 즉 용융된 폐 생분해성 수지 또는 용융된 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물이 압출되는 부분에서 폐 생분해성 수지 또는 용융된 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물의 절단면을 형상을 형성하는 다이스(40)가 구성된다. 상기 다이스(40)는 압출기(20)의 끝단에 체결되고 압출기(20)에 용융된 폐 생분해성 수지 또는 용융된 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물이 통과되며 압출되는 폐 생분해성 수지 또는 용융된 폐 생분해성 수지 및 톱밥 혼합물, 즉 고형연료(10)의 횡단면 형상을 결정하게 된다.
상기 다이스(40)의 내경이 원형이면 고형연료(10)의 횡단면 형상이 원형으로 압출되고, 다이스(40)의 내경이 4각형이면 고형연료(10)의 횡단면 형상이 사각형으로 압출된다. 상기 다이스(40)를 통해 배출되는 고형연료(10), 즉 펠릿은 다이스(40)의 내경에 의해 일정한 형태를 유지하게 되므로 다이스(40)는 고형연료(10)가 다양한 모양과 형상을 성형할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다.
상기 절단기(50)는 절단날이 구성되어 압출기(20)에서 용융 압출되고 다이스40)에서 형상화된 고형연료(10)를 절단날의 상하 또는 좌우 이동에 의하여 절단하게 되어 고형연료(10)가 일정한 길이의 완성된 펠릿이 되며, 절단날은 제어부(미도시)에 의해 유압 또는 공압에 의하여 제어 작동된다.
상기 절단기(50)에서 일정 길이로 된 고형연료(10)는 압출기(20)에서 용융 온도에 의한 잔류 열이 잔존하여 가소화에 시간이 소요되므로 잔열이 남아 있는 고형연료(10), 즉 절단기(50)에서 절단된 고형연료(10)의 고체화를 촉진하기 위하여 냉각수조(60)가 구성된다.
상기 냉각수조(60)는 방형 또는 원형의 통으로 구성되어 내부에 고형연료(11)를 냉각하는 물이 충진되며, 고형연료(10)가 절단기(50)에서 절단되지 마자 냉각수조(50) 내에 낙하되어 냉각수에 의하여 가소화되어 가소화가 빨리되고 가소화 비용이 절감된다.
일반적으로 폐 합성수지로 재생된 고형연료는 발열량이 4,500kcal/kg 정도이나 폐 생분해성 수지로 재생된 고형연료(10)는 발열량이 6,000kcal/kg 정도로서 연소 효율이 폐 합성수지보다 높고 화력이 나무보다 양호하고 고형연료의 환경부 제시 규격을 충족하고 폐 합성수지 고형연료에 비하여 상대적으로 경제성이 높다.
일반적으로 공업용 필름, 즉 쓰레기봉투 등에 사용되는 필름은 어느 정도의 강도가 유지되어야 하므로 농업용 멀칭필름보다 두께가 두껍게 제작되고, 농업용 멀칭필름은 토양에 사용되므로 공업용 필름보다 땅에 묻힐 확률이 높고 그냥 폐기하는 경향이 있어서 수거가 절되게 된다.
그러므로 상기 쓰레기봉투로 사용된 합성수지 필름은 농업용 멀칭필름보다 분해기간이 길게 되고 사용자가 일부러 땅에 묻어야 하는 불편이 따르게 되므로 본 발명은 이러한 불편함을 해소하기 위하여 생분해성 수지를 수거하여 이를 고형연료(10)로 재생하는 것이다.
본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료의 제조방법은 폐 생분해성 수지를 수집하여 절단하거나 폐 생분해성 수지의 수집 절단 및 톱밥을 수집하는 준비단계(S10), 쇄절된 폐 생분해성 수지를 호퍼(22)에 투입하거나 쇄절된 폐 생분해성 수지와 톱밥을 동시에 호퍼(22)에 투입하는 투입단계(S20), 쇄절된 폐 생분해성 수지를 압출기(20)에 투입하여 용융하는 용융압출단계(S30), 압출기(20)의 폐 생분해성 용융수지를 고형형태로 압출하는 고형화압출단계(S40), 압출기(20)에서 압출된 고형형태의 압출물을 절단하는 절단단계(S50) 및 절단된 압출물을 냉각하여 가소화하는 가소화단계(S60)로 이루어지고, 용융압출단계(S30)는 용융온도에 따라 젤화(Gel化)상태용융단계(S31), 젤(Gel)상태용융단계(S32) 및 졸화(Sol化)상태용융단계(S33)로 이루어진다.
상기 준비단계(S10)는 쓰레기봉투 등으로 사용되어 폐기하는 폐 생분해성 수지를 수집한 후 압출기(20) 내의 호퍼(22)에 투입이 용이하고 스크류(23)에 의해 실린더(21) 내에서의 이동이 용이하게 수집된 폐 생분해성 수지를 약 10cm 간격으로 쇄절기(30) 등의 절단장치로 쇄절하여 쇄절된 폐 생분해성 수지를 준비하거나 폐 생분해성 수지의 수집 절단과 동시에 톱밥을 수집하는 단계이다.
상기 쇄절기(30)는 호퍼(22)의 상부에 구성되거나 별도로 구성되고 절단칼로 구성되어 절단칼의 상하 또는 좌우 이동에 의하여 폐 생분해성 수지가 쇄절되거나 한 쌍의 절단스크류(33)로 구성되어 절단스크류(33)의 회전에 의하여 폐 생분해성 수지가 쇄절되며 쇄절기(30)에서 폐 생분해성 수지의 쇄절물을 컨베어 또는 인력 등에 의하여 압출기(20)로 이송한다.
상기 투입단계(S20)는 준비단계(S10) 후 수행되는 단계로서 쇄절된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥을 호퍼(22)에 투입하여 쇄절된 폐 생분해성 수지의 용융되게 하기 위한 준비를 하며 호퍼(22)에 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥이 동시에 투입된 경우에는 쇄절된 폐 생분해성 수지와 톱밥을 혼합하며 이들은 호퍼(22)에 투입된 후 별도로 구성된 혼합기(미도시) 또는 스크류(미도시)에 의하여 호퍼(22) 내에서 혼합한다.
상기 쇄절된 폐 생분해성 수지 100중량부에 대하여 톱밥 15~30중량부가 더 포함되며, 톱밥은 절단, 연마, 사포질 따위로 목재를 가공하는 과정에서 발생하는 부산물로서 고운 목재 입자로 구성되어 가연성이 크다.
상기 톱밥이 15중량부 미만인 경우에는 폐 생분해성 수지의 고형화가 용이하면서 톱밥의 연소에 의해 미세먼지 및 연소 연기가 발생하지 아니하고, 톱밥이 30중량부 이상인 경우에는 고형연료의 연소 시에 톱밥의 연소에 의해 미세먼지 및 연소 연기가 발생하는 경우가 있다.
상기 용융압출단계(S30)는 투입단계(S20) 후 수행되는 단계로서 쇄절된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 압출기(20)의 실린더(21) 내에서 히터(24)의 단계적인 가온에 의하여 용융하는 단계로서 호퍼(22)를 통해 투입된 쇄절된 폐 생분해성 수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물을 106~132℃로 가온하여 폐 생분해성 수지가 단계적으로 젤화(Gel化) 상태, 젤(Gel) 상태, 졸화(Sol化) 상태, 졸(Sol) 상태로 되게 용융되게 하여 압출기(20)에서 외부로 압출로 고형화가 될 수 있게 한다.
상기 압출기(20)는 폐 생분해성 수지의 칩, 즉 쇄절된 폐 합성수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물을 공급하고 상부가 개방된 호퍼(22)와, 호퍼(22)로 공급된 폐 합성수지 칩을 포용하는 실린더(21)와, 폐 합성수지 칩을 용융하는 히터(24)와, 용융물 및 톱밥을 이송하는 스크류(23) 등으로 구성되어 폐 생분해성 수지의 칩을 용융 이송한다.
상기 고형화압출단계(S40)는 용융압출단계(S30) 후 수행되는 단계로서 압출기(20)에서 용융된 폐 생분해성 용융수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물이 졸(Sol) 상태가 되면 스크류(20)의 회전에 의하여 배출구와 배출구에 일체형으로 구성된 다이스(40)를 통하여 배출되면서 폐 생분해성 용융수지 또는 쇄절된 폐 생분해성 수지 및 톱밥의 혼합물을 고형형태로 압출하는 단계로서 다이스(40)의 내경 형상에 따라 일정한 형태의 고형연료(10)의 횡단면 형상이 압출된다.
상기 절단단계(S50)는 고형화압출단계(S40) 후 수행되는 단계로서 압출기(20)에서 용융 압출되고 다이스(40)에서 형상화되어 방출되는 고형 형태의 압출물을 절단날에 의하여 절단하여 일정한 길이의 완성된 펠릿으로 된 고형연료(10)가 완성되게 한다.
상기 가소화단계(S60)는 절단단계(S50) 후 수행되는 단계로서 절단단계(S50)에서 형성된 고형연료(10)는 압출기(20)에서 용융 온도에 의한 잔류 열이 잔존하여 가소화에 시간이 소요되므로 잔열이 남아 있는 절단된 고형연료(10)를 냉각수조(60) 내에서 냉각하여 가소화, 즉 단단하게 한다.
상기 젤화(Gel化)상태용융단계(S31)는 히터(24)에 의해 압출기(20)의 실린더(21) 내에 충진된 최초의 폐 생분해성 수지를 106~112℃에서 젤화(Gel化) 상태, 즉 젤리(jelly)로 응고되기 전의 상태로 용융한다.
상기 젤(Gel)상태용융단계(S32)는 젤화(Gel化)상태용융단계(S31) 후 수행되는 단계로서 실린더(21) 내에서 젤화(Gel化) 상태로 용융된 폐 생분해성 수지를 116~122℃에서 젤(Gel) 상태, 즉 고체 같으나 물컹물컹하고 부들부들한 점탄성 고체 상태로 용융한다.
상기 졸화(Sol化)상태용융단계(S33)는 젤(Gel)상태용융단계(S32) 후 수행되는 단계로서 실린더(21) 내에서 젤(Gel) 상태로 용융된 폐 생분해성 수지를 126~132℃에서 졸화(Sol化) 상태, 즉 젤(Gel)과 졸(Sol) 중간 상태로 용융하여 고형연료(10)의 압출이 용이하게 한다.
본 발명의 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료의 제조방법에 대한 효과는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료에서 기술한 효과로 대체한다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않으며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 점에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
그러므로 본 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되고 본 발명의 출원 시점에 있어서 변형 예들이 가능하거나 존재할 수 있음을 이해하여야 할 것이고 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 본 발명의 고형연료 20: 압출기
21: 실린더 22, 32: 호퍼
23: 스크류 24: 히터
25: 감속기 26: 모터
30: 쇄절기 33: 절단스크류
40: 다이스 50: 절단기
60: 냉각수조

Claims (5)

  1. 택배봉투, 마트봉투, 백화점봉투, 식품포장봉투, 일회성 포장봉투, 생활 및 음식물 쓰레기봉투로 사용되어 폐기하는 폐 생분해성 수지를 절단장치로 쇄절하고:
    쇄절된 폐 생분해성 수지를 압출기에서 첫 용융 시에 106~112℃에서 반고체 상태로 응고되기 전의 상태의 젤화(Gel化) 상태, 116~122℃에서 반고체 상태의 젤(Gel) 상태, 126~132℃에서 점탄성 유체가 되기 전 상태의 졸화(Sol化) 상태가 되게 단계적으로 용융하고;
    용융된 폐 생분해성 수지가 다이스에서 압출되고 절단기에서 절단되어 일정한 형상의 길이로 된 고형연료인 것을 특징으로 하는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 택배봉투, 마트봉투, 백화점봉투, 식품포장봉투, 일회성 포장봉투, 생활 및 음식물 쓰레기봉투로 사용되어 폐기하는 폐 생분해성 수지를 절단장치로 쇄절하는 단계와;
    쇄절된 폐 생분해성 수지를 압출기에서 첫 용융 시에 106~112℃에서 반고체 상태로 응고되기 전의 상태의 젤화(Gel化)상태용융단계, 116~122℃에서 반고체 상태의 젤(Gel)상태용융단계, 126~132℃에서 점탄성 유체가 되기 전의 상태의 졸화(Sol化)상태용융단계인, 단계적으로 용융하는 용융압출단계와;
    상기 용융압출단계 후 용융된 폐 생분해성 수지를 다이스에서 일정한 형상의 고형형태로 압출하는 고형화압출단계와;
    상기 고형화압출단계 후 고형형태의 압출물을 절단기에서 절단되어 일정한 형상의 길이로 된 고형연료로 형성하는 절단단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐 생분해성 수지를 이용한 고형연료 제조방법.
  5. 삭제
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