KR102538835B1 - 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템 - Google Patents

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윤경연
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조한권
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Abstract

본 발명은 범용 폐플라스틱의 리사이클을 위한 연속적인 분류 시스템에 있어서: 호퍼(11)에 저장된 폐플라스틱을 공정슈트(15)로 이송하는 본체(10); 상기 본체(10)의 내부에서 폐플라스틱의 세척ㆍ절단ㆍ탈수를 처리하는 중간처리부재(20); 상기 공정슈트(15)에 연결되는 환형의 수류조(31)를 구비하고, 설정된 비중의 폐플라스틱을 분류슈트(35)로 송출하는 비중선별부재(30); 상기 비중선별부재(30)의 하류측에 점착롤러(41)를 구비하고, 설정된 점착성의 폐플라스틱을 분류슈트(45)로 송출하는 점착선별부재(40); 및 상기 비중선별부재(30)와 점착선별부재(40)를 거쳐 이송되는 잔여 폐플라스틱을 선별하는 잔여선별부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 생활쓰레기로 폐기되는 플라스틱을 다량으로 투입하여도 최소한의 인원으로 설정된 기준에 따라 연속적이고 자동적으로 분류하므로 생력화에 의한 생산성 향상과 비용절감을 도모하는 효과가 있다.

Description

폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템{Continuous sorting system for waste plastic recycle}
본 발명은 폐플라스틱 리사이클에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 폐기되는 플라스틱을 다량으로 투입하여도 설정된 기준에 따라 연속적으로 분류하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템에 관한 것이다.
기후변화와 환경에 대한 민관의 관심이 높아지고 범세계적인 규제까지 강화되는 상황에서 근래에는 폐플라스틱 자원이 기계적 재활용에서 화학적 재활용 영역으로 확산되는 추세이다. 폐플라스틱 열분해유를 석유제품 원료로 활용할 경우 탄소 감축효과를 고려해 탄소배출권의 인정도 가시화되고 있다. 이와 같은 자원 리사이클의 출발은 전국 각지에서 수거된 폐플라스틱을 신속하고 정확하게 분류하는 공정의 생력화에 있다.
이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 공개특허공보 제2021-0095333호(선행문헌 1), 일본 공개특허공보 제2022-072351호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.
선행문헌 1은 근적외선 센서에 의해 PE, PP, PS, PET를 종류별로 선별하는 과정과, 경량 플라스틱류로 분류하기 위한 풍력선별과정과, 경량 플라스틱류에서 알루미늄 캔 등을 선별하는 과정과, 파쇄된 경량플라스틱류를 수조에서 비중차로 선별하는 과정과, 혼합플라스틱을 정전선별기를 이용하여 세밀하게 선별하는 과정 등을 포함한다. 이에, 인력과 인건비 절감을 통하여 폐기물 재생산 산업에 채산성을 호전시키는 효과를 기대한다.
선행문헌 2는 폐기물을 60㎜ 이상의 크기로 파쇄하는 파쇄기, 비중 1의 용액에서 부유물과 침강물로 분류하는 제1비중선별기, 부유물을 50㎜ 이하의 크기로 분쇄하는 분쇄기, 분쇄물을 비중 1 이하의 용액에서 부유물과 침강물로 분류하는 제2비중선별기 등을 포함한다. 이에, 대상물을 최적의 크기로 함으로써 용도별 원료를 효율적으로 제조하는 효과를 기대한다.
다만, 상기한 선행문헌에 의하면 공정 간에 인력이 필요할 것으로 추정되므로 생력화의 측면에서 개선의 여지를 보이고 있다.
한국 공개특허공보 제2021-0095333호 "효율적인 폐플라스틱 선별장치 및 방법" (공개일자 : 2021.08.02.) 일본 공개특허공보 제2022-072351호 "리사이클 재료의 제조장치, 폐기물의 비중선별 처리장치" (공개일자 : 2022.05.17.)
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 생활쓰레기로 폐기되는 플라스틱을 다량으로 투입하여도 최소한의 인원으로 설정된 기준에 따라 연속적이고 자동적으로 분류하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 범용 폐플라스틱의 리사이클을 위한 연속적인 분류 시스템에 있어서: 호퍼에 저장된 폐플라스틱을 공정슈트로 이송하는 본체; 상기 본체의 내부에서 폐플라스틱의 세척ㆍ절단ㆍ탈수를 처리하는 중간처리부재; 상기 공정슈트에 연결되는 환형의 수류조를 구비하고, 설정된 비중의 폐플라스틱을 분류슈트로 송출하는 비중선별부재; 상기 비중선별부재의 하류측에 점착롤러를 구비하고, 설정된 점착성의 폐플라스틱을 분류슈트로 송출하는 점착선별부재; 및 상기 비중선별부재와 점착선별부재를 거쳐 이송되는 잔여 폐플라스틱을 선별하는 잔여선별부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 하단의 영역에 PE, PET, PP, PS, PVC, ABS 수집용 분류함을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 중간처리부재는 급수부의 용수와 탈수기의 열원을 후속 공정에서 활용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 비중선별부재는 비중이 1보다 큰 PVC를 선별판으로 수집하여 분류롤러로 이송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 점착선별부재는 105~115℃의 점착롤러로 PE를 점착하고 선별판으로 탈락을 유발하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잔여선별부재는 분광선별기 및 정전선별기 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 생활쓰레기로 폐기되는 플라스틱을 다량으로 투입하여도 최소한의 인원으로 설정된 기준에 따라 연속적이고 자동적으로 분류하므로 생력화에 의한 생산성 향상과 비용절감을 도모하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 입면 상태로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 비중선별부재를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 점착선별부재를 나타내는 모식도
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제어회로를 나타내는 블록도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 범용 폐플라스틱의 리사이클을 위한 연속적인 분류 시스템에 관하여 제안한다. 생활쓰레기로 폐기되는 범용 플라스틱을 다량으로 투입하여 분류하는 시스템을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 범용 폐플라스틱을 PE(HDPE, LDPE), PP, PS 등으로 분류하는 것은 서로 다른 재질이 섞일 경우 재활용 물품으로 변환하기 어려운 점에 기인한다.
본 발명에 따르면 본체(10)가 호퍼(11)에 저장된 폐플라스틱을 공정슈트(15)로 이송하는 구조를 이루고 있다.
도 1을 참조하면, 본체(10)를 구성하는 호퍼(11), 인출구(12), 인출롤러(13), 공정슈트(15) 등이 나타난다. 본체(10)는 상면이 개방된 원통형 사일로 형태로 형성하고 상면 개구에 깔때기 형태의 호퍼(11)를 갖춘다. 호퍼(11)의 중앙 하단에는 인출구(12)와 인출롤러(13)를 설치한다. 차량으로 수거ㆍ운반된 폐플라스틱은 호퍼(11)의 상단으로 연속적으로 투입 가능하다. 인출롤러(13)는 일정량의 폐플라스틱을 인출하여 공정슈트(15) 상으로 이송한다. 공정슈트(15)는 복수의 공정에 적용될 수 있고, 폐플라스틱을 정렬된 상태로 이송할 수 있다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체(10)는 하단의 영역에 PE, PET, PP, PS, PVC, ABS 수집용 분류함(17)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1의 평면 상태에서, 본체(10)의 하단에 다수의 분류함(17)이 설치된 상태를 나타낸다. 6종류의 범용 폐플라스틱은 후술하는 공정을 거쳐 각각의 분류함(17)에 수집된다. 분류함(17)은 폐플라스틱을 단순하는 수집하는 외에 작은 크기로 파쇄ㆍ분쇄ㆍ압착하는 수단을 갖출 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 중간처리부재(20)가 상기 본체(10)의 내부에서 폐플라스틱의 세척ㆍ절단ㆍ탈수를 처리하는 구조를 이루고 있다.
도 1에서, 중간처리부재(20)는 본체(10)의 특정 영역(공정)이 아닌 복수의 공정으로 분산된다. 중간처리부재(20)는 급수부(21), 세척기(23), 절단기(25), 탈수기(27)를 포함한다. 급수부(21)는 저수조, 펌프, 밸브 등을 포함하며 외부의 상수원(도시 생략)과 연결될 수 있다. 세척기(23)는 폐플라스틱의 세척을 위한 세척수를 분사한다. 절단기(25)는 폐플라스틱을 분류가 용이하도록 일정한 크기(예를 들어 40~60㎜)로 절단한다. 탈수기(27)는 원심력, 열풍 등을 부가하여 폐플라스틱에 뭍은 세척수를 제거한다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 중간처리부재(20)는 급수부(21)의 용수와 탈수기(27)의 열원을 후속 공정에서 활용하는 것을 특징으로 한다.
후술하는 비중선별부재(30)는 급수부(21)에서 제공되는 용수를 활용하고 후술하는 점착선별부재(40)는 탈수기(27)에서 제공되는 열풍을 활용한다. 이와 같은 방식에 의하면 시스템 전체의 에너지 효율을 높일 수 있다. 물론, 도시에는 생략하나, 복수의 본체(10)로 하나의 분류 시스템을 구성하는 경우 각각의 본체(10) 사이에 용수와 열원을 공유(분배)하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 공정슈트(15)에 연결되는 환형의 수류조(31)를 구비하는 비중선별부재(30)가 설정된 비중의 폐플라스틱을 분류슈트(35)로 송출하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비중선별부재(30)를 구성하는 수류조(31), 분류슈트(35), 이송슈트(37) 등이 나타난다. 수류조(31)는 본체(10)의 내벽에 인접하도록 환형으로 배치된다. 수류조(31)는 급수부(21)의 용수를 이용하여 설정된 수위를 유지하도록 충진된다. 수류조(31)의 수류는 펌프를 이용하여 일정한 유속을 유지하도록 한다. 수류조(31)의 수류를 따라 이송되는 폐플라스틱은 비중에 따라 분류슈트(35) 또는 이송슈트(37) 중의 어느 하나로 이송된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 비중선별부재(30)는 비중이 1보다 큰 PVC를 선별판(32)으로 수집하여 분류롤러(33)로 이송하는 것을 특징으로 한다.
도 2에서, 비중선별부재(30)를 구성하는 선별판(32), 분류롤러(33) 등이 나타난다. 용수의 비중을 1로 설정하면 비중이 1 미만인 PE, PET, PP, PS는 부상되고 비중이 1 이상인 PVC는 가라앉는다. PVC가 수류의 중간 위치에 설치된 선별판(32)의 하측에 수집되면, 선별판(32)에 인접한 분류롤러(33)가 분류슈트(35)로 이송한다. 분류슈트(35)는 수류조(31)의 수면 위로 일시 이동하여 PVC의 물기를 제거한 후에 분류함(17)으로 송출한다. 비중선별부재(30)에서 분류되지 않은 폐플라스틱은 이송슈트(37)를 통하여 하측의 점착선별부재(40)로 이송된다.
또한, 본 발명에 따르면 상기 비중선별부재(30)의 하류측에 점착롤러(41)를 구비하는 점착선별부재(40)가 설정된 점착성의 폐플라스틱을 분류슈트(45)로 송출하는 구조를 이루고 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 점착선별부재(40)를 구성하는 점착롤러(41), 분류슈트(45), 이송슈트(47) 등이 나타난다. 점착롤러(41)는 대향하는 한 쌍으로 구성하며 적어도 하나를 강제적으로 회전시킨다. 점착롤러(41)는 표면에 인접하여 열선(43)을 갖추고 있으며, 전술한 탈수기(27)의 열풍과 더불어 폐플라스틱의 열점착을 유발한다. 열선(43)의 전원은 슬립링(도시 생략)을 통하여 공급되고 정확한 온도 제어가 가능하다. 대향하는 점착롤러(41)의 간격도 원격으로 조절이 가능하도록 구성한다. 점착롤러(41)를 통과하는 폐플라스틱은 점착성에 따라 분류슈트(45) 또는 이송슈트(47) 중의 어느 하나로 이송된다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 점착선별부재(40)는 105~115℃의 점착롤러(41)로 PE를 점착하고 선별판(42)으로 탈락을 유발하는 것을 특징으로 한다.
도 3에서, 점착선별부재(40)를 구성하는 선별판(42), 분류슈트(45) 등이 나타난다. 대부분의 폐플라스틱은 120~140℃에서 다소 중첩적으로 열에 의한 점착성을 보인다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 상대적으로 낮은 온도인 85℃에서 점착성을 나타내어 100℃에서 100% 점착된다. 점착롤러(41)가 105~115℃ 범위에 이르면 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 100%의 점착이 가능하고 일부 PS, ABS의 점착성도 나타난다. 점착롤러(41)의 점착 온도를 최소로 낮추는 것이 시스템의 에너지 효율 측면에서 유리하다. 대향하는 점착롤러(41) 사이에서 점착된 PE는 선별판(42)으로 분리된 후에 분류슈트(45)를 통하여 분류함(17)에 도달ㆍ수집된다.
또한, 본 발명에 따르면 잔여선별부재가 상기 비중선별부재(30)와 점착선별부재(40)를 거쳐 이송되는 잔여 폐플라스틱을 선별하는 구조를 이루고 있다.
도 3에서, 점착롤러(41)에 점착되지 않은 폐플라스틱은 이송슈트(47)를 통하여 그 하측의 잔여선별부재에 이른다. 비중선별부재(30)와 점착선별부재(40)를 통하여 30% 정도 분류가 된 상태이므로 잔여선별부재의 부담을 줄이고 분류의 신속성을 유지할 수 있다. 잔여선별부재는 비중선별부재(30) 및 점착선별부재(40)와 달리 비접촉 방식을 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잔여선별부재는 분광선별기(54) 및 정전선별기(56) 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다. 분광선별기(54)는 근적외선 분광계(Flame-NIR)와 분석법을 이용하여 6대 범용 폐플라스틱의 분류가 가능하다. 정전선별기(56)는 코로나방전형 또는 마찰하전형 선별법을 이용하여 대량의 폐플라스틱도 연속적으로 분류 처리한다. 정전선별기(56)를 사용하면 3종 이상의 재질이 혼합된 폐플라스틱의 분류도 가능하다. 잔여선별부재는 중간처리부재(20)의 절단기(25)를 통하여 폐플라스틱을 보다 작은 크기로 세절할 수 있다. 도시에는 생략하나 공정슈트로 이송되는 폐플라스틱을 실시간으로 검출하면서 푸셔(도시 생략)로 밀어서 해당 분류함(17)으로 보낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 마이컴 회로의 제어기(50)를 기반으로 본체(10), 중간처리부재(20), 비중선별부재(30), 점착선별부재(40)의 주요 공정을 제어한다. 제어기(50)의 마이컴 회로는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 탑재하며, 분류 알고리즘은 프로그램과 데이터 형태로 메모리에 저장되고 마이크로프로세서에 의해 실행된다. 제어기(50)는 주요 공정의 진행을 영상검출기(52)를 통하여 획득하고 공정의 적체가 발생하지 않도록 속도를 조절한다.
한편, 제어기(50)는 최상류의 투입슈트(15)에서 영상검출기(52)를 활용하여 이미지 판독으로 공지의 폐플라스틱 용기를 사전에 분류할 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 본체 11: 호퍼
12: 인출구 13: 인출롤러
15: 공정슈트 17: 분류함
20: 중간처리부재 21: 급수부
23: 세척기 25: 절단기
27: 탈수기 30: 비중선별부재
31: 수류조 32: 선별판
33: 분류롤러 35: 분류슈트
37: 이송슈트 40: 점착선별부재
41: 점착롤러 42: 선별판
43: 열선 45: 분류슈트
47: 이송슈트 50: 제어기
52: 영상검출기 54: 분광선별기
56: 정전선별기

Claims (6)

  1. 범용 폐플라스틱의 리사이클을 위한 연속적인 분류 시스템에 있어서:
    호퍼(11)에 저장된 폐플라스틱을 공정슈트(15)로 이송하는 본체(10);
    상기 본체(10)의 내부에서 폐플라스틱의 세척ㆍ절단ㆍ탈수를 처리하는 중간처리부재(20);
    상기 공정슈트(15)에 연결되는 환형의 수류조(31)를 구비하고, 설정된 비중의 폐플라스틱을 분류슈트(35)로 송출하는 비중선별부재(30);
    상기 비중선별부재(30)의 하류측에 점착롤러(41)를 구비하고, 설정된 점착성의 폐플라스틱을 분류슈트(45)로 송출하는 점착선별부재(40); 및
    상기 비중선별부재(30)와 점착선별부재(40)를 거쳐 이송되는 잔여 폐플라스틱을 선별하는 잔여선별부재;를 포함하되,
    상기 중간처리부재(20)는 급수부(21)의 용수와 탈수기(27)의 열원을 후속 공정에서 활용하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체(10)는 하단의 영역에 PE, PET, PP, PS, PVC, ABS 수집용 분류함(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비중선별부재(30)는 비중이 1보다 큰 PVC를 선별판(32)으로 수집하여 분류롤러(33)로 이송하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 점착선별부재(40)는 105~115℃의 점착롤러(41)로 PE를 점착하고 선별판(42)으로 탈락을 유발하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 잔여선별부재는 분광선별기(54) 및 정전선별기(56) 중의 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱 리사이클용 연속 분류 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2004323138A (ja) * 2003-04-22 2004-11-18 Otto Corp 紙容器分別・洗浄・脱水コンベア
KR20200145140A (ko) * 2019-06-20 2020-12-30 임대빈 혼합 폐플라스틱의 분류 장치 및 방법
KR20210095333A (ko) 2020-01-23 2021-08-02 김윤 효율적인 폐플라스틱 선별장치 및 방법
JP2022072351A (ja) 2020-10-29 2022-05-17 株式会社ツルオカ リサイクル材料の製造装置、廃棄物の比重選別処理装置

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