KR102594662B1 - 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템 - Google Patents

재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템에 관한 발명으로, 물성이 상이한 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료 각각을 저장하도록 복수기로 구비하는 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f), 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 스크랩 원료를 이송받고 하부 배출구를 통해 정량 계량하여 배출하는 원료계량호퍼(120), 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)의 하부 배출구(111)와 원료계량호퍼(120)의 상부 투입구(121) 사이에서 개별 스크랩이송라인(131a~131f)을 형성하여 다종의 스크랩 원료를 이송하는 스크랩이송모듈(130), 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 장착하여 스크랩 원료의 레벨을 실시간 측정하는 상태측정모듈(140), 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140)의 작동을 디지털 제어하는 상태제어모듈(150)을 포함하고, 스크랩이송모듈(130)은, 원통형 단면을 형성하는 스테인리스 재질로 구비하는 스크랩이송라인(131a~131f), 스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 탑재하고 구동수단(133)에 의해 일방향으로 회전하여 스크랩 원료를 이송하는 스프링스크류(132), 스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 스프링스크류(132)의 일측을 따라서 공간을 형성하고 입도가 큰 스크랩은 별도 포집 및 분리하는 스크랩회피부(134a,134b)를 포함하여 디지털 스마트 공정 기반으로 재활용 고분자 스크랩 원료를 정량 계량하여 공급할 수 있는 것이 특징이다.

Description

재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템{RECYCLED POLYMER SCRAP QUANTITATIVE SUPPLY SYSTEM}
본 발명은 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템에 관한 발명으로, 더욱 상세하게는 각종 전기전자제품의 친환경 산업화로 그 수요가 급증하고 있는 재활용 고분자 복합소재의 제조 공정에 적용되는 디지털 스마트 공정 기반의 스크랩 정량 공급 시스템을 구성하여 생산성 및 품질을 향상하도록 구현하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 전기전자제품의 제조 시 큰 비중을 차지하는 원료인 고분자 복합소재 컴파운드는 그 수요가 지속적으로 증가하고 있다.
특히, 최근 전자제품 관련 산업 분야에 친환경 정책을 주도적으로 추진하고 있는 유럽 등 선진국에서는 자원 효율성을 증진하기 위해 재활용 원료의 사용을 강제 권고 사항으로 제시하고 있으므로 신재 원료를 재활용 원료로 대체하기 위한 관련 기술의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
폐기되는 고분자 스크랩 원료로부터 최종 제품의 제조에 사용되는 재활용 고분자 복합소재 컴파운드를 제조하기까지의 과정은 크게 4단계로 이루어진다.
우선, 1단계에서는 다양한 출처로부터 스크랩 원료를 수집하여 이물을 분리 후 세척한다. 2단계에서는 스크랩 원료를 일정 크기로 절단 및 분쇄한다. 3단계에서는 분쇄된 원료를 각종 첨가제와 함께 용융 및 압출하고 재활용 펠렛 또는 칩의 형태로 가공한다. 4단계에서는 펠렛을 이용해 고분자 복합소재 컴파운드를 제조하여 최종 제품 제조사에 공급한다.
재활용 고분자 제조 기술과 관련한 종래 공지된 기술의 일례로서, 한국등록특허 제 10 - 0566065 호에는 복합PP, PE콤파운드, ABS, PVC, 엔지니어링 플라스틱, 열가소성수지를 수거하는 수거단계와, 수거된 폐플라스틱을 종류, 색깔을 기준으로 분류하는 분류단계와, 분류된 폐플라스틱 내에 유해물질측정을 마친 폐플라스틱을 1mm~15mm로 파쇄하는 분쇄단계와, 폐플라스틱을 인산나트륨, 중합인산나트륨 등의 세제를 물과 함께 혼합하여 세척한 후, 오산화인 백색분말과 함께 봉지에 넣어 건조하는 건조단계와, 세척된 폐플라스틱을 탈색과 환경유해물질을 제거하는 1차압출단계와, 1차압출단계를 거쳐 탈색된 폐플라스틱을 다양한 칼라로 착색하고 물성을 보강하는 2차 압출단계와, 물성시험을 마친 폐플라스틱을 이용하여 제품을 생산하는 제품생산단계와, 생산된 제품 포장단계를 포함하는 폐플라스틱을 이용한 재활용 플라스틱 펠렛의 제조방법을 구성한다.
다른 예로서, 한국공개특허 제 10 - 2011 - 0027860 호에는 폐플라스틱을 파쇄한 후에 물 세척하고 건조하고 나서 일차 용융한 후에 제1다이스를 통하여 압출하는 제1단계와, 제1단계에서 압출된 압출물을 이차 용융한 후에 제2다이스를 통하여 제1압출물보다 가늘게 압출하는 제2단계와, 제2단계에서 압출된 압출물을 냉각하고 나서 커팅하여 펠릿 형태의 폐플라스틱 재활용 재료를 만드는 제3단계를 포함하는 폐플라스틱 재활용 재료 생산 방법을 구성한다.
또 다른 예로서, 한국등록특허 제 10 - 1548048 호에는 폴리아미드, 폴리에스테르 및 폴리스티렌 중 어느 하나로 이루어지는 엔지니어링플라스틱과, 우레탄계, 에스테르계 또는 아미드계열의 열가소성엘라스토머와, 합성 수지 부스러기, 합성 섬유 부스러기, 합성 고무 부스러기를 포함하는 폐플라스틱으로부터 추출한 고형상의 합성 고분자 화합물을 통하여 얻어지는 재활용플라스틱 중 어느 하나 또는 두 가지 이상을 상호 혼합하여 구성한 성분과, 충격개질제, 상용화제, 활제, 산화방지제를 포함하여 이루어지는 혼합물을 형성하는 혼합 단계와, 혼합물을 가열하고 압출기로 추출하는 가열 및 추출 단계와, 추출된 추출물을 펠렛으로 형성하는 펠렛 단계와, 펠렛을 건조하는 건조 단계를 포함하는 합성수지 조성물의 제조방법을 구성한다.
한국등록특허 제 10 - 0566065 호 (2006.03.30) 한국공개특허 제 10 - 2011 - 0027860 호 (2011.03.17) 한국등록특허 제 10 - 1548048 호 (2015.08.28) 한국공개특허 제 10 - 2014 - 0020392 호 (2014.02.19)
상기와 같은 종래 기술의 재활용 고분자 복합소재 제조 공정에 적용되는 공급 시스템에서는 고분자 스크랩 원료를 수집 및 세척한 후 절단 및 분쇄하고, 용융 및 압출하여 펠렛 또는 칩의 형태로 가공한 후 공급하여 복합소재 컴파운드를 제조하도록 이루어진다.
이와 같은 종래 기술의 공급 시스템은 용융 및 압출에 의해 1차 제조된 펠렛을 기초 원료로 사용하여 공급하도록 이루어지므로 펠렛 간 비중과 입도가 일정하여 채산성이 높은 장점이 있다.
그러나, 1차 제조된 펠렛으로 이루어진 원료는 일반적으로 이물, 타수지, 각종 화합물, 탄화물, 열이력 등의 열등한 조건을 가지고 있어 물성의 저하가 심하며 첨가제를 통한 물성 보강에 효과가 없는 경우가 대부분이며, 1차 제조된 펠렛에 대한 정보부족으로 원 스크랩 종류와 타 합성수지의 유입 여부를 최종 제조사에서는 확인할 수 없어 불량 발생시 적극적인 대응이 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 종래 기술에서와 같이 1차 제조된 펠렛을 사용하는 대신, 절단 및 분쇄 공정에서 수득한 재활용 고분자 스크랩을 복합소재의 제조 공정에 직접 사용 가능하도록 공급 시스템을 개선하는 기술이 적용될 수 있다.
그러나, 재활용 고분자 스크랩은 비중 및 입도 등의 불균일성으로 인해 배합 시 물성 산포가 심한 특성을 가지므로 공급 공정에서 불량률을 현저히 증대하는 문제점이 발생한다.
특히, 이와 같은 재활용 고분자 스크랩의 불균일성은 공급 시스템의 이송장치에 의한 원활한 이송이 어려우므로 자동 공급이 사실상 불가능하며 계량 오차가 심하게 발생하는 문제점이 있다.
또한, 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 산업에서 사용되는 대부분의 공정 시스템과 기술표준은 신재 원료의 취급에 최적화되어 있는 기존 시스템을 이용하므로 재활용 고분자 원료의 대량 생산에는 적합하지 않다.
예컨대, 종래의 시스템은 대량배합을 통한 베이스 원료간의 비효율적 계량 방식으로 전체 배합공정의 소요시간이 길어 압출기의 생산량을 따라가지 못하거나 배합공정이 지체되어 압출기의 구동이 멈추는 상황이 빈번하게 발생하며, 이로 인해 디지털 스마트 공정 방식의 중앙 집중 컨트롤 시스템 구축을 저해하여 생산성 및 효율성을 제고하기 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,
다종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받아 배합하고 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 제조 공정으로 공급하도록 구비하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템에 있어서,
물성이 상이한 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료 각각을 저장하도록 복수기로 구비하는 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)와,
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받고 하부 배출구를 통해 정량 계량하여 배출하도록 구비하는 원료계량호퍼(120)와,
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)의 하부 배출구(111)와 상기 원료계량호퍼(120)의 상부 투입구(121) 사이에서 개별 스크랩이송라인(131a~131f)을 형성하도록 구비하여 다종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송하도록 구비하는 스크랩이송모듈(130)과,
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 장착하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 레벨을 실시간 측정하도록 구비하는 상태측정모듈(140)과,
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140)의 작동을 디지털 제어하도록 구비하는 상태제어모듈(150)을 포함하고,
상기 스크랩이송모듈(130)은,
원통형 단면을 형성하는 스테인리스 재질로 형성하여 구비하는 스크랩이송라인(131a~131f)과,
스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 탑재하고 구동수단(133)에 의해 일방향으로 회전하여 재활용 고분자 스크랩을 이송하도록 구비하는 스프링스크류(132)와,
스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 스프링스크류(132)의 일측을 따라서 공간을 형성하고 입도가 큰 스크랩은 별도 포집 및 분리하여 재활용 고분자 스크랩의 지속적인 이송을 구현하도록 구비하는 스크랩회피부(134a,134b)를 포함하여 구성함으로써 디지털 스마트 공정 기반으로 재활용 고분자 스크랩 원료를 정량 계량하여 공급할 수 있는 목적 달성이 가능하다.
본 발명은 각종 전기전자제품의 친환경 산업화로 그 수요가 급증하고 있는 재활용 고분자 복합소재의 제조 공정에 적용되는 디지털 스마트 공정 기반의 스크랩 정량 공급 시스템을 제공한다.
특히, 본 발명은 종래의 신재 원료의 취급에 최적화된 공급 시스템과 차별하여 고분자 스크랩 원료를 용융 및 압출에 의해 펠렛으로 형성하는 일련의 공정을 배제하고, 절단 및 분쇄한 상태에서 복합소재의 제조 공정에 직접 사용 가능하도록 공급하는 시스템을 구성함으로써 종래 시스템이 가진 높은 불량률 및 낮은 공정 효율성 문제를 해소할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 재활용 고분자 스크랩의 불균일성 특성에 따른 제반 문제점을 개선하도록 원료의 자동 이송 및 대량 공급, 정량 계량이 가능한 공급 시스템을 구성함으로써 생산성 및 불량률 문제를 극복하고 디지털 스마트 공정 기반의 자동화 시스템을 구축하여 중앙 집중 제어가 이루어질 수 있는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 원가 절감 및 재활용 고분자 원료의 고부가가치화를 통해 전자제품 등 차세대 친환경 산업 분야에서 수요가 급증하고 있는 재활용 고분자 복합소재의 수출 경쟁력을 향상할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 개략적인 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 원료계량호퍼의 개략적인 평면도 및 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 스크랩이동모듈의 개략적인 사시도 및 내부도.
도 5는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 제1,2타입 스크랩회피부 단면도.
도 6은 종래 기술에 따른 공급 시스템의 개략적인 구성도.
도 7은 종래 기술에 따른 공급 시스템의 사용 상태 예시도.
이하, 본 발명의 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기의 설명에서 당해 기술분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분에 대한 구체적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 개략적인 정면도, 도 2는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 평면도, 도 3은 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 원료계량호퍼의 개략적인 평면도 및 정면도, 도 4는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 스크랩이동모듈의 개략적인 사시도 및 내부도, 도 5는 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 제1,2타입 스크랩회피부 단면도, 도 6은 종래 기술에 따른 공급 시스템의 개략적인 구성도, 도 7은 종래 기술에 따른 공급 시스템의 사용 상태 예시도를 도시한 것이다.
본 발명의 기술이 적용되는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템은 각종 전기전자제품의 친환경 산업화로 그 수요가 급증하고 있는 재활용 고분자 복합소재의 제조 공정에 적용되는 디지털 스마트 공정 기반의 스크랩 정량 공급 시스템을 구성하여 생산성 및 품질을 향상하도록 구현하는 시스템에 관한 것임을 주지한다.
이를 위한 본 발명의 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템은 다종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받아 배합하고 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 제조 공정으로 공급하도록 구비하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템을 구성하며 구체적으로는 하기와 같다.
재활용 고분자 스크랩 원료는 각종 재생 가능한 고분자 제품으로부터 다양한 출처를 통해 수집한다. 종래 기술에서는 수집된 재활용 고분자 스크랩 원료를 압출라인을 통해 스트렌드를 용융 및 압출하고 펠렛타이저에 의해 커팅하여 펠렛의 형태로 공급하도록 이루어지나 물성 저하 및 높은 불량률의 문제가 있으며, 용융 및 압출에 의해 펠렛으로 형성하는 일련의 공정을 배제하더라도 기존에 신재 원료에 최적화된 공급 시스템 구성으로는 재활용 고분자 스크랩 원료의 불균일성에 따른 제반 문제점을 극복할 수 없는 한계가 있다.
본 발명은 재활용 고분자 스크랩 원료를 절단 및 분쇄한 상태에서 복합소재의 제조 공정에 직접 사용 가능하도록 정량 계량 및 공급하는 디지털 스마트 공정 기반의 시스템을 구성하며, 크게 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f), 원료계량호퍼(120), 스크랩이송모듈(130), 상태측정모듈(140), 상태제어모듈(150)을 포함한다.
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)는 물성이 상이한 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료 각각을 저장하도록 복수기로 구비한다.
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)는 수직 타워형 몸체를 형성하여 상부 투입구를 구비하고 하부는 상광 하협 형상으로 배출구(111)를 구비하며 그 하측에는 후술하게 될 스크랩이송모듈(130)의 스크랩이송라인(131a~131f)을 결합한다.
상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)는 약 2000Kg 수준의 대용량으로 구비하여 재활용 고분자 스크랩 원료를 저장하며 본 발명의 실시 예에서는 총 6기의 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)를 배치하여 계량 레시피에 따른 다종의 원료가 저장되도록 구성한다.
상기 원료계량호퍼(120)는 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받고 하부 배출구를 통해 정량 계량하여 배출하도록 구비한다.
상기 원료계량호퍼(120)는 상부 투입구(121)에 상기 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 연결되는 복수의 스크랩이송라인(131a~131f)을 결합하고 하부는 상광 하협 형상으로 배출구를 구비한다.
상기 원료계량호퍼(120)는 약 1000Kg 수준의 용량으로 구비하여 계량 레시피에 따라서 상기 복수기의 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 각각의 재활용 고분자 스크랩 원료를 순차로 이송받고 정량 계량하여 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 제조 공정으로 공급하도록 구성한다.
상기 원료계량호퍼(120)에는 외측면을 따라서 4개소에 균등 배치하는 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)을 구비한다.
종래 기술에 따른 공급 시스템은 원료를 작업자가 저울로 계량하여 목적하는 용량을 만든 후 리본믹서로 배합하도록 구성하는바, 물성이 균일하고 비중 및 입도가 동일한 신재 원료의 경우 이와 같은 계량 방식으로 정량 계량 공급이 가능하나, 물성이 균일하지 않고 비중과 입도가 불규칙한 재활용 고분자 스크랩 원료의 경우 최종 생산량이 줄어들고 공정 불량률이 증대되는 등의 문제가 발생한다.
본 발명에 따른 상기 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)은 상기 원료계량호퍼(120)의 외측 4개소에 탑재하여 원료계량호퍼(120)에 재활용 고분자 스크랩 원료가 이송되는 과정에서 발생하는 누르는 힘과 플랫폼 타입 정량 방식을 접목한 것으로, 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)이 플랫폼의 계량판으로 작용하여 실중량을 정량하도록 구성한다.
즉, 상기 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)은 복수기의 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 스크랩이송모듈(130)에 의해 다종의 재활용 고분자 스크랩 원료가 원료계량호퍼(120)로 순차 이송 시 누적계량방식으로 계량데이터를 생성하여 상기 상태제어모듈(150)에 전송하도록 구성한다.
상기 스크랩이송모듈(130)은 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)의 하부 배출구(111)와 상기 원료계량호퍼(120)의 상부 투입구(121) 사이에서 개별 스크랩이송라인(131a~131f)을 형성하도록 구비하여 다종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송하도록 구비한다.
상기 스크랩이송모듈(130)은 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)와 상기 원료계량호퍼(120) 사이에서 후술하게 될 상태제어모듈(150)에 의해 작동이 제어되면서 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송하도록 구성하며, 스크랩이송라인(131a~131f)과, 스프링스크류(132)와, 스크랩회피부(134a,134b)를 포함한다.
상기 스크랩이송라인(131a~131f)은 원통형 단면을 형성하는 스테인리스 재질로 형성하여 구비한다.
상기 스크랩이송라인(131a~131f)은 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)의 하부 배출구(111)에 인렛을 결합하고 상기 원료계량호퍼(120)의 상부 투입구(121)에 아웃렛을 구비하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 이송로를 형성한다.
상기 개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 인렛 및 아웃렛 상에는 내부 오염원에 대한 수세척이 가능하도록 라인개폐부(135)를 구비한다.
상기 라인개폐부(135)는, 예컨대 계량 레시피의 변경에 따라 재활용 고분자 스크랩 원료의 종류가 변경 시 스크랩이송라인(131a~131f) 내부에 이전 원료의 잔류물이 혼입될 수 있으므로 해당 스크랩이송라인(131a~131f)의 라인개폐부(135)를 작동하여 스테인리스 재질로 이루어지는 스크랩이송라인(131a~131f) 내부 및 하기 스프링스크류(132)의 세척이 가능하도록 구성한다.
상기 스프링스크류(132)는 상기 개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 탑재하고 구동수단(133)에 의해 일방향으로 회전하여 재활용 고분자 스크랩을 이송하도록 구비한다.
종래 기술에 따른 공급 시스템은 원료의 이송 시 링블로워를 이용하는 것이 일반적이나 관로 내부의 막힘 현상이나 원료의 비산과 같은 문제가 있는바, 본 발명에서는 개별 스크랩이송라인(131a~131f) 내부에 스프링스크류(132)를 탑재하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 이송이 이루어지도록 구성한다.
상기 스프링스크류(132)는 상기 스크랩이송라인(131a~131f)의 일측에 마련되는 구동수단(133)과 결합하여 일방향 회전하도록 구비한다.
상기 개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 내측에는 길이 방향으로 배치하고 상기 스프링스크류(132)의 일측을 지지하여 스크랩이송라인(131a~131f)과 스프링스크류(132)가 동축선상에 위치하도록 구비하는 스프링지지부(136)를 포함한다.
본 발명의 스크랩이송라인(131a~131f)은 2000Kg급 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)가 복수기로 마련되는 현장 상황에 따라 수미터의 길이로 구비되는바, 상기 스프링스크류(132)의 쳐짐 현상이 불가피할 수 있으므로 상기 스프링지지부(136)는 스프링스크류(132)의 작동 위치를 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)의 중심에 유지하여 원활한 이송 상태를 지속하도록 구성한다.
상기 스크랩회피부(134a,134b)는 상기 개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 스프링스크류(132)의 일측을 따라서 공간을 형성하고 입도가 큰 스크랩은 별도 포집 및 분리하여 재활용 고분자 스크랩의 지속적인 이송을 구현하도록 구비한다.
상기 스크랩회피부(134a,134b)는 재활용 고분자 스크랩 원료의 특성상 불규칙한 형태로 인해 상기 스프링스크류(132)와 스크랩이송라인(131a~131f) 사이에, 예컨대 도 7에 도시한 종래 기술에서와 같은 끼임 현상이 발생하거나, 그로 인해 스프링스크류(132) 또는 구동수단(133)에 손상을 야기하고 이송 적체 등의 문제를 초래하는 것을 방지하도록 구비한다.
상기 스크랩회피부(134a,134b)는 제1타입 및 제2타입으로 구비하여 상기 스크랩이송라인(131a~131f)에 선택적으로 적용하도록 구성한다.
제1타입 스크랩회피부(134a)는 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 중심에서 외측으로 '┌┐' 형상의 단면을 형성하는 공간을 스크랩이송라인(131a~131f)의 길이 방향을 따라서 돌출하여 구비한다.
상기 제1타입 스크랩회피부(134a)는 원통형 단면을 형성하는 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 중심선을 따라서 돌출되는 공간을 형성하여 상기 스프링스크류(132)의 회전에 의해 스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 회전하면서 이송되는 재활용 고분자 스크랩 원료 중에서 이송에 방해가 되는 큰 입도의 원료를 원심력에 의해 제1타입 스크랩회피부(134a)로 수용하여 분리시키도록 구성한다.
상기 제1타입 스크랩회피부(134a)는 상기 스크랩이송라인(131a~131f)의 상측에 형성하여 중력에 의해 재활용 고분자 스크랩 원료가 내측에 적층되는 현상을 방지하도록 구성함이 바람직하다.
제2타입 스크랩회피부(134b)는 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 및 타측에서 외측으로 각각 '┌' 또는 '┐' 형상의 단면을 형성하는 공간을 스크랩이송라인(131a~131f)의 길이 방향을 따라서 돌출하여 구비한다.
상기 제2타입 스크랩회피부(134b)는 원통형 단면을 형성하는 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 및 타측에서 상호 대향하도록 돌출되는 공간을 형성하여 이송에 방해가 되는 큰 입도의 원료를 원심력에 의해 2지점에서 수용하여 분리시키도록 구성한다.
상기 상태측정모듈(140)은 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 장착하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 레벨을 실시간 측정하도록 구비한다.
상기 상태측정모듈(140)은 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 저장되는 각각의 재활용 고분자 스크랩 원료의 저장 용량을 실시간으로 측정하고 상기 상태제어모듈(150)로 전송하여 부족 원료의 재공급 등 공정 연속성이 이루어지도록 구성한다.
상기 상태제어모듈(150)은 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140)의 작동을 디지털 제어하도록 구비하여 디지털 스마트 공정을 실현하도록 구성하며, 제1처리부 내지 제3처리부를 포함한다.
상기 제1처리부는 상기 상태측정모듈(140)로부터 전송되는 측정데이터를 처리하여 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 저장되는 재활용 고분자 스크랩 원료의 레벨을 실시간 분석하도록 구비한다.
상기 제2처리부는 상기 원료계량호퍼(120)로 이송할 재활용 고분자 스크랩 원료의 계량 레시피를 설정하고, 원료계량호퍼(120)에서 전송되는 계량데이터를 실시간 분석하여 자동으로 정량 계량을 제어하도록 구비한다.
상기 제2처리부는 예컨대 계량 캘리브레이션 기능, 공급량 외부 입출력 기능, 계량 레시피 데이터 입력에 따른 자동 계량 기능, 공급량, 낙차, 상하한 등의 값을 설정하는 설정기능, 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140) 및 타 공정 시스템과의 데이터 송수신을 위한 통신기능 등을 구현하도록 구성한다.
상기 제3처리부는 상기 제1처리부 및 제2처리부와 연동하여 알림신호를 송출하여 표시하거나, 관리데이터 및 제어신호를 생성하도록 구비한다.
상기 제3처리부는 상기 제2처리부에서 설정된 계량 레시피에 따라 상기 원료계량호퍼(120)에 누적계량이 완료되면 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 이송을 중단하고, 상기 원료계량호퍼(120)에서 계량된 원료를 배출함과 동시에 상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 2차 이송을 순차적으로 진행하도록 구성한다.
전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 기술이 적용된 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템의 개략적인 사용 상태를 살펴보면 다음과 같다. 이하의 설명은 본 발명에 대하여 바람직한 실시 예를 들어 설명하는 것이므로 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것이 아니며 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 제공될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템은 재활용 고분자 스크랩 원료를 절단 및 분쇄한 상태에서 복합소재의 제조 공정에 직접 사용 가능하도록 정량 계량 및 공급하는 디지털 스마트 공정 기반의 시스템을 구성을 구성하는바, 신재 원료에 비해 물성이 균일하지 않고 비중과 입도가 불규칙한 재활용 고분자 스크랩 원료의 정량 계량 공급에 최적화된 시스템을 구성한다.
다종의 재활용 고분자 스크랩 원료는 각각 복수기로 마련되는 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 개별 저장된다. 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에는 상태측정모듈(140)을 구비하여 각 원료의 레벨을 측정하고 상태제어모듈(150)로 데이터를 전송하여 원료 부족 상태를 실시간 확인한다.
상태제어모듈(150)에는 제1처리부 내지 제3처리부를 구비하며, 작업자는 최종 목적하는 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 제조를 위한 계량 레시피를 설정한다. 설정된 계량 레시피에 따라서 복수기의 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 스크랩이송모듈(130)을 통해 개별 원료들이 순차로 원료계량호퍼(120)로 공급된다.
스크랩이송모듈(130)은 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)와 원료계량호퍼(120) 사이에 개별 스크랩이송라인(131a~131f)을 구비하며, 그 내부에는 구동수단(133)에 의해 일방향 회전하는 스프링스크류(132)를 작동하여 원료를 이송한다.
스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에는 제1타입 스크랩회피부(134a) 또는 제2타입 스크랩회피부(134b)를 형성하는바, 이송을 방해하는 큰 입자의 재활용 고분자 스크랩 원료는 원심력에 의해 스크랩회피부(134a,134b)에 수용되어 분리된다. 재활용 고분자 스크랩 원료는 입도 불균일성으로 인해 특히 입자가 큰 원료의 경우 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면과 스프링스크류(132) 사이에 끼임 현상이 발생하고 이송 적체 또는 중단은 물론 주변 부품의 파손을 야기할 수 있으므로 스크랩회피부(134a,134b)를 통해 일련의 문제를 최소화한다.
스크랩이송모듈(130)은 상태제어모듈(150)에서 설정한 계량 레시피에 따라서 개별 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 각각의 원료를 원료계량호퍼(120)로 순차 이송한다.
원료계량호퍼(120)의 외측에 구비하는 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)은 원료가 이송되는 과정에서 실시간 계량데이터를 생성한다.
제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)은 누적계량방식으로 실시간 계량데이터를 생성하여 상태제어모듈(150)로 전송한다. 상태제어모듈(150)은 제1처리부 내지 제3처리부의 연동에 의해 기설정된 계량 레시피에 따라서 각각의 원료를 원료계량호퍼(120)에 정량 계량하며 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140)의 작동을 디지털 제어하여 이송 및 계량 작업 일체를 자동으로 반복 수행한다.
<시험 예 1>
본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템과, 비교 예로서 종래의 신재 원료용 공급 시스템을 이용하여 이송 및 계량 공정을 실시하고 작업성, 생산성, 불량률을 비교하였다. 도 6은 종래 시스템의 개략적인 구성도이다.
종래 기술에서는 각각의 베이스 원료에서 배합비 별로 산정된 원료를 작업자가 일일이 최종 배합비에 맞게 저울로 계량하여 최종 600kg을 만든 후 리본믹서로 배합하는 방식으로 공급 및 계량이 이루어진다. 따라서, 종래의 계량 방식은 복잡한 배합단계 및 수작업으로 인해 시간당 생산량이 감소하고, 원료의 오투입 횟수가 증대하여 공정 불량률이 상승하며, 높은 작업 피로도로 인해 숙련 노동력 확보가 어려워 생산성 하락이 불가피하다.
그에 비해, 본 발명은 디지털 스마트 공정 기반으로 원료계량호퍼(120) 및 상태제어모듈(150)에 의해 자동화된 정량 계량이 이루어지고, 스크랩이송모듈(130)에 의해 효율적인 원료 이송이 이루어지므로 종래 기술의 제반 문제점을 해소할 수 있다.
<시험 예 2>
상기 시험 예 1의 비교 예에서와 같은 종래의 신재 원료용 공급 시스템과 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템을 이용해 실제 생산성을 비교하였으며, 그 결과는 하기 표 1 및 표 2에 기재한 바와 같다.
비교 예 시스템 본래 양산 Capa 실제 생산 Capa
시간당 생산량(Kg) 1일 22시간 월 22일(Kg) 시간당 생산량(Kg) 1일 22시간 22일(Kg) 양산 CAPA 대비 실제 생산비율(%)
1호기 600 290,400 350 169,400 약 58%
2호기 1,200 580,800 600 290,400 약 50%
3호기 1,200 580,800 600 290,400 약 50%
합계 3,000 1,458,000 1,550 750,200 약 51%
본 발명 1시간 1일(22시간) 월(22일)
시간당 생산량 증가분(Kg) 100 2,200 48,400
매출 증가분(\2,700/Kg) 270,000 5,940,000 13,080,000
종래의 공급 시스템은 신재 원료 공급에 최적화된 시스템 및 공정 한계로 인해 본래 양산 Capa 대비 평균 51% 정도의 낮은 생산 효율로 양산되었으며, 불량률을 확인한 결과 약 4.4% 수준에 달하는 것으로 나타났다.
그에 비해, 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템은 상술한 바와 같은 일련의 시스템 및 공정 개선으로 인해 시간당 생산량을 600kg에서 700kg으로 100kg 향상하는 것이 가능하였으며, 기존에 4.4%의 불량률을 1.1%로 감소시키는 것으로 나타났다.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템은 기존에 신재 원료에 최적화된 공급 시스템과 차별하여 재활용 고분자 스크랩 원료를 절단 및 분쇄한 상태에서 복합소재의 제조 공정에 직접 사용 가능하도록 공급하는 시스템을 제공한다.
특히, 본 발명은 재활용 고분자 스크랩의 불균일성 특성에 따른 제반 문제점을 개선하도록 원료의 자동 이송 및 대량 공급, 정량 계량이 가능한 공급 시스템을 구성함으로써 종래 시스템의 생산성 및 불량률 문제를 극복하고 디지털 스마트 공정 기반의 자동화 시스템을 구축하여 중앙 집중 제어가 이루어질 수 있도록 하는 효과가 있다.
따라서, 본 발명은 원가 절감 및 재활용 고분자 원료의 고부가가치화를 통해 전자제품 등 차세대 친환경 산업 분야에서 수요가 급증하고 있는 재활용 고분자 복합소재의 수출 경쟁력을 현저히 향상할 수 있을 것으로 기대된다.
110a~110f: 스크랩원료서비스호퍼
111: 배출구
120: 원료계량호퍼
121: 투입구
122~125: 제1 내지 제4원주형로드셀
130: 스크랩이송모듈
131a~131f: 스크랩이송라인
132: 스프링스크류
133: 구동수단
134a: 제1타입 스크랩회피부
134b: 제2타입 스크랩회피부
135: 라인개폐부
136: 스프링지지부
140: 상태측정모듈
150: 상태제어모듈

Claims (5)

  1. 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받아 배합하고 재활용 고분자 복합소재 컴파운드 제조 공정으로 공급하도록 구비하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템에 있어서,
    물성이 상이한 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료 각각을 저장하도록 복수기로 구비하는 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)와,
    상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 다수 종의 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송받고 하부 배출구를 통해 정량 계량하여 배출하는 원료계량호퍼(120)와,
    상기 복수기의 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 각각의 하부 배출구(111)와 상기 원료계량호퍼(120)의 상부 투입구(121) 사이에서 개별 스크랩이송라인(131a~131f)을 형성하는 스크랩이송모듈(130)과,
    상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 장착하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 레벨을 실시간 측정하도록 구비하는 상태측정모듈(140)과,
    상기 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f) 내지 상태측정모듈(140)의 작동을 디지털 제어하도록 구비하는 상태제어모듈(150)을 포함하고,
    상기 스크랩이송모듈(130)은,
    원통형 단면을 형성하는 스테인리스 재질로 형성하여 구비하는 스크랩이송라인(131a~131f)과,
    스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 탑재하고 구동수단(133)에 의해 일방향으로 회전하여 재활용 고분자 스크랩 원료를 이송하도록 구비하는 스프링스크류(132)와,
    스크랩이송라인(131a~131f)의 내부에서 스프링스크류(132)의 일측을 따라서 공간을 형성하고 입도가 큰 스크랩은 별도 포집 및 분리하여 재활용 고분자 스크랩 원료의 지속적인 이송을 구현하도록 구비하는 스크랩회피부(134a,134b)를 포함하고,
    상기 스크랩이송모듈(130)은,
    개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 인렛 및 아웃렛 상에 장착하여 스크랩이송라인(131a~131f) 내부 및 스프링스크류(132)의 오염원에 대한 수세척이 가능하도록 구비하는 라인개폐부(135)와,
    개별 스크랩이송라인(131a~131f)의 내측에서 상기 스프링스크류(132)의 일측을 지지하여 스프링스크류(132)의 쳐짐 현상을 방지하고 스크랩이송라인(131a~131f)과 동축선상에 위치시키는 스프링지지부(136)를 포함하고,
    상기 스크랩이송모듈(130)은,
    스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 중심에서 외측으로 '┌┐' 형상의 단면을 형성하는 공간을 스크랩이송라인(131a~131f)의 길이 방향을 따라서 돌출하여 구비하는 제1타입 스크랩회피부(134a),
    또는, 스크랩이송라인(131a~131f)의 내주면 일측 및 타측에서 외측으로 각각 '┌' 또는 '┐' 형상의 단면을 형성하는 공간을 스크랩이송라인(131a~131f)의 길이 방향을 따라서 돌출하여 구비하는 제2타입 스크랩회피부(134b) 중에서 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료계량호퍼(120)에는 외측면을 따라서 4개소에 균등 배치하는 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)을 구비하고,
    상기 제1 내지 제4원주형로드셀(122~125)은,
    복수기의 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)로부터 스크랩이송모듈(130)에 의해 다종의 재활용 고분자 스크랩 원료가 원료계량호퍼(120)로 순차 이송 시, 누적계량방식으로 계량데이터를 생성하여 상기 상태제어모듈(150)에 전송하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상태제어모듈(150)은,
    상태측정모듈(140)로부터 전송되는 측정데이터를 처리하여 스크랩원료서비스호퍼(110a~110f)에 저장되는 재활용 고분자 스크랩 원료의 레벨을 실시간 분석하도록 구비하는 제1처리부와,
    원료계량호퍼(120)로 이송할 재활용 고분자 스크랩 원료의 계량 레시피를 설정하고, 원료계량호퍼(120)에서 전송되는 계량데이터를 실시간 분석하여 자동으로 정량 계량을 제어하도록 구비하는 제2처리부와,
    상기 제1처리부 및 제2처리부와 연동하여 알림신호를 송출하여 표시하거나, 관리데이터 및 제어신호를 생성하도록 구비하는 제3처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템.
KR1020210167840A 2021-11-30 2021-11-30 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템 KR102594662B1 (ko)

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KR1020210167840A KR102594662B1 (ko) 2021-11-30 2021-11-30 재활용 고분자 스크랩 정량 공급 시스템

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