KR102687752B1 - 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
유공블록형 하부집수장치의 유공블록과 여재층 사이에서 상기 여재층을 떠받치도록 상기 유공블록의 상면에 조립되는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판은, 다수의 베이스 부재가 서로 엇물리게 적층된 상태에서 융착 결합되어 성형되는 베이스 플레이트 및 서로 엇물린 상태로 융착 결합된 베이스 부재 사이로 채워져 서로 또는 베이스 부재와 융착 결합되는 채움부재들에 형성되는 여과층을 포함하며, 이때 채움부재가 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 특정 비율로 혼합된 혼합수지재를 소재로 하는 구슬 또는 원기둥 모양의 알갱이인 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 여재 지지판에 관한 것으로, 특히 유공블록형 하부집수장치의 유공블록과 여재층 사이에서 상기 여재층을 떠받치면서 처리수가 통과할 수 있도록 유공블록의 상면에 조립되는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
정수장의 여과지로 유입되는 원수는 여과지의 상부로부터 유입되어 모래, 활성탄, 안트라사이트 등의 여재로 이루어진 여재층을 통과하고 여재층 하부의 하부집수장치로 집수된다. 여재층을 통과하는 과정에서 원수에 포함된 협잡물이 걸러지고, 협잡물이 걸러진 처리수는 상기 하수집수장치를 거쳐 염소 등의 소독 약품을 이용하여 최종 정수처리하는 정수지로 배출된다.
여기서, 협잡물이 여과된 처리수를 집수할 목적으로 여과지에 설치되는 상기 하부집수장치에는, 휠러형(wheeler ball type), 스트레이너형, 유공블록형, 다공판형 등 다양한 유형이 알려져 있다. 그 중 가장 많이 사용되는 유공블록형은 물과 공기의 동시 역세척이 가능하고, 역세척 시 손실 수두가 적으면서 유체의 유량배분이 균일하여 역세척 효과가 탁월하다.
유공블록형 하부집수장치는 여과지 하부에 설치되는 유공블록과 이러한 유공블록의 상면에 조립되는 다공성 필터인 여재 지지판으로 구성된다. 유공블록은 일반적으로 분산실과 송수실이 내부에 형성된 중공관 구조로 형성되며, 여재 지지판은 판상형 구조로서 유공블록과 상기 여재층 사이에서 여재층을 떠받치도록 유공블록의 상면에 안착 설치된다.
상기 유공블럭형 하부집수장치에 사용되는 여재 지지판은 일반적으로, 합성플라스틱인 고밀도 폴리에틸렌 수지를 이용하여 3 ~ 5mm 크기의 구형 또는 원기둥 모양의 팰릿 형태로 모재를 제작하고, 팰릿 형태의 모재를 성형 몰드에 넣고 열을 가해 열 융착을 통해 서로 접합시키는 방식을 이용하여 상기 유골블록의 상면 크기에 대응 크기의 판상형으로 제작된다.
그러나 고밀도 폴리엔틸렌의 경우 용융점은 약 180℃ 내외로 팰릿의 융착을 위해서는 90분 내외의 긴 열 융착 과정를 필요로 하며, 열 융착 과정이 긴 만큼 많은 열(전기) 에너지가 소모되고 제품 완성까지 kg당 약 2.5 ~ 3.0 CO₂eq를 발생시키는 문제가 있고, 미생물에 의해 분해되지 않는 고밀도 폴리엔틸렌의 특성상 심각한 환경 오염을 야기한다는 문제도 있다.
더욱이, 종래 여재 지지판은 앞서 언급한 바와 같이, 3 ~ 5mm 정도 크기의 팰릿 형태의 모재들을 열 융착을 통해 상호 접합시킨 구성으로서, 모재가 상호 접합되는 면적이 크지 않아 융착에 의한 기계적 강도가 낮다는 단점이 있고, 때문에 수백에서 수천 킬로그램에 달하는 여재층의 무게를 견디지 못하고 쉽게 변형되어 잦은 교체 혹은 보수를 필요로 한다는 문제가 있다.
또한, 종래의 여재 지지판은 동일한 형태(구 또는 원기둥 형태)와 크기(유효정, 균등계수 1.5 이상)의 팰릿형 모재를 열 융착시킨 판상형 구조체로서, 단일 직경의 기공 구조와 대략 직선상의 경로(여과수가 통과하는 통로)를 가짐에 따라 저서성 소형 생물, 예컨대 깔다구 유충 등이 통과하기 쉬운 구조라는 구조적인 단점도 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 생분해성 합성수지가 특정 비율로 혼합된 혼합수지를 원료수지로 하여 제작됨으로써, 제품 성형(융착 성형)에 필요한 온도와 시간을 절약할 수 있고, 절약된 온도(융착 온도)와 시간만큼 제품 성형시 발생하는 이산화탄소의 배출량도 크게 줄일 수 있는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 서로 엊물려 단단한 결속을 이룰 수 있는 여러 개의 돌기부를 갖는 테트라포드형 부재를 베이스 부재로 하여 판상형으로 제작됨으로써, 수백에서 수천 킬로그램에 달하는 여재층의 무게를 변형 없이 충분히 버틸 수 있는 정도의 기계적 강도를 갖는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 내부에 공극이 비정형으로 형성되되, 여과 대상수가 통과하는 방향을 기준으로 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면쪽)에서 출구쪽(여재 지지판의 하면쪽)으로 갈수록 사이즈가 점점 작아지는 불규칙한 미로 형태로 공극이 형성됨으로써, 저서성 소형 생물이 통과할 수 없는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
유공블록형 하부집수장치의 유공블록과 여재층 사이에서 상기 여재층을 떠받치도록 상기 유공블록의 상면에 조립되는 여재 지지판에 있어서,
다수의 베이스 부재가 서로 엇물리게 적층된 상태에서 융착 결합되어 성형되는 베이스 플레이트; 및
서로 엇물린 상태로 융착 결합된 상기 베이스 부재 사이로 채워져 서로 또는 상기 베이스 부재와 융착 결합되는 채움부재들에 의해 형성되는 여과층;을 포함하며,
상기 채움부재는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 특정 비율로 혼합된 혼합수지재를 소재로 하는 구슬 또는 원기둥 모양의 알갱이인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판에서 상기 베이스 부재는, 중심에서 사방으로 뻗은 여러 개, 바람직하게는 4개의 돌기부를 갖는 1 ~ 1.5cm 크기의 테트라포드형 부재일 수 있다.
이때, 상기 베이스 부재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 어느 하나의 합성수지재로 구성될 수 있으며, 돌기부가 서로 엇물려 사이사이에 비정형 공극이 형성되도록 성형 몰드에 적층되는 구조로 채워진 상태에서 열 융착을 통해 상호 단단히 결합됨으로써 상기 베이스 플레이트를 구성할 수 있다.
그리고 상기 채움부재는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 7 : 3 ~ 9 : 1 비율로 혼합된 혼합수지재일 수 있다.
여기서, 상기 석유계 합성수지재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 하나의 합성수지일 수 있고, 상기 생분해성 합성수지재는 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly Hydroxy Alkanoate) 중 하나일 수 있다.
또한, 융착 결합된 베이스 부재 사이로 채워지는 상기 채움부재의 크기가 상기 베이스 플레이트의 상면에서 하면으로 갈수록 점점 작아지며, 베이스 플레이트의 상면에서 하면으로 갈수록 크기가 점점 작아지는 상기 채움부재에 의해 여과 입구쪽에서 여과 출구쪽으로 갈수록 점점 작아지는 공극이 형성될 수 있다.
이때, 여과층을 구성하는 상기 채움부재는 3 ~ 5mm 크기의 구형 또는 원기둥 모양의 알갱이 형태로 구성될 수 있으며, 상기 여과층은 상기 베이스 플레이트 안으로 크기가 제일 작은 채움부재부터 일정 높이로 채우고 점차 크기가 큰 채움부재 순으로 베이스 플레이트의 상부면까지 채운 뒤 열 융착을 통해 형성될 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
유공블록형 하부집수장치의 유공블록과 여재층 사이에서 상기 여재층을 떠받치도록 상기 유공블록의 상면에 조립되는 여재 지지판을 제조하는 방법으로서,
(a) 중심에서 사방으로 뻗은 여러개의 돌기부를 갖는 1 ~ 1.5cm 크기의 테트라포드형 베이스 부재를 사출 성형하는 단계;
(b) 사출 성형된 상기 베이스 부재들을 성형 몰드에 채우고 1차적으로 열을 가하여, 상호 열 융착을 통해 단단히 결합되는 베이스 부재들로 이루어진 판상형의 베이스 플레이트를 성형하는 단계;
(c) 서로 엇물린 상태로 열 융착을 통해 성형 몰드 내에서 상호 단단히 결합된 상기 베이스 부재 사이로 3 ~ 5mm 크기이면서 생분해성 합성수지가 특정 함량 혼합된 구형 또는 원기둥 모양의 채움부재를 침투시켜 적층시키는 단계; 및
(d) 베이스 부재 사이로 채움부재가 채워진 상태의 성형 몰드에 2차적으로 열을 가하여, 채움부재와 채움부재 또는 베이스 부재와 채움부재를 열 융착을 통해 상호 단단히 결합시키는 단계;를 포함하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 제조 방법의 상기 (b) 단계에서는, 돌기부가 서로 엇물리도록 상기 베이스 부재를 성형 몰드에 무작위로 적층한 상태로 열 융착을 통해 상호 결합시켜, 적층되는 베이스 부재들 사이로 채움부재가 침투될 수 있는 비정형의 공극이 형성되도록 할 수 있다.
그리고 상기 (b) 단계 및 상기 (d) 단계에서는, 성형 몰드 내에 일정 속도로 질소가스를 주입해 질소가스 유동에 따른 대류 현상을 이용하여 성형 몰드 내부의 온도편차가 1℃ 내로 균일하게 유지되도록 함이 바람직하다.
아울러 상기 (c) 단계에서는, 성형 몰드에 진동력 또는 회전력을 가하거나, 성형 몰드에 진동 및 회전력을 가해 베이스 부재 사이로 채움부재가 원활히 침투할 수 있도록 하되, 크기가 제일 작은 채움부재부터 일정 높이로 침투시키고 점차 크기가 큰 채움부재 순으로 침투시킴으로써, 상기 (d) 단계에서 2차 열 융착에 의해 최종 성형되는 제품(여재 지지판)의 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면)에서 여과 출구쪽(여재 지지판의 하면)으로 갈수록 점점 작아지는 공극이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에서도 상기 채움부재는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 7 : 3 ~ 9 : 1 비율로 혼합된 혼합수지재일 수 있으며, 이때 상기 석유계 합성수지재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 하나의 합성수지이고, 상기 생분해성 합성수지재는 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly Hydroxy Alkanoate) 중 하나일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 여재 지지판에 의하면, 서로 엊물려 단단한 결속을 이루면서 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있는 여러 개의 돌기부를 갖는 테트라포드형 부재를 베이스 부재로 하여 판상형으로 제작됨으로써, 수백에서 수천 킬로그램에 달하는 여재층의 무게를 변형 없이 충분히 버틸 수 있는 정도의 기계적 강도를 확보할 수 있다.
또한, 석유계 합성수지에 비해 용융 온도가 낮은 생분해성 합성수지가 특정 비율로 혼합된 혼합수지를 원료수지로 하여 제작됨으로써, 석유계 합성수지만으로 이루어진 종래의 여재 지지판에 비해 제품 성형(융착 성형)에 필요한 온도와 시간이 절약될 수 있으며, 절약된 온도(융착 온도)와 시간만큼 제품 성형시 발생하는 이산화탄소의 배출량도 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 여러 개의 돌기부를 갖는 테트라포드형 베이스 부재 및 베이스 부재에 채워져 여과층을 형성시키는 채움부재에 의해 내부에 공극이 비정형으로 형성되되, 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면쪽)에서 출구쪽(여재 지지판의 하면쪽)으로 갈수록 사이즈가 점점 작아지는 불규칙한 미로 형태로 공극이 형성됨으로써, 저서성 소형 생물을 포집하고 통과되지 않게 차단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 내부 구성을 도시한 절단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판을 구성하는 베이스 부재의 바람직한 형태로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 요부를 확대 도시한 요부 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 사용 상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 과정을 순서대로 도시한 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 공정을 개략 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판을 구성하는 베이스 부재의 바람직한 형태로 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 요부를 확대 도시한 요부 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 사용 상태를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 과정을 순서대로 도시한 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 공정을 개략 도시한 공정도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하 는 것으로 이해되어야 한다.
도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예는 도시된 특정 형태로 제한되 는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것 은 아니다.
본 명세서에서 '및'이나 '또는' 이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급 하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.
또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하기 위해 사용한 용어가 아님을 밝혀 둔다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 내부 구성을 도시한 절단면도이며, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판을 구성하는 베이스 부재의 바람직한 형태로 도시한 사시도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 요부를 확대 도시한 요부 확대 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 사용 상태를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판(100)은 유공블록형 하부집수장치의 유공블록(20)과 여재층(10) 사이의 상기 유공블록(20)의 상면에 조립되는 판상형의 필터 구조체로서, 베이스 부재(202)들에 의해 구성되는 베이스 플레이트(200) 및 생분해성 합성수지재를 포함하는 채움부재(302)들에 의해 구성되는 여과층(300)을 포함한다.
베이스 플레이트(200)는 성형 몰드(30) 내에 다수의 베이스 부재(202)를 서로 엇물리게 적층시킨 상태에서 열을 가해 상호 융착시키는 열 융착 성형을 통해 형성될 수 있다.
베이스 플레이트(200)는 20 ~ 50mm 정도의 두께로 성형될 수 있으며, 베이스 플레이트(200)의 모재가 되는 베이스 부재(202)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중심에서 사방으로 뻗은 여러 개, 예컨대 4개의 돌기부(204)를 갖는 1 ~ 1.5cm 크기의 테트라포드(Tetrapod) 형태로 구성될 수 있다.
여러 개의 돌기부(204)를 갖는 상기 베이스 부재(202)는 사출 성형을 통해 제작될 수 있다. 베이스 부재(202)는 사용 환경의 특성상 내식성과 일정 수준의 기계적 강도를 갖추어야 한다. 따라서 내식성과 일정 수준의 기계적 강도를 만족시킬 수 있는 합성수지재로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 어느 하나의 열 가소성 합성수지재로 구성될 수 있다.
베이스 부재(202)는 압축하중과 굽힘, 인장하중 향상을 위한 기초 구조물로서 기능하고 응력 증가를 위한 뼈대 역할을 한다. 이를 위해 베이스 부재(202) 각각에 형성된 돌기부(204)가 서로 엇물리거나 교차 혹은 얽히도록 성형 몰드(30)에 무작위로 채워진 상태에서 외부에서 가해지는 고온의 열에 의해 융착되어 상호 단단한 결합을 이룸으로써 베이스 플레이트(200)가 구성될 수 있다.
베이스 부재(202) 각각에 형성되는 돌기부(204)는 서로 엇물리거나 교차 혹은 얽힌 상태로 열 융착을 통해 상호 융착됨에 따라, 융착 성형된 베이스 플레이트(200)의 내부에는 공극(g)이 비정형으로 형성될 수 있다.
여과층(300)은 서로 엇물리거나 교차 혹은 얽힌 구조로 융착 결합된 상기 베이스 부재(202)들 사이로 채워져 열 융착되는 채움부재(302)들에 의해 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로는, 베이스 플레이트(200)의 공극(g)에 채움부재(302)를 채운 뒤 열을 가했을 때 서로 또는 베이스 부재(202)와 융착되는 상기 채움부재(302)들에 의해 베이스 플레이트(200)의 내부에 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에서 여과층(300)을 구성하는 상기 채움부재(302)는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 특정 비율로 혼합된 혼합수지재를 소재로 하여 3 ~ 5mm 크기를 가지도록 구슬 또는 원기둥 모양으로 사출 성형되는 알갱이일 수 있다. 채움부재(302)는 바람직하게, 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재를 7 : 3 ~ 9 : 1 비율로 혼합시킨 혼합수지재로 구성될 수 있다.
석유계 합성수지재는 내식성과 일정 수준의 기계적 강도를 갖는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스티렌(Polystyrene) 중 하나의 합성수지일 수 있으며, 상기 생분해성 합성수지재는 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly Hydroxy Alkanoate) 중 하나일 수 있다.
여기서, PLA, PBAT, PHA는 용융지수(MI, Melt Index)가 서로 다르므로, 최소한 20g/10min 이상의 용융지수가 나오도록, 앞서 언급한 범위(7 : 3 ~ 9 : 1) 내에서 석유계 합성수지재와의 혼합비율을 적절히 조절하는 것이 바람직하며, 이때 생분해성 합성수지재의 종류에 따라 마스터배치(Master Batch)를 사전 제작하는 방식으로 혼합비를 용이하게 맞출 수 있다.
베이스 부재(202) 사이로 채워지는 상기 채움부재(302)는 그 크기가 상기 베이스 플레이트(200)의 상면에서 하면으로 갈수록 점점 작아지며, 베이스 플레이트(200)의 상면에서 하면으로 갈수록 크기가 점점 작아지는 상기 채움부재(302)에 의해 열 융착을 통해 최종 성형된 제품(여재 지지판)의 내부에는 여과 입구쪽에서 여과 출구쪽으로 갈수록 점점 작아지는 공극(g)이 형성될 수 있다.
즉 여과층(300)은 베이스 부재(202) 사이로 크기가 제일 작은 채움부재(302)부터 일정 높이로 채우고 점차 크기가 큰 채움부재(302) 순으로 베이스 플레이트(200)의 상부면까지 채운 뒤 열 융착을 통해 형성될 수 있으며, 이로 인해 최종 성형된 제품(여재 지지판)의 내부에서 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면)에서 여과 출구쪽(여재 지지판의 하면)으로 갈수록 점점 작아지는 공극(g)이 형성될 수 있는 것이다.
이와 같은 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 여재 지지판에 의하면, 서로 엊물려 단단한 결속을 이루면서 접촉 면적을 충분히 확보할 수 있는 여러 개의 돌기부를 갖는 테트라포드형 부재를 베이스 부재로 하여 판상형으로 제작됨으로써, 수백에서 수천 킬로그램에 달하는 여재층의 무게를 변형 없이 충분히 버틸 수 있는 정도의 기계적 강도를 확보할 수 있다.
또한, 석유계 합성수지에 비해 용융 온도가 낮은 생분해성 합성수지가 특정 비율로 혼합된 혼합수지를 원료수지로 하여 제작됨으로써, 석유계 합성수지만으로 이루어진 종래의 여재 지지판에 비해 제품 성형(융착 성형)에 필요한 온도와 시간이 절약될 수 있으며, 절약된 온도(융착 온도)와 시간만큼 제품 성형시 발생하는 이산화탄소의 배출량도 크게 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 여러 개의 돌기부를 갖는 테트라포드형 베이스 부재 및 베이스 부재에 채워져 여과층을 형성시키는 채움부재에 의해 내부에 공극이 비정형으로 형성되되, 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면쪽)에서 출구쪽(여재 지지판의 하면쪽)으로 갈수록 사이즈가 점점 작아지는 불규칙한 미로 형태로 공극이 형성됨으로써, 저서성 소형 생물을 포집하고 통과되지 않게 차단할 수 있다.
이하, 상기와 같은 구성의 본 발명의 실시 예에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판을 제조하는 방법에 대해 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 앞서 첨부된 도면에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 과정을 순서대로 도시한 순서도이며, 도 6은 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판의 제조 공정을 개략 도시한 공정도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판(100)을 제조함에 있어서는 먼저, 사출 성형을 이용하여 베이스 부재(202)부터 제작한다(S100). 여기서 상기 베이스 부재(202)는 그 중심에서 사방으로 뻗은 여러개의 돌기부(204), 예컨대 4개의 돌기부(204)를 갖는 1 ~ 1.5cm 크기의 테트라포드 모양(앞선 도 2 참조)으로 성형하는 것이 바람직하다.
베이스 부재(202)는 사용 환경의 특성, 즉 수중에서 사용되는 제품 특성상 내식성과 일정 수준의 기계적 강도가 요구된다. 때문에 이를 만족시킬 수 있는 합성수지재로 구성하는 것이 좋다. 바람직하게는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 어느 하나의 열 가소성 합성수지재를 소재(원자재)로 하여 사출 성형을 통해 제작될 수 있다.
다음, 사출 성형된 상기 베이스 부재(202)들을 금속으로 이루어진 성형 몰드(30)에 채우고 1차적으로 열을 가하여 판상형의 베이스 플레이트(200)를 성형한다. S200 단계에서는 바람직하게, 각각에 형성된 돌기부(204)가 서로 엇물리도록 베이스 부재(202)를 약 2 ~ 3cm 높이로 성형 몰드(30)에 채운 상태에서 이를 전기 오븐에 넣고 180 ~ 190℃ 온도에서 열 융착을 수행한다.
이러한 1차 융착 성형에 의하여, 베이스 부재(202) 각각에 형성된 돌기부(204)는 서로 엇물리거나 교차 혹은 얽힌 상태로 융착이 이루어진다. 이에 따라, 베이스 부재(202)는 서로 단단히 결합을 이루어 베이스 플레이트(200)는 수백에서 수천 킬로그램에 달하는 여재층의 하중에도 변형 없이 견딜 수 있는 충분한 기계적 강도를 지니게 되고, 베이스 플레이트(200) 내부에는 비정형의 공극(g)이 형성될 수 있다.
전기 오븐 내 성형 몰드(30)에 대한 주된 열전달 매커니즘은 전도와 복사이다. 때문에 약 1.2 ~ 1.3m에 이르는 성형 몰드(30)에는 구간별로 3 ~ 4℃의 온도 편차가 발생할 수 있다. 또한 성형 몰드(30) 내에서는 중앙부에 비하여 몰드(30)에 인접한 바깥쪽부터 베이스 부재(202)가 용융되기 되기 때문에 베이스 플레이트(200)의 중앙부와 바깥부분의 융착 정도에 편차가 발생될 수 있다
이에 베이스 부재(202)가 채워진 성형 몰드(30)를 전기 오븐에 넣고 열을 가하는 1차 융착 성형을 수행함에 있어서는, 성형 몰드(30) 내에 일정 속도로 질소가스를 주입하여 대류를 발생시킴으로써, 성형 몰드(30) 내에서 성형 몰드(30)와 인접한 쪽과 먼쪽, 그리고 상부, 중심부, 하부의 온도 편차가 1℃ 내로 균일하게 유지되도록 하고, 이를 통해 고른 융착이 구현될 수 있도록 함이 바람직하다.
위와 같은 1차 융착을 통해 베이스 플레이트(200)가 성형되면 다음 과정으로서, 서로 엇물린 상태로 열 융착을 통해 성형 몰드(30) 내에서 상호 단단히 결합된 베이스 부재(202)들 사이로 3 ~ 5mm 크기를 가지면서 생분해성 합성수지가 특정 함량 혼합된 구형 또는 원기둥 모양을 갖는 팰릿 형태의 채움부재(302)를 침투시켜 적층시키는 과정(S300)이 수행된다.
채움부재(302)로는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 7 : 3 ~ 9 : 1 비율로 혼합된 혼합수지재가 사용될 수 있으며, 이때 상기 석유계 합성수지재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 하나의 합성수지이고, 상기 생분해성 합성수지재는 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly Hydroxyl Alkanoate) 중 하나일 수 있다.
S300 단계에서는 바람직하게, 성형 몰드(30)에 진동력과 회전력 중 적어도 하나를 가해 베이스 부재(202) 사이로 채움부재(302)가 원활히 침투할 수 있도록 하되, 크기가 제일 작은 채움부재(302)부터 일정 높이로 침투시킨 다음 점차 크기가 큰 채움부재(302) 순으로 침투시킴으로써, 최종 성형되는 제품의 여과 입구쪽에서 여과 출구쪽으로 갈수록 점점 작아지는 공극(g)이 형성되도록 한다.
성형 몰드(30)의 회전을 위해 성형 몰드(30)의 양 측면부에 회전축(S, 도 6 참조)을 구성할 수 있다. 이때 회전축(S)을 중공관 형태로 구성하면, 성형 몰드(30) 내에 질소가스를 주입하는 용도로도 활용할 수 있다. 여기서, 질소가스의 주입과 원활한 배출을 위해서는 두 개의 중공관 형태의 회전축(S) 중 하나를 질소가스 주입용으로 하고 다른 하나는 질소가스 배출용으로 하는 것이 좋다.
S300 단계(성형 몰드 내에 위치된 베이스 플레이트의 베이스 부재 사이로 채움부재를 침투시키는 단계)가 완료되면, 베이스 부재(202) 사이로 채움부재(302)가 채워진 상태의 성형 몰드(30)에 2차적으로 열을 가하여, 채움부재(302)와 채움부재(302) 또는 이미 열 융착된 베이스 부재(202)와 새로 채워진 채움부재(302) 사이를 열 융착을 통해 상호 단단히 결합시키는 단계(S400)가 수행된다.
S400 단계에서는 바람직하게, 채움부재(302)가 적층 방식으로 베이스 플레이트(200)의 내부에 채워지면, 베이스 플레이트(200)를 수용하는 성형 몰드(30)를 전기 오븐에 넣고 약 70 ~ 140℃ 온도에서 열 융착을 수행한다. 이때에도 구간별 온도 편차를 없애고 빠르고 균일한 열 융착을 위해 성형 몰드(30) 내에 일정 속도로 질소가스를 주입하여 대류를 발생시키는 공정을 함께 수행함이 바람직하다.
S400 단계에서 열 융착을 통해 최종적으로 제품(다공성 여재 지지판)를 성형함에 있어서는, 성형된 제품의 여과 입구쪽(여재 지지판의 상면)의 공극(g)이 300 ~ 500 ㎛이고, 여과 출구쪽(여재 지지판의 하면)의 공극(g)은 100 ~ 300㎛ 범위로 형성되도록 함으로써, 여과방향으로 갈수록 공극(g)의 사이즈가 점점 작아지고 공극(g)의 형태와 경로가 불규칙한 미로 형태가 되도록 함이 바람직하다.
이때, 공극(g)은 사용 목적에 따라 위에 제시된 범위 내에서 다른 크기로 변경될 수 있으며, 이는 사용하는 채움부재(302)의 크기를 적절히 조정하는 것을 통해 어렵지 않게 구현될 수 있다.
유공블럭 하부집수장치의 원재료로 주로 사용되는 고밀도 폴리에틸렌은 비분해성(난분해성) 석유계 합성플라스틱으로서 분해되는데 소요되는 시간이 약 500년 정도로서 굉장히 길고, 소각을 통한 폐기과정에서 인체 유해한 다이옥신등을 배출하는 등 환경오염의 주범이 되고 있다.
이처럼 환경을 오염시키는 문제점을 안고 있는 종래 합성 플라스틱을 대체하기 위하여 여러 종류의 생분해성 바이오 플라스틱이 개발되고 있는 실정이기는 하지만, 실제 산업현장에서 사용하기에 필요한 물리적, 기계적 성질이 기존 합성플라스틱에 비해 떨어지는 것이 사실이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 기존 합성 플라스틱과 바이오 플라스틱으로으로 불리우는 생분해성 플라스틱을 혼련한 팰릿을 이용하여 정수장 및 하수처리장의 여과지(흡착지) 등 산업현장에서 요구하는 기계적 성질을 충족하면서도, 용융 온도가 상대적으로 낮다는 생분해성 플라스틱의 특성상 기존 합성플라스틱 제품에 비해 제조 시간이 단축되고 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있다.
결과적으로, 제조 시간이 단축되는 만큼 제품의 양산성이 향상되어 비용 절감을 도모할 수 있으며, 제조 시간이 단축되는 만큼 제품 제조 시 불가피하게 발생되는 이산화탄소 발생량이 줄어 탄소저감에도 기여할 수 있고, 사용 후 매립처분을 하더라도 일정부분 생분해가 이루어지므로 환경오염도 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 여재층
20 : 유공블록
30 : 성형 몰드
40 : 전기 오븐
100 : 여재 지지판
200 : 베이스 플레이트
202 : 베이스 부재
204 : 돌기부
300 : 여과층
302 : 채움부재
g : 공극
20 : 유공블록
30 : 성형 몰드
40 : 전기 오븐
100 : 여재 지지판
200 : 베이스 플레이트
202 : 베이스 부재
204 : 돌기부
300 : 여과층
302 : 채움부재
g : 공극
Claims (14)
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- 유공블록형 하부집수장치의 유공블록과 여재층 사이에서 상기 여재층을 떠받치도록 상기 유공블록의 상면에 조립되는 여재 지지판을 제조하는 방법으로서,
(a) 중심에서 사방으로 뻗은 여러개의 돌기부를 갖는 1 ~ 1.5cm 크기의 테트라포드형 베이스 부재를 사출 성형하는 단계;
(b) 사출 성형된 상기 베이스 부재들을 성형 몰드에 채우고 1차적으로 열을 가하여, 상호 열 융착을 통해 단단히 결합되는 베이스 부재들로 이루어진 판상형의 베이스 플레이트를 성형하는 단계;
(c) 서로 엇물린 상태로 열 융착을 통해 성형 몰드 내에서 상호 단단히 결합된 상기 베이스 부재 사이로 3 ~ 5mm 크기이면서 생분해성 합성수지가 특정 함량 혼합된 구형 또는 원기둥 모양의 채움부재를 침투시켜 적층시키는 단계; 및
(d) 베이스 부재 사이로 채움부재가 채워진 상태의 성형 몰드에 2차적으로 열을 가하여, 채움부재와 채움부재 또는 베이스 부재와 채움부재를 열 융착을 통해 상호 단단히 결합시키는 단계;를 포함하고,
상기 (b) 단계 및 상기 (d) 단계에서는,
성형 몰드 내에 일정 속도로 질소가스를 주입해 질소가스 유동에 따른 대류 현상을 이용하여 성형 몰드의 내부 온도를 균일하게 하는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 (b) 단계에서는,
돌기부가 서로 엇물리도록 상기 베이스 부재를 성형 몰드에 무작위로 적층한 상태로 열 융착을 통해 상호 결합시켜, 적층되는 베이스 부재들 사이로 채움부재가 침투될 수 있는 비정형의 공극이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,
상기 (c) 단계에서는,
성형 몰드에 진동력 또는 회전력을 가하거나, 성형 몰드에 진동 및 회전력을 가해 베이스 부재 사이로 채움부재를 침투시키되,
크기가 제일 작은 채움부재부터 일정 높이로 침투시키고 점차 크기가 큰 채움부재 순으로 침투시키는 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 채움부재는 석유계 합성수지재와 생분해성 합성수지재가 7 : 3 ~ 9 : 1 비율로 혼합된 혼합수지재인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법.
- 제 13 항에 있어서,
상기 석유계 합성수지재는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중 하나의 합성수지이며,
상기 생분해성 합성수지재는 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly Hydroxy Alkanoate) 중 하나인 것을 특징으로 하는 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 제조 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020230104084A KR102687752B1 (ko) | 2023-08-09 | 2023-08-09 | 탄소저감형 하부집수장치용 다공성 여재 지지판 및 그 제조 방법 |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990080174A (ko) * | 1998-04-14 | 1999-11-05 | 박순일 | 정밀여과재의 제조방법 |
| KR20180026514A (ko) * | 2015-07-02 | 2018-03-12 | 아르끄마 프랑스 | 수지와 결합된 제올라이트 입자를 갖는 물품 |
| KR101838692B1 (ko) | 2017-09-08 | 2018-03-14 | 효림산업주식회사 | 하부집수장치용 딤플형 다공판 |
-
2023
- 2023-08-09 KR KR1020230104084A patent/KR102687752B1/ko active IP Right Grant
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