KR20020051145A - 공정용액 순환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공정장치로 공급되는 공정용액 중에 혼입되는 불순물 입자를 효율적으로 제거할 수 있으므로 최종제품의 제품성이 향상되며, 공정장치를 순환하는 용액중의 불순물 입자가 배관계 등에 축적되는 것이 방지되어 성능이 향상되는 공정용액 순환시스템을 제공한다. 그 공정용액 순환시스템은 공정용액 순환조, 공정용액 공급펌프, 공급펌프를 지난 공정용액을 송출하기 위한 공급배관, 공정장치에서 사용된 후의 공정용액을 회수하기 위한 회수배관, 순환조의 공정용액을 배출시키기 위한 필터용 공급펌프, 및 배출된 공정용액을 여과시킨 후 다시 순환조로 복귀시키기 위한 필터장치를 기본적으로 구비하며, 공급펌프 이후의 공급배관에는 공정용액에 포함된 불순물을 분리시켜 다시 공정용액 순환조로 복귀시키고 불순물 입자가 제거된 청정용액만을 상기 공급배관을 통해 공정장치로 공급하기 위한 사이클론을 더 포함하여 구성된다. 사이클론 후방에는 공정용액을 다시 한번 회수하는 중간조 및 그 중간조 내의 공정용액을 공급배관을 통해 공정장치로 공급하기 위한 송출펌프가 더 설치될 수 있다.

Description

공정용액 순환시스템{Process solution circulation system}

본 발명은 공정용액 순환시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공정용액에 포함될 수 있는 금속물 입자에 의한 금속대 표면의 결함발생 또는 배관계의 축적으로 인한 성능의 저하를 방지할 수 있는 공정용액 순환시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 제한적이진 않지만 금속대(metal web)의 표면처리 등과 같은 공정에서 사용되는 화학용액과 같은 공정용액은 고가의 유가금속 또는 화학물질을 포함하고 있으며, 순환적으로 사용되고 있다. 또한, 표면처리후의 공정에 있어서도 특정한 화학용액 또는 순도가 높은 물이 사용되기 때문에 사용된 용액을 재처리하여 순환시키는 방법이 사용되고 있다. 이러한 공정에 있어서 공정용액으로의 불순물 입자의 혼입은, 주로 표면처리 용액중의 금속산화물, 공정 부가반응물 및 공정장치 구성요소로부터의 탈락물 등에 의하여 이루어지는데, 이것이 공정장치에서 순환하게 되면 금속대의 표면에 결함을 유발시키게 된다. 또한, 이 같은 탈락물 등이 공정장치 구성의 중요한 요소인 열교환기 및 배관 등에 축적되면 열전달 효율을 저하시키고 용액이 흐르는 단면적을 축소시켜 압력손실을 높임으로써 시스템의 성능을 현저히 저하시키는 문제점이 있다.

이에 따라, 대부분의 공정용액 순환계에서는 순환조에 필터장치를 연결하여 용액중의 불순물 입자를 연속적으로 제거하는 방법이 적용되고 있다. 이 경우 필터장치의 처리용량은 공정용액중의 불순물 입자 농도를 일정 수준 이하로 유지할 수 있는 용량으로 결정되며, 공정용액 순환시스템의 배관계에 비하여 필터장치에서의 압력손실이 크기 때문에 순환조로부터 공정장치로 연결되는 배관에 필터장치를 연결하지 못하고, 병렬로 설치하여 공정용액을 순환 및 여과하고 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 공정용액 순환시스템은 공정용액이 저장된 순환조(1), 그 순환조의 공정용액을 공급하기 위한 공급펌프(2), 공급펌프(2)를 지난 공정용액을 여과하기 위한 스트레이너(3), 선택적으로 스트레이너를 지난 공정용액을 다시 여과시킬 수 있는 백필터(4), 백필터를 지난 공정용액을 송출하기 위한 공급배관(5), 상기 공급배관을 통해 공급되어 공정장치에서 사용된 후의 공정용액을 회수하기 위한 회수배관(6), 순환조(1)내의 공정용액을 배출시키기 위한 필터용 공급펌프(7), 필터용 공급펌프로부터 배출된 공정용액을 여과시킨 후 다시 순환조로 복귀시키기 위한 필터장치(8)가 각각 직렬로 연결되어 작동되도록 구성된다. 이와 같이, 각각의 구성부품이 직렬로 연결된 경우에는 필터장치(8)의 처리용량이 크게 증가하고 필터장치의 압력손실을 감안하여 결정되는 필터용 공급펌프(7)의 용량이 상대적으로 높아짐으로써 초기 설비비 및 운전비용이 증가하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 방법으로 공정용액 순환시스템을 구성하는 경우에는 필터장치를 직렬로 배치하는 경우에 비하여 처리용량을 보다 작게 설계하는 것이 가능하지만 필터장치를 통과하지 않은 일부의 공정용액이 공정장치로 공급되는 것을 방지할 수 없기 때문에 공정장치에서 불순물 입자에 의한 결함 발생 및 배관계의 성능 열화를 억제하는데 한계가 있는 것으로 나타났다.

이 같은 문제점을 보완하기 위한 방법으로서, 도 1에 도시된 방식과 유사하게 순환용액 공급펌프에 후속하여 백필터 또는 스트레이너를 설치하는 방식이 제안되어 있으나, 이 같은 여과장치를 통해 제거할 수 있는 불순물 입자의 크기에는 제한이 있으며 수시로 상태를 확인하여 작업자가 이를 교환하지 않으면 배관계의 압력손실이 증가하여 공급유량을 급속히 감소시키는 문제점이 있다.

결과적으로, 공정용액중의 불순물 입자는 용액의 산화 또는 공정과정에서의 반응물, 금속대 표면의 불순물 및 공정장치 내에서의 탈락물 등으로부터 비롯되며, 이러한 불순물 입자는 공정 장치내의 용액중에 혼입되어 순환될 경우 금속대 표면의 결함을 유발하고 열교환기 또는 배관계에 침적될 경우 시스템의 성능을 저하시키는 문제가 있으므로 별도의 필터 장치를 이용하여 계속적으로 제거하는 것이 해결과제로 대두되고 있다.

이에 본 발명은 상술된 문제점 및 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 공정 용액중의 불순물 입자의 혼입에 의한 금속대의 표면결함 발생을 방지하고 불순물이 배관계에 축적되는 것을 방지하여 성능저하를 방지할 수 있는 공정용액 순환시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 불순물 입자를 포함한 용액은 순환조로 다시 회수시키고 불순물 입자를 포함하지 않는 청정 공정용액만을 공정장치로 공급할 수 있는 공정용액 순환시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공정용액 공급배관에 직렬로 사이클론 장치를 설치한 공정용액 순환시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 공정용액 순환시스템을 보여주는 구성도.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 공정용액 순환시스템을 보여주는 구성도.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 공정용액 순환시스템을 보여주는 구성도..

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 순환조12: 공급펌프

14: 공급배관16: 회수배관

18: 필터용 공급펌프20: 필터장치

22: 사이클론30: 공정장치

40: 중간조42: 송출펌프

이 같은 목적들은, 공정용액이 저장된 순환조, 상기 순환조의 공정용액을 공급하기 위한 공급펌프, 상기 공급펌프를 지난 공정용액을 송출하기 위한 공급배관, 상기 공급배관을 통해 공급되어 공정장치에서 사용된 후의 공정용액을 회수하기 위한 회수배관, 상기 순환조의 공정용액을 배출시키기 위한 필터용 공급펌프, 및 상기 필터용 공급펌프로부터 배출된 공정용액을 여과시킨 후 다시 순환조로 복귀시키기 위한 필터장치를 구비하는 공정용액 순환시스템에 있어서, 상기 공급펌프 이후의 공급배관에는 공정용액에 포함된 불순물을 분리시켜 다시 공정용액 순환조로 복귀키고 불순물 입자가 제거된 청정용액만을 상기 공급배관을 통해 공정장치로 공급하기 위한 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정용액 순환시스템에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 공정용액의 구성을 보여주는 도 2를 참조하면, 그 공정용액 순환시스템은 기본적으로 공정용액이 저장된 순환조(10), 그 순환조(10)의 공정용액을 공급하기 위한 공급펌프(12), 공급펌프(12)를 지난 공정용액을 송출하기 위한 공급배관(14), 그 공급배관을 통해 공급되어 공정장치에서 사용된 후의 공정용액을 송출하기 위한 회수배관(16), 회수배관(16)을 통해 순환조(10)로 회수된 공정용액을 배출시키기 위한 필터용 공급펌프(18), 그 필터용 공급펌프로부터 배출된 공정용액을 여과시킨 후 다시 순환조로 복귀시키기 위한 필터장치(20)를 구비한다.

특히, 공급펌프(12) 이후의 공급배관(14)에는 공정용액에 포함된 불순물을 분리시켜 다시 공정용액 순환조(10)로 복귀키고 불순물 입자가 제거된 청정용액만을 공급배관(14)을 공정장치로 공급하기 위한 사이클론(22)을 더 포함한다.

이와 같은 구성에 따라, 공정용액 순환조(10)로부터 필터용 공급펌프(18)를 통해 필터장치(20)로 공급된 용액은 불순물 입자가 제거되어 다시 공정 용액 순환조(10)로 회수되며, 별도의 공정용액 공급펌프(12)를 통하여 공정장치(30)로 공급되는 공정용액은 그 전체가 사이클론(22)을 거치도록 하여 불순물 입자를 포함한 일부의 용액을 분리시켜 다시 공정 용액 순환조(10)로 회수되도록 하고 불순물 입자가 제거된 청정용액만이 공정용액 공급배관(14)을 거쳐 공정장치(30)에 공급되어 반응에 참여한 다음 공정장치에서 발생하는 불순물 입자를 포함한 공정용액이 회수배관(16)을 거쳐 공정용액 순환조(10)로 다시 회수된다.

또한, 이와 같이 구성된 공정용액 순환시스템에서, 필터장치(20)는 공정용액 순환조(10)에 축적되는 불순물 입자를 제거하는 역할을 하며, 사이클론(22)은 공정장치(30)로 공급되는 공정용액중의 불순물을 포함한 용액을 분리시켜 다시 공정용액 순환조(10)로 회수되도록 함으로써 공정용액 공급배관(14) 및 공정장치(30) 등을 순환하는 공정용액이 항상 청정한 상태로 유지될 수 있는 것이다.

한편, 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 공정용액 순환장치에 의하면, 그 공정용액 순환장치는 기본적으로 전술된 제1실시예의 구성요소를 모두 포함하는 바, 설명의 명확성을 위해 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

특히, 그 공정용액 순환시스템은 공정용액 공급펌프(12)로부터 사이클론(22)으로 공급되어 불순물 등이 분리된 공정용액을 다시 한번 회수하여 처리하기 위한 중간조(40)를 더 포함한다. 또한, 그 중간조(40)의 후방에는 그 중간조 내의 공정용액을 공급배관(14)을 통해 공정장치(30)로 공급하기 위한 송출펌프(42)가 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 제2실시예에 따른 공정용액 순환시스템을 제1실시예에 따른 공정용액 공급시스템에 비교해 보면, 각각의 공정용액 시스템에서의 각각의 공정용액 공급펌프의 작동에 의해 공정장치로 공급되는 공급유량은 동일하지만 제2실시예에서는 하나의 펌프가 부담할 양정(hydraulic head)을 송출펌프가 함께 분할하여 부담함으로서 보다 경제적인 시스템으로 구성될 수 있는 것으로 이해된다.

이하, 본 발명에 따른 공정용액 순환시스템과 종래의 공정용액 순환시스템을 실제적인 사용에 적용한 경우 나타난 결과에 대해 설명한다.

비교예 1

각각의 공정용액 순환시스템을 두께 0.1 내지 0.5㎜의 강대에 전기주석도금을 하는 공정라인에 적용하고, 도금용액으로써 페놀설폰산(PSA, phenol sulfornic acid)과 황산용액의 혼합용액을 사용하며, 양극으로써 주석막대를 사용하는 공정의 순환계 구성에서, 종래의 공정용액 공급방법과 본 발명의 공정용액 공급방법을 적용한 전후의 전기주석 도금조의 불순물 입자 농도 및 전기주석 도금제품의 표면결함 발생률을 비교하였다. 불순물 입자의 농도는 도금조 하단의 용액 1리터를 채취하여 여과시킨 후 건조하여 총량을 측정하고 입도 분석기를 이용하여 그 입도를 분석하였다. 그 경과, 아래 표1과 같이 나타났다.

표 1. 전기주석도금조에서의 불순물 입자 농도 및 표면결함 발생정도 비교

구분	필터장치 구성	공정장치 용액중 불순물	표면결함발생빈도(2개월)
	직렬	병렬		평균입도(um)	농도(g/l)	최대립크기(mm)
비교예	-	필터프레스	25	10	5	다수
발명예	싸이클론 (10um)	필터프레스	〈5	〈5	〈1	없음

표 1에 의하면, 실제 공정라인에서의 조업결과로써 전기주석도금조 7개, 도금용액 순환량 180Nm3/hr의 조건으로 2개월간 연속조업후의 결과를 비교한 것이다. 본 발명의 시스템에 적용된 싸이클론을 순환조로부터 도금조로 용액을 공급하는 공급배관에 부가시켰을 경우 종래의 공급용액 순환시스템에 비하여 도금조 내의 불순물 입자 농도 및 평균 입도가 크게 감소하며 그 결과로써 스크래치(scratch)등의 표면결함 발생이 개선됨을 확인할 수 있었다.

비교예 2

두께 0.1 내지 0.5㎜의 강대를 전기주석도금후 주석의 용융점(232℃)이상으로 가열한 다음 다시 냉각시키는 용융광택처리(reflow melt treatment) 공정의 냉각장치의 냉각수 순환계에 종래의 공정용액 순환시스템과 본 발명에 따른 공정용액 순환시스템을 각각 적용하여 조업한 결과를 비교하였다. 종래의 공정용액 순환시스템에서는 전기 주석 도금판의 주석산화물 탈락에서 기인되는 산화물 입자가 배관계에 축적되어 배관계의 단면적이 감소함에 따라 유량이 점차적으로 감소하는 것에 비교하여, 본 발명에 따른 공정용액 순환 시스템에의 적용 전후의 시간에 따른 유량변화를 조사함으로써 그 효과를 예시하였으며, 그 결과가 아래 표 2와 같이 나타났다.

표 2 전기주석도금강판의 용융광택처리 후 냉각공정에서의 배관계 성능변화

구분	필터장치의 구성	공정장치 용액중 불순물	냉각수 수중분사 노즐 교환주기
	직렬	병렬		0개월	2개월	6개월
종래예 1	스트레이너	-	75	60	40	＜1주
종래예 2	스트레이너	필터프레스	75	65	50	2주
본 발명	싸이클론(10um)	필터프레스	70	68	65	＞4주

표 2에서 알 수 있듯이, 초기의 스트레이너 (strainer)만으로 구성된 냉각수 순환계(종래예1)의 필터장치에 종래예 2로 필터프레스를 설치한 경우에 비하여, 본 발명에 따른 공정용액 순환시스템을 적용한 경우가 냉각수 순환량의 감소 정도가 작고 수중분사노즐의 막힘에 의한 교환주기가 연장되는 것으로 나타났으며, 이는 결국 배관계의 성능 향상에 효과적임을 보여주고 있다. 표 2에서 발명예의 적용 초기 종래예 1 및 2에 비하여 냉각수 순환량이 다소 감소하는 것은 불순물 입자를 포함한 냉각수의 일부가 순환조로 회수되기 때문으로 동일한 공급펌프를 사용할 경우에만 나타나는 현상으로 이해된다.

결과적으로, 본 발명에 따른 공정용액 순환시스템에 의하면, 공정장치로 공급되는 공정용액 중에 혼입되는 불순물 입자를 효율적으로 제거할 수 있으므로 최종 제조되는 제품의 제품성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 공정장치를 순환하는 용액중의 불순물 입자가 배관계 등에 축적되는 것을 방지할 수 있으므로 공정용액 순환시스템의 전체의 성능이 향상되는 효과가 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (2)

1. 공정용액이 저장된 순환조, 상기 순환조의 공정용액을 공급하기 위한 공급펌프, 상기 공급펌프를 지난 공정용액을 송출하기 위한 공급배관, 상기 공급배관을 통해 공급되어 공정장치에서 사용된 후의 공정용액을 회수하기 위한 회수배관, 상기 순환조의 공정용액을 배출시키기 위한 필터용 공급펌프, 및 상기 필터용 공급펌프로부터 배출된 공정용액을 여과시킨 후 다시 순환조로 복귀시키기 위한 필터장치를 구비하는 공정용액 순환시스템에 있어서,

   상기 공급펌프 이후의 공급배관에는 공정용액에 포함된 불순물을 분리시켜 다시 공정용액 순환조로 복귀키고 불순물 입자가 제거된 청정용액만을 상기 공급배관을 통해 공정장치로 공급하기 위한 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정용액 순환시스템.
2. 제 1항에 있어서, 상기 공정용액 공급펌프로부터 상기 사이클론으로 공급되어 불순물이 분리된 공정용액을 다시 회수하기 위한 중간조를 더 포함하며, 상기 중간조의 후방에는 그 중간조 내의 공정용액을 상기 공급배관을 통해 상기 공정장치로 공급하기 위한 송출펌프가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 공정용액 순환시스템.