KR20030082511A - 마이크로 필터와 프리코트 필터가 전처리로 부착된 한외여과막을 이용한 수용성 절삭유 재이용 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의하여 수용성 절삭유는 캇트리지형 마이크로 필터(4)를 통과하여 5 미크론 이상의 금속칩과 이물질이 제거되고 다음단계로 프리코트 필터(8)를 통과하여 0.3 미크론 이상의 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등이 제거된다. 이 상태로 절삭유의 수명은 상당히 연장되나 희석수에 포함되어 있거나 기계가공과정에서 발생한 금속이온 및 각종 무기염 등이 피절삭물 표면에 얼룩 등의 오염을 일으키므로 한외여과막(14) (ultrafiltration membrane)을 이용하여 절삭유 내에 존재하는 금속이온 및 무기염을 물과 함께 투과 시켜 제거하고 회수된 절삭유를 재사용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에 의하면 캇트리지형 마이크로 필터(4)를 통과하고 단음단계에서 프리코트 필터(8)를 통과하여 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등이 제거된 수용성 절삭유는 많은 시간 재활용이 가능하지만 희석수에 포함된 각종 금속이온 및 무기염류들과 절삭과정에서 발생되는 금속 이온들은 제거가 되지 않고 수용성 절삭유 내에 축적되어 피절삭물의 표면에 얼룩 등의 오염을 발생 시키므로 한외여과막(14)을 이용하여 각종 금속이온과 무기염을 제거함으로써 수용성 절삭유를 완벽하게 정제할 수 있으므로 계속적인 재활용이 가능해지며, 수용성 절삭유 사용량과 폐기물 발생량을 현격하게 줄일 수 있다.

Description

마이크로 필터와 프리코트 필터가 전처리로 부착된 한외여과막을 이용한 수용성 절삭유 재이용 장치 {apparatus for recycling soluble coolants by using a unltra-filtration membrane to attach a micro filter and pre-coat filter as pre-treatment.}

본 발명에 의하면 금속 또는 비금속 절삭 및 연삭 등의 기계 가공 시 피가공물과 기계에서 발생하는 열을 제거하고 가공면에서의 윤활성을 높여 피가공물의 품질을 높이기 위해 사용하는 수용성 절삭유를 캇트리지형 마이크로 필터(4)를 통과시켜 5 미크론 이상의 금속칩과 이물질을 제거한 후 다음단계로 프리코트 필터(8)를 통과시켜 0.3 미크론 이상의 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등을 제거한다. 이 상태로 절삭유의 수명은 상당히 연장되나 희석수에 포함되었거나 기계가공과정 시 발생된 금속이온 및 각종 무기염 등이 피절삭물 표면에 오염을 일으키므로 한외여과막(14) (ultrafiltration membrane)을 이용하여 절삭유 내에 존재하는 금속이온 및 무기염을 물과 함께 투과 시켜 제거하고 회수된 절삭유를 재사용함으로써 수용성 절삭유 사용량과 발생되는 폐기물의 양을 현격하게 줄일 수 있는 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명에 의하면 수용성 절삭유 내에 존재하는 5미크론 이상의 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등을 캇트리지형 마이크로 필터(4)에 수용성 절삭유를 통과시켜 제거하고, 다음 단계로 프리코트 필터(8)를 이용하여 0.3 미크론 이상의 이물질 및 타유 성분과 미생물을 제거하며, 한외여과막(14)을 이용하여 수용성 절삭유 내에 존재하는 각종 금속이온 및 무기염류들을 물과 함께 투과 시켜 배출시키고 수용성 절삭유의 유효 성분인 절삭유제 및 세정제, 계면활성제 등은 모두 회수함으로써 수용성 절삭유 내의 오염 인자들은 완벽하게 제거되고 유용한 성분들만 남게 된다. 이때 한외여과막(14)에 의한 여과 시 오염인자와 함께 배출된 물의 물량만큼 회수된 수용성 절삭유에 새로운 물이 보충되어 수용성 절삭유의 조건을 일정하게 유지시킴으로써 수용성 절삭유를 새것으로 교체하지 않고 계속적인 재이용이 가능하게 하는 방법이다.

수용성 절삭유는 금속 또는 비금속물의 기계 가공 공정에서 매우 중요한 역할을 한다. 수용성 절삭유는 파라핀유를 주성분으로 하고 있어 물속에서 작은 알갱이 상태로 분산이 가능하고 분산된 절삭유는 피가공물 표면에 윤할 작용을 일으키는 반면 물은 피가공물의 냉각작용을 일으킨다. 또한 수용성 절삭유 중에는 세정제 성분이 들어 있어 피가공물의 표면세정작용을 하고 부식방지제와 방청제 성분이 있어 가공 후 부식 방지 작용과 방청 작용을 한다. 수용성 절삭유의 오염은 위에서 설명한 수용성 절삭유의 주요 성분들이 없어지므로써 발생된다. 오염 인자들은 기계가공 공정에서 발생되는 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등이 있으며 미생물에 의한 부패도 중요한 인자가 된다. 수용성 절삭유의 주요 성분들은 작은 입자로분산되어 있으며 이들의 입자크기는 0.01미크론에서 0.1미크론 사이에 있다. 본 발명에서는 사용되는 필터와 한외여과막의 기공크기를 적절하게 사용하므로써 수용성 절삭유의 주요 성분은 배제시키고 오염 인자들만 투과시켜 제거하는 방법을 나타내고 있다.

기존에 수용성 절삭유를 재이용 하는 방법으로는 섬유상이나 금속성, 또는 세라믹 캇트리지형 마이크로 필터를 사용하여 기계가공 시 발생되는 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등을 제거하고 수용성 절삭유의 수명을 연장 시키는 방법과 프리코트 필터를 이용하여 캇트리지형 마이크로 필터의 처리방법보다 정밀한 여과 과정을 거쳐 가공 시 발생되는 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물을 제거하여 절삭유의 수명을 연장하는 방법 등이 공지되어 있다. 이들 방법은 수용성 절삭유의 수명은 연장되지만, 희석수에 존재하거나 기계가공 시 발생되는 각종 금속이온 및 무기염류들은 제거하지 못해 피가공물의 표면에 얼룩과 부식을 일으킬 수 있어 계속적인 재이용은 불가능하다. 본 발명에서는 기존 공지된 방법에서 이루지 못한 각종 금속이온 및 무기염류들까지 제거함으로써 기계 가공폐수로부터 처리되어 회수된 수용성 절삭유를 완벽하게 재이용 할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고 수용성 절삭유를 재사용할 수 있도록 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)를 거쳐 한외여과막(14)을 이용하는 3단계 처리공정을 채택함으로써 수용성 절삭유의 완벽한 재이용을 가능하게 하고 절삭유의 소모로 인한 경제적인 비용을 절감시키는 한편 폐기물 발생량도현격하게 줄일 수 있는 방법이다.

1. 사용된 수용성 절삭유 이송라인

2. 수용성 절삭유 원수 저장조

3. 수용성 절삭유 공급펌프

4. 캇트리지형 마이크로 필터

5. 프리코트 필터 원수 저장조

6. 프리코트 필터의 수용성 절삭유 공급라인

7. 압력센서

8. 프리코트 필터

9. 필터 엘리먼트

10. 프리코트 필터 여과수의 회기라인

11. 진동모터

12. 폐여재 저장조

13. 한외여과막 공급펌프

14. 한외여과막

15. 농축수 배출구

16. 투과수 배출구

17. 수세수 저장조

18. 역세펌프

19.투과수 배출관

이와 같은 본 발명의 목적은 캇트리지형 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)를 거쳐 한외여과막(14)을 이용한 수용성 절삭유의 재이용 방법에 의해 달성된다.

따라서, 본 발명의 목적은 수용성 절삭유를 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)를 통과시켜 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등을 제거한 후, 한외여과막(14)을 사용하여 각종 금속이온과 무기염류 등을 물과 함께 투과수로 배출시키고 수용성 절삭유의 유효성분은 배제시킨다. 이때 오염 물질과 함께 투과 배출된 물의 물량 만큼 회수된 수용성 절삭유에 새로운 물이 보충되어 사용되는 수용성 절삭유의 초기조건을 맞추게 된다. 이와 같은 방법으로 수용성 절삭유를 초기상태로 계속 유지시킴으로써 사용된 수용성 절삭유를 처리하여 재이용하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법에서 처리될 수 있는 수용성 절삭유는 기계 가공 시 사용되는 냉각수 및 윤활유를 대상으로 하며 금속 또는 비금속 절삭 가공으로부터 유입되는 칩과 각종 이물질, 타유 성분 및 절삭유를 부패 시키는 미생물 등을 함유한다. 또한 수용성 절삭유의 농도는 중량대비 10% 미만의 것으로 한다. 본 발명에서 사용되는 마이크로 필터(4)는 섬유상이나 금속, 또는 세라믹 재질의 캇트리지 형태이며 기공의 크기는 1 미크론에서 10 미크론까지의 기공 크기를 가지고 있다. 사용된 수용성 절삭유는 절삭유 원수저장조(2)에서 공급펌프(3)에 의해 캇트리지형 마이크로 필터(4)로 공급되며, 캇트리지형 마이크로 필터(4)를 거친 후 프리코트 필터 원수저장조(5)로 이송된다. 프리코트 필터(8)에 사용되는 여재는 세라믹계의 여재를 사용한다. 세라믹계의 여재를 사용할 경우 0.2 미크론에서 1 미크론까지의 기공을 형성할 수 있다. 프리코트 필터(8)에는 자체 공급펌프가 장착되어 있어 일정한 여과 압력을 유지한다. 따라서 미리 설정된 여과 압력을 초과하면 프리코트 필터(8)에 부착된 압력 센서(9)에 의해 프리코트 필터 원수 저장조(5)로부터 수용성 절삭유를 공급하는 공급라인(6)은 차단되고 진동모터(11)가 작동하게 되며, 프리코트 필터(8)의 필터 엘리먼트(9)에 부착된 세라믹 여재는 탈리되어 폐여재 저장조(12)로 이송된다. 프리코트 필터 원수 저장조(5)에 세라믹 여재를 새로 투입하고 수용성 절삭유 원수공급을 개시한다. 이와 같은 방법으로 프리코트 필터(8)의 여재 교체가 이루어지며, 장치는 자동으로 운전된다. 프리코트 필터(8)를 거쳐 처리된 수용성 절삭유는 수용성 절삭유 원수 저장조(2)로 다시 돌아간다. 수용성 절삭유 원수저장조(2)에는 한외여과용 공급펌프(13)가 별도로 설치되어 있어 캇트리지형 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)에서 처리된 수용성 절삭유를 한외여과막(14)으로 공급한다. 한외여과막(14) 모듈에 공급된 수용성 절삭유는 투과수 배출구(16)와 농축수 배출구(15)로 나뉘어 배출된다. 이때 각종 금속이온과 무기염류들은 물과 함께 투과수 배출구(16)로 배출되며, 유효한 절삭유제 성분은 농축수배출구(15)로 배출되어 수용성 절삭유 원수저장조(2)로 회기하게 된다.

이러한 작업은 일정한 시간 간격을 두고 반복되도록 자동 운전이 설정되므로 수용성 절삭유에 함유된 오염 인자들은 끊임없이 제거된다.

상기 작업의 반복은 한외여과막(14)의 성능을 떨어뜨리게 되며 이러한 경우 한외여과막(14) 모듈의 투과수 배출구(16)쪽에 위치한 역세 펌프(18)가 가동되어 역세가 실시된다.

역세는 별도의 수세수 저장조(17)를 설치하고 역세펌프(18)를 가동시켜 한외여과막(14) 내에 수세수를 공급하는 과정이다. 수세수로는 물 또는 일정한 비율의 세정제가 첨가된 희석수를 사용한다. 역세는 임의 압력을 설정하여 설정 압력 초과 시 압력 스위치에 의하여 자동으로 역세펌프(18)가 작동되며, 작동시간은 일정시간을 유지하도록 설정된다.

상기와 같은 작용에 의해 한외여과막(14)은 막힘 현상을 방지할 수 있으며, 한외여과막(14)의 수명을 연장 시킨다.

본 발명의 방법은 도1에 표시된 바와 같이 연속 순환공정으로 작동되며, 각 기계의 가동과 중단은 자동으로 이루어진다.

본 발명의 연속 순환식 장치에서 기계가공 공정시 유입되는 수용성 절삭유는 원수저장조(2)에 저장되며 공급 펌프(3)에 의해 캇트리지형 마이크로 필터(4)로 공급되고 이를 거쳐 프리코트 필터의 원수저장조(5)로 공급된다. 이 과정에서 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등이 제거되고 수용성 절삭유 원수저장조(2)로 다시 돌아간다. 처리된 수용성 절삭유는 별도로 설치된 한외여과막 공급펌프(13)에 의하여 한외여과막(14) 모듈에 공급되고 오염인자는 투과수 배출구(16)로 물과 함께 배출되며, 유효 절삭유제는 원수저장조(2)로 돌아간다. 상기와 같은 순환 공정에 의해 수용성 절삭유의 정제가 이루어진다.

본 발명의 방법에 따라 재생되는 수용성 절삭유의 허용 기준은 현재 국내에금속 가공유 및 수용성 세척제 용액을 공급하는 한국 하우톤사의 3 중량수용성 합성 절삭유 관리 기준을 적용하는데, 아래표 에 그 기준값을 나타낸다.

항목	3 중량수용성 합성 절삭유의 관리기준
브릭스 농도 (Brix)	7.0 이상
PH	9.7 - 10.4
전알칼리도 (KOH)	2 이상
표면장력 (dyne/cm)	38 이하
마찰계수	0.330 이하
방청성 (hr)	24 이상

본 발명의 방법에 따라, 수용성 절삭유를 계속적으로 재사용할 수 있으므로 수용성 절삭유의 사용량을 최소화할 수 있음은 물론 폐기되는 수용성 합성 절삭유의 양을 크게 절감시켜 줌으로써 경제적 이익과 함께 환경 친화적인 장치를 이룰 수 있다.

Claims (5)

1. 수용성 절삭유의 재이용에 있어서 캇트리지형 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8), 한외여과막(14) 장치를 포함하고 있는 순환 장치.
2. 제1항에 있어서 수용성 절삭유를 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)로 처리하여 금속 또는 비금속 칩과 이물질, 타유, 미생물 등을 제거한 후 한외여과막(14)을 사용하여 각종 금속이온 및 무기염류 등을 분리, 제거하여 회수된 절삭유를 재사용하는 것을 포함하는, 수용성 절삭유의 재이용 방법.
3. 제1항에 있어서, 마이크로 필터(4)와 프리코트 필터(8)를 포함하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 프리코트 필터(8)의 여재로 세라믹계를 사용하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 0.05 미크론에서 0.1 미크론의 기공 크기를 갖는 한외여과막(14)을 사용 하는 방법.