KR101403578B1 - 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치 - Google Patents
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 가열 공정 중 폐기되는 폐증기를 분리 회수하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 건조 공정에 필요한 열원으로 재활용하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 친환경적인 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치에 관하여 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치는 공급된 증기를 이용하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하는 성형기와 성형기로부터 배출된 폐증기를 재활용이 가능한 형태로 회수하는 폐증기 회수부와 공급된 증기와 함께 또는 별도로 회수된 폐증기를 가열열원으로 재활용하여 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조 공정부를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치는 공급된 증기를 이용하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하는 성형기와 성형기로부터 배출된 폐증기를 재활용이 가능한 형태로 회수하는 폐증기 회수부와 공급된 증기와 함께 또는 별도로 회수된 폐증기를 가열열원으로 재활용하여 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조 공정부를 포함한다.
Description
본 발명은 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치에 관한 것으로서, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조시 가열 공정 중 폐기되는 폐증기를 분리 회수하여 건조 공정에 필요한 열원으로 활용함으로써 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 친환경적인 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치에 관한 것이다.
발포폴리스티렌은 널리 알려진 바와 같이, 폴리스티렌(Polystyrene)에 펜탄(Pentane)이나 부탄(Butane)과 같은 발포제를 첨가하여 가열 경화시킴과 동시에 기포가 생성된 발포수지를 일컬으며, 발포폴리프로필렌은 폴리프로필렌(Polypropylene)에 부탄(Butane)이나 이산화탄소와 같은 발포제를 첨가하여 생성된 발포수지를 일컫는다.
이러한 발포폴리스티렌과 발포폴리프로필렌을 소재로 하여 성형된 제품은 경량성, 내수성, 단열성, 방음성, 완충성 등이 우수하여 일상생활에서 쉽게 확인할 수 있는 것처럼 포장 자재, 건축재료, 산업재료, 장식재료, 절연재료 등에 널리 이용된다.
발포폴리스티렌의 제조 공정은 원료충진 공정, 스팀예비가열 공정, 일방가열 공정, 역방향가열 공정, 양면가열 공정, 홀딩 공정, 냉각공정, 배수 공정, 진공 공정, 형개(型開) 공정, 이형 공정 등의 순서로 이루어지는데, 발포폴리스티렌 제품의 두께나 발포배율에 따라 해당 공정의 순서 및 시간은 조금씩 차이가 있을 수 있다.
이러한 발포폴리스티렌의 제조 공정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 준비된 발포폴리스티렌의 원료를 금형 내에 투입한 후 스팀으로 가압 승온시킨다. 이에 따라 발포폴리스티렌의 원료인 발포제가 기화 팽창하여 금형에 충진되어 압착 효과를 발휘한다. 이어서, 가열된 금형을 냉각하면 수축된 발포폴리스티렌이 분리될 수 있다. 이와 같이 제조된 발포폴리스티렌 제품은 건조실 내에서 건조된 다음에야 제품으로 제공될 수 있게 된다.
종래의 발포폴리스티렌 제조 장치의 일반적인 구성은 도 1을 통해 간략히 확인할 수 있다. 도시된 바와 같이 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치(1)는 발포폴리스티렌 원료가 충진된 성형기(20a, 20b)의 내부로 가열열원인 증기가 공급되는데, 이는 주증기관(10)을 통해 이루어진다.
특히, 성형기(20a, 20b) 각각의 입측에는 주 증기관(10)으로부터 분기된 배관을 통해 고정측 증기밸브(21a, 21b) 및 이동측 증기밸브(23a, 23b)가 각각 한 세트씩 연결된다. 그리고 성형기(20a, 20b) 각각의 출측에는 집수관(30)을 향하여 분기된 배관을 통해 고정측 배기밸브(25a, 25b) 및 이동측 배기밸브(27a, 27b)가 각각 한 세트씩 연결된다.
우선 이러한 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치에서의 일방 가열 공정을 간략히 살펴보기로 한다. 먼저, 일방 가열 공정에서는 고정측 증기밸브(21a, 21b)가 개방되며, 이에 따라 주증기관(10)을 통해 공급된 증기(S)는 성형기 내에 충진된 발포폴리스티렌 원료를 가열한다. 그리고 가열 작용을 마친 증기는 응축수 또는 폐증기(S′)의 형태로 이동측 배기밸브(27a, 27b)의 개방에 따라 배출된다. 다시 말해, 고온의 증기(S)를 원료 발포에 이용하므로, 성형기 내부의 건조 상태는 중요하며, 별도로 응축수를 분리하지 않고서 응축수와 폐증기(S′)를 다량 배출하는 방식이 적용된다.
이때, 통상적으로 투입되는 증기(S)의 압력은 대략 0.3MPa 정도이며, 성형기(20a, 20b) 각각의 내부압력이 설정된 압력(예: 0.07MPa)에 도달하면 일방가열을 위한 증기 공급이 중지된다. 그리고 이때, 증기(S)가 공급되는 시간은 대략 10~20초 정도인데, 이 역시 제품의 두께나 형상에 따라 달라질 수 있다. 그리고 이러한 일방 가열 공정 중에는 고정측 배기밸브(25a, 25b)는 닫힌 상태를 유지한다.
이어서, 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치에서의 역방향 가열 공정을 간략히 살펴보기로 한다. 역방향 가열 공정에서는 전술한 일방 가열 공정과 반대로 이동측 증기밸브(23a, 23b)가 개방되는 한편 고정측 배기밸브(25a, 25b)가 수초(예를 들면, 3~7초) 정도 개방되어 응축수 및 폐증기(S′)를 배출한다. 물론, 이러한 과정 중에는 고정측 증기밸브(21a, 21b)와 이동측 배기밸브(27a, 27b)는 닫힌 상태를 유지한다.
다음으로, 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치에서의 양면 가열 공정을 간략히 살펴보기로 한다. 양면 가열 공정은 발포폴리스티렌 제품을 성형기(20a, 20b) 내에서 발포시킨 후 각각의 출측에 마련된 배기밸브(즉, 고정측 배기밸브(25a, 25b) 및 이동측 배기밸브(27a, 27b)를 포함)를 닫는다. 이와 동시에, 성형기(20a, 20b) 각각의 입측에 마련된 증기밸브(즉, 고정측 증기밸브(21a, 21b) 및 이동측 증기밸브(23a, 23b)를 포함)를 잠깐 개방함으로써, 대략 1~2초 정도 발포폴리스티렌 제품의 표면을 가열한다. 이러한 양면 가열 공정은 발포 성형된 발포폴리스티렌 제품의 표면을 매끈하게 해주기 위하여 실시된다. 그 다음으로, 성형기(20a, 20b)를 소정 온도(예: 40 ~ 60℃)의 냉각수를 이용하여 성형기(20a, 20b)를 냉각하는 냉각 공정이 수반되며, 이후 성형된 발포폴리스티렌 제품을 분리한다.
한편, 발포폴리스티렌 제품을 성형 제조하기 위해 필요한 총 열에너지 사용량은 전술된 가열 공정들, 즉 일방 가열 공정, 역방향 가열 공정은 물론 양면 가열 고정에서 85 ~ 90%가 요구되는데, 그 외의 열에너지 사용량은 대부분 건조 공정에서 요구된다.
발포폴리스티렌 제조에 있어서, 건조 공정이란 발포 성형을 마친 발포폴리스티렌 제품을 건조실(50)로 옮겨온 다음 대략 70 ~ 80℃의 열풍(H)으로 건조하는 단계를 말한다. 즉, 이러한 열풍 건조를 통해 발포폴리스티렌 제품에 함유된 수분을 제거함은 물론 잔존하는 발포제를 기화시킬 수 있어, 제품의 형상 및 규격을 유지할 수 있으며 수요처에서 요구하는 물성(예: 탄성)을 확보할 수 있다.
종래의 발포폴리스티렌 제조 장치에서의 건조 공정을 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, 건조실(50)의 가열열원으로서 주증기관(10)으로부터 공급된 증기(S)를 이용한다. 즉, 송풍기(57)의 작동에 의해 건조실(50) 내부를 순환하는 공기는 증기(S)를 공급받은 히터(55)의 가열 작용에 의해 고온의 열풍(H)으로 변환된다. 그리고 이러한 열풍(H)은 건조실(50)의 벽면 덕트(58)를 경유하여 건조실(50) 내부로 공급된다. 이러한 방식으로 건조실(50) 내부에서는 발포폴리스티렌 제품의 건조가 이루어진다.
한편, 건조실 내부의 온도 제어는 주증기관(10)을 따라 연결되어 증기의 공급량을 조절하는 온도 조절변(51)과, 건조실(50) 내부의 온도를 감지하여 상기 온도 조절변(51)에 제어 신호를 인가하는 온도 제어반(53)에 의해 구현된다. 그리고 히터(55)에서 발생되는 응축수(F)는 별도 구비된 응축수 트랩(56)을 통해 집수되어 증기를 생성하는 보일러 쪽으로 공급된다.
이와 같이, 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치(1)의 경우, 보일러에서 생성된 가열열원인 증기의 공급량 중 85 ~ 90%는 성형기의 가열 공정에서 활용되며, 그 외 증기의 공급량 중 10 ~ 15%는 건조실로 공급되어 발포폴리스티렌 제품의 건조 공정에 활용되는 형태를 띠고 있다.
다만, 이와 같은 종래의 발포폴리스티렌 제조 장치에 의하면 성형기의 가열 공기에서 활용되고 남은 폐증기의 열 손실이 큰 까닭에 에너지 소모량이 상대적으로 증가하여 비용적인 면에서 불리하다. 아울러, 다량의 증기를 발생시키기 위하여 보일러에 투입되는 화석연료의 사용량이 증가함에 따라 친환경적이지 못한 문제점이 제기되었다.
한편 발포폴리프로필렌의 제조 공정은 상기 발포폴리스티렌과 거의 동일하며, 단지 증기압력만 더 고압을 사용할 수 있다는 차이를 가진다. 따라서 발포폴리프로필렌의 제조 공정은 상기 발포폴리스티렌의 경우와 동일한 문제점을 갖는다.
본 발명은 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 성형을 위한 가열 공정에서 활용되고 남은 폐증기를 회수하여 건조 공정의 가열열원으로 재활용할 수 있는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치를 제공한다.
본 발명은 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 제조 공정에 투입되는 에너지 소모량을 절감하여 증기의 생성에 필요한 화석연료의 사용량을 줄임으로써 탄소배출량을 억제할 수 있는 친환경적인 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 공급된 증기를 이용하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하는 성형기; 상기 성형기로부터 배출된 폐증기를 재활용이 가능한 형태로 회수하는 폐증기 회수부; 및 상기 공급된 증기와 함께 또는 별도로 상기 회수된 폐증기를 가열열원으로 재활용하여, 상기 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조 공정부;를 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치를 제공한다.
상기 성형기로부터 배출된 폐증기를 회수하여 수용하는 폐증기 회수 탱크와, 상기 폐증기 회수 탱크로부터 상기 건조 공정부의 가열열원으로 이용되기 위해 토출되는 폐증기의 압력을 조절하는 압력조절수단을 포함한다.
상기 압력조절수단은, 설정된 수위로 봉입수가 채워진 U 형상 압력조절관과, 상기 압력조절관과 배관 연결되며 봉입수를 저장하는 봉입수 팽창탱크 및, 상기 봉입수 팽창탱크와 상기 압력조절관 사이의 배관에 마련되는 밸브를 포함한다.
상기 건조 공정부는, 열풍을 순환시켜 내부에 수용된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조실; 상기 열풍의 가열열원으로서 주증기관을 통해 공급된 증기를 이용하는 증기 열원공급부; 및 상기 열풍의 가열열원으로서 상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기를 이용하는 폐증기 열원공급부;를 포함한다.
상기 폐증기 열원공급부는, 상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기를 흡입하는 이젝터와, 상기 이젝터를 통해 흡입된 폐증기를 가열열원으로 작동하는 히터를 포함한다.
상기 폐증기 열원공급부는, 상기 흡입되는 폐증기의 유압 또는 유량을 조절 제어하도록 상기 이젝터를 제어하는 이젝터 제어부를 포함한다.
상기 폐증기 열원공급부는, 상기 이젝터와 함께 또는 별도로, 상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기가 상기 건조 공정부의 가열열원으로 이용될 수 있도록 부압을 제공하는 링 블로워를 포함한다. 이때 링 블로워 대신 진공펌프와 같은 별도의 펌프를 이용하여 부압을 제공할 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치에 의하면, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 가열 공정 중 다량 폐기되는 폐증기를 분리 회수하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 건조 공정에 필요한 열원으로 재활용할 수 있다.
이에 따라, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 공정에 투입되는 에너지 소모량을 줄일 수 있어 비용 절감을 통한 제품 생산 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 그리고 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 건조 공정에 투입되는 증기의 공급량을 줄일 수 있으며, 이는 결과적으로 화석연료의 사용량을 감소시켜 탄소배출량을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치를 간략히 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐증기 회수부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건조 공정부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐증기 회수부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 건조 공정부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐증기 회수부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치(100)는, 주증기관(110)으로부터 증기(S)를 공급받아 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하기 위해 가열하는 성형기(120)와, 상기 성형기(120)로부터 생성된 폐증기(S′)를 회수하여 재활용이 가능한 형태로 공급하는 폐증기 회수부(200)와, 주증기관(110)으로부터 공급된 증기(S)는 물론 상기 폐증기 회수부(200)로부터 공급된 폐증기(S′)를 동시에 이용하여 가열 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조 공정부(300)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치(100)는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 원료가 충진된 성형기(120)(즉, 본 실시예에서는 두 개의 성형기(120a, 120b)가 예시적으로 적용되어 있음)가 개시되어 있다. 이러한 성형기(120) 내부로 가열열원인 증기(S)가 공급되는데, 증기(S)는 주증기관(110)을 통해 공급된다.
각각의 성형기(120a, 120b)의 입측에는 주증기관(110)으로부터 분기된 배관을 통해 고정측 증기밸브(121a, 121b) 및 이동측 증기밸브(123a, 123b)가 각각 한 세트씩 연결된다. 또한, 각각의 성형기(120a, 120b)의 출측에는 집수관(140)을 향하여 분기된 배관을 통해 고정측 배기밸브(125a, 125b) 및 이동측 배기밸브(127a, 127b)가 각각 한 세트씩 연결된다.
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치(100)에서의 일방 가열 공정 시에는, 고정측 증기밸브(121a, 121b)가 개방되어, 주증기관(110)을 통해 공급된 증기(S)는 성형기(120) 내에 충진된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 원료를 가열한다. 그리고 가열 작용을 마친 증기(S)는 응축수 또는 폐증기(S′)의 형태로 이동측 배기밸브(127a, 127b)의 개방에 따라 배출된다.
이때, 발포폴리스티렌의 경우 통상적으로 투입되는 증기(S)의 압력은 대략 0.3MPa 정도이며, 성형기(120a, 120b) 각각의 내부압력이 설정된 압력(예: 0.07MPa)에 도달하면 일방가열을 위한 증기(S)의 공급이 중지된다. 바람직하게는 증기(S)의 공급 시간은 대략 10~20초 정도이며, 이러한 시간 조건은 제품의 두께나 형상에 따라 달라질 수 있다. 그리고 이러한 과정 중에 고정측 배기밸브(125a, 125b)는 닫힌 상태를 유지한다. 발포폴리프로필렌의 경우에는 상기 발포폴리스티렌의 경우보다 투입되는 증기의 압력을 약0.6~0.7MPa 까지 높게 할 수 있으며, 이에 맞추어 성형기(120a, 120b) 각각의 내부압력이 설정된 압력도 0.3Mpa 까지 높일 수 있다.
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치(100)에서의 역방향 가열 공정 시에는, 전술한 일방 가열 공정과 반대로 이동측 증기밸브(123a, 123b)가 개방되는 한편 고정측 배기밸브(125a, 125b)가 수초(예를 들면, 3~7초) 정도 개방되어 응축수 및 폐증기(S′)가 배출된다. 그리고 이러한 과정 중에는 고정측 증기밸브(121a, 121b)와 이동측 배기밸브(127a, 127b)는 닫힌 상태를 유지한다.
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치(100)의 양면 가열 공정 시에는, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형기(120) 내에서 발포시킨 후 각각의 출측에 마련된 배기밸브(즉, 고정측 배기밸브(125a, 125b) 및 이동측 배기밸브(127a, 127b)를 포함)가 닫혀 진다. 이와 동시에, 성형기(120) 각각의 입측에 마련된 증기밸브(즉, 고정측 증기밸브(121a, 121b) 및 이동측 증기밸브(123a, 123b)를 포함)가 잠깐 개방되어 대략 1~2초의 짧은 시간 동안 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 표면을 가열한다. 이러한 양면 가열 공정은 발포 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 표면을 매끈하게 해주기 위하여 실시된다. 그 다음으로, 성형기(120)를 냉각한 후 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 분리한다.
한편, 성형기(120) 각각으로부터 배출되는 응축수는 집수관(140)을 통해 배출되며, 이와 달리 폐증기(S′)의 경우에는 분기된 배관을 통해 폐증기 회수부(200)로 회수된다. 이때, 폐증기(S′)가 회수되는 배관 상에는 폐증기 배기밸브(130)가 마련될 수 있으며, 도 2에 도시된 실시예에서의 폐증기 배기밸브(130)는 4개로 구성되어 있다. 즉, 제1폐증기 배기밸브(130a), 제2폐증기 배기밸브(130b), 제3폐증기 배기밸브(130c) 및 제4폐증기 배기밸브(130d)가 이에 포함된다. 폐증기(S′)를 포집하는 방법은 실시예에 따라 조금씩 달라질 수 있으나, 바람직한 하나의 예로서 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 일방 가열 공정 시에 대략 10 ~ 20초로 고정측 증기밸브(121a, 121b)가 개방될 때 성형기(120) 내부로 직접 투입된 증기(S)로부터 대략 1/3은 버리고 2/3정도는 회수되는 방식이 이용될 수 있다. 이때, 구체적인 배기밸브(130)의 작동 순서는 실시예에 따라 조금씩 달라질 수 있으므로 이에 관한 설명은 생략하기로 한다. 이와 같이 회수된 폐증기(S′)는 폐증기 회수부(200)를 통해 포집된 다음, 설정된 압력으로 토출되어 건조 공정부(300)의 가열열원으로 재활용된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐증기 회수부의 세부 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 폐증기 회수부(200)는, 크게 폐증기(S′)를 설정된 용량으로 저장할 수 있는 폐증기 회수 탱크(210)와, 외부로부터 봉입수를 도입 하여 폐증기의 토출 압력을 조절하는 압력조절관(220), 다수의 봉입수 팽창탱크(230) 및 다수의 밸브(231a, 231b, 231c)로 구성된다.
전술한 바와 같이, 성형기(120) 내부로 공급된 증기(S)에 의해 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 가열 공정이 이루어진 이후, 가열 작용을 마친 증기는 응축수의 형태로 출수되거나 또는 폐증기(S′)의 형태로 회수되어 포집될 수 있다.
폐증기 회수 탱크(210)는 입(立)형 타입의 저장 용기 부재로서, 일측으로는 폐증기(S′)가 인입될 수 있도록 폐증기 인입배관(201)과 연통되며, 상측으로는 내부에 보관된 폐증기(S′)가 후술될 건조 공정부(300)를 향하여 공급될 수 있도록 폐증기 공급배관(203)과 연통되는 구조를 가진다.
먼저, 폐증기 회수 탱크(210)의 일측에 연결된 폐증기 인입배관(201)을 통해 회수된 폐증기(S′)가 포집된다. 포집된 폐증기(S′)는 폐증기 회수 탱크(210) 내부에 구비된 기수분리판(211)을 통해 유동하면서 수분만이 걸러지게 되며, 걸러진 수분은 폐증기 회수 탱크(210)의 바닥면으로 낙수된다. 낙수된 수분은 응축수 배출밸브(도 2의 205) 또는 트랩을 통해 외부로 배출되며, 오염상태에 따라 집수관(140)으로 분리되거나 또는 새로운 증기를 생성하는 보일러의 급수에 활용될 수 있다.
폐증기 회수 탱크(210)의 상부에는 압력조절관(220)이 연결된다. 여기서 압력조절관(220)은 U자 형상의 배관 부재로서, 압력조절관(220)의 하단에는 설정된 수위에 맞게 물이 봉입되어 있다. 이에 따라, 폐증기 회수 탱크(210) 내부에 포집된 증기(S)는 압력조절관(220)의 설정된 압력 이하에서는 집수관(140)을 통해 배출되지 않고 상향 토출되어 폐증기 공급배관(203)을 통해 건조 공정부(300)로 공급된다.
만일, 폐증기 회수 탱크(210) 내부로 인입되는 폐증기(S′)의 압력이 지나치게 높아져 상기 압력조절관(220)의 수두보다 높아질 경우에는, 압력조절관(220)의 하단에 봉입된 물이 외부로 유출되어 집수관(140)을 통해 배출된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 외부의 봉입수(W)가 적절한 수위에 맞게 보충되는 기능이 갖춰져 있다.
다시 말해서, 전극 봉이나 맥도널 스위치가 구비된 수위조절부(221)에서 압력조절관(220)의 하단에 봉입된 물의 수위를 감지하고, 감지된 신호는 봉입수 수위제어반(240)으로 전달된다. 이어서 봉입수 수위 제어반(240)에서는 제1밸브(231a) 쪽으로 제어신호를 인가해주며, 인가된 제어신호에 따라 제1밸브(231a)는 개폐 작동되어 외부의 봉입수(W)가 추가적으로 보급한다. 이러한 방식으로 압력조절관(220) 내에 봉입된 물의 수위는 항시 일정 상태를 유지할 수 있게 된다.
한편, 압력조절관(220)에는 다수의 팽창탱크(230), 즉 제1팽창탱크(230a), 제2팽창탱크(230b), 제3팽창탱크(230c)가 연결되어 있다.
폐증기 회수 탱크(210) 내부로 포집된 폐증기(S′)의 압력에 의해 압력조절관(220) 내부에 봉입된 물은 다수의 팽창탱크 쪽으로 유동할 수 있다. 그러나 압력조절관(220) 내에 담겨 있는 물의 부피에 비해 다수의 팽창탱크(230) 각각의 내부체적이 크기 때문에, 제1팽창탱크의 배출구(232a), 제2팽창탱크의 배출구(232b), 제3팽창탱크의 배출구(232c)를 통해 유입된 증기만이 배출연결관(233)을 통해 배출된다. 그리고 증기의 부분적인 배출로 인하여 폐증기 회수 탱크(210)의 내부압력이 압력조절관(220)에 의해 설정된 압력 이하가 되면, 다수의 팽창탱크(230) 내에 수용되어 있던 봉입수(W)가 압력조절관(220)의 하단 쪽으로 유동한다. 이에 따라, 폐증기(S′)와 외기 사이에서 수두압력 차단막을 형성할 수 있는데, 이러한 현상은 압력조절관(220) 내에 봉입된 물의 수두 높이만큼 폐증기(S′)의 압력을 유지할 수 있는 효과를 가져와 폐열 에너지 회수 효율을 높일 수 있게 해준다.
상기 다수의 팽창탱크(230), 즉 제1팽창탱크(230a), 제2팽창탱크(230b), 제3팽창탱크(230c)의 위치는 압력조절관(220)의 상, 하단 부위 사이에서 분기된 배관을 통해 연결될 수 있다. 그리고 각각의 팽창탱크로 향한 배관 상에는 다수의 밸브, 즉 즉 제1밸브(231a), 제2밸브(231b), 제3밸브(231c)가 설치되어 있는데, 제1밸브(231a)는 봉입수 투입을 조절하는 밸브이며, 이와 달리 제2밸브(231b) 및 제3밸브(231c)는 수두 압력을 조절하는 기능을 담당하는 밸브에 해당된다.
특히, 이들 제1밸브(231a), 제2밸브(231b) 및 제3밸브(231c)는 본 실시예를 통해 성형되는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품에 따라 적합한 수두 압력을 수동으로 또는 자동으로 개폐 조절하기 위한 밸브이다. 해당 압력조절관(220)이 수두 압력 이상이면 폐증기가 팽창탱크(230)로 유입되는데, 이때 제2팽창탱크의 배출구(232b), 제3팽창탱크의 배출구(232c) 및 제1팽창탱크의 배출구(232a)로 폐증기만 배출되고 봉입수는 내압 저하 시 자중에 의해 압력조절관(220)으로 다시 회수된다.
여기서, 제1밸브(231a), 제2밸브(231b), 제3밸브(231c)가 각기 다른 높이로 설치되는 형태는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 성형에 지장을 초래하지 않는 배압을 유지하면서, 회수되는 폐증기의 압력을 높여줌으로써, 열에너지 회수 효율을 향상시키기 위해서이다.
예를 들어, 발포폴리스티렌 제조공정에서 제1팽창탱크의 배출구(232a)의 높이가 3,000mm이며, 제2팽창탱크의 배출구(232b)의 높이가 2,000mm이며, 제3팽창탱크의 배출구(232c)의 높이가 1,000mm라고 가정한다. 이 경우에는 제1팽창탱크의 배출구(232a)의 수두에 대응한 폐증기의 압력은 0.03MPa, 제2팽창탱크의 배출구(232b)의 수두에 대응한 폐증기의 압력은 0.02MPa, 제3팽창탱크의 배출구(232c)의 수두에 대응한 폐증기의 압력은 0.01MPa로 허용된다. 만일 발포폴리프로필렌 제조공정이라면 상기 각각의 폐증기 압력 더 높은 수준에서 허용될 수 있다.
다만, 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치의 경우, 성형 가능한 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품의 두께 및 형상에 따라 가열 공정 시 필요한 허용 배압이 달라질 수 있으므로, 도 2에 도시된 다수의 팽창탱크(230)의 위치 및 개수는 조금씩 다르게 실시되어도 무방하다. 특히, 제1밸브(231a)의 경우 추가적인 봉입수의 유입 조절을 담당하는 한편, 제2밸브(231b) 및 제3밸브(231c) 각각은 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 가열 공정 이전에 사용자의 의도대로 적절한 배압 기준에 따라 미리 개폐가 조절될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 제1팽창탱크(230a)의 경우 길이 방향이 횡방향으로 배치된 형태로 이루어지며, 이와 달리 제2팽창탱크(230b) 및 제3팽창탱크(230c)의 경우 길이 방향이 종방향으로 배치된 형태로 이루어진다. 이러한 특정 형태는 설계상의 편의 및 각 구성간의 연결 관계 등을 고려하여 선정된 것에 불과하며, 그 형태는 다양한 실시예를 통해 조금씩 달라질 수 있다.
다시 도 2를 참조하여 본 실시예에서의 건조 공정부(300)를 구체적으로 살펴보기로 한다.
건조 공정부(300)는, 주증기관(110)으로부터 공급된 증기(S)는 물론, 폐증기 회수부(200)로부터 재활용 가능한 형태로 공급된 폐증기(S′)를 동시 또는 개별적으로 어느 하나만을 가열열원으로 활용할 수 있는데 특징이 있다.
도시된 바와 같이, 건조 공정부(300)는 열풍의 유동 경로를 제공하는 덕트(303)와 열풍을 순환 유동시키는 송풍기(305)를 구비한 건조실(301)과, 건조실(301) 내부를 순환하는 열풍을 가열하는 가열수단, 즉 증기(S)를 가열열원으로 하는 증기 열원공급부(310)와, 폐증기(S′)를 가열열원으로 하는 폐증기 열원공급부(320)를 포함한다.
기존의 경우, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하기 위해 필요한 열에너지 사용량, 즉 증기(S) 소모량은 성형기(120)에서의 가열 공정을 통해 대부분(예: 85 ~ 90%)이 이용되며, 그 외의 나머지 증기(S) 소모량은 대부분 건조 공정을 통해 이용된다.
발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조에 있어서, 건조 공정이란 가열 공정을 통해 성형을 마친 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조실(301)로 옮겨온 다음 대략 70 ~ 80℃의 열풍(H)으로 건조하는 단계를 말한다. 즉, 이러한 열풍 건조를 통해 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품에 함유된 수분을 제거함은 물론 잔존하는 발포제를 기화시킬 수 있어, 제품의 형상 및 규격을 유지할 수 있으며 수요처에서 요구하는 물성(예: 탄성)을 확보할 수 있다.
다만, 건조실(301) 내부를 순환하는 열풍은, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키기 이전과 이후에 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품에 열전달이 이루어지므로 온도 강하가 나타날 수밖에 없다. 따라서 주증기관(110)으로부터 공급된 고온의 증기(S)는 물론, 폐증기(S′)까지 회수하여 재활용하여, 열풍을 효과적으로 가열해 줄 수 있다.
송풍기(305)의 작동에 의해 건조실(301) 내부를 순환하는 순환공기, 즉 열풍은 주증기관(110)을 통해 공급된 증기(S) 또는 전술된 폐증기 회수부(200)를 통해 공급된 폐증기(S′)를 가열열원으로 하여 설정된 온도까지 가열될 수 있다. 그리고 가열된 열풍(H)은 건조실(301)의 벽면 덕트(303)를 경유하여 건조실(301) 내부에 수용된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시킨다.
여기서, 주증기관(110)을 통해 공급된 증기(S)를 가열열원으로 이용하는 구성을 증기 열원공급부(310)라 지칭하며, 폐증기 회수부(200)로부터 공급된 폐증기(S′)를 재활용하여 가열열원으로 이용하는 구성을 폐증기 열원공급부(320)라 지칭한다.
도 2를 참조하면, 도시된 증기 열원공급부(310)는, 주증기관(110)으로부터 건조실(301)까지 연통된 분기 배관 상에 장착된 온도 조절변(311)과, 건조실(301) 내에 구비된 제1센서(313)와, 공급된 증기(S)를 가열열원으로 이용하는 제1히터(315)와, 가열 작용을 마친 증기가 응축수(F)로 배출되는 제1트랩(317)을 포함한다. 이에 추가적으로, 제1센서(313)로부터 감지된 건조실(301) 내부의 온도 신호를 전달받아 온도 조절변(311)을 통해 공급되는 증기(S)의 유량 개폐를 조절하는 온도조절변 제어부(319)를 포함할 수 있다.
그리고 폐증기 열원공급부(320)는, 폐증기 회수부(200)와 건조실(301) 사이에 연결된 분기 배관 상에 장착된 이젝터(321)와, 건조실(301) 내에 구비된 제2센서(323)와, 공급된 폐증기(S′)를 가열열원으로 이용하는 제2히터(325)와, 가열 작용을 마친 폐증기가 응축수(F)로 배출되는 제2트랩(327)을 포함한다. 이에 추가적으로, 제2센서(323)로부터 감지된 건조실(301) 내부의 온도 신호를 전달 받아 폐증기(S′)의 공급량을 조절하는 이젝터(321)를 제어하는 이젝터 제어부(329)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 이젝터(321)의 입측 노즐로는 폐증기(S′)가 흡입된다. 발포폴리스티렌 제조 공정의 경우이라면 폐증기 회수 탱크(210) 내에 수용된 낮은 압력(예: 0.01MPa ~0.03MPa)의 폐증기(S′)는 상대적으로 높은 압력(예: 0.6MPa ~ 0.7MPa)인 증기(S)와 혼합되어 평균적인 압력 상태의 증기로 만들어진다. 이어서, 제2히터(325)로 흡입되어 가열열원으로 이용된다. 이때, 폐증기(S′)의 흡입량이 많아질수록 에너지 소모량이 절감되며, 증기(S)의 소모량이 줄어드는 효과를 가져 올 수 있다.
이러한 이젝터(321)는 수동 방식을 이용하거나 또는 유량 및 유압을 자동 제어하는 비례제어 방식 중 어느 하나를 임의적으로 사용할 수 있으며, 만일 비례제어 방식을 이용할 경우, 별도의 이젝터 제어부(329)를 해당 구성에 더 포함시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치 중 건조 공정부(300)의 변형된 실시예를 도시한 부분구성도이다.
도 4를 참조하면, 도시된 건조 공정부(300)는, 전술된 폐증기 회수부(도 2의 200)로부터 토출된 폐증기를 그대로 회수하여 건조실(301)의 가열열원으로 활용하는 방식이다. 즉, 폐증기(S′)를 제2히터(325) 쪽으로 흡입하기 위하여 도 3에서 설명된 실시예에서처럼 주증기관(110)을 통해 빠른 유속으로 유동하는 증기(S)의 속도 에너지를 이용하지 않으며, 별도의 링 블로워(340)를 통한 유압이나 또는 별도의 펌프(미도시)의 부압을 이젝터(321)의 구동력으로 삼는다.
특히, 이 경우 폐증기(S′)를 제2히터(325) 쪽으로 흡입시켜 열풍(H)을 가열해 주기 위하여 주증기관(110)을 통해 공급되는 증기(S)를 사용하지 않음으로써, 에너지 절감 효과를 향상시킬 수 있다. 아울러, 건조실(301) 내의 제2센서(323)를 통해 감지된 온도 신호를 전달 받아 건조실(301) 내의 온도를 제어해야 할 경우에는, 링 블로워(340) 또는 별도의 펌프(미도시)의 작동을 제어할 수 있다. 그리고 이후, 가열열원으로서 작용을 마친 응축수는 집수관(140)을 통해 배출될 수 있다. 또한, 별도로 도시하진 않았으나, 도 4에서 이젝터(321)의 구성을 제외하고서 링 블로워(340)만을 직접 배관 연결할 수 도 있는데, 링 블로워(340)의 작동에 따라 폐증기(S′)는 제2히터(325)로 흡입될 수 있어 폐증기(S′)를 재활용한 건조 공정이 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명인 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치에 의하면 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 가열 공정 중 다량 폐기되는 폐증기를 분리 회수하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 건조 공정에 필요한 열원으로 재활용할 수 있다. 이에 따라, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 공정에 투입되는 에너지 소모량을 줄일 수 있어 비용 절감을 통한 제품 생산 경쟁력을 향상시킬 수 있는 효과를 가져 올 수 있다.
나아가, 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌의 건조 공정에 투입되는 증기의 공급량을 줄일 수 있는데, 이는 결과적으로 화석연료의 사용량 감소를 유인하여 탄소배출량을 줄일 수 있는 효과를 가져 올 수 있다. 더 나아가 본 발명인 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치는 기존의 에너지 소모량에 비해 최대한 10 ~ 15% 정도의 에너지를 절감할 수 있어 친환경적이다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
S: 증기 S′: 폐증기
W: 봉입수 F: 응축수
100: 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치
110: 주증기관
120: 성형기
121a, 121b: 고정측 증기밸브 123a, 123b: 이동측 증기밸브
125a, 125b: 고정측 배기밸브 127a, 127b: 이동측 배기밸브
130: 집수관
130: 폐증기 배기밸브
200: 폐증기 회수부
201: 폐증기 인입배관 203: 폐증기 공급배관
205: 응축수 배출밸브
210: 폐증기 회수 탱크
211: 기수분리판 213: 맨홀
220: 압력조절관 221: 수위 조절부
230: 봉입수 팽창탱크
230a: 제1팽창탱크 230b: 제2팽창탱크
230c: 제3팽창탱크 231a: 제1밸브
231b: 제2밸브 231c: 제3밸브
233: 배출배관 240: 봉입수 수위제어반
300: 건조 공정부
301: 건조실 303: 덕트
305: 송풍기
310: 증기 열원공급부
311: 온도조절변 313: 제1센서
315: 제1히터 317: 제1트랩
319: 온도조절변 제어부
320: 폐증기 열원공급부
321: 이젝터 323: 제2센서
325: 제2히터 327: 제2트랩
329: 이젝터 제어부 340: 링 블로워
W: 봉입수 F: 응축수
100: 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치
110: 주증기관
120: 성형기
121a, 121b: 고정측 증기밸브 123a, 123b: 이동측 증기밸브
125a, 125b: 고정측 배기밸브 127a, 127b: 이동측 배기밸브
130: 집수관
130: 폐증기 배기밸브
200: 폐증기 회수부
201: 폐증기 인입배관 203: 폐증기 공급배관
205: 응축수 배출밸브
210: 폐증기 회수 탱크
211: 기수분리판 213: 맨홀
220: 압력조절관 221: 수위 조절부
230: 봉입수 팽창탱크
230a: 제1팽창탱크 230b: 제2팽창탱크
230c: 제3팽창탱크 231a: 제1밸브
231b: 제2밸브 231c: 제3밸브
233: 배출배관 240: 봉입수 수위제어반
300: 건조 공정부
301: 건조실 303: 덕트
305: 송풍기
310: 증기 열원공급부
311: 온도조절변 313: 제1센서
315: 제1히터 317: 제1트랩
319: 온도조절변 제어부
320: 폐증기 열원공급부
321: 이젝터 323: 제2센서
325: 제2히터 327: 제2트랩
329: 이젝터 제어부 340: 링 블로워
Claims (7)
- 공급된 증기를 이용하여 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 성형하는 성형기;
상기 성형기와 폐증기 인입배관으로 연결되고, 건조 공정부와 폐증기 공급배관으로 연결되는 폐증기 회수 탱크로 구성되어, 상기 성형기로부터 배출된 폐증기를 재활용이 가능한 형태로 회수하는 폐증기 회수부; 및
상기 공급된 증기와 함께 또는 별도로 상기 회수된 폐증기를 가열열원으로 재활용하여, 상기 성형된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조 공정부;를 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐증기 회수부는,
상기 폐증기 회수 탱크에 배관 연결되고, 설정된 수위로 봉입수가 채워진 U 형상 압력조절관과,
상기 압력조절관과 배관 연결되며 봉입수를 저장하는 봉입수 팽창탱크를 포함하여 구성되는 압력조절수단;을 더 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
- 삭제
- 청구항 1 또는 청구항2에 있어서,
상기 건조 공정부는,
열풍을 순환시켜 내부에 수용된 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제품을 건조시키는 건조실;
상기 열풍의 가열열원으로서 주증기관을 통해 공급된 증기를 이용하는 증기 열원공급부; 및
상기 열풍의 가열열원으로서 상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기를 이용하는 폐증기 열원공급부;를 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 폐증기 열원공급부는,
상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기를 흡입하는 이젝터와, 상기 이젝터를 통해 흡입된 폐증기를 가열열원으로 작동하는 히터를 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 폐증기 열원공급부는,
상기 흡입되는 폐증기의 유압 또는 유량을 조절 제어하도록 상기 이젝터를 제어하는 이젝터 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 폐증기 열원공급부는,
상기 이젝터와 함께 또는 별도로, 상기 폐증기 회수부로부터 토출된 폐증기가 상기 건조 공정부의 가열열원으로 이용될 수 있도록 부압을 제공하는 링 블로워 또는 펌프를 포함하는 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치.
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| KR1020120015801A KR101403578B1 (ko) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치 |
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| KR1020120015801A KR101403578B1 (ko) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | 발포폴리스티렌 또는 발포폴리프로필렌 제조 장치 |
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| KR20070096667A (ko) * | 2006-03-27 | 2007-10-02 | 김천근 | 자동식 증기 다리미용 보일러에서의 폐증기 재활용처리시스템 |
| KR20100007270A (ko) * | 2008-07-12 | 2010-01-22 | 서흥식 | 폴리올레핀 발포입자와 그 성형체의 제조방법 및 제조장치 |
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2012
- 2012-02-16 KR KR1020120015801A patent/KR101403578B1/ko active Active
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