KR102505591B1

KR102505591B1 - 각 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치

Info

Publication number: KR102505591B1
Application number: KR1020210052129A
Authority: KR
Inventors: 안병학; 안병록
Original assignee: 안병학; 안병록
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-04-22
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2041-04-22
Also published as: KR20220145966A

Abstract

본 발명을 폐합성수지 재생 압출장치에 관한 것으로서, 폐합성수지를 이송시키면서 분쇄하고 믹스하기 위한 스크류, 스크류가 내부에 위치하는 스크류 하우징, 용융된 폐합성수지에 이물질을 걸러내는 미세필터가 내장된 필터하우징으로 구성되며, 스크류에 폐합성수지를 분쇄하고 믹스하기 위한 믹싱구간이 2개로 나뉘어지고, 스크류 하우징에는 이송되면서 가열되어 발생하는 수증기와 가스를 배출하기 위한 환기구가 각각 형성되고 용융된 폐합성수지에서 이물질을 걸러내는 미세필터의 세척 또는 교체가 쉬운 것을 특징으로 한다.
이에 따라 스크류의 플라이트가 받는 부하를 분산해 내구도를 향상시키고 두차례 반복되는 분쇄와 믹스작업으로 개선된 결과물을 얻을 수 있고, 가열되어 발생하는 수증기와 가스를 바로 배출하여 재료의 역류와 안전사고를 방지하며 남아있는 이물질을 여과하기 위한 미세필터의 교체가 간단하여 생산성과 작업성이 좋다.

Description

각 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치{Waste Synthetic Resin Regenerative Extrusion Unit with two Mixing Zone and Vents}

본 발명은 한번 사용되어 버려진 폐합성수지를 재활용하기 위한 폐합성수지 재생 압출장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 모재가 되는 폐합성수지가 재생 압출장치의 내부에서 회전하는 스크류로 인해 이송되는 동안 히터에 의해 가열되면서 수분이 증발한 수증기와 모재가 용융되는 과정에서 남아있는 이물질과 함께 발생하는 가스를 효율적으로 배출시켜 모재가 안정적으로 용융되어 이송되게 하며, 압출과정에서 발생하는 부하를 줄이면서도 생산효율을 높일 수 있도록 하려는 것이다.

주지된 바와 같이 합성수지는 열을 가해 반복적인 성형이 가능하므로 자원절감과 환경보호 차원에서 소각하거나 폐기하지 않고 최대한 재생공정을 통하여 재활용한다.

재활용에 사용되는 수지는 주로 한번 사용되어 버려진 플라스틱등의 폐합성수지로 종류별로 수거한 다음에 선별장소에서 재생할 수지 이외의 폐기물을 선별하며, 절단을 통하여 일정 크기 이하의 플레이크 상태로 만든다. 그러나 이러한 재생을 위한 재료 준비상태에서도 수분 및 이물질이 포함될 수 밖에 없다.

준비된 폐합성수지는 호퍼를 통하여 재생 압출장치로 투입되어 장치 내부에 회전하는 스크류에 의해 이송됨과 동시에 첨가제가 투입된 상태로 가열장치에 의해 가열되면서 혼련을 거치면서 점차 반용융 상태가 되며, 스크류 통로 끝에 위치한 필터에서 남아있는 이물질을 걸러내어 재사용이 가능하게 만든다.

그러나, 종래의 폐합성수지 재생 압출장치는 폐합성수지를 가열하여 수분이 증발되어 발생하는 수증기와 용융되는 과정에 이물질과 함께 발생하는 가스는 폐합성수지를 투입하는 호퍼로 역류하게 되므로 투입되는 폐합성수지의 이송을 방해하여 작업속도를 늦춰 생산성을 저하시킨다.

또한, 스크류가 위치한 통로에 잔류하는 수증기는 통로 내부의 온도를 낮춰 폐합성수지가 용융되는 것을 방해하고, 가스는 통로에 잔류하는 시간이 길어질수록 계속된 가열로 큰 폭발음을 내거나 심한경우에는 가스폭발과 같은 안전사고를 유발하는 문제가 있다.

또한, 폐합성수지에 첨가제가 균등하게 섞이기 위해서는 스크류의 플라이트가 짧게 배치되어 있는 좁은 공간의 혼련구간(또는 믹스구간)을 통과해야하는데, 이러한 혼련구간에서 높은 열마찰과 전단력으로 압출장치 전체의 부하가 증대되고 플라이트의 마모가 빠르게 일어나게 되어 내구성이 저하되는 문제도 있고, 모재의 열가소화가 발생하고 열분해에 의한 탄화현상도 발생하는 문제가 있다.

그리고 종래의 압출장치에서 스크류 통로 끝에 설치되는 필터장치는 용융된 소재가 압출되어 배출되는 직선방향으로 필터를 통과하도록 설계되어 있고 모터와 변속기 및 필터와 스크래퍼가 모두 장착된 필터 하우징이 스크류 통로 끝단으로부터 이격되면서 열리는 형태로 구성되어 있다. 따라서 필터 하우징 내부를 청소하거나 미세필터를 교체하려면, 모터와 변속기, 미세필터와, 스크래퍼가 모두 장착되어 매우 무게가 무거운 필터 하우징을 크레인으로 걸은 상태로 개방을 시켜야 하는 방식으로 유지보수를 하였다.

결국, 이러한 문제에 따라 필터 하우징 내부를 청소하거나 미세필터를 교체하는 등의 작업이 매우 어렵고 시간이 많이 걸리면서 위험한 작업이 될 수밖에 없었던 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1985373호

상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 본 발명은 폐합성수지를 분쇄하고 용융하는 과정이 개선된 폐합성수지 재생 압출장치를 제공함으로써, 용융되는 폐합성수지에서 발생하는 수증기와 가스가 역류되거나 통로 내부에 남지않게 배출하고, 용융되는 모재의 흐름을 원활하게 하면서도 충분한 혼련과 생산성이 향상되도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 스크류와 모터의 부하를 줄여 내구성을 개선하여 에너지 소모를 줄이면서 생산작업이 안전하면서도 생산성이 크게 향상되는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 필터 하우징을 유지보수하는 작업이, 안전하면서도 편리하고 신속하게 이루어질 수 있도록 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2개의 환기구와 나뉘어져 있는 믹싱존을 가지는 폐합성수지 재생 압출장치는, 폐합성수지를 이송시키고 분쇄 및 믹스작업을 하기 위한 스크류에 2개로 나뉘어진 믹싱구간과 믹싱구간 끝에 환기구를 형성하여 폐합성수지의 분쇄와 믹스 작업에서 발생하는 플라이트의 부하를 분산해 내구도는 향상시키고 작업으로 체류되는 폐합성수지에서 발생하는 수증기와 가스는 환기구로 배출하여 폐합성수지가 역류되는 것과 안전사고를 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 분쇄 및 믹스작업을 거치면서 용융된 폐합성수지에 남아있는 이물질을 걸러내는 미세필터는 하우징 본체가 스크류 끝단에 고정된 상태에서 문짝만을 열어 내부를 개방할 수 있도록 함으로써 유지보수 작업을 크레인과 같은 대형장치 없이 안전하게 진행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 폐합성수지 재생 압출장치는, 폐합성수지가 이송되게 스크류가 위치하는 통로에 소정의 거리를 가지는 2개의 환기구와 분할되어 구분되는 믹싱존이 형성된 재생 압출장치를 제공함으로써 모재의 안정적인 용융과 이송이 가능하며, 분할된 혼련으로 균일하고 충분한 체류시간에 의해 가소화와 탄화를 낮추어 품질향상을 도모할 수 있고, 플라이트 피치를 넓게 설계하여 생산성도 향상시킬 수 있다.

또 수증기와 가스는 환기구로 신속하고 효과적으로 배출되어 생산성의 저하와 안전사고를 예방하게 된다.

또한, 폐합성수지와 첨가제를 믹싱하는 과정을 2단계로 나누어 균등하게 섞이게 작업하며 스크류의 플라이트가 받는 부하는 줄어들어 내구성이 향상되며, 전기 사용도 줄일 수 있게 된다.

그리고 미세필터를 교체하는 등 필터 하우징을 유지보수 하는 작업이 매우 안전하고 신속하게 이루어지게 된다.

도 1은 본 발명의 전체측면도
도 2는 본 발명의 전체단면도
도 3은 본 발명의 일부단면도
도 4는 본 발명의 또 다른 일부단면도
도 5는 도 4의 평면단면도

이하, 본 발명의 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치에 대하여 상세히 설명하고자 하는바, 이러한 설명은 본 발명을 구현하기 위한 실시 예를 기준으로 한 것으로서, 본 발명이 추구하는 기술적 사상을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents) 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

본 발명의 폐합성수지 재생 압출장치(1)는 길이방향으로 길게 형성되는데, 스크류(10)는 스크류 하우징(20) 내부의 통로(21)에 위치해 한쪽 끝에는 회전을 위한 동력수단으로 스크류 모터(23)가 연결되고 반대쪽 끝에는 스크류(10)를 지탱하기 위한 스크류 지지대(22)가 조립되고 스크류 하우징(20) 외부에는 가열장치(도면 미도시)가 구비된다.

스크류(10)는 소정의 직경을 가지고 몸체가 되는 회전축(11)과, 회전축(11)을 중심으로 통로(21)의 직경보다 작고 나선형으로 이어져서 폐합성수지를 이송, 분쇄, 믹스하는 플라이트(12)를 포함한다.

나선형의 플라이트(12)는 플라이트(12)간의 간격(거리)에 따라서 폐합성수지(이하 '모재')를 이송, 분쇄, 믹스하는 작업의 비율(효율)이 달라지는데, 동일한 길이의 축에 형성되는 설정하에 넓은 간격(12-1)은 플라이트(12)간의 사이가 멀어져 모재와의 접촉이 줄어 분쇄와 믹스작업의 효율은 떨어지나 내구성이 높아 모재의 이송에 효과적이고, 좁은 간격(12-2)은 플라이트(12)간의 사이가 가까워지는 만큼 모재와의 접촉이 잦아 내구성은 떨어지나 분쇄와 믹스작업이 효과적이다.

종래의 폐합성수지 재생 압출장치에서 사용한 스크류는 시작점에서 필요한 만큼 넓은 간격의 플라이트로 형성된 이송구간과 나머지에는 모재를 분쇄하고 믹스하는 좁은 간격의 플라이트로 형성된 믹싱구간으로 나누었는데, 믹싱구간이 짧으면 모재의 분쇄와 믹스가 제대로 되지않고 믹싱구간이 길면 모재가 플라이트 사이에서 체류하는 시간이 길어져 탄화되고 플라이트의 마모가 빨라져 내구도가 급격하게 떨어지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 스크류(10)는 모재가 이송되는 동안 가열장치로 적당한 온도까지 가열되는 제1 이송구간(31), 가열된 모재를 분쇄하고 믹스하는 제1 믹싱구간(34), 1차 작업된 모재를 이송하는 제2 이송구간(32), 1차 작업된 모재를 다시 분쇄 및 믹스하는 제2 믹싱구간(35), 2차 작업을 마친 모재를 이송하는 제3 이송구간(33)을 차례대로 구성해 믹싱구간(34,35)에서 플라이트(12)가 받는 부하를 나누어 내구성을 향상시키고 모재에 사용하는 첨가제가 충분히 섞이게 한다.

상기 제1 이송구간(31)은 플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 최초에 공간이 많고 부피가 큰 상태의 폐합성수지가 유입되어 점차 압축되면서 이송하는 역할을 하며, 제1 믹싱구간(34)은 플라이트(12)가 좁은 간격(12-2)을 유지하면서 회전축(11)의 직경은 제1 이송구간(31) 최대의 직경이 유지되어 용해되는 모재를 교반과 동시에 강한 힘으로 압착하면서 밀어내게 된다.

제2 이송구간(32)은 다시 플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 상기 제1 믹싱구간(34)을 통과한 모재의 압축정도를 이완시켜주는 기능을 하면서 이송속도를 느리게 하여 재질의 응력을 줄이면서 가스를 배출시키는 작용을 도와주게 된다.

제2 이송구간(32) 다음에 구성되는 제2 믹싱구간(35)은 다시 플라이트(12)가 좁은 간격(12-2)을 유지하면서 회전축(11)의 직경은 제2 이송구간(32) 최대의 직경이 유지되어 용해되는 모재를 교반과 동시에 강한 힘으로 압착하면서 밀어내게 된다. 상기 제2 믹싱구간(35)의 후단에는 역회전 플라이트부를 형성하여 혼련을 강화할 수 있다.

또, 제3 이송구간(33) 역시 다시 플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 상기 제2 믹싱구간(35)을 통과한 모재의 압축정도를 이완시켜주는 기능을 하면서 이송속도를 느리게 하여 재질의 응력을 줄이면서 가스를 배출시키는 작용을 하게 된다.

그리고 제1 믹싱구간(34)과 제2 믹싱구간(35)에서의 플라이트(12) 간격을 서로 다르게 하여 분쇄 및 믹스의 작업비율을 30:70, 40:60 등으로 원하는 작업비율의 설정이 가능하다.

스크류 하우징(20)에는 믹싱구간(34,35)이 끝나고 제2 이송구간(32) 및 제3 이송구간(33)이 시작되는 위치에 각각 환기구(24)를 형성하여 모재가 용융되어 발생하는 수증기와 가스가 역류하거나 남지 않게 배출시키고, 필요에 따라 환기필터(24-1), 집진기(24-2) 등을 사용한다.

스크류(10)가 조립된 스크류 하우징(20)의 끝에는 이송되면서 용융된 모재에 남아있는 이물질을 걸러내기 위해 미세필터(42)가 내장되어 있는 필터 하우징(40)이 위치한다.

필터 하우징(40)의 본체(40') 내부 중앙에는 모재의 진입방향과 직각이 되는 방향으로 미세필터(42)를 설치하고, 본체(40')의 외부에도 모재의 진입방향과 직각이 되는 방향으로 스크래퍼 모터(44)를 설치한 후 스크래퍼 모터(44)의 축이 미세필터(42)를 관통하게 한 다음 끝단에 미세필터(42)의 표면에 밀착되는 스크래퍼(43)를 설치하였다.

또한, 스크류 하우징(20)은 미세필터(42) 앞쪽의 본체(40')에 모재가 공급되도록 연결하여 모재가 진입한 다음 직각방향으로 이송이 전환되면서 미세필터(42)를 통과하도록 구성하였고, 필터 하우징(40)을 통과한 모재가 배출되는 이송관(60)은 미세필터(42)의 후방에서 다시 측방향으로 연결하여 미세필터(42)를 통과한 모재는 다시 직각으로 이송방향이 전환되면서 배출되도록 구성한 것이다.

또한, 필터 하우징(40)의 일측 즉, 본체(40')의 스크래퍼(43)가 설치된 쪽에는 개폐도어(41)를 설치하여 본체(40') 사이에 설치된 경첩으로 개폐가 가능하도록 설치된다. 개폐도어(41)는 본체(40') 내부 공간의 청소나 장시간 사용한 미세필터(42)를 세척 및 교체할 때 사용된다.

이러한 구성으로 인하여 무게가 무거운 필터 하우징(40)이 스크류 하우징(20)에 직접 연결고정된 상태가 되므로 개폐도어(41)만 개방하면 내부 청소나 미세필터(42) 교체가 가능하게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

수거한 폐합성수지에서 분류하기 쉬운 이물질을 우선적으로 제거한 다음, 폐합성수지 재생 압출장치(1)에 넣어 재활용이 가능한 상태로 만든다.

더욱 상세하게는, 모재를 호퍼(50)에 넣으면 스크류 하우징(20)의 통로(21)로 들어가 회전하고 있는 스크류(10)에 의해 접차 압축되면서 이송된다.

모재는 제1 이송구간(31)에서 가열장치로 서서히 가열되는 상태로 이송되고 제1 믹싱구간(34)에서 좁은 간격(12-2)을 가지는 플라이트(12)에 분쇄되고 첨가제가 균등하게 섞이도록 믹스작업하며, 작업을 위해 체류되는 동안 모재는 조금씩 용융되어 남아있는 수분이 증발해 생기는 수증기와 모재와 가스에서 발생하는 가스가 끝에 위치한 환기구(24)로 배출된다.

제1 믹싱구간(34)에서 1차작업된 모재는 제2 이송구간(32)을 지나서 제2 믹싱구간(35)으로 넘어와 다시 한번 분쇄 및 믹스작업을 진행하면서 수증기와 가스는 환기구(24)로 배출시키고 좀 더 용융되어 있는 상태가 되어 제3 이송구간(33)을 통해서 필터 하우징(40)으로 이송된다.

필터 하우징(40)에 도달한 모재는 뒤에서 밀려오는 모재에 의해 압출방식처럼 계속해서 밀려나 미세필터(42)를 통과하게 되고 용융된 모재가 미세필터(42)를 통과하면서 남아있는 이물질을 걸러내고 다음공정을 위해 이송관(60)을 통하여 이송된다.

이렇게 두개로 나뉘어진 믹싱구간(34,35)으로 인해 좁은 간격(12-2)을 가지는 플라이트(12)가 받는 부하를 분산시켜 내구도를 향상시키고 분쇄 및 믹스작업을 두차례에 걸쳐 진행해 좀더 개선된 모재를 얻을 수 있고, 모재가 용융되어 발생하는 수증기와 가스는 환기구(24)로 배출되어 통로(21)에서 모재가 역류하여 작업속도를 지연시키거나 가스폭발 등의 안전사고를 예방한다.

또한, 필터 하우징(40)의 경우도 본체(40')가 스크류 하우징(20)에 고정된 상태가 되므로 무게가 비교적 가벼운 개폐도어(41)만 열면 내부 청소나 미세필터(42)의 세척 및 교환을 편리하고 간단하게 할 수 있다는 장점이 있다.

1: 폐합성수지 재생 압출장치
10: 스크류
11: 회전축
12: 플라이트
12-1: 넓은 간격
12-2: 좁은 간격
20: 스크류 하우징
21: 통로
22: 스크류 지지대
23: 스크류 모터
24: 환기구
24-1: 환기필터
24-2: 집진기
31: 제1 이송구간
32: 제2 이송구간
33: 제3 이송구간
34: 제1 믹싱구간
35: 제2 믹싱구간
40: 필터 하우징
40': 본체
41: 개폐도어
42: 미세필터
43: 스크래퍼
44: 스크래퍼 모터
50: 호퍼
60: 이송관

Claims

플라이트(12)가 형성되어 있는 스크류(10)가 스크류 하우징(20)의 통로(21)에 조립되고, 스크류 하우징(20)에 조립된 스크류(10)의 이송방향 끝에는 미세필터(42)가 내장되며 미세필터(42)에 붙어있는 이물질을 긁어내는 스크래퍼(43)를 가지는 필터 하우징(40)이 연결되는 폐합성수지 재생 압출장치에 있어서,
상기 스크류(10)는,
플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 최초에 공간이 많고 부피가 큰 상태의 폐합성수지가 유입되어 점차 압축되면서 이송하는 역할을 하는 제1 이송구간(31);
플라이트(12)가 좁은 간격(12-2)을 유지하면서 회전축(11)의 직경은 제1 이송구간(31) 최대의 직경이 유지되어 용해되는 모재를 교반과 동시에 강한 힘으로 압착하면서 밀어내게 하는 제1 믹싱구간(34);
다시 플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 상기 제1 믹싱구간(34)을 통과한 모재의 압축정도를 이완시켜주는 기능을 하면서 이송속도를 느리게 하여 재질의 응력을 줄이면서 가스를 배출시키는 작용을 도와주게 하는 제2 이송구간(32);
다시 플라이트(12)가 좁은 간격(12-2)을 유지하면서 회전축(11)의 직경은 제2 이송구간(32) 최대의 직경이 유지되어 용해되는 모재를 교반과 동시에 강한 힘으로 압착하면서 밀어내게 하며, 후단에는 역회전 플라이트부를 형성하여 혼련을 강화할 수 있게하는 제2 믹싱구간(35);
다시 플라이트(12)가 넓은 간격(12-1)을 가지면서 회전축(11)의 직경이 작았다가 점차 커지는 형태로 구성하여 상기 제2 믹싱구간(35)을 통과한 모재의 압축정도를 이완시켜주는 기능을 하면서 이송속도를 느리게 하여 재질의 응력을 줄이면서 가스를 배출시키는 작용을 하는 제3 이송구간(33);으로 구분되며,
스크류 하우징(20)의 끝에는 필터 하우징(40)이 위치하되, 필터 하우징(40)의 본체(40') 내부 중앙에는 모재의 진입방향과 직각이 되는 방향으로 미세필터(42)와 스크래퍼(43)를 설치하며,
스크류 하우징(20)은 미세필터(42) 앞쪽의 본체(40')에 모재가 공급되도록 연결하여 모재가 진입한 다음 직각방향으로 이송이 전환되면서 미세필터(42)를 통과하도록 구성하였고, 필터 하우징(40)을 통과한 모재가 배출되는 이송관(60)은 미세필터(42)의 후방에서 다시 측방향으로 연결하여 미세필터(42)를 통과한 모재는 다시 직각으로 이송방향이 전환되면서 배출되도록 구성하며,
필터 하우징(40)의 일측 즉, 본체(40')의 스크래퍼(43)가 설치된 쪽에는 개폐도어(41)를 설치하여 본체(40') 사이에 설치된 경첩으로 개폐가 가능하도록 설치하여 개폐도어(41)만 개방하면 내부 청소나 미세필터(42) 교체가 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 각 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 믹싱구간(34)과 제2 믹싱구간(35)은 플라이트(12)를 동일한 치수의 좁은 간격(12-2) 외에도 각기 다른 치수의 간격을 가지게 하여 모재의 분쇄와 믹스작업비율을 다르게 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 각 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치.
제1항에 있어서,
상기 필터 하우징(40)은 본체(40')의 일측에 스크류 하우징과 이송관이 모두 연결된 것을 특징으로 하는 각 2개의 믹싱존과 환기구를 가지는 폐합성수지 재생 압출장치.