KR102374303B1

KR102374303B1 - 폐자재 재생장치

Info

Publication number: KR102374303B1
Application number: KR1020200130326A
Authority: KR
Inventors: 이승일; 송재형
Original assignee: 주식회사 조이첨단소재
Priority date: 2020-10-08
Filing date: 2020-10-08
Publication date: 2022-03-16

Abstract

본 발명은 폐자재 재생장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치는, 복합소재 함유 폐자재를 파쇄하는 파쇄부(100), 파쇄된 폐자재를 교반하는 교반부(200), 교반된 폐자재를 용융시키는 용융부(300), 용융된 폐자재를 압출하여 스트랜드(strand)를 추출하는 스트랜드 다이(400), 추출된 스트랜드를 냉각하는 냉각부(500), 및 냉각된 스트랜드를 절단하여 펠릿(pellet) 형태의 재생원료를 제조하는 절단기(600)를 포함한다.

Description

폐자재 재생장치{APPARATUS FOR RECYCLING WASTE MATERIAL}

본 발명은 폐자재 재생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합소재의 폐자재를 이용하여 재생원료를 제조하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 PP와 PE, PET 등의 합성수지에 다른 합성수지 또는 유리섬유(Glass fiber)나 탄소섬유(Carbon fiber) 등이 다양하게 첨가된 복합소재는 생활 및 산업분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 사용하고 난 후의 복합소재는 대부분 매립이나 소각 등 환경에 부정적인 영향을 주는 방법으로 폐기되고 있다. 특히, PP나 PE 등에 유리섬유(Glass fiber) 등이 첨가된 복합소재의 재생을 원활하게 수행할 수 있는 장치가 마련되지 않고 있어, 많은 복합소재 폐자재들이 재자원화되지 못하고 폐기되고 있는 실정이다. 복합소재 폐자재를 재자원화하기 어려운 이유는 폐자재에 함유된 소재의 용융점의 차이, 비중의 차이, 분자구조의 차이, 폐자재의 수분 등에 따라 재생시 발생하는 박리현상과 수증기 배출, 압출기 내의 온도와 압력을 최적으로 관리하기 곤란하다는 데 있다. 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 일부 플라스틱 폐기물의 재활용 기술이 개발되고 있지만, 그 특허문헌에 개시된 기술은 플라스틱 폐기물을 수거한 후 기포를 발생시켜 플라스틱 재질별로 부유 선별하는 것을 주요 특징으로 하므로, 복합소재 폐자재를 이용해 재생자원을 생성하는 재자원화 기술로 평가하기 어렵다.

이에 복합소재 폐자재를 재생하여 재자원화는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.

KR

10-2019-0138526

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 소재 고유의 물성을 파괴하지 않는 수준으로 복합소재 함유 폐자재를 파쇄하고, 폐자재를 단계적으로 용융시키며, 수분 증발, 가스 배출 등 최적의 폐자재 상태를 유지하면서 적당량을 안정적으로 이송하여, 복합소재 폐자재에서 재생자원을 제조할 수 있는 폐자재 재생장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치는 복합소재 함유 폐자재를 파쇄하는 파쇄부; 파쇄된 상기 폐자재를 교반하는 교반부; 교반된 상기 폐자재를 용융시키는 용융부; 용융된 상기 폐자재를 압출하여 스트랜드(strand)를 추출하는 스트랜드 다이; 추출된 상기 스트랜드를 냉각하는 냉각부; 및 냉각된 상기 스트랜드를 절단하여 펠릿(pellet) 형태의 재생원료를 제조하는 절단기;를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 파쇄부는, 상기 폐자재를 1차 파쇄하는 제1 파쇄기; 1차 파쇄된 상기 폐자재를 공급받아 2차 파쇄하는 제2 파쇄기; 1차 파쇄된 상기 폐자재를 상기 제1 파쇄기로 운반하는 제1 컨베이어; 및 2차 파쇄된 상기 폐자재를 상기 교반부로 운반하는 제2 컨베이어;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 교반부는, 파쇄된 상기 폐자재를 일시 저장하는 저장용기; 및 상기 저장용기의 내부에 배치되어 일시 저장된 상기 폐자재를 교반하는 교반기;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 용융부는, 파쇄된 상기 폐자재를 1차 용융시키는 제1 용융기;를 포함하고, 상기 제1 용융기는, 일단으로 파쇄된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제1 하우징; 제1 회전 샤프트, 및 상기 제1 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제1 날개부를 포함하고, 상기 제1 하우징의 내부에 배치되어, 상기 제1 하우징의 타단으로 상기 폐자재를 이송시키는 제1 이송 스크류; 상기 제1 이송 스크류를 회전시키는 제1 구동기; 이송되는 상기 폐자재를 가열하여 1차 용융시키는 제1 가열기; 및 상기 제1 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제1 냉각관;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 제1 회전 샤프트의 직경은, 일단에서 중앙으로 갈수록 점점 커지다가, 상기 중앙을 지난 후 작아진 후, 타단으로 갈수록 다시 점점 커지며, 상기 제1 회전 샤프트의 외면에서부터 상기 제1 날개부의 가장자리까지의 길이인 나사산의 높이는, 상기 제1 회전 샤프트의 상기 일단에서 상기 중앙으로 갈수록 점점 낮아지다가, 상기 중앙을 지난 후 높아진 후, 상기 타단으로 갈수록 다시 점점 낮아질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 제1 날개부의 서로 인접하는 상기 나사산 사이의 거리인 피치는, 상기 제1 회전 샤프트의 상기 일단에서 상기 중앙으로 갈수록 점점 좁아지다가, 상기 중앙을 지난 후 넓어진 후, 상기 타탄으로 갈수록 다시 점점 좁아질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 용융부는, 1차 용융된 상기 폐자재를 2차 용융시키는 상기 제2 용융기;를 더 포함하고, 상기 제2 용융기는, 일단으로 1차 용융된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제2 하우징; 제2 회전 샤프트, 및 상기 제2 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제2 날개부를 각각 포함하고, 상기 제2 하우징의 내부에 서로 나란하게 배치되어, 상기 제2 하우징의 타단을 향해 상기 폐자재를 이송시키는 한 쌍의 제2 이송 스크류; 상기 제2 이송 스크류를 회전시키는 제2 구동기; 이송되는 상기 폐자재를 가열하여 용융시키는 제2 가열기; 및 상기 제2 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제2 냉각관;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 한 쌍의 제2 이송 스크류 중 적어도 하나 이상에는, 상기 제2 날개부와 다른 형태로 형성되고, 상기 제2 회전 샤프트의 외면에, 불규칙하게 배열된 다수의 교반편;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 제2 용융기는, 상기 제2 하우징의 내부에서 생성된 기체상 물질을 배출하는 제2 기체상 물질 배출부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 제2 이송 스크류는, 상기 제1 이송 스크류의 회전속도보다 빠르게 회전될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 용융부는, 상기 제1 용융기와 상기 제2 용융기 사이에 연결 배치되거나, 상기 제2 용융기와 연결되고, 1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재를 가열하여, 상기 폐자재의 온도를 유지하거나 상기 폐자재를 용융시키는 가열부;를 더 포함하고, 상기 가열부는, 일단으로 1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제3 하우징; 제3 회전 샤프트, 및 상기 제3 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제3 날개부를 포함하고, 상기 제3 하우징의 내부에 배치되어, 상기 제3 하우징의 타단을 향해 상기 폐자재를 이송시키는 제3 이송 스크류; 상기 제3 이송 스크류를 회전시키는 제3 구동기; 이송되는 상기 폐자재를 가열하는 제3 가열기; 및 상기 제3 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제3 냉각관;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재를 일시 수용하고, 외부로 기체상 물질이 배출된 후에, 수용된 상기 폐자재를 상기 제3 하우징으로 공급하는 임시 수용부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 파쇄부는, 2차 파쇄된 상기 폐자재를 크기별로 선별하는 선별수단;을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 제1 용융기는, 상기 제1 하우징의 내부에서 생성된 기체상 물질을 배출하는 제1 기체상 물질 배출부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치에 있어서, 상기 교반부는, 일시 저장된 상기 폐자재를 건조하는 건조기;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 복합소재 폐자재에 함유된 소재 고유의 물성을 파괴하지 않으며, 단계적 용융을 통해 재생을 위한 최적의 용융상태를 확보하는 동시에 박리현상을 방지하고, 수분 증발과 가스 배출 등 최적의 폐자재 상태를 유지하면서 처리 가능한 적당량을 이송함으로써, 안정적으로 스트랜드(strand)를 제조하고 이를 절단하여 펠릿 형태의 재생원료를 효과적으로 생산할 수 있다.

또한, 최적의 용융 조건하에서 재생원료 소재가 배합되므로, 특히 용융처리가 어려운 PET 등의 소재의 분자구조를 파괴할 수 있어서 복합소재 재생을 원활하게 수행할 수 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 한 쌍의 제2 이송 스크류를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐자재 재생장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 한 쌍의 제2 이송 스크류를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재 재생장치는, 복합소재 함유 폐자재를 파쇄하는 파쇄부(100), 파쇄된 폐자재를 교반하는 교반부(200), 교반된 폐자재를 용융시키는 용융부(300), 용융된 폐자재를 압출하여 스트랜드(strand)를 추출하는 스트랜드 다이(400), 추출된 스트랜드를 냉각하는 냉각부(500), 및 냉각된 스트랜드를 절단하여 펠릿(pellet) 형태의 재생원료를 제조하는 절단기(600)를 포함한다.

본 발명은 복합소재 함유 폐자재를 재생하여 재자원화를 가능하게 하는 폐자재 재생장치에 관한 것이다. 복합소재는 PP와 PE, PET 등의 합성수지에 다른 합성수지 또는 유리섬유(Glass fiber)나 탄소섬유(Carbon fiber) 등이 다양하게 첨가된 소재로서, 다양한 분야에서 광범위하게 사용되지만, 이에 대한 재자원화 기술이 미비하여 대부분 폐기되는 실정인 바, 이에 대한 해결책으로서 본 발명이 안출되었다.

구체적으로 본 발명에 따른 폐자재 재생장치는 파쇄부(100), 교반부(200), 용융부(300), 스트랜드 다이(400), 냉각부(500), 및 절단기(600)를 포함한다.

파쇄부(100)는 복합소재 함유 폐자재를 소정의 크기로 파쇄한다. 여기서, 복합소재 함유 폐자재는 복합소재가 사용된 제품 폐기물, 제품 제조 시에 발생하는 스크랩 등을 포함하는 것으로, 복합소재를 함유하여 재자원화 가능한 것이면 특별한 제한이 없다. 파쇄부(100)에서의 파쇄 시, 지나치게 작은 크기로 복합소재 함유 폐자재가 파쇄되면 소재 고유의 물성이 파괴될 수 있고, 지나치게 크면 용융이 어려울 수 있으므로, 그 물성이 유지될 수 있는 크기로 폐자재를 파쇄한다.

이러한 파쇄 과정은 파쇄기를 이용해 수행될 수 있다. 또한, 수차례에 걸쳐 파쇄가 연속적으로 이루어질 수도 있다. 일실시예로, 파쇄부(100)는 제1 파쇄기(110), 제2 파쇄기(120), 제1 컨베이어(130), 및 제2 컨베이어(140)를 포함할 수 있다.

제1 파쇄기(110)는 복합소재 함유 폐자재를 1차 파쇄하는 기기로서, 복합소재 함유 폐자재가 공급될 때에 파쇄날이 회전하면서 이를 파쇄할 수 있다. 제1 파쇄기(110)에서 파쇄된 폐자재는 제1 컨베이어(130)를 통해 제2 파쇄기(120)로 이송된다. 여기서, 제1 컨베이어(130)는 벨트 컨베이어, 롤러 컨베이어, 트롤리 컨베이어, 휠 컨베이어, 스크류 컨베이어 등과 같은 이송수단으로서, 스크류 컨베이어가 적합하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전기나 유압 등의 외부 동력에 의해 작동하는 기기뿐만 아니라, 중력에 의해 낙하하는 폐자재의 이송을 안내하는 수단을 포함하는 등 폐자재의 이송을 가능하게 하는 수단이기만 하면 특별한 제한이 없다. 제2 파쇄기(120)는 1차 파쇄된 폐자재를 공급받아 2차 파쇄하는 기기로서, 파쇄날이 회전하면서 폐자재를 파쇄한다. 이때, 2차 파쇄된 폐자재는 1차 파쇄된 폐자재에 비해 더 작은 크기로 파쇄될 수 있다. 이렇게 2차 파쇄된 폐자재는 제2 컨베이어(140)에 의해 교반부(200)로 운반된다. 제2 컨베이어(140)도 상기 제1 컨베이어(130)와 같은 이송수단으로 구현될 수 있지만, 반드시 제1 컨베이어(130)와 동일한 형태일 필요는 없다.

도시되지는 않았지만, 2차 파쇄된 폐자재를 크기별로 선별할 수 있는 선별수단이 추가될 수 있다. 선별수단의 일례로는 다수의 관통공을 구비한 메쉬망일 수 있다. 이때, 메쉬망은 평면 형태, 또는 중공관 형태 등으로 형성될 수 있고, 진동수단에 의해 메쉬망이 진동될 수도 있다. 또한, 중공관 형태의 메쉬망의 경우에는 그 중공 내에 폐자재가 유입되고, 별도의 회전수단에 의해 그 중심축을 중심으로 원주 방향을 따라 회전하면서, 외주면을 통해 선별된 폐자재를 배출할 수 있다. 다만, 선별수단은 반드시 평면형 또는 중공관형 메쉬망에 의해서만 구현되는 것은 아니고, 폐자재를 그 크기별로 선별할 수 있는 수단이기만 하면 무방하다.

교반부(200)는 소정의 크기로 파쇄된 폐자재를 골고루 섞이도록 배합한다. 이러한 교반부(200)의 일실시예로, 저장용기 내에 파쇄된 폐자재가 일시 저장되고, 그 저장용기의 내부에 교반기가 설치되어, 일시 저장된 다양한 물성의 폐자재가 골고루 섞일 수 있도록 교반할 수 있다. 파쇄부(100)에 페자재를 투입할 때에 폐자재의 물성이 일정하지 않은 경우가 있어 투입되는 폐자재와 그 투입시기에 따라 파쇄되는 폐자재의 물성이 일정하지 않을 수 있는데, 교반부(200)에서 교반을 통해 일정하지 않은 물성의 파쇄된 폐자재가 골고루 섞이게 된다.

한편, 교반부(200)는 일시 저장된 폐자재를 건조하는 건조기(도시되지 않음)를 더 구비할 수도 있다. 폐자재에 수분이 함유된 경우 재생이 곤란하므로, 건조기가 폐자재의 수분을 증발시킨다. 이러한 건조기는 폐자재에 열을 가하는 가열기, 송풍하는 송풍기, 열과 바람을 함께 공급하는 열풍기 등으로 구현될 수 있다.

교반부(200)는 일정량의 폐자재를 확보하여 안정적으로 용융부(300)에 공급한다. 여기서, 용융부(300)로 폐자재를 이송시키기 위해, 컨베이어와 같은 이송수단이 마련될 수 있는데, 컨베이어는 벨트 컨베이어, 롤러 컨베이어, 트롤리 컨베이어, 휠 컨베이어, 스크류 컨베이어 등을 포함하여 폐자재를 이송시킬 수 있는 공지의 모든 수단으로 구현될 수 있다.

용융부(300)는 파쇄된 폐자재를 가열하여 용융한다. 이를 위해서, 용융부(300)는 제1 용융기(310)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 용융기(310)는 제1 하우징(311), 제1 이송 스크류(312), 제1 구동기(313), 제1 가열기(314), 및 제1 냉각관(315)을 포함할 수 있다.

여기서, 제1 하우징(311)은 내부 수용공간을 구비하고, 그 일단에 폐자재가 유입되는 폐자재 유입구가 형성되며, 반대쪽 타단에 폐자재가 배출되는 폐자재 배출구가 형성된다.

제1 이송 스크류(312)는 길이방향을 중심으로 회전하는 제1 회전 샤프트(312a)의 외면에, 나선형 제1 날개부(312b)가 부착된 형태로 형성된다. 이러한 제1 이송 스크류(312)는 제1 하우징(311)의 내부에, 제1 하우징(311)의 일단에서 타단을 향하는 길이 방향으로 배치되어 회전함으로써, 제1 하우징(311) 내부로 유입된 폐자재를 제1 하우징(311)의 타단으로 이송시켜, 배출되게 한다.

여기서, 제1 날개부(312b)는 제1 회전 샤프트(312a)의 길이방향을 따라 연속적으로 이어지는 나사산을 형성하는데, 제1 회전 샤프트(312a)의 외면에서부터 나사산의 가장자리까지의 길이인 나사산의 높이, 및/또는 어느 하나의 나사산과 인접한 다른 하나의 나사산까지의 거리인 피치는 상기 제1 회전 샤프트(312a)의 길이 방향을 따라 일정하게 형성될 수 있지만, 이와 달리 피치 및/또는 나사산 높이가 다르게 형성될 수도 있다. 일례로, 제1 회전 샤프트(312a)의 일단이 제1 하우징(311)의 일단쪽에, 제1 회전 샤프트(312a)의 타단이 제1 하우징(311)의 타단쪽에 배치될 때에, 제1 회전 샤프트(312a)의 직경은, 그 일단에서 중앙으로 갈수록 점점 커지다가, 중앙을 지난 후 작아지고, 타단으로 갈수록 다시 점점 커질 수 있다. 이때, 제1 날개부(312b)의 나사산 높이는, 제1 회전 샤프트(312a)의 일단에서 중앙으로 갈수록 점점 낮아지다가, 중앙을 지난 후 높아지고, 타단으로 갈수록 점점 낮아질 수 있다. 여기서, 제1 날개부(312b)의 피치는, 제1 회전 샤프트(312a)의 일단에서 중앙으로 갈수록 점점 좁아지다가, 중앙을 지난 후 넓어지고, 타탄으로 갈수록 점점 좁아질 수 있다. 이러한 형태의 제1 이송 스크류(312)의 형태는 폐자재를 압축하면서 압축열을 발생시키므로, 제1 가열기(314)에서 가해지는 열에 더해 폐자재의 용융을 용이하게 한다. 또한, 파쇄된 폐자재가 제1 하우징(311)의 일단으로 유입될 때에는 고체 상태로서 그 사이에 공극이 존재하지만, 타단으로 갈수록 용융되기 때문에 공극이 줄어들어 밀도 차이가 존재하므로, 제1 날개부(312b)의 피치 및 나사산을 다르게 형성하는 것이 바람직하다.

제1 구동기(313)는 제1 이송 스크류(312)를 회전시키는 수단이다. 제1 구동기(313)의 일례로는 모터를 들 수 있다. 제1 구동기(313)는 제1 이송 스크류(312)의 회전속도를 제어한다. 여기서, 감속기를 이용해 제1 이송 스크류(312)의 회전속도를 제어할 수 있다.

제1 가열기(314)는 제1 하우징(311)의 내부에서 이송되는 폐자재를 가열하여 1차 용융시킨다. 여기서, 제1 가열기(314)는 제1 하우징(311)의 하부를 가열하여 폐자재를 용융시킬 수 있다. 제1 가열기(314)는 제1 하우징(311)에 열을 공급하는 수단이기만 하면 특별한 제한이 없다. 전술한 바와 같이, 일단에서 타단으로 갈수록 제1 회전 샤프트(312a)의 직경이 점점 커지다가 작아진 후 다시 커지는 형태, 이로 인한 제1 날개부(312b)의 나사산의 높이 변화, 그리고 제1 날개부(312b)의 피치 변화 등에 따라 야기되는 압력과 자체 온도 상승에 의해 효과적으로 폐자재는 용융될 수 있다.

제1 냉각관(315)은 내부에 냉각수가 유동하는 관로로서, 제1 하우징(311)의 벽체의 내부에 배치될 수 있다. 이러한 제1 냉각관(315)은 제1 가열기(314)에 의해 가열되는 제1 하우징(311)의 내부 온도를 정밀하게 제어하는 수단으로 제공되는 것이다. 제1 냉각관(315)은 제1 하우징(311)의 내부를 감싸는 나선형으로 배치되거나, 또는 제1 가열기(314)에서 직접 열이 가해지는 제1 하우징(311)의 영역에 배치될 수 있다. 일례로, 제1 가열기(314)가 제1 하우징(311)의 하부를 가열하는 경우에, 가열되는 위치에 대응되는 벽체 내부에 제1 냉각관(315)이 배치될 수 있다.

한편, 제1 하우징(311)에서 1차 용융이 일어남에 따라 수증기와 유해가스 등과 같은 기체상 물질이 그 내부에서 생성되므로, 이를 외부로 배출하기 위한 제1 기체상 물질 배출부가 마련될 수 있다. 일례로, 제1 기체상 물질 배출부는 제1 수증기 배출부(316), 및 제1 가스 배출부(317)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 수증기 배출부(316) 및 제1 가스 배출부(317)는 제1 하우징(311)의 내부와 연통되는 배출관으로 형성되어, 수증기 및 유해가스를 각각 배출할 수 있다. 여기서, 수증기는 제1 하우징(311)의 외부로 배출하여도 무방하지만, 유해가스는 배출관을 통해 포집한 후에 처리할 수 있다. 제1 수증기 배출부(316) 및 제1 가스 배출부(317) 중 적어도 어느 하나 이상에는 진공펌프가 추가 설치되어 보다 용이하게 수증기 및/또는 유해가스를 배출 내지 포집할 수 있다. 한편, 제1 수증기 배출부(316) 및 제1 가스 배출부(317) 각각의 배출관은 동일관으로 형성되거나 또는 다른 위치에 형성될 수 있는데, 일례로 제1 수증기 배출부(316)는 제2 하우징(311)의 일단쪽에, 제1 가스 배출부(317)는 제1 하우징(331)의 타단쪽과 연통되는 구역 내에 형성될 수 있다. 상기 제1 수증기 배출부(316), 및 제2 가스 배출부(317)는 어느 하나만 구비되어도 무방하다. 또한, 제1 수증기 배출부(316), 및 제1 가스 배출부(317) 중 어느 하나에 의해, 수증기 및 유해가스가 함께 배출될 수도 있다.

한편, 용융부(300)에서의 용융 공정은 다단계로 수행될 수 있다. 이를 위해서, 제2 용융기(330)가 더 포함될 수 있다. 제2 용융기(330)는 제1 용융기(310)에서 1차 용융된 폐자재를 공급받아 2차 용융시킨다. 제2 용융기(330)는 제2 하우징(331), 제2 이송 스크류(332), 제2 구동기(333), 제2 가열기(334), 및 제2 냉각관(335)을 포함하는데, 전술한 제1 용융기(310)와 비교할 때에, 제2 하우징(331)은 제1 하우징(311)과, 제2 구동기(333)는 제1 구동기(313)와, 제2 가열기(334)는 제1 가열기(314)와, 제2 냉각관(335)은 제1 냉각관(315)과 대응되는바, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.

제2 하우징(331)은 일단으로 1차 용융된 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되도록 형성된다.

제2 이송 스크류(332)는 한 쌍으로, 각각 길이방향을 중심으로 회전하는 제2 회전 샤프트(332a)의 외면에, 나선형 제2 날개부(332b)가 부착된 형태로 형성된다. 여기서, 한 쌍의 제2 이송 스크류(332)는 각각의 제2 회전 샤프트(332a)를 중심으로 동일 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다. 이러한 제2 이송 스크류(332)는 제2 하우징(331)의 내부에, 서로 나란하게 배치되어 회전함으로써, 제2 하우징(331) 내부로 유입된 폐자재를 제2 하우징(331)의 타단으로 이송시켜, 배출되게 한다.

도 3을 참고로, 한 쌍의 제2 이송 스크류(332) 중 적어도 하나 이상에는, 다수의 교반편(332c)이 포함될 수 있다. 교반편(332c)은 제2 날개부(332b)와 다른 형태로 형성되고, 제2 회전 샤프트(332a)의 외면에 불규칙하게 배열된다. 즉, 제2 날개부(332b)가 나사산과 나사골이 순차적으로 배열되도록 규칙적이고 연속적으로 연결된 나선 구조인 반면, 교반편(332c)은 나선 구조가 아니라 단속적으로 불규칙하게 배열된다. 예를 들어, 어느 하나의 제2 날개부(332b)와 다른 하나의 제2 날개부(332b) 사이에 교반편(332c)이 배열될 수 있다. 여기서, 제2 날개부(332b)가 형성된 이송 영역에서는 폐자재가 일방향을 따라 정방향으로 이송되지만, 교반편(332c)이 배열된 교반 영역에서는 폐자재가 정체되거나, 역방향 또는 정방향으로 뒤섞여 움직이면서 서로 교반된다. 여기서 용융 처리가 어려운 PET 등의 소재의 분자구조가 파괴되므로 최종적인 재생원료의 생산이 가능해진다. 또한, 복합소재가 박리되는 것을 방지하고, 안정적인 배합과 이송을 제공할 수 있다. 교반 영역의 폐자재는 그 영역 내에 계속해서 정체되는 것은 아니고, 정방향으로 이송하는 폐자재에 밀려 그 다음 이송 영역으로 이동하여 이송된다.

제2 구동기(333)는 제2 이송 스크류(332)를 회전시키는 수단이다. 일례로 모터를 들 수 있고, 한 쌍의 제2 이송 스크류(332)와 일대일로 대응되게 2개의 모터를 사용하거나, 1개의 모터를 사용하되 풀리와 벨트, 또는 톱니와 체인 등을 이용해 회전력을 공유할 수 있다. 한편, 제2 용융기(330)에서의 폐자재는 2차 용융되는데, 1차 용융된 폐자재가 반용융 상태라면 2차 용융된 폐자재는 용융이 더 진행된 상태에 이르게 되므로, 원활하게 2차 용융된 폐자재를 이송하기 위해서 제2 이송 스크류(332)의 회전속도는 제1 이송 스크류(312)의 회전속도보다 빠르게 회전하는 것이 바람직하다. 여기서, 감속기를 이용해 제2 이송 스크류(332)의 회전속도를 제어할 수 있다.

제2 가열기(334) 및 제2 냉각관(335)은 제2 하우징(331)의 내부 온도를 제어한다.

한편, 제2 하우징(331)에서 2차 용융이 일어남에 따라 내부에 수증기와 유해가스 등과 같은 기체상 물질이 발생하게 되므로, 이를 외부로 배출하기 위한 제2 기체상 물질 배출부가 마련될 수 있다. 일례로, 제2 기체상 물질 배출부는 제2 수증기 배출부(336), 및 제2 가스 배출부(337)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 수증기 배출부(336) 및 제2 가스 배출부(337)는 제2 하우징(331)의 내부와 연통되는 배출관으로 형성되어, 수증기 및 유해가스를 각각 배출할 수 있다. 여기서, 수증기는 제2 하우징(331)의 외부로 배출하여도 무방하지만, 유해가스는 배출관을 통해 포집한 후에 처리할 수 있다. 제2 수증기 배출부(336) 및 제2 가스 배출부(337) 중 적어도 어느 하나 이상에는 진공펌프가 추가 설치되어 보다 용이하게 수증기 및/또는 유해가스를 배출 내지 포집할 수 있다. 한편, 제2 수증기 배출부(336) 및 제2 가스 배출부(337) 각각의 배출관은 동일관으로 형성되거나 또는 다른 위치에 형성될 수 있는데, 일례로 제2 수증기 배출부(336)는 제2 하우징(331)의 일단쪽에, 제2 가스 배출부(337)는 제2 하우징(331)의 타단쪽, 또는 교반 영역(도 3 참조)과 연통되는 구역 내에 형성될 수 있다. 상기 제2 수증기 배출부(336), 및 제2 가스 배출부(337)는 어느 하나만 구비되어도 무방하다. 또한, 제2 수증기 배출부(336), 및 제2 가스 배출부(337) 중 어느 하나에 의해, 수증기 및 유해가스가 함께 배출될 수도 있다.

스트랜드 다이(400)는 용융된 폐자재를 압출하여 스트랜드(strand)를 추출한다. 상기와 같이 다단계에 걸쳐 용융 공정이 진행되고, 용융된 폐자재가 안정적으로 배합 및 이송됨에 따라 용융된 폐자재로부터 스트랜드를 뽑아낼 수 있다.

냉각부(500)는 스트랜드 다이(400)에서 추출된 스트랜드를 냉각한다. 스트랜드의 냉각은 수냉식 및/또는 공냉식으로 이루어질 수 있다. 수냉식은 수조에 물을 저장하고, 스트랜드 다이(400)에서 추출된 스트랜드가 수중에 침지되도록 유도하여 수행할 수 있다. 한편, 공냉식은 스트랜드를 공기 중에 노출시키거나, 송풍기를 통해 공기 흐름을 유도하고 그 공기 흐름 속에 스트랜드를 노출시키는 방식으로 수행할 수 있다. 이러한 수냉식과 공냉식은 어느 하나의 단일 공정, 또는 2가지 방식이 혼재된 복합 공정으로 실행될 수 있다.

절단기(600)는 스트랜드 다이(400)에서 추출되고 냉각부(500)를 통과하면서 냉각된 스트랜드를 절단하여 펠릿(pellet) 형태로 재생원료를 생성한다. 여기서, 스트랜드는 스트랜드 다이(400)에서부터 냉각부(500)를 거쳐 절단기(600)까지 연결되어 이동하므로, 추출, 냉각, 수분제거 및 절단이 동시에 이루어진다. 이때, 스트랜드는 롤러에 의해 단절되지 않은 채 이동될 수 있다.

종합적으로, 본 발명에 따르면, 복합소재 폐자재에 함유된 소재 고유의 물성을 파괴하지 않으며, 단계적 용융을 통해 재생을 위한 최적의 용융상태를 확보하는 동시에 박리현상을 방지하고, 수분 증발, 가스 배출 등 최적의 폐자재 상태를 유지하면서 처리 가능한 적당량을 이송함으로써, 안정적으로 스트랜드를 제조하고 이를 절단하여 펠릿 형태의 재생원료를 효과적으로 생산할 수 있다. 또한, 최적의 용융 조건하에서 재생원료 소재가 배합되므로, 특히 용융처리가 어려운 PET 등의 소재의 분자구조를 파괴할 수 있어서 복합소재 재생을 원활하게 수행할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐자재 재생장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐자재 재생장치의 용융부(300)는, 제1 용융기(310) 및 제2 용융기(320) 사이에 연결 배치되거나, 또는 제2 용융기(320)에 연결되는 가열부(350)를 더 포함할 수 있다. 이러한 가열부(350)는 1차 또는 2차 용융된 폐자재를 가열하여, 용융된 폐자재의 온도를 유지하거나, 또는 추가적인 3차 용융을 수행한다.

가열부(350)는 제3 하우징(351), 제3 이송 스크류(352), 제3 구동기(353), 제3 가열기(354), 및 제3 냉각관(355)을 포함하는데, 전술한 제1 용융기(310)와 비교할 때에, 제3 하우징(351)은 제1 하우징(311)과, 제3 구동기(353)는 제1 구동기(313)와, 제3 가열기(354)는 제1 가열기(314)와, 제3 냉각관(355)은 제1 냉각관(315)과 대응되는바, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.

제3 하우징(351)의 일단으로 1차 또는 2차 용융된 폐자재가 유입되고, 반대쪽 타단으로 배출되도록 형성될 수 있다.

제3 이송 스크류(352)는 제3 회전 샤프트(352a)의 외면에 나선형 제3 날개부(352b)가 부착되어 형성되고, 제3 하우징(351)의 내부에 배치되어, 제3 하우징(351)의 타단을 향해 폐자재를 이송시킨다.

제3 구동기(353)는 제3 이송 스크류(352)를 회전시킨다.

제3 가열기(354)는 제3 하우징(351)을 가열하는데, 이를 통해 앞서 용융된 폐자재의 온도를 유지하거나, 또는 폐자재를 3차 용융시킬 수 있다. 이때, 제3 하우징(351)의 벽체 내부에 배치된 제3 냉각관(355)을 통해 냉각수가 유동하므로, 온도가 정밀하게 제어될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐자재 재생장치는 임시 수용부를 더 포함할 수 있다. 임시 수용부는 제1 용융기(310) 또는 제2 용융기(330)에서 배출된 용융 상태의 폐자재를 임시 수용하였다가, 제3 하우징(351)으로 폐자재를 공급한다. 임시 수용부는 개구부가 형성된 용기 형태로 형성되고, 내부에 폐자재가 임시 수용되는 동안에 그 개구부를 통해 기체상 물질, 즉 폐자재에 혼재된 잔류 수분(수증기), 유해가스 등을 외부로 배출함으로써, 안정적으로 용융된 폐자재를 스트랜드 다이(400)쪽으로 공급 가능하게 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속한 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 파쇄부 110: 제1 파쇄기
120: 제2 파쇄기 130: 제1 컨베이어
140: 제2 컨베이어 200: 교반부
300: 용융부 310: 제1 용융기
311: 제1 하우징 312: 제1 이송 스크류
312a: 제1 회전 샤프트 312b: 제1 날개부
313: 제1 구동기 314: 제1 가열기
315: 제1 냉각관 316: 제1 수증기 배출부
317: 제2 가스 배출부 330: 제2 용융기
331: 제2 하우징 332: 제2 이송 스크류
332a: 제2 회전 샤프트 332b: 제2 날개부
332c: 교반편 333: 제2 구동기
334: 제2 가열기 335: 제2 냉각관
336: 제2 수증기 배출부 337: 제2 가스 배출부
350: 가열부 351: 제3 하우징
352: 제3 이송 스크류 352a: 제3 회전 샤프트
352b: 제3 날개부 353: 제3 구동기
354: 제3 가열기 355: 제3 냉각관
400: 스트랜드 다이 500: 냉각부
600: 절단기

Claims

복합소재 함유 폐자재를 파쇄하는 파쇄부;
파쇄된 상기 폐자재를 교반하는 교반부;
교반된 상기 폐자재를 용융시키는 용융부;
용융된 상기 폐자재를 압출하여 스트랜드(strand)를 추출하는 스트랜드 다이;
추출된 상기 스트랜드를 냉각하는 냉각부; 및
냉각된 상기 스트랜드를 절단하여 펠릿(pellet) 형태의 재생원료를 제조하는 절단기;를 포함하고,
상기 용융부는,
파쇄된 상기 폐자재를 1차 용융시키는 제1 용융기; 및
1차 용융된 상기 폐자재를 2차 용융시키는 제2 용융기;를 포함하고,
상기 제1 용융기는,
일단으로 파쇄된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제1 하우징;
제1 회전 샤프트, 및 상기 제1 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제1 날개부를 포함하고, 상기 제1 하우징의 내부에 배치되어, 상기 제1 하우징의 타단으로 상기 폐자재를 이송시키는 제1 이송 스크류;
상기 제1 이송 스크류를 회전시키는 제1 구동기;
이송되는 상기 폐자재를 가열하여 1차 용융시키는 제1 가열기; 및
상기 제1 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제1 냉각관;을 포함하며,
상기 제2 용융기는,
일단으로 1차 용융된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제2 하우징;
제2 회전 샤프트, 및 상기 제2 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제2 날개부를 각각 포함하고, 상기 제2 하우징의 내부에 서로 나란하게 배치되어, 상기 제2 하우징의 타단을 향해 상기 폐자재를 이송시키는 한 쌍의 제2 이송 스크류;
상기 제2 이송 스크류를 회전시키는 제2 구동기;
이송되는 상기 폐자재를 가열하여 용융시키는 제2 가열기; 및
상기 제2 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제2 냉각관;을 포함하고,
한 쌍의 제2 이송 스크류 중 적어도 하나 이상에, 상기 제2 날개부와 다른 형태로 형성되고, 상기 제2 회전 샤프트의 외면에, 불규칙하게 배열된 다수의 교반편;을 더 포함하며,
다수의 상기 교반편은,
이송되는 상기 폐자재가 정체되도록 상기 제2 회전 샤프트의 길이방향에 대해 수직으로 배열되는 제1 교반편; 및
이송되는 상기 폐자재가 역방향으로 이송되도록 상기 제2 날개부의 나선방향과 반대방향으로 배열되는 제2 교반편;을 포함하고,
상기 제2 이송 스크류는, 상기 제1 이송 스크류의 회전속도보다 빠르게 회전되는 폐자재 재생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 파쇄부는,
상기 폐자재를 1차 파쇄하는 제1 파쇄기;
1차 파쇄된 상기 폐자재를 공급받아 2차 파쇄하는 제2 파쇄기;
1차 파쇄된 상기 폐자재를 상기 제1 파쇄기로 운반하는 제1 컨베이어; 및
2차 파쇄된 상기 폐자재를 상기 교반부로 운반하는 제2 컨베이어;를 포함하는 폐자재 재생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 교반부는,
파쇄된 상기 폐자재를 일시 저장하는 저장용기; 및
상기 저장용기의 내부에 배치되어 일시 저장된 상기 폐자재를 교반하는 교반기;를 포함하는 폐자재 재생장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1 회전 샤프트의 직경은, 일단에서 중앙으로 갈수록 점점 커지다가, 상기 중앙을 지난 후 작아진 후, 타단으로 갈수록 다시 점점 커지며,
상기 제1 회전 샤프트의 외면에서부터 상기 제1 날개부의 가장자리까지의 길이인 나사산의 높이는, 상기 제1 회전 샤프트의 상기 일단에서 상기 중앙으로 갈수록 점점 낮아지다가, 상기 중앙을 지난 후 높아진 후, 상기 타단으로 갈수록 점점 낮아지는 폐자재 재생장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제1 날개부의 서로 인접하는 상기 나사산 사이의 거리인 피치는, 상기 제1 회전 샤프트의 상기 일단에서 상기 중앙으로 갈수록 점점 좁아지다가, 상기 중앙을 지난 후 넓어진 후, 상기 타단으로 갈수록 다시 점점 좁아지는 폐자재 재생장치.
삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제2 용융기는,
상기 제2 하우징의 내부에서 생성된 기체상 물질을 배출하는 제2 기체상 물질 배출부;를 더 포함하는 폐자재 재생장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 용융부는, 상기 제1 용융기와 상기 제2 용융기 사이에 연결 배치되거나, 상기 제2 용융기와 연결되고, 1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재를 가열하여, 상기 폐자재의 온도를 유지하거나 상기 폐자재를 용융시키는 가열부;를 더 포함하고,
상기 가열부는,
일단으로 1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재가 내부로 유입되고, 타단으로 배출되는 제3 하우징;
제3 회전 샤프트, 및 상기 제3 회전 샤프트의 외면에 부착된 나선형 제3 날개부를 포함하고, 상기 제3 하우징의 내부에 배치되어, 상기 제3 하우징의 타단을 향해 상기 폐자재를 이송시키는 제3 이송 스크류;
상기 제3 이송 스크류를 회전시키는 제3 구동기;
이송되는 상기 폐자재를 가열하는 제3 가열기; 및
상기 제3 하우징의 벽체 내부에 배치되고, 냉각수를 유동시키는 제3 냉각관;을 포함하는 폐자재 재생장치.
청구항 11에 있어서,
1차 또는 2차 용융된 상기 폐자재를 일시 수용하고, 외부로 기체상 물질이 배출된 후에, 수용된 상기 폐자재를 상기 제3 하우징으로 공급하는 임시 수용부;를 더 포함하는 폐자재 재생장치.
청구항 2에 있어서,
상기 파쇄부는,
2차 파쇄된 상기 폐자재를 크기별로 선별하는 선별수단;을 더 포함하는 폐자재 재생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 용융기는,
상기 제1 하우징의 내부에서 생성된 기체상 물질을 배출하는 제1 기체상 물질 배출부;를 더 포함하는 폐자재 재생장치.
청구항 3에 있어서,
상기 교반부는,
일시 저장된 상기 폐자재를 건조하는 건조기;를 더 포함하는 폐자재 재생장치.