1. 발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 국내 법규상 산업폐기물로 분류되어 있는 폐윤활유, 폐작동유 등의 산업용 폐윤활유 속에 함유되어 있는 오염성분인 수분을 제거하는 장치 및 방법이다.
폐윤활유 속의 수분을 제거하여 재활용하거나 또는 운전 중의 윤활유 정화로 폐윤활유의 발생을 방지하여 장시간 사용이 가능하게 하는 것으로 폐윤활유의 발생으로 인한 환경오염을 예방한다.
또한 폐기되는 폐윤활유를 정화하여 재활용할 수 있는 폐윤활유 속에 포함된 수분의 제거장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 각종 공작기계, 유압기계, 자동차 엔진, 일반 산업체 등에서 많이 사용되는 윤활유는 수분의 혼합, 입자상 오염물의 혼합 등의 원인에 의하여 기계의 고장 및 노후화를 촉진하게 된다.
윤활유 속의 수분은 윤활시스템에서 가장 일반적으로 발생되는 오염물로 장치의 부식, 윤활성의 감소, 유체 파손, 첨가제 포집, 유전강도의 감소, 유압제품의 마모, 윤활유의 산화 등 매우 다양한 영향을 미친다.
따라서 기계장치의 수명 증가 및 정상적인 운전상태 유지를 위하여 사용중인 윤활유는 수분오염 정도에 따라 정기적으로 교체하여야 하고, 이때 발생되는 다량의 폐윤활유는 환경오염의 주범이 된다.
<기존방식의 문제점>
폐윤활유의 재생기술은 대상 윤활유의 종류 및 재생목적 등에 따라 매우 다양하며, 일반적으로 사용되는 방법은 원심력 여과 약품처리 등의 단순 기술에 의하여 처리됨에 따라 재생 윤활유는 윤활유로 재사용되는 경우가 거의 없고 연료유로 사용되는 경우가 대부분이다.
폐윤활유 속에 있는 수분을 제거하기 위한 기존의 기술들 중 가장 최신의 기술로 폐윤활유를 감압하여 가열하는 방식이 채택되고 있으나, 감압조건에서 분무 노즐의 형태, 장치의 운전 안정성 및 연속 처리성 등에 대한 고려가 없이 단순 감압 증발을 이용하는 경우가 대부분이다.
이것은 장치의 운전 특성, 단위 시간당 처리능력, 폐윤활유의 종류별 성능 변화가 커지는 등 실제적인 폐윤활유의 정화시에 정화 성능을 매우 감소시키는 문제점을 지니고 있다.
또한 언급된 종래의 기술들은 폐윤활유 속에 용해된 수분(Dissolved Water)을 완전히 제거하기가 용이하지 않다는 문제점을 가지고 있다.
2. 기술적 과제
본 발명의 목적은 폐윤활유 속에 포함된 수분을 연속적으로 제거할 수 있는 폐윤활유 속에 포함되어 있는 수분의 제거 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
따라서 폐윤활유 속에 포함된 수분제거는 적절한 온도로 가열된 폐윤활유가 진공압력에 의해 노즐을 통하여 진공챔버 속으로 유입되고, 유입된 폐윤활유 속에 포함된 수분과 윤활유의 포화증기 압력과 온도 사이의 상관관계에 의하여 수분이 증발되도록 한다.
그리고 증발된 수분은 응축에 의하여 응축수로 만들어 제거하는 장치를 포함하며, 이와 같은 폐윤활유 속에 포힘된 수분의 제거장치 및 그 방법에 있어서의 구체적인 기술적 원리를 설명하면 다음과 같다.
폐윤활유 속의 수분을 제거하는 원리로는 폐윤활유 저장탱크와 연결된 관로가 진공펌프에 의해 진공상태로 만들어진 진공챔버 속에 설치되어 있고, 이 관로의 끝단에 분사 노즐이 설치되어 있는 경우 진공챔버 내의 진공 압력으로 인해 폐윤활유는 노즐을 통하여 진공챔버 내부로 흡입 분사된다.
이때 분사된 폐윤활유에 포함된 수분의 포화증기 온도는 진공챔버 내부의 진공압력에 해당하는 포화증기 온도로 낮아지고, 낮은 온도에서도 폐윤활유 속에 포함된 수분은 증발하게 된다.
이때 진공챔버 내부의 압력 및 폐윤활유의 온도조건은 윤활유를 증발시키기에는 적절치 못한 온도 및 진공 압력 조건이 되어 결국 윤활유에 포함된 수분만 증발시켜 제거할 수 있다.
|
진공도(Torr) |
포화증기압 온도(℃) |
|
760 |
100 |
|
93 |
50 |
|
4.8 |
0 |
|
.01 |
-40 |
<표 1>진공도 및 수분의 포화증기압
<표 1>은 각각의 진공도에서 수분의 포화증기압을 나타낸다. <표 1>에서 보는 바와 같이
고진공 쪽으로 갈수록 낮은 온도에서 증발이 쉽게 일어남을 알 수 있다.
이는 진공도가 93torr일 경우 공급되는 폐윤활유의 온도가 50℃ 이상에서 수분의 증발이 일
어나기 시작함을 의미한다.
본 발명에서는 진공챔버에 유입되는 폐오일을 가열하는 가열장치를 이용하여 진공 감압 상
태에서 폐윤활유속의 수분을 증발시키기에 적합한 최적의 온도로 맞춘 후 분사노즐을 이용
하여 미세하게 폐윤활유를 분사시킴으로써 분출시 발생하는 오일의 표면적을 최대한 증가시
켜 수분의 증발효율을 최적화시켰다.
여기서 증발된 수분은 진공펌프에 의해 진공챔버로부터 유출되고 응축기를 통과하면서 응축
되어 응축수를 응축탱크에 저장하여 외부로 배출할 수 있다.
3. 구성 및 작용
상세한 설명을 첨부도면에 의거하여 기술하면 다음과 같다.
<도면 1>에는 본 발명에 따른 수분제거용 챔버의 요부 확대 단면도가 도시되어 있다.
폐윤활유 저장탱크, 가열히터 그리고 증발챔버는 공급관로에 의하여 연결이 되어있으며, 이때 상기 공급관로는 상기 증발챔버 내부까지 설치되어 그 끝단에 분사노즐이 설치된다.
진공펌프, 응축수탱크, 응축수보조탱크, 응축기, 그리고 증발챔버는 응축관로에 의하여 서로 연결되어 있고, 증발챔버와 배출챔버는 배출관로에 의하여 서로 연결되어 있고, 그리고 배출챔버와 오일펌프는 이송관로에 의하여 서로 연결되어 있다.
또한 증발챔버와 배출챔버 사이의 배출관로에는 솔레노이드 밸브가 설치되어 있고, 배출챔버와 오일펌프 사이의 이송관로에는 솔레노이드 밸브가 설치되어 있고, 증발챔버와 배출챔버 사이의 압력조절관로에는 솔레노이드 밸브가 설치되어 있다.
장치의 운전원리를 설명하면 다음과 같다.
솔레노이드 밸브을 개방하고 솔레노이드 밸브 그리고 밸브를 폐쇄한 후, 진공펌프를 작동시키면 응축관로에 의하여 연결된 증발챔버, 응축기, 응축수탱크 그리고 배출챔버 내부의 압력은 낮아져서 진공압력 상태로 되고, 증발챔버 내부의 진공압력에 의하여 오일저장탱크에 저장된 폐윤활유는 공급관로를 통하여 흡입되어 공급관로 끝단에 설치된 분사노즐을 통해 증발챔버 내부로 분사된다.
이때 증발챔버 내부에 분사되는 폐윤활유는 공급관로에 설치된 가열장치를 지나면서 가열이 된 상태로 분사된다. 폐윤활유가 노즐을 통하여 증발챔버 내부로 분사될 때, 증발챔버 내부의 진공압력에 해당되는 수증기의 포화증기온도로 조절하면 폐윤활유에 포함된 수분은 증발이 된다.
증발된 수분은 진공펌프 쪽의 진공압력에 의하여 응축관로를 통하여 응축기로 유입이 되고, 응축기를 통과하면서 수분은 응축되어 응축수탱크에 저장된다.
응축수탱크에 저장된 응축수는 응축수 배출관로에 설치된 밸브의 개방에 의하여 하단부에 설치된 보조 응축수탱크로 이송한 후 밸브를 폐쇄하고 밸브의 개방으로 응축수를 외부로 배출한다.
증발챔버 속에 분사된 폐윤활유의 양이 일정량에 도달하면, 배출수단의 작동에 의해 배출챔버로 폐윤활유를 이송시키고, 또한 배출챔버 속으로 유입된 폐윤활유가 일정량 이상이 되면, 배출수단에 의해 수분이 제거된 폐윤활유를 오일저장탱크로 이동시킨다.
배출수단의 바람직한 실시예는 다음과 같다.
배출수단은 증발챔버와 상기 배출챔버 내에 오일의 수위를 감지하기 위하여 상기 증발챔버와 배출챔버 내에 각각 상하로 이격된 한쌍의 상/하부 위치센서와, 각각의 상/하부 위치센서에 의해 감지된 신호를 받아 그 신호에 따라 솔레노이드 밸브를 선택적으로 개폐시키는 프로그램이 내장된 제어반으로 구성되어 있다.
배출수단의 작용으로는 증발챔버에 분사된 폐윤활유의 일정량 즉 일정한 체적이 되는 증발챔버 높이 방향으로의 상하의 위치에 상부위치센서 및 하부위치센서를 설치하고, 증발챔버 내부에 채워진 폐윤활유의 유면이 상부위치센서에 도달하면, 상부위치센서와 연결된 제어반에서 신호가 감지되어 제어반으로부터 증발챔버와 배출챔버 사이의 배출관로에 설치된 솔레노이드 밸브의 개방명령이 전달되고, 솔레노이드 밸브는 개방된다.
이에 따라 증발챔버에 저장된 폐윤활유는 배출관로를 통하여 배출탱크로 이동이 되고, 이때 배출탱크 하부의 이송관로에 설치된 솔레노이드 밸브는 닫혀 있는 상태이다.
배출챔버로 이동된 폐윤활유의 양이 일정량 즉, 일정한 체적이 되는 배출챔버 높이 방향으로의 상하의 위치에 상부 위치센서 및 하부 위치센서를 설치하고, 배출챔버 내부에 채워진 폐윤활유의 유면이 상부 위치센서에 도달하면, 상부 위치센서와 연결된 제어반에서 신호가 감지되어 제어반으로부터 증발챔버와 배출챔버 사이의 배출관로에 설치된 솔레노이드 밸브와 상기 압력조절관로에 설치된 솔레노이드 밸브의 폐쇄명령이 전달되고, 솔레노이드 밸브는 폐쇄된다.
또한 동시에 제어반으로부터 배출챔버에 설치된 통기관을 열어 배출챔버 내부의 진공을 퍼지시키는 명령, 솔레노이드 밸브의 개방명령과 오일펌프의 작동 명령이 연속적으로 전달되어 배출챔버 내부에 저장된 폐윤활유는 오일저장탱크로 이동된다.
이때 증발챔버 내부의 진공도는 변하지 않고 유지되기 때문에 폐윤활유는 노즐을 통하여 계속 분사되고 있다.
또한 배출챔버 내부의 약간 감소된 진공도일지라도 진공이 걸려있는 상태이기 때문에, 배출챔버 속의 폐윤활유를 배출하기 위하여 작동되는 오일펌프는 배출챔버의 내부가 일정한 크기의 진공 압력이 걸린 상태에서 작동한다.
배출챔버 내부의 폐윤활유가 오일펌프의 작동으로 배출되어 폐윤활유의 유면이 하부위치센
서에 도달하면 하부위치 센서와 연결된 제어반으로부터 신호가 전달되어 통기관이 폐쇄되
고, 솔레노이드 밸브가 폐쇄되고, 오일펌프의 작동이 중지되고, 압력조절관로의 솔레노이드
밸브가 개방된다.
이후 폐윤활유가 배출되고 통기관과 솔레노이드 밸브가 폐쇄된 후의 배출챔버 내부는 압력
조절관로를 통하여 연결된 증발챔버의 진공도와 동일하여지고 진공펌프에 의하여 증발챔버
와 배출챔버 내부의 진공도는 원래의 진공도로 회복된다.
노즐에서는 항상 폐윤활유의 분사 상태가 유지되는 상태로 상기한 과정들과 동일한 과정들이 반복되어 연속적으로 폐윤활유의 수분이 제거된다.
<도면 1>은 수분제거 장치 및 공정을 보다 자세하게 나타낸 요부도이다.
전술한 증발챔버의 상단부에는 내부에 열선이 내장되어 증발챔버의 뚜껑을 가열하는 가열장
치가 내장되어 있는데, 이것은 증발챔버에서 증발된 수분이 관로2를 통하여 증발챔버로부터 배출될 때 증발탱크의 내벽 및 뚜껑에 부착된 수분들이 외부와의 온도차이로 인하여 응축되는 것을 방지하기 위한 장치이다.
따라서 증발챔버에서 증발된 수분은 진공압에 의해 배출되어져 응축기를 통과할 때 응축되
어 응축수탱크 속으로 수거되고 배출되어진다.
또한 상기한 증발챔버 내부에는 다공판이 설치되어 있는데, 이것은 분사노즐에서 분사된 폐윤활유가 증발챔버 내부의 증발공간에서의 체류시간을 더욱 크게 하기 위함이다.
<도면 2>는 폐윤활유를 미세하게 분사할 수 있도록 제작된 분사노즐을 나타내었다. 표시된 바와 같이 원통형 외벽에 다수의 미세한 분사구멍이 뚫린 원통형 노즐분사가 예시되어 있는
데, 미세한 분사구멍은 폐윤활유의 분출시 표면적을 최대로 하기 위한 것으로, 수분의 증발
효율을 향상시키는 작용을 한다.
이와 같이 폐윤활유 속에 포함된 수분을 제거하는 공정을 요약하면 다음과 같다.
진공펌프를 작동시켜 진공압이 응축수탱크, 응축기, 증발챔버와 통해져 증발챔버 내부를 진공으로 감압시키는 단계와 진공압력에 의해 증발챔버 내부에 설치된 분사노즐에 의해 가열된 폐윤활유가 증발챔버 내부로 분출된다.
이때 분출된 폐윤활유는 진공증발온도에 의하여 증발되며, 증발된 수분은 상기 응축기를 통과하여 응축되어져 응축수탱크에서 수거하여 보조응축수 탱크에서 외부로 배출하는 단계와 증발챔버 내에 저장된 폐윤활유가 일정량 이상일 때 배출챔버로, 배출챔버에 저장된 폐윤활유가 일정량 이상일 때 배출수단에 의해 배출시키는 단계와 수분이 제거된 폐윤활유를 오일펌프의 작동에 의해 오일저장탱크로 수거하는 단계로 수행된다.
4. 발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 폐윤활유 속에 포함된 수분을 완벽하게 제거할 수 있어, 고가의 연료유 또는 윤활유 중에서 높은 청정도를 요구하는 베어링유, 유압작동유, 절삭유 등의 정밀제어 유압장치의 오일을 정제하여 재활용이 가능하며, 환경폐기물인 폐윤활유의 발생 자체를 억제시킨다.
또한 본 발명은 윤활유 사용 공정에 직접 연결하여 사용이 가능하여 모든 공정의 윤활유에 적용이 가능하다.
