진공세정기술/ 무공해 진공세척 및 건조장치
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서울국제야금&주.단조&열처리산업전
무공해 진공 세척 및 건조 장치(HYDROVAC Cleaning System)
(주)한국응용재료
1. 개 요
최근 전반적인 세정기술의 발전에도 불구하고 세척장치가 직접적인 생산성 장비가 아니라 는 측면에서 화학특성 및 세정조건과는 무관하게 제품표면에 흡착되어 있는 대부분의 오염 물을 제거할 수 있는 세척장치의 개발은 미비한 실정이다.
또한 세정은 그 상태에 따라서 전체 제조공정의 상태를 좌우 할 수 있을 뿐만 아니라 최종제품의 특성에 영향을 미치게 된 다. 즉 적합한 세척상태는 전체공정을 통한 에너지의 절약뿐만 아니라 제품의 향상된 특성 을 위하여도 필수적인 것이다. 따라서 세척후 제품 또는 부품이 갖고 있어야 하는 특성 및 세척장치의 제작시 아래의 조건이 고려된 새로운 개념의 장치개발이 필요하다.
먼저 세척특성의 경우 크게 다음의 세 가지로 요구될 수 있다.
첫째, 세정후 제품의 표면에 절삭유 및 보조제(세정액 포함)의 잔류물, 원료 잔류물 (Turning, 마모입자), 오염물이 있어서는 안되며
둘째, 경우에 따라서 표면상에 후 가공공정을 방해하지 않는 부식보호막이 있어야 하며
셋째, 후속 가공단계에서 보호Gas 혹은 설비가 파손되지 않기 위하여 완전히 건조되어야 한 다.
동시에 세척장치의 경우 다음의 3가지 항이 고려되어야 한다.
첫째, 세척장치의 소형화 ; 수계세척방법의 경우에는 세척액의 활용 및 조(vessel)의 크기 때문에 기존의 다단조 세척 방법을 사용할 경우 장비의 전체크기는 대형화되며, 탄화수소계 세척방법의 경우에는 방폭조, 건조장치, 고가의 폐액처리설비 등 별도의 장치가 필요하게 된 다.
둘째, 폐액 배수처리의 경감화 ; 알카리계 세정액을 사용하는 경우 전체 폐액의 약 90%이상 은 물이다.
따라서 세척액의 재사용장치를 통한 활용(Recycling)은 에너지적 측면뿐만 아니 라 세척장비의 효과적 사용에서 필수적이다.
셋째, 안정성 및 환경보존성의 향상 ; 최근 크게 부각되고 있는 그린라운드에 적극적 대처 및 인력의 수급, 장치의 범용화 측면에서 안정성 및 환경보전성은 필요하다.
상기의 조건 및 에너지 비용을 최소화하여 제작한 무공해 진공세정 및 건조장치가 HYDROVAC 세척장치이다. 이러한 HYDROVAC 세척장치는 수계세정으로써 환경보존성을 향상시켰으며 동시에 세정액을 Recycling시켜 사용함으로 폐액처리를 경감하시켰다.
즉, 환 경유지용 에너지 비용 및 폐액처리비를 절감하였다.
또한 기존의 다단조세척장치와는 달리 동일조에서 세척, 헹굼, 건조가 동시에 진행됨으로써 별도의 자동화 장치의 생략 및 장치의 바닥면적을 소형화하여 설치면적을 절감시킬 수 있다.
동일조를 사용함으로써 별도의 세척 장치가 추가로 요구되는 경우에 조(vessel)만을 추가로 설치하여 사용할 수 있다.
따라서 추 가의 설치비용을 절감할 수 있다.

2. 구조 및 원리

2.1 HYDROVAC 세척장치의 구조 HYDROVAC 세척장치의 구조에 대하여 (그림 1)에 나타내었다. 그림에서 볼 수 있는 바 와 같이 본 장치는 크게 조(vessel) 및 tank로 구분할 수 있다.
필요성에 의하여 동일한 tank에서 두 개 이상의 조(vessel)를 연결하여 사용이 가능하며, D.P.S 및 Filter는 기존의 다른 폐액을 연결하여 정화할 수 있게 설계되어 있다. HYDROVAC 세척장치의 각 구조에 대하여 아래에 나타내었다.
1. 조(vessel) : 10-2 bar까지의 내압설계로 되어 있으며 세정액 분사노즐, 회전장치, 가열용 히터, Turboclean 용 배관, 공급-배출배관, Hot Air 및 진공발생, Skimming 등의 장치로 구 성되어 있다.
2. 분사노즐 : 분사노즐 배관은 조합 펌프 및 Magent Value 시스템과 세척액 tank로 구성 되어 있다.
3. 세척-헹굼 tank : 가열식으로서 세정액 양(量)과 일치하며 내장되어 있는 프로그램에 따 라 제어된다. 헹굼 tank는 순환시에 부식억제제의 첨가가 가능하고, 고청정도를 위하여 D.I. water를 포함할 수 있다.
4. 분리형 헹굼 tank : 여러 가지 종류의 세정액이 제품표면을 세척한다는 조건에서 여러 세정액의 과다한 첨가 및 혼합을 막기 위하여 설계되어 있다. 순환중에 있는 세정액은 최소 량으로 하며, 오염 혹은 변질시에는 세정액은 빠른시간 동안에 교환할 수 있다.
5. Turboclean : 제품의 형상과 무관하게 균일한 세척이 가능하도록 설계되어 있으며, 조 내부의 Turboclean 용 배관을 통하여 제품표면에서 직접 Cavitation현상을 극대화 시킬 수 있게 설계되어 있다.
6. Tank Module : 동일장비에 다양한 세정액의 장입을 가능하게 하며 알카리, 묽은 황산, 순수한 물 등의 세정액을 적당한 순서로 변화시켜 사용할 수 있다.
7. 기타 : 99가지의 다양한 세정 프로그램, Microwave Plasma세정, 초음파 세척, Free Program이 가능한 Switch Control Cabinet가 포함되어 있다.
특히, 세척과정중에 발생하는 오류에 대한 자기진다 기능 및 오작동 감지 시스템이 장착되 어 있으며, 자기진단 기능에 의하여 장치 및 제품의 안정성과 함께 프로그램의 중단이 자동 으로 일어난다.

2.2 HYDROVAC 세척장치의 원리
세정액이 첨가되면 진공펌프에 의하여 조(vessel)에 부분이 진공이 형성되고 노즐을 통하 여 조절된 양(量)의 Air가 공급된다.
완벽한 세정을 위하여 Turboclean 을 사용하는데, 첫째 진공펌프로 세정액의 상부를 진공화하고 동시에 노즐로 Gas나 Air를 공급한다.
조 하부로부 터 공급되는 각각의 Gas Bubble은 진공내의 Space를 생성시킴으로써 제품표면에 공동(空 洞, Cavity)을 형성시킨다. 이때 부분진공과 세정액의 온도가 상호 연관되어 아주 미세한 Gas Bubble이 제품표면에 Gas 발생효과를 일으키며 그 강도는 연속적으로 제어된다.
Turboclean 에 의한 Quasi-Cavitation 작용은 기존의 초음파에 의한 Cavitation 작용과 비 교하여 근접하기 어려운 면(面), 즉 복잡한 형상의 제품 및 Blind Hole, 촘촘히 적층된 표면 적이 큰 부품, 미세한 구멍 등에 우수한 세척효과를 나타낸다. Turboclean 세정후에는 조 내에 공기를 채우고, 부유하는 Oil 및 오염물들이 수면상으로 포집될 수 있도록 지속적으로 세정액을 공급한다.
세정된 제품과 잔류 Oil이 접촉하는 것을 방지하기 위하여 오염된 세정액은 각각의 밸브와 Skimmer를 통해 D.P.S(Oil Separator)와 세척 tank로 이송된다.

3. 특징 및 효과

상기한 바와 같이 세척장비가 갖추고 있어야 할 특성 및 세척의 조건 등으로 미루어 볼 때 무공해진공 세척장치인 HYDROVAC 장비는 다음과 같은 장점을 지니고 있다.
1. 순수한 물을 사용하는 무공해 세척 및 건조 장비로써 환경보존성 및 Recycling을 통한 에너지 절약형 장치이다.
2. 기존의 초음파 방식 및 가압세정방식으로는 세척이 어려운 blind hole, 복잡한 형상 부위 에 Turboclean 을 사용함으로써 완벽한 세척을 하고 있으며, 건조시 동일조에서 진공 고온 건조방법을 채택함으로써 그 성능을 향상시키고 있다.
3. 기존의 다단조방식에서 동일조에서 세척 헹굼 건조가 모두 진행되는 동일조 방식이며, 동 시에 각부품의 설계를 compact화 시켜 장비의 전체크기가 소형화되어 있다. 특히 바닥면적 이 협소한 공간에 설치가 용이하다.
4. D.P.S 및 Filter system을 통하여 세척시 발생되는 폐액 및 배수처리의 양을 최소화하였 으며 filtering 후에 발생하는 폐액의 오염도는 Microfilter의 경우 25ppm으로 독일환경보존 에 포함되는 수치이다.
5. 기존의 세척장비들이 공통적으로 지니고 있는 휘발 또는 폭발에 대한 위험성을 본 장치 는 진공방식을 통하여 해결하였으며, 사용되는 세정액의 종류도 순수한 물을 사용함으로 안 정성 및 환경보존에 적극적으로 대치하고 있다.
결론적으로 HYDROVAC 세척장치는 자동화 경비, 인건비, 소모 세정액비용, 재활용비용 등 직접보조비 및 변동비를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 세척의 성능을 향상시키는 에너지 절 약형 장비아다.
참고로 아래에 1.1.1-T.C.E. 의 대체 세정기술에 대하여 도표로 나타내었다.
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