초음파에 의한 전기코팅 공정에 이용되는 유체를 처리하기위한 장치 및 방법 document_id A220623050812

전기코팅(e-코팅)은 일반적으로 전류가 대상물에 코트(coat)를 침착시키는 데 이용되는 코팅 방법과 관련된다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 양호한 실시예에서는 종종 페인팅 방법으로서 "e-코팅"을 설명하지만, 용어 "e-코팅"은 임의의 적절한 코팅 방법을 포함하기에 충분히 넓은 의미를 갖는다. 전기코팅은 반대로 대전된 입자들이 서로 끌어당긴다는 원리에 의해 이루어진다. 특히, 전기코팅 시스템은 전형적으로 반대로 대전된 페인트 입자의 조(bath) 내에 침지된 금속 부분(또는 페인팅되고자 하는 임의의 부분)에 DC 전하를 인가한다. 페인트 입자는 금속 부품으로 당겨져서 이 부분 상에 침착되어, 일반적으로 코팅이 원하는 두께에 도달할 때까지 균열과 모서리를 포함하는 표면 위로 균일하고 연속적인 필름을 형성한다. 원하는 두께가 달성된 후, 이 부분은 인력(attraction)을 차단시킴으로써 페인트 입자의 침착을 중지시키도록 절연될 수 있다. 전형적인 전기코팅 시스템은 라인 파라미터(line parameter)를 유지하는 것을 도울 수 있는 다수의 구성 요소로 구성된다. 예컨대, 정류기가 통상 조에 DC 전하를 공급하여 침지된 대상물이 코팅될 수 있게 한다. 또한, 순환 펌프가 흔히 전기코트 조(electrocoat bath) 전체에 걸쳐 적절한 페인트 혼합 균일성을 유지한다. 또한, 페인트 조(paint bath)의 온도 제어는 전형적으로 열교환기 및/또는 냉각기에 의해 제공된다. 전기코팅 시스템은 흔히 페인트 시스템 내로 유입되는 먼지 입자를 제거하기 위한 탱크 필터를 채용한다. 전형적으로, 초미세필터(ultrafilter)가 페인터 도전성을 제어하는 데 사용되어, 세정을 위한 투과액(permeate)을 생성하고 페인트 고형물의 복원을 허용한다. e-코팅은 일반적으로 각각 산업용 유체를 수반하는 전착 예비처리, 전착, 페인팅, 베이딩(bathing), 세정(rinsing) 및 후 세정(post rinsing)을 포함하는 다수의 단계로 구성된다. e-코팅 전에, 금속편은 일반적으로 인산염 처리 공정으로 처리된 후 세정된다. 불행히도, 전기코팅 공정에 이용되는 유체, 특히 수기반(water-based) 유체는 박테리아, 조류(algae), 진균류(fungi), 효모(yeast), 곰팡이(mold) 및 다른 미생물에 민감하다. e-코트 설비 내의 대전 매체는 조성물 내에 존재하는 고형물 입자의 높은 표면/체적 비와 그의 높은 유기물 함량으로 인해 박테리아가 증식하기 쉽다. 이러한 유체의 생물학적 오염은 비용이 많이 들고 위험할 수 있으므로, 이러한 유체에 대한 일부 생물학적 제어가 바람직하다. 전기코팅 공정에 이용되는 산업용 유체는 복잡한 조성물, 슬러리 및 에멀젼과, 순수하거나 여과된 액체를 포함할 수 있다. 이러한 조성물을 위한 액체 용액(vehicle)은 흔히 탈염수(demineralized water) 또는 탈이온수(deionized water; DI)이다(프리즈(Freese) 등에게 허여된 미국 특허 제5,393,390호 참조). 코팅 조성은 흔히 다양한 유형의 성분을 함유한다. 예컨대, 전착 래커는 흔히 다중성분 수성 에멀젼 또는 분산물이다. 즉, 조성물 및 액상 매체 자체를 보호하는 것이 유리하다. e-코팅에서, 가장 풍부한 박테리아 중 하나는 그람-음성(gram-negative) 박테리아인 Burkholderia Cepacia이다. 인체 감염은 특히 낭성섬유증(cystic fibrosis)과 만성육아종병(chronic granulomatous disease)을 가진 환자에게 B. cepacia에 의해 야기될 수 있고, 흔히 치명적일 수 있다. 생물 부착(biological fouling)은 통상 회로, 여과 장치 및 코팅을 포함하는 전체 e-코팅 시스템에 악영향을 미친다는 것에 유의하는 것이 중요하다. 이러한 유체의 생물학적 오염은 또한 부분 상에 인가된 마감재(finish)의 품질을 손상시킬 수 있고 중단시간 및 유지보수 비용을 증가시킬 수 있다. 생물 부착은 또한 최종 제품의 품질에 해로울 수 있다. 생물학적 오염은 종종 생물막(biofilm)의 형성과 관련된다. 종래의 처리를 이용하는 경우, 흔히 생물막을 현저하게 감소시킬 수 없고, 따라서 회로 장비 및 파이프로부터 효과적인 생물막 제거에 대한 필요성이 여전히 존재한다. 미국 특허 제5,971,757호, 제5,961,326호, 제5,749,726호 및 제5,204,004호와 같은 다수의 특허에서 생물막 탈리(sloughing)와 같은 박테리아를 포획하기 위한 교체 가능한 다양한 직렬 수 필터의 사용이 교시되어 있다. 전기코팅 공정에 이용되는 오염된 유체의 이러한 위험, 위해 및 다른 부정적인 영향을 최소화하기 위해, 많은 설비가 미생물을 죽이고 그의 성장을 억제하기 위하여 전기코팅 공정에 이용되는 유체에 상당한 수준의 다양한 살생물제를 참가한다. 그러나, 실제로 이러한 제제의 유용성은 제한적이다. 많은 비용이 소모되는 것 외에, 유체의 유효성을 손상시키지 않고 e-코팅 유체에 포함될 수 있는 살생물제의 양에 대한 제한이 존재한다. 또한, 이러한 종래의 기술은 대규모의 산업용 시스템에서 미생물 총수의 장기간에 걸친 감소를 제공하지 못한다. 전기코팅 유체의 지속적이고 장기간의 유용성을 얻기 위해, 전기코팅 유체의 처리에 의해 전기코팅 유체 또는 에멀젼의 요구되는 조성 또는 특징이 개질되지 않는 것이 바람직하다. 살생물제에 있어 주요한 문제점은 이들이 e-코팅 유체의 효능 및 무결성에 해로울 수 있다는 것이다. 궁극적으로, 미생물은 살생물제를 극복하여 전기코팅 유체의 미생물에 의한 저하 및 오염물은 작업 환경에서의 악취를 야기한다. 살생물제를 사용하는 것 외에, 다른 설비는 e-코팅 유체를 처리하기 위하여 하기의 방법을 사용하였다: 방사성 금속의 사용(예컨대, 켈리(Kelly) 등에게 허여된 미국 특허 제5,011,708호), 생물막 제거 방법(예컨대, 폰타나(Fontana)에게 허여된 미국 특허 제6,183,649호 및 홀리스(Hollis) 등에게 허여된 미국 특허 제5,411,666호), 전기 분해와 같은 물리적 방법(웰치(Welch) 등에게 허여된 미국 특허 제6,117,285호 및 로빈슨(Robinson)에게 허여된 미국 특허 제5,507,932호 참조), 갈바닉 전지 처리(흐라딜(Hradil)에게 허여된 미국 특허 제6,287,450호 및 앤드류스(Andrews) 등에게 허여된 미국 특허 제6,746,580호 참조), 및 펄스광 살균(클락(Clark) 등에게 허여된 미국 특허 제6,566,659호 참조). 전술한 처리 방법은 e-코팅에 사용되는 산업용 설비를 처리하기 위해 살생물제를 또한 사용하였다. 이러한 설비는 흔히 들러붙기 쉬운 페인트와 굵은 고상 입자 등으로 채워진 유체의 이송 및 재순환을 위한 여과 시스템을 사용한다. 이러한 필터의 생물학적 오염은 살생물제를 사용하여 처리된다. 반투과성 중공 섬유 멤브레인을 사용하는 오염된 미세여과(microfiltration; MF) 또는 초미세여과(ultrafiltration; UF)의 현장 세척 시스템(스미스(Smith) 등에게 허여된 미국 특허 제5,403,479호 참조)이 또한 유동(flux)이 수용할 수 없을 정도로 낮은 수준까지 감소된 때에 사용되었다. 따라서, e-코트 유체의 정화를 위한 종래의 방법은 유체 내의 미생물을 제거하기 위한 멤브레인 여과 및/또는 유체 내의 미생물을 죽이고/죽이거나 그의 증식을 억제하기 위한 화학물질 또는 기타 첨가제의 첨가를 포함한다. e-코팅 공정에 수반되는 액체는 흔히 주로 물이라는 것에 유의하는 것이 중요하다. 따라서, 산업용 시설은 흔히 다량의 탈염수 및/또는 탈이온수를 처리할 필요가 있다. 전형적으로, 증발, 유출 및 흐름으로 인해 사용된 물은 연속적으로 교체된다. 오염된 탈이온수는 부식성이 높고 방식성 화학물질의 첨가가 항상 최상의 해결책으로 평가되는 것은 아니기 때문에, 유체의 유효성을 현저하게 저하시키지 않으면서 이러한 탈이온수를 값싸고 안전하게 처리할 필요성이 여전히 존재한다. 고전력 저주파수의 초음파를 사용하여 스케일링(scaling), 부착 및 먼지 없이 유지시키기 위해 국부적으로 표면을 처리하는 것이 제안되었지만(우로조(Urroz)에게 허여된 미국 특허 제5,386,397호 참조), 본 기술 분야에서 e-코팅 공정에 사용되는 유체를 정화하는 것에 대한 필요성이 여전히 존재한다. 또한, 유체 내의 높은 고형물 함량은 화학적, UV 또는 저주파수 초음파 기계식 처리에 통상적으로 해롭다는 것에 유의하는 것이 중요하다. 보다 구체적으로는, 고형물은 흔히 조사(irradiation)에 대한 흡수제 또는 차폐체로서 작용한다. 따라서, 매체의 불투명성 및 불균질성은 종종 고전적인 방법 하에서 그의 정화에 대한 방해 요인이다. 예컨대, 매체의 불투명성은 특히 UV 처리에 해롭다. 따라서, 다량의 살생물제를 사용하지 않으면서 시간 경과에 따라 균일한 보호 또는 실질적으로 균일한 보호를 제공할 수 있는, 전기코팅 공정에 이용되는 유체를 처리하는 효과적이고 신규한 방법에 대한 본 기술 분야의 요구가 존재한다.