KR20170055831A - 하이브리드 제트밀 - Google Patents

하이브리드 제트밀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제트밀에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 나노 입자의 분리 및 포집이 가능한 하이브리드 제트밀에 관한 것이다.
본 발명은 원통 형상의 제트밀 본체, 제트밀 본체의 외벽에 제트밀 본체의 중심에 대하여 경사져서 배치되며 고속의 공기를 분사하는 복수의 측방 에어노즐, 제트밀 본체 상부의 대략 중앙에 배치되는 출구, 제트밀 본체 내에서 각 에어노즐의 분사 방향 전방에 위치하는 복수 개의 충돌판 및 제트밀 본체의 원반 형상의 공동 하부의 대략 중앙에 배치되며, 회전하며 고압의 공기를 분사하는 중앙 에어노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.

Description

하이브리드 제트밀{HYBRID JETTMILL}
본 발명은 제트밀에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 나노 입자의 분리 및 포집이 가능한 하이브리드 제트밀에 관한 것이다.
나노 기술은 다루는 대상의 적어도 한 차원이 100nm이하인 입자로 분자나 원자를 조작하여 새로운 소재, 구조, 기계, 기구,소자를 제작하고 그 구조를 연구하는 나노기술의 영역에 속하는 입자에 관한 기술을 통칭한다.
나노 분말 소재가 많이 연구되고 있는 이유는, 나노 분말이 여러 가지 활용분야에서 미크론 혹은 서브마이크론 분말이 갖지 못하는 특성을 가지기 때문인데, 이러한 특징은 분말의 크기가 작아짐에 따른 표면적 증가 효과 및 모세관 효과 때문에 나타나는 것이 대부분이다.
나노 분말 소재가 특히 관심을 모으는 이유는 분말 자체의 이용 외에 다른 형태로 가공되어 사용될 수 있는 많은 가능성이 있기 때문이며, 그 예로 광학 코팅이나 열 차폐 코팅 및 기능성 소결부품에 이용 가능하며, 다른 소재의 기지에 분산시켜 복합재료의 형태로 사용이 가능하여 전자·광전자·자기 분야, 바이오메디컬·의약·화장품 분야, 에너지·촉매·구조체 등의 산업 분야에 폭 넓은 응용이 기대된다.
나노 분말 소재를 생산하기 위한 입자의 분쇄공정은 건식분쇄와 습식분쇄로 나눌 수 있는데, 건식 미분쇄에는 분급기가 내장 또는 외장되어 있는 제트밀과 고속 해머밀이 주로 사용되며, 습식 초미분쇄기는 주로 교반밀이 사용되고 있으나 이러한 분쇄기들 중에서 특히 고순도 고기능성 초미립분체의 제조에는 제트밀 분쇄가 가장 적합한 것으로 알려져 있다. 그러나 현재까지는 1㎛ 이하의 분체 제조는 주로 습식 분쇄 공정에 의해 소량 제조되고 있다.
제트밀은 제트 기류가 입자를 분쇄하는 원리에 따라 기류선회형, 기류충돌형, 충돌판충돌형 및 복합형 제트밀로 분류되며, 건식 분쇄이고 초미분체를 얻을 수 있으며, 연속 공정 프로세스로 진행되어 짧은 시간 내에 제품 분말을 생산 가능하고, 압축 공기 사용에 의한 단열팽창으로 인한 온도강하가 일어나기 때문에 상온 분쇄가 가능하고, 건조 혼합과 코팅 등의 타 공정과 연계성이 우수하도, 또한 응집된 덩어리를 본래의 단일 입자로 분산시키는 해쇄 효과가 매우 우수하며 분쇄 매체로 압축성 공기를 사용하기 때문에 최종 생산물의 오염 및 훼손이 없다는 장점이 있다. 그러나 압축 공기 또는 증기가 다량이 소요되며, 요구 동력이 크고, 분쇄물에 많은 공기가 포함되어 분리 포집 장치가 필요하다는 단점이 있다.
또한 1㎛의 초미세분체의 제조를 위해서는 1㎛ 입경에서도 입자의 충돌이 충분하게 진행될 수 있는 조건을 만족하여야 하며, 이를 위해서 초속 300m/s 이상의 초음속 영역대로의 가속이 필수적이다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0024257 대한민국 등록특허 10-0673976
본 발명은 기류선회, 기류충돌 및 충돌판출돌 방식이 복합된 하이브리드 제트밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 초미세분체 분쇄를 위해서 초음속 영역대의 가속과 함께 가속거리 이내의 충돌판 최적배치 및 순회 기류 형성을 통한 입자와 벽면과의 충돌 또는 입자간 충돌을 최대화할 수 있는 하이브리드 제트밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 원통 형상의 제트밀 본체, 제트밀 본체의 외벽에 제트밀 본체의 중심에 대하여 경사져서 배치되며 고속의 공기를 분사하는 복수의 측방 에어노즐, 제트밀 본체 상부의 대략 중앙에 배치되는 출구, 제트밀 본체 내에서 각 에어노즐의 분사 방향 전방에 위치하는 복수 개의 충돌판 및 제트밀 본체의 원반 형상의 공동 하부의 대략 중앙에 배치되며, 회전하며 고압의 공기를 분사하는 중앙 에어노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 충돌판은 중앙 에어노즐과 측방 에어노즐 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 중앙 에어노즐은 제트밀 본체의 축방향을 따라 상하로 연장된 수직관과, 수직관의 상단에 수직관과 직각으로 연장된 수평관으로 이루어진 대략 T자 형태이며, 수평관은 공기의 분사력에 의해 회전할 수 있도록 대각선에 한 쌍의 분사홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 수직관에는 복수 개의 추가 분사홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 출구에는 굵은 입자의 배출을 막는 체;가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 출구와 연결되며, 입자를 굵은 순서부터 분급할 수 있는 사이클론 및 집진기가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 사이클론 및 집진기는, 제1 내지 제3 사이클론, 맴브레인 백필터 집진기 및 전기 집진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 예로, 측방 에어노즐은 내부가 벤추리 관 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀을 제공한다.
본 발명이 제공하는 하이브리드 제트밀은 기류선회, 기류충돌 및 충돌판 충돌 방식이 복합된 형태의 제트밀로, 컴팩트한 사이즈로 입자로 초미세분체로 분쇄할 수 있다는 장점이 있다.
또한 본 발명이 제공하는 하이브리드 제트밀은 본체의 중앙에 회전하는 중앙 노즐을 추가로 구비함으로써 입자간 충돌을 최대화할 수 있으며, 또한 기류의 운동에너지를 극돼화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 사이클론, 맴브레인 백필터 집진기 및 전기 집진기가 직렬로 설치된 하이브리드 제트밀을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀의 부분 절개사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀이 구비하는 중앙 노즐을 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀에 형성되는 기류를 모식적으로 나타낸 모습.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제3 사이클론, 맴브레인 백필터 집진기 및 전기 집진기가 직렬로 설치된 하이브리드 제트밀을 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀(100)은, 분쇄된 분체가 분급되도록 제1 사이클론(200), 제2 사이클론(300), 제3 사이클론(400), 맨브레인 백필터 집진기(500), 전기 집진기(600)와 직렬로 설치된다.
제1 사이클론(200)은 7㎛이하의 입자를 분급하고, 제2 사이클론(300)은 5㎛이하의 입자를 분급하며, 제3 사이클론(400)은 1㎛이하의 입자를 분급하며 맴브레인 백필터 집진기(500)은 0.3㎛이하, 전기 집진기(600)은 100nm이하의 입자를 분급한다.
한편 제트밀 본체(100)의 일 측에는 분쇄하고자 하는 원료를 공급하는 원료 공급장치(10)가 연결되며, 후술할 복수 개의 측방 및 중앙 에어노즐(120, 150)로 압축 공기를 공급하는 에어 펌프(미도시)가 연결된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀의 부분 절개사시도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀(100)은 원통 형상의 제트밀 본체(110)에 입자의 분쇄를 위한 여러 부재들이 설치된다. 먼저, 제트밀 본체(110)는 원통형의 동공을 형성하기 위해 원통형의 측벽과 상, 하면으로 이루어진다. 제트밀 본체(110)의 측벽에 복수 개의 측방 에어노즐(120)이 설치되는데, 도 2에는 측방 에어노즐(120)이 6개 설치된 예가 도시되어 있다. 측방 에어노즐(120)은 원통형인 제트밀 본체(110)의 중심에 대해서 경사져서 배치된다. 측방 에어노즐(120)은 고압의 에어 펌프와 연결되는 공기 공급관(122)과 연결되며, 공기 공급관(122)으로부터 공급되는 고압의 공기를 각 측방 에어노즐(120)로 공급하기 위해, 분기관(124)이 추가로 구비된다. 분기관(124)은 제트밀 본체(110)의 둘레에 배치된 각 측방 에어노즐(120) 모두로 공기를 공급하기 위해 도넛 형상으로 이루어진다. 또한, 공기 공급관(122)과 가장 가까운 곳에 위치한 측방 에어노즐(120)에는 원료 공급관(130)이 연결된다. 원료 공급관(130)은 원료 공급장치(10;도 1 참조)로부터 제트밀(100)로 원료를 공급할 수 있도록 연결해준다.
측방 에어노즐(120)이 제트밀 본체(110)의 중심에 대해서 경사져서 배치되기 때문에, 고압의 공기가 측방 에어노즐(120)을 통해 분사되면서 고속의 선회 기류가 형성된다. 고속의 선회 기류에 의해 원료 공급관(130)을 통해 제트밀 본체(110) 내로 공급된 원료가 미분체로 분쇄된다.
한편, 제트밀 본체(110) 내부에는 복수 개의 충돌판(140)이 구비된다. 바람직하게는 충돌판(140)은 측방 에어노즐(120)의 분사 방향 전방에 위치하여, 입자가 측방 에어노즐(120)로부터 분사되는 고압의 공기에 의해 고속으로 이동하여 충돌판(140)에 부딪히도록 할 수 있다. 도 2에는 충돌판(140)이 6개 구비된 예가 도시되어 있다.
또한, 제트밀 본체(110)의 중앙 하부에는 중앙 에어노즐(150)이 추가로 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀이 구비하는 중앙 노즐을 도시한 사시도이다. 도 3을 참조하면, 중앙 에어노즐(150)은 제트밀 본체(110)의 축방향을 따라 상하로 연장된 수직관(152)과, 수직관(152)의 상단에 수직관(152)과 직각으로 연장된 수평관(154)으로 이루어진 대략 T자 형태로 형성된다. 수평관(154)은 수직관(152)으로부터 양측으로 연장되며, 수평관(154)의 양단부 근처에서 서로 반대편에 분사홀(154)이 구비된다. 중앙 에어노즐(150)로 공급되는 고압의 공기가 분사되며, 그 분사력에 의해 분사방향과 반대방향으로 회전할 수 있도록, 적어도 하나의 분사홀(155)이 수평관(154)에 구비된다. 즉, 분사홀(155)은 수평관(154)의 연장방향 및 수직관(152)의 연장방향에 대해 직각 방향으로 공기를 분사한다. 이때 분사홀(155)은 수평관(154)의 중심에서 멀수록 회전력을 높일 수 있다. 바람직하게는, 분사홀(155)은 둘 이상 구비될 수도 있고, 대각선 방향에 쌍을 이루어 구비될 수도 있다.
또한 수직관(152)에도 복수 개의 추가 분사홀(153)이 추가로 구비될 수 있는데, 추가 분사홀(153)과 분사홀(155)에 의해 분사되는 공기는 입자를 이동시키는 또 하나의 기류를 형성하며, 측방 에어노즐(120:도 2 참조)로부터 분사되는 공기에 의해 형성되는 선회 기류와 충돌하여, 기류 충돌형 제트밀의 효과도 줄 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제트밀 본체(110)의 상부 중앙에는 출구(160)가 위치한다. 충분히 분쇄된 미분체들은 입자의 무게가 가벼워져 선회 기류에 의해 상승하는 것을 이용한 것이다. 또한 소정 크기 이상의 분체들이 배출되지 않도록 거르기 위해, 출구(160)에는 체(170)가 설치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 체(170)를 거쳐 출구(160)를 통해 배출된 입자들은, 제트밀 본체(110)에 직렬로 연결된 지 제3 사이클론(200, 300, 400), 맴브레인 백필터 집진기(500) 및 전기 집진기(600)를 지나며 크기별로 분급된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 제트밀에 형성되는 기류를 모식적으로 나타낸 모습이다. ①은 측방 에어 노즐(120: 도 3 참조)을 통해 유입되는 유동을 나타낸 것이다. 측방 에어 노즐(120)을 통해 고압의 공기가 분사되면, 분사되는 공기와 함께 입자가 이동하게 된다. 고압의 공기와 입자의 기류는 진행 방향의 전방에 위치한 충돌판(140: 도 3참조)에 부딪히며, 이 때의 충돌로 인해 입자가 분쇄된다. 한편, 기류는 충돌판(140)과 충돌한 다음 제트밀 본체(110:도 2 참조)의 측벽으로 튕겨지며, 제트밀 본체(110)의 측벽과 2차 충돌을 하게 된다. ②는 충돌판(140)과 충돌한 다음 제트밀 본체(110)의 측벽을 향하는 유동을 나타낸 것이다. 또한 ③은 측벽과의 충돌 후 다시 측벽으로부터 튕겨져 나오는 유동이다.
한편, ⑤는 중앙 에어 노즐(150: 도 2 참조)의 분사홀(155)로부터 분사되는 기류를 나타낸 것이다. 분사홀(155)을 통해 분사되는 분사력에 의해 분사방향과는 반대 방향으로 중앙 에어 노즐(150)이 회전하게 된다. 그에 따라, 분사홀(155)과 추가 분사홀(153)에서 분사되는 고압의 공기는 360°로 분사가 가능하다. 분사홀(155)과 추가 분사홀(153)에 의해 의해 분사된 공기에 의해 만들어지는 기류(④⑤)는 충돌판(140)과 충돌할 수도 있고, 이웃하는 충돌판(140) 사이의 간격을 통과하여 ③번 기류와 충돌하여 기류충돌형 제트밀 효과를 낼 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 하이브리드 제트밀은 분쇄되어야 할 입자들이 서로 충돌할 수 있는 횟수와, 입자와 충돌판(140) 또는 제트밀 본체(110)와 충돌할 수 있는 횟수를 매우 증가시킴으로써, 분쇄 효율을 높일 수 있다.
100: 제트밀 110: 제트밀 본체
120: 측방 에어 노즐 122: 공기 공급관
124: 분기관 130: 원료 공급관
140: 충돌판 150: 중앙 에어 노즐
160: 출구 170: 체
200: 제1 사이클론 300: 제2 사이클론
400: 제3 사이클론 500: 맴브레인 백필터 집진기
600: 전기 집진기

Claims (8)

  1. 원통 형상의 공동을 형성하는 제트밀 본체;
    제트밀 본체의 측벽에 제트밀 본체의 중심에 대하여 경사져서 배치되며 고속의 공기를 분사하는 복수의 측방 에어노즐;
    제트밀 본체 상부의 대략 중앙에 배치되는 출구;
    제트밀 본체 내에서 각 에어노즐의 분사 방향 전방에 위치하는 복수 개의 충돌판; 및
    제트밀 본체의 원반 형상의 공동 하부의 대략 중앙에 배치되며, 회전하며 고압의 공기를 분사하는 중앙 에어노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  2. 제1항에 있어서,
    충돌판은 중앙 에어노즐과 측방 에어노즐 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  3. 제1항에 있어서,
    중앙 에어노즐은 제트밀 본체의 축방향을 따라 상하로 연장된 수직관과, 수직관의 상단에 수직관과 직각으로 연장된 수평관으로 이루어진 대략 T자 형태이며,
    수평관은 공기의 분사력에 의해 회전할 수 있도록 적어도 하나의 분사홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  4. 제3항에 있어서,
    수직관에는 복수 개의 추가 분사홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  5. 제1항에 있어서,
    출구에는 굵은 입자의 배출을 막는 체;가 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  6. 제1항에 있어서,
    출구와 연결되며, 입자를 굵은 순서부터 분급할 수 있는 사이클론 및 집진기가 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  7. 제1항에 있어서,
    사이클론 및 집진기는, 제1 내지 제3 사이클론, 맴브레인 백필터 집진기 및 전기 집진기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
  8. 제1항에 있어서,
    측방 에어노즐은 내부가 벤추리 관 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 제트밀.
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