KR100592922B1 - 건식 나노 분쇄기 및 이를 이용한 건식 나노 분쇄 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식 나노 분쇄기 및 이를 이용한 건식 나노 분쇄 시스템에 관한 것으로, 원판형의 하판과, 중앙에 배출구가 마련되고, 그 배출구와 외주면의 사이에 원료가 투입될 수 있도록 삽입공이 마련된 상판과, 각각 하판의 상면과 상판의 저면에 소정거리 이격되도록 끼움 결합되어, 하나의 유입공을 통해 유입된 고압가스가 등간격 및 등경사각을 가지는 다수의 유입공을 통해 유입시켜 상기 상판 및 하판과 이루는 공간부 내에서 균일한 선회류를 발생시키는 에어 자켓 및 라이너와, 상기 상판의 삽입공에 결합되어 고압가스에 의해 1차 분쇄된 원료를 상기 상판, 하판 및 라이너가 이루는 공간에 투입하는 원료투입부와, 상기 상판의 배출구에 회전 결합되어, 상기 하판의 상면 중앙부와의 이격거리를 조절할 수 있는 분류부와, 상기 상판의 배출구의 상부측에 결합되어 분쇄결과물의 배출을 유도하는 배출부로 구성된다. 이와 같이 구성된 본 발명은 상기한 바와 같이 본 발명은 분쇄를 위한 고압가스의 주입위치와 원료를 투입하는 위치를 이원화하여, 분쇄를 위한 고압가스를 균일한 간격 및 각도로 유입시킬 수 있어, 회선류의 효율을 높임으로써 분쇄효율을 높여 용이하게 수 나노미터 입경의 분쇄결과물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

Description

건식 나노 분쇄기 및 이를 이용한 건식 나노 분쇄 시스템{The dry process type nano crusher and the dry process type nano crush system using that}

도 1은 종래 건식 분쇄기의 요부 단면도.

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선의 단면도.

도 3은 도 2의 고기혼합실의 요부 단면도.

도 4는 종래 건식 분쇄기의 벤투리 노즐의 요부 단면도.

도 5는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기의 단면 구성도.

도 6은 도 5에 있어서, 상판의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향 상세 단면도.

도 7은 도 5에 있어서, 하판의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향 상세 단면도.

도 8은 도 5에 있어서, 라이너의 평행 단면도 및 그 종단면도.

도 9는 도 5에 있어서, 에어 자켓의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향 상세 단면도.

도 10은 본 발명에 따라 형성되는 선회류와 그 선회류를 형성하기 위한 고압가스의 흐름을 나타낸 모식도.

도 11a는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 이용하여 분쇄하기 이전 원 료의 입자형상을 확대한 전자 현미경 사진.

도 11b는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 이용하여 원료를 분쇄한 분쇄입자형상의 확대 전자현미경사진.

도 12는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 이용하여 분쇄한 분쇄입자의 입도분포그래프.

도 13은 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄 시스템의 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20:상판 30:하판

40:라이너 50:에어 자켓

60:원료 투입부 70:이젝터

80:원료 투입호퍼 90:분류부

100:배출부 110:지지대

120:체결기재 130:분쇄영역

141:원료탱크 142:모터

143:스크류 피더 144,147:이송관

145:회전식 집진부 146:분쇄결과물 수용부

148:백 필터 149:이동지지판

본 발명은 건식 나노 분쇄기에 관한 것으로, 특히 금속 등의 입자를 나노미터(nm) 크기로 균일하게 분쇄할 수 있는 건식 나노 분쇄기에 관한 것이다.

일반적으로, 금속, 광물, 농작물 등의 입자를 미립자로 분쇄하는 건식 분쇄기는 외부에서 주입되는 고압의 기류를 이용하여 투입된 입자를 마이크로미터 단위 또는 나노미터 단위로 분쇄하도록 구성된다.

그러나 종래 건식 분쇄기는 그 분쇄효율이 낮아 나노미터 크기의 분쇄 결과물을 획득하기가 용이하지 않으며, 또한 그 분쇄 결과물의 입도분포가 고르지 않아 분쇄 결과물로부터 다시 원하는 크기의 입자를 선별하는 과정이 필요한 문제점이 있었으며, 이와 같은 종래 건식 분쇄기는 대한민국 공개특허공보 10-2001-0026623호에 기재되어 있으며, 이를 참조하여 종래 건식 분쇄기를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 건식 분쇄기의 요부 단면도이고, 도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선의 요부 단면도이고, 도 3은 도 2의 고기혼합실의 요부 단면도이고, 도 4는 종래 건식 분쇄기의 벤투리 노즐의 요부 단면도이다.

도 1에 있어서, 도면부호(1)은 종래 건식 분쇄기, 도면부호(2)는 중공 원반형으로 형성된 선회분쇄실, 도면부호(3)은 선회분쇄실(2)에 등간격으로 7개 배치된 분쇄노즐, 도면부호(4)는 선회분쇄실(2)에 1개 배치된 벤투리 노즐, 도면부호(5)는 벤투리 노즐(4)의 상류측에 고기혼합실(8)을 통해서 벤투리 노즐(4)과 동축에 배치된 압입노즐, 도면부호(6)은 본체 케이싱, 도면부호(7)은 선회분쇄실(2)의 링 라이너, 도면부호(8)은 고기혼합실, 도면부호(9),(10)은 선회분쇄실(2)의 상하로 배치된 상단 라이너 및 하단 라이너, 도면부호(11)은 하단 라이너(10)의 중앙에 착탈이 자유롭게 배치된 상부가 대략 원추형으로 형성된 중심기둥, 도면부호(12)는 중심기둥(11)과 동축에 형성되고 상단라이너(9)에 착탈이 자유롭게 배치된 배출구, 도면부호(13)은 고기혼합실(8)에 연달아 설치된 분쇄원료도입구, 도면부호(14)는 슬리브(14a)로 형성된 미분체 배출구, 도면부호(14a)는 슬리브, 도면부호(15)는 고압헤더관, 도면부호(15a)는 고압헤더관(15)으로부터 분쇄노즐(3)이나 압입 노즐(5)로 고압가스를 송기(送氣)하는 고압가스파이프, 도면부호(16)은 고압가스파이프(15a)의 압력을 조정하는 압력조정밸브이다.

도 2에 있어서, α는 벤투리 노즐의 분사각도, γ는 분쇄노즐의 분사부의 분사각도이다. α는 20°~ 70°, 바람직하게는 30°~ 50°로 조정된다. 30°보다 작아짐에 따라 혼상류의 흡입에 저항을 발생시켜 선회류를 흐트러지게 하는 경향이 나타나고, 또한 50°보다 커짐에 따라 라이너 부분에서의 압착이나 마모가 쉽게 생기는 경향이 나타나므로, 모두 바람직하지 않다. γ는 분쇄노즐의 갯수와 분쇄원료의 종류에 따라 다르다.

도 3에 있어서, D는 벤투리 노즐(4)의 상류측의 개구부의 입구지름, d는 압입 노즐(5)의 출구지름, l은 벤투리 노즐(4)의 도입부와 압입 노즐(5)의 토출측과의 거리이다.

고기혼합실(8)의 벤투리 노즐(4)의 도입부와 압입 노즐(5)의 토출측 단부와의 거리(l)는, l=(D/d)X k의 식을 만족하도록 압입 노즐(5)의 위치가 결정된다. 여기에서, k값은 해석과 실험에 의해서 얻어진 값으로 k=7~12, 바람직하게는 8~10의 값을 채용한다.

도 4에 있어서, θ1 은 벤투리 노즐의 축선에 대한 스로트부(Z3)의 입구(부압발생부(Z2)의 후부)의 경사각도, θ2 는 벤투리 노즐의 스로트부(Z3)의 출구의 경사각도, θ3는 벤투리 노즐의 도입부(Z1)의 경사각도, Z1은 벤투리 노즐 상류측의 넓혀진 고기혼상류의 도입부, Z2는 도입부 단부에서 축선에 대하여 완만하게 경사져서 형성된 부압발생부, Z3는 축선에 대하여 대략 평행하게 형성된 스로트부, Z4는 스로트부(Z3)의 후부에서 넓혀진 토출부, (e)는 스로트부(Z3)의 입구의 구경, (h)는 스로트부(Z3)의 길이, (g)는 부압발생부(Z2)의 길이이다.

스로트부(Z3)의 입구(부압발생부의 후부)의 경사각도(θ1)와 스로트부(Z3)의 출구의 경사각도(θ2)는 벤투리 노즐의 축선에 대하여 0.5°≤θ1≤ θ2 , 바람직하게는 0.7°≤θ1≤ θ2로 형성되어 있다. 그리고, θ2는 2.5°~ 6°, 바람직하게는 3°~ 5°로 형성된다. 또한, 부압발생부(Z 2 )의 길이(g)는 벤투리 노즐 도입부의 지름(D)의 2~4.2배, 바람직하게는 2.2~3.8배, 스로트부(Z 3 )의 길이(h)는 스로트부(Z 3 )의 입구의 구경(e)의 2.25~5배, 바람직하게는 3~4배로 형성되어 있다.

이하에서 상기와 같이 구성된 종래 건식 분쇄기의 동작을 설명한다.

1개의 압력조정밸브(16)를 여는 것만으로, 분쇄노즐(3)과 압입 노즐(5)에 고압가스가 동일 압력으로 공급된다. 분쇄원료는 분쇄원료 도입구(13)로부터 공급되 고, 압입 노즐(5)에서 분사되는 고속제트류에 의해서 고기혼합실(8)속에서 분쇄원료와 공기를 혼합시킨다. 벤투리 노즐(4)과 압입 노즐(5)과의 거리(l)가 (D/d)Xk=l, k=7~12 바람직하게는 8~10인 관계를 만족하는 것에 의해서, 선회분쇄 실(2)과 벤투리 노즐(4)의 출구에 압력손실이 없으므로 벤투리 노즐(4)로부터의 혼상류는 안정하게 빠른 속도로 벤투리 노즐(4)로부터 선회분쇄실(2)로 도입된다. 분쇄노즐(3)로부터의 고속제트류에 의해서 선회분쇄실(2)에는 선회류가 생기고, 선회분쇄실(2)의 외주측에 분쇄구역이 형성되고, 선회분쇄실(2)의 중앙측에 분급구역이 형성된다. 고속제트와 선회류에 의해서 분쇄원료끼리가 충돌되고, 분쇄원료의 미분쇄를 행한다. 분급구역에서 분급된 미분은 선회분쇄실의 배출구(12)로부터 미분체 배출구(14)를 통해서 배출되는 것과 동시에 굵은 입자는 선회에 의해서 생기는 원심력에 의해서 외주로 선회시켜져 굵은 입자끼리가 충돌되고, 반복하여 파쇄가 행해진다.

벤투리 노즐의 부압발생부에 의해서, 도입부로부터 도입된 고기혼상류는 유속이 가속되어서 선회분쇄실에 분사된다.

또한, 압입 노즐과 벤투리 노즐의 도입부를 소정 거리로 유지하는 것과 동시에, 부압발생부를 구비하여 압입 노즐의 풍량 및 풍압을 손실시키지 않으면서 선회분쇄실에 그 혼상류를 분사함으로써 선회류의 균형을 무너뜨리지 않으면서 제어된 선회류를 얻을 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래 건식 분쇄기는 선회분쇄실(2)의 측면을 구성하는 링라이너(7)에 분쇄노즐(3)과 벤투리 노즐(4)을 형성하고 있으며, 벤투리 노즐(4) 을 중심으로 위치하는 두 분쇄노즐(3)의 간격은 다른 분쇄노즐(3)간의 간격(선회분쇄실의 중앙을 중심으로 하는 각거리)의 차이에 의하여 고른 압력으로 선회하는 선회류를 만들 수 없으며, 이는 분쇄효율을 저하시켜 나노미터 단위의 입경을 가지는 미분체를 획득하기가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 종래 건식 분쇄기는 선회분쇄실(2)의 전체적인 높이가 균일하여, 그 선회분쇄실(2)의 중앙부와 주변부의 선회류 압력에 차이가 발생하지 않아 입경이 다른 분쇄물을 분류할 수 없으며, 배출구(12)의 하단부에 상면 중앙부의 단차가 주변부에 비하여 높은 중심기둥(11)을 사용하여 그 부분에서의 배출압력을 높여 원하는 입경으로 분쇄되지 않은 분쇄대상물이 배출될 수 있다.

이와 같이 획득된 분쇄물은 원하는 입경을 가지는 미분체와 원하지 않는 입경의 미분체가 혼재하게 되며, 입경분포가 고르지 않은 문제점이 있었다.

상기와 같이 입경분포가 고르지 않은 경우 반드시 원하는 입경의 미분체를 선별하기 위한 선별장치를 사용해야 하며, 이는 장치의 부피를 증가시키고, 사용효율 및 생산성을 저하시키는 문제점이 있었다.

그리고 종래 건식 분쇄기는 7개의 분쇄노즐(3)과 벤투리 노즐(4) 각각에 고압헤더관(17)으로부터 고압가스를 유입받기 위하여 총 8개의 고압가스파이프(15a)를 사용해야 하며, 이는 장치의 부피를 증가시키고, 고정식 설비에서만 사용할 수 있으며, 설비의 복잡함에 의해 유지 및 보수비용이 증가하는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 유입되는 분쇄기류의 유입각 등각이 되도록 하여 보다 균일한 압력의 선회류를 얻을 수 있는 건식 나노 분쇄기를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 입자를 분쇄함과 아울러 입경에 따라 분쇄물을 분류하고, 그 분류된 분쇄물 중 원하는 입경 이하의 미분체만을 선별하여 배출할 수 있는 건식 나노 분쇄기를 제공함에 있다.

아울러 본 발명의 다른 목적은 고압가스를 주입하는 배관의 수를 현저하게 줄여 보다 간단하게 구성하여, 이동이 가능하며, 유지 및 보수비용을 절감할 수 있는 건식 나노 분쇄기 및 그 건식 나노 분쇄기를 이용한 분쇄 시스템을 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 또 다른 목적은 건식 나노 분쇄기에 유입되는 분쇄 원료의 투입을 정량화하고, 분쇄된 나노 입경의 분쇄물과 유입된 가스를 자동으로 분리하여 생산성을 향상시킬 수 있는 건식 나노 분쇄기를 이용한 분쇄 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원판형의 하판과, 중앙에 배출구가 마련되고, 그 배출구와 외주면의 사이에 원료가 투입될 수 있도록 삽입공이 마련된 상판과, 각각 하판의 상면과 상판의 저면에 소정거리 이격되도록 끼움 결합되어, 하나의 유입공을 통해 유입된 고압가스가 등간격 및 등경사각을 가지는 다수의 유입공을 통해 유입시켜 상기 상판 및 하판과 이루는 공간부 내에서 균일한 선회류를 발생시키는 에어 자켓 및 라이너와, 상기 상판의 삽입공에 결합되어 고압가스에 의해 1차 분쇄된 원료를 상기 상판, 하판 및 라이너가 이루는 공간에 투입하 는 원료투입부와, 상기 상판의 배출구에 회전 결합되어, 상기 하판의 상면 중앙부와의 이격거리를 조절할 수 있는 분류부와, 상기 상판의 배출구의 상부측에 결합되어 분쇄결과물의 배출을 유도하는 배출부로 구성함에 그 특징이 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기의 단면 구성도로서, 이에 도시한 바와 같이 중앙 상부측이 주변부에 비하여 더 낮은 단차를 가지는 완만한 상면을 가지며, 그 상면의 주변부 상에 상호 소정간격 이격되는 내측 고정홈과 외측 고정홈을 구비하는 하판(30)과, 상기 하판(30)의 내측 고정홈에 삽입 고정되며, 상호 소정의 등간격 이격되는 분쇄기류 유입구(41)가 마련된 라이너(40)와, 하판(30)의 외측 고정홈에 삽입 고정되며, 외부의 고압가스를 유입하는 하나의 유입구가 마련되어, 상기 라이너(40)와 이격된 영역 내에 고압가스를 유입시켜 각 유입구(41)를 통해 고압가스가 유입되도록 하는 에어자켓(50)과, 저면의 주변부에 상기 라이너(40)와 에어자켓(50)의 상면을 수용하는 고정홈이 마련되며, 중앙에는 분쇄물이 배출되는 배출구(21)가 마련되며, 저면의 중앙부가 주변부에 비하여 더 얇게 구성되어 하판(30)과 결합시 하판(30) 중앙부와의 이격거리가 하판(30) 주변부와의 이격거리에 비하여 더 먼 상판(20)과, 상기 상판(20)의 상면 중앙의 배출구(21)에 결합고정되는 배출부(100)와, 상기 배출구(21)의 하단부에서 회전가능하게 결합되며, 그 회전에 따라 하판(30)의 중앙부와의 이격거리가 조절되는 분류부(90)와, 상판 (20)의 배출구(21)와 라이너(40)의 사이를 관통하여 위치하는 원료 투입부(60)와, 상기 원료 투입부의 일부에 정량의 원료를 투입하는 원료 투입호퍼(80)와, 외부의 고압가스를 이용하여 상기 원료 투입호퍼(80)로부터 원료 투입부(60)로 투입된 원료를 1차 분쇄하며 그 분쇄물이 상판(20)과 하판(30)의 사이 영역으로 투입될 수 있도록 하는 이젝터(70)와, 상기 상판(20)과 하판(30)을 고정하는 체결기재(120)와, 상기 하판(30)의 저면에 위치하는 지지대(110)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기의 각 구성요소의 구성과 그 결합구조 및 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 6은 상기 상판(20)의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향의 단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이 상판(20)의 중앙부에는 분쇄된 분쇄물이 배출되는 배출구(21)가 마련되며, 주변부는 소정의 간격으로 위치하는 체결공(22)이 다수로 마련되며, 저면에는 내측 고정홈(23)과 외측 고정홈(24)이 위치하며, 상기 체결공(22)과 배출구(21) 사이에는 상기 원료 투입부(60)가 삽입되는 삽입구(25)가 마련된다.

상기 중앙에 배출구(21)가 마련된 원판 형상인 상판(20)의 저면은 그 중앙부가 완만하게 오목한 형상을 가진다.

또한, 도 7은 상기 하판의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향의 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이 하판(30)의 상면 주변부에는 내측 고정홈(32)과 외측 고정홈(33)이 마련되며, 그 외측 고정홈(33)의 외측으로는 상기 상판(20)의 체결공(22) 과 대응하는 위치에 다수의 체결공(31)이 마련된다.

상기 하판(30)의 상면은 중앙부가 더 낮도록 오목한 형상을 가진다.

상기 상판(20)의 내측 및 외측 고정홈(23,24)의 중앙부에는 돌출부가 마련되며, 하판(30)의 내측 및 외측 고정홈(32,33)의 중앙부에는 보다 더 깊은 홈이 마련되어 있다.

이와 같이 내측 및 외측 고정홈들(23,24,32,33)은 그 홈에 정확하게 삽입되는 상면과 저면을 구비하는 라이너(40)와 에어 자켓(50)을 보다 치밀하게 고정하여, 그 라이너(40) 및 에어 자켓(50)이 상판(20) 및 하판(30)과 접하는 면에서 고압 기류의 유출을 방지하게 된다.

도 8은 상기 라이너(40)의 평행 단면도와, 종 단면도를 함께 도시한 것으로, 그 라이너(40)는 상면의 일부에 홈이 마련되며, 저면에는 상기 하판(30)의 내측 고정홈(32) 내에 위치하는 홈에 삽입되는 돌출부가 마련된다.

또한, 그 외주면으로부터 내주면측으로 경사지게 천공된 유입공(41)이 마련된다.

그리고 도 9는 에어 자켓(50)의 평면도 및 그 평면도의 A-A'방향의 단면도로서, 상면의 일부에는 상판(20)의 외측 고정홈(24)의 돌출부가 삽입되는 홈이 마련되고, 저면에는 상기 하판(30)의 외측 고정홈(33) 내의 홈에 삽입되는 돌출부가 마련되며, 그 상면과 하면을 관통하며 상기 상판(20)과 하판(30)의 체결공(22),(23)에 대향하는 체결공(51)이 구비되고, 외부로부터 고압가스를 유입 받는 하나의 유입구(52)가 마련되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기의 구성요소들을 의 결합은 하판(30)의 내측 고정홈(32)과 외측 고정홈(33)에 각각 라이너(40)와 에어 자켓(50)을 삽입 고정시키고, 그 상부에 상판(20)을 덮어 체결공(22),(31)에 체결기재(120)를 삽입하여 상판(20)과 하판(30) 및 그 사이의 에어 자켓(50)을 견고하게 고정하여 이루어진다.

이러한 결합을 하기 이전에 상기 상판(20)의 배출구(21)의 상면측에는 배출부(100)가 결합되며, 그 배출구(21)의 저면측에는 분류부(90)가 결합된 상태이다.

상기 분류부(90)는 상기 상판(20)의 배출구(21)에 나사결합된 것이며, 그 회전의 정도를 조절하여 상기 상판(20)의 저면으로부터 돌출되는 분류부(90)의 길이를 조절할 수 있다.

또한, 상기 상판(20)의 삽입구(25)에는 원료 투입부(60)가 삽입되며, 그 원료 투입부(60)에는 원료 투입호퍼(80)와 이젝터(70)가 연결된다.

이와 같은 상태에서 정량의 원료가 상기 원료 투입부(60)로 투입되면, 상기 이젝터(70)를 통해 외부의 고압가스가 유입되며, 그 가스에 의해 1차적으로 분쇄된 원료는 상기 상판(20)의 삽입구(25)를 통해 상판(20)의 저면, 라이너(40)의 내주면, 하판(30)의 상면이 이루는 공간인 분쇄영역(130)에 투입된다.

이때, 상기 에어 자켓(50)의 유입구(52)를 통해 외부의 고압가스가 유입되면, 그 고압의 가스는 상기 라이너(40)에 마련된 6개의 유입공(41)을 통해 상기 분쇄영역(130) 내에 유입되어 선회류를 형성한다.

종래에는 원료를 투입하기 위한 투입구가 측면에 마련되어 있어, 그 선회류 를 형성하는 고압가스의 유입각에 차이가 있어 유입되는 고압가스의 압력에 따르는 효율이 높은 선회류를 형성할 수 없다.

그러나, 본 발명은 원료를 투입이 상판(20)을 통해 이루어지기 때문에 정확하게 6분할된 고압가스 유입공(41)을 구비하여 효율의 저하가 없는 선회류를 형성할 수 있다.

상기 선회류에 의해 1차 분쇄 후 투입된 원료들이 선회류를 따라 회전하면서 분쇄된다.

상기 분쇄영역(130)의 형상은 상기 상판(20)의 저면과 하판(30)의 상면이 각각 오목한 형상을 가짐에 따라 중앙부가 상하로 볼록한 공간으로 형성된다.

상기 분쇄영역(130)은 그 주변부의 단면적이 중앙부의 단면적에 비해 더 작기 때문에 주변부에서 더 강한 압력의 선회류가 형성되며, 중앙으로 갈수록 그 선회류의 압력은 낮아지게 된다.

상기와 같은 분쇄영역(130) 내의 압력 차이에 의해 원료로부터 분쇄된 분쇄물은 그 입경의 차이, 즉 질량의 차이에 의해 분쇄영역(130) 내에서 분급된다.

이때의 분급은 입경이 더 작은 분쇄결과물이 분쇄영역(130)의 중앙부로 이동되도록 하여 이루어진다.

도 10은 본 발명에 따라 형성되는 선회류와 그 선회류를 형성하기 위한 고압가스의 흐름을 나타낸 모식도이다.

이를 참조하면, 에어 자켓(50)의 유입구(52)를 통해 고압가스는 상기 에어 자켓(50)의 내주면과 라이너(40)의 외주면, 그 에어 자켓(50)과 라이너(40) 사이의 상판(20) 저면 및 하판(30) 상면이 이루는 공간으로 유입된다.

즉, 하나의 유입구(52)를 통해 유입 받아 상기 라이너(40)에 마련된 6개의 유입공(41) 모두를 통해 분쇄영역(130)으로 고압가스를 유입시키는 것이 가능하게 된다.

이는 종래 고압가스를 건식 분쇄기에 공급하기 위하여 각각의 유입공과 원료투입구측에 고압가스 연결관을 설치하는 것에 비하여, 장치의 구성을 단순화할 수 있게 된다.

이처럼 장치의 구성을 단순화함으로써, 장치를 이동식으로 구성하기가 용이하며, 장치의 고장 발생을 줄여 생산성을 향상시키며, 유지 보수비용을 절감할 수 있게 된다.

상기와 같이 하나의 유입구(52)를 통해 유입된 고압가스가 6개의 유입공(41)을 통해 분쇄영역(130)으로 유입되며, 그 분쇄영역(130)으로 유입된 고압가스는 선회류를 형성하여 원료를 회전시키며 분쇄한다.

이때 분쇄된 원료는 상기 상판(20)과 하판(30)의 형상에 따르는 분쇄영역(130)의 형상에 의한 주변부와 중앙부의 압력차에 의해 분급되고, 가장 미세하게 분쇄된 입자가 중앙부로 이동하게 된다.

그리고 분류부(90)와 하판(30)의 상면의 이격된 거리 이하의 입경으로 분쇄된 입자들은 상기 분류부(90)와 하판(30) 사이의 틈을 통해 배출부(100)를 통해 배출된다.

상기 배출부(100)의 형상은 상부측의 개구면적이 하부측의 개구면적보다 큰 형상을 가지며, 이는 분쇄된 입자들의 중량에 따라 2차적인 분급이 이루어질 수 있도록 한다.

즉, 고압으로 배출되던 분쇄된 입자들이 그 배출부(100)의 개구면적이 증가함에 따라 압력이 낮아지고, 질량이 상대적으로 무거운 분쇄된 입자들은 배출되지 않고, 중력에 의해 노출된 하판(30)의 중앙부로 다시 낙하하게 된다.

상기와 같이 본 발명은 다른 분급장치를 사용하지 않고도 원하는 입경 이하로 분쇄한 균일한 입자를 얻을 수 있다.

또한, 상기 배출부(100)는 배출압력을 줄여 배출부(100)에 연결되는 수직 배출관의 높이를 보다 낮출 수 있으며, 이는 전체적인 시스템의 부피를 줄여 이동성을 향상시키게 된다.

도 11a는 분쇄전 원료의 전자현미경사진이고, 도 11b는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 이용하여 상기 원료를 분쇄한 분쇄입자의 형상을 확대한 전자현미경사진이고, 도 12는 그 입도분포그래프이다.

도 11a에 도시한 원료는 그 입경의 분포가 넓으며, 사진의 우측 하단부에 기재된 단위가 500㎛로 그 입경이 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있다.

또한, 원료는 표면이 거칠고 그 형상이 다양한 것을 알 수 있다.

이를 본 발명의 건식 나노 분쇄기로 분쇄한 결과물의 확대사진을 보여주는 도 11b는 그 우측 하단부에 기재된 단위가 1㎛로 그 크기가 원료에 비하여 현저하게 작은 크기로 분쇄됨을 알 수 있다.

또한 가장 큰 특징으로 분쇄된 결과물의 입도분포가 균일함을 확인할 수 있 으며, 표면이 매끄럽고, 형상이 타원형에 가까운 형상으로 균일하게 분쇄되었음을 확인할 수 있다.

도 12의 입도분포도에서 확인할 수 있는 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기의 특징은 50에서 100nm의 사이에서 고른 입도분포를 보이는 것이다.

이는 본 발명에 따르는 회선류의 형성을 위한 고압가스의 유입이 일정한 간격으로 이격되어 이루어지도록 함으로써, 보다 압력이 높은 회선류를 용이하게 형성하여 분쇄효율을 높여 분쇄물의 입경이 수 내지 수십 나노미터의 입경이 되도록 분쇄할 수 도록한 특징적인 구성과, 그 배출되는 분쇄결과물의 입경을 제한하여 배출할 수 있도록 구성한 구성적인 특징에 인한 것이다.

아울러 고압의 가스를 유입 받기 위한 구성요소들은 그 고압의 가스에 의해 유입구가 마모되어 효율이 저하될 수 있으나, 본 발명은 각 구성요소를 교체가 용이한 구조로 구성하여 효율의 저하를 방지하고, 보수에 필요한 작업량과 시간을 단축하여 보다 생산성을 향상시킬 수 있다.

즉, 원료를 1차 분쇄하여 투입하기 위한 이젝터(70)는 투입부(60)와 회전결합되어 그 이젝터(70)의 고압가스 유입구가 확장되는 경우 쉽게 교체할 수 있으며, 상기 에어 자켓(50)과 라이너(40) 또한 볼트와 너트로 이루어진 체결기재(120)를 풀어 용이하게 교체할 수 있다.

상기 설명에서 제외된 지지대(110)는 저면의 직경이 더 큰 원통형의 구조이며, 상기 설명된 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 견고하게 지지하는 역할을 한다.

도 13은 상기와 같은 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기를 이용하여 원료를 분해하고, 수 나노미터 이상의 직경으로 분쇄된 결과물을 용이하게 획득할 수 있도록 최적화된 건식 분쇄 시스템의 구성도이다.

이를 참조하면 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄 시스템은 원료를 저장하는 원료탱크(141)와, 모터(142)의 구동에 따라 상기 원료탱크(141)에 저장된 원료를 정량으로 상기 원료 투입호퍼(80)에 공급하는 스크류 피더(143)와, 상기 배출부(100)를 통해 배출되는 가스 및 분쇄결과물을 이송하는 이송관(144)과, 상기 이송관(144)을 통해 유입되는 가스와 분쇄결과물을 분리하는 회전식 집진부(145)와, 상기 회전식 집진부(145)의 하부에서 집진된 분쇄결과물을 수용하는 분쇄결과물 수용부(146)와, 상기 회전식 집진부(145)에서 분리된 가스를 이송하는 이송관(147)과, 상기 이송관(147)의 끝단에서 배출된 가스를 해소하는 백 필터(bag filter, 148)와, 상기 각 구조를 지지하며, 저면에 휠을 구비하여 이동이 가능하도록 하는 이동지지판(149)를 포함하여 구성된다.

상기 본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄기는 고압가스를 사용하여 원료를 분쇄하는 것으로, 분쇄된 분쇄결과물은 가스와 함께 배출된다.

종래에는 분쇄된 가스를 단순히 배출하면서 필터를 이용하여 필터링하였기 때문에 이를 회수하는 과정이 더 요구되었다.

본 발명에 따르는 건식 나노 분쇄 시스템은 회전식 집진기(cyclone, 145)를 사용하여 배출된 가스를 별도의 경로로 유출시키며, 그 유출되는 가스에 포함된 분쇄결과물을 백필터로 필터링하며, 대부분의 분쇄결과물은 회전식 집진기(145)를 이 용하여 직접 비닐포대 등의 분쇄결과물 수용부(146)에 수용하여 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 분쇄를 위한 고압가스의 주입위치와 원료를 투입하는 위치를 이원화하여, 분쇄를 위한 고압가스를 균일한 간격 및 각도로 유입시킬 수 있어, 회선류의 효율을 높임으로써 분쇄효율을 높여 용이하게 수 나노미터 입경의 분쇄결과물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분쇄가 이루어지는 분쇄영역의 형상을 중앙부가 주변부에 비하여 더 두꺼운 형상이 되도록 함으로써, 그 분쇄영역 내에서 회선류의 압력에 차이를 발생시켜 분쇄물의 입경에 따르는 분급이 가능하여 별도의 분급을 위한 장치를 사용할 필요 없이 균일한 입경의 분쇄결과물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 배출되는 분쇄결과물의 최대 입경을 정의하여 그 입경 이하로 분쇄된 분쇄결과물만이 선택적으로 배출될 수 있도록 함으로써, 별도의 분급 장치 또는 과정을 사용하지 않고도 균일한 입경을 가지는 분쇄결과물을 획득할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 분쇄를 위한 다수의 유입공 각각에 고압가스를 주입하기 위한 파이프를 연결하지 않고, 하나의 파이프를 사용하여 다수의 유입공 모두를 통해 고압가스가 유입되도록 함으로써, 장치의 구성을 단순화하고, 유지 보수비용을 절감하며, 이동이 용이한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분쇄결과물이 배출되는 과정에서 배출구의 직경을 증가시켜 그 배출압력을 줄여 다시 분급을 수행하며, 배출관의 수직방향의 높이를 줄여 장치의 부피를 줄일 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 배출되는 분쇄결과물과 배출가스를 회전식 집진기를 이용하여 분리함으로써, 나노미터 크기의 분쇄결과물을 용이하게 획득할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

1. 원판형의 하판과,

   중앙에 배출구가 마련되고, 그 배출구와 외주면의 사이에 원료가 투입될 수 있도록 삽입공이 마련된 상판과,

   각각 하판의 상면과 상판의 저면에 소정거리 이격되도록 끼움 결합되어, 하나의 유입공을 통해 유입된 고압가스가 등간격 및 등경사각을 가지는 다수의 유입공을 통해 유입시켜 상기 상판 및 하판과 이루는 공간부 내에서 균일한 선회류를 발생시키는 에어 자켓 및 라이너와,

   상기 상판의 삽입공에 결합되어 고압가스에 의해 1차 분쇄된 원료를 상기 상판, 하판 및 라이너가 이루는 공간에 투입하는 원료투입부와,

   상기 상판의 배출구에 회전 결합되어, 상기 하판의 상면 중앙부와의 이격거리를 조절할 수 있는 분류부와,

   상기 상판의 배출구의 상부측에 결합되어 분쇄결과물의 배출을 유도하는 배출부를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 상판의 저면과 하판의 상면은 전체적으로 오목한 형상이며, 상기 상판의 저면과 하판의 상면 및 라이너에 의해 정의 되는 공간은 그 중앙부로 갈수록 회선류의 압력이 낮아지는 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하판과 상판은 라이너와 에어 자켓을 끼움결합시킬 수 있는 환형의 내측 고정홈 및 외측 고정홈을 구비하며, 그 내측 고정홈 및 외측 고정홈 내에서 다시 끼움 결합이 이루어질 수 있도록 홈 또는 돌출부가 더 마련된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
4. 제 1항에 있어서, 상기 하판, 상판 및 에어 자켓에는 상하로 다수의 체결공이 마련되며, 그 체결공에 삽입되어 상기 하판, 상판 및 에어 자켓을 고정하는 체결기재를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
5. 제 1항에 있어서, 상기 원료투입부는 상판의 삽입공에 결합되는 투입관과,

   상기 투입관의 타측에서 외부의 고압가스를 유입시키는 이젝터와,

   상기 투입관의 측면에서 정량의 원료를 투입하는 원료투입 호퍼로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
6. 제 1항에 있어서, 상기 분류부는 원통형의 형상을 가지며, 그 일단의 외주면일부에 상기 상판의 배출구와 회전결합이 가능한 나선형 홈이 마련된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 배출부는 저면이 상기 배출구의 직경과 동일한 내경을 가지며, 상측은 배출구의 직경에 비하여 더 큰 내경을 가지는 원통형의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
8. 제 1항에 있어서, 상기 에어 자켓은 그 외경이 상기 상판 및 하판의 직경과 동일하며, 외부에서 공급되는 고압가스를 유입시키는 하나의 유입구를 구비하며, 상기 라이너는 그 에어 자켓의 내경과 소정 간격 이격될 수 있도록 더 작은 외경을 가지며, 그 외주면에서 내주면으로 균일하게 경사진 6개의 유입공이 마련되어, 유입된 고압가스가 그 내주면 내에서 정육각형을 이룰 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
9. 제 1항에 있어서, 상기 하판의 저면에 상면이 결합되며, 저면의 직경이 상기 상면에 비해 더 큰 원통형상의 지지대를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄기.
10. 대량의 원료를 저장하는 원료탱크와,

    모터의 구동에 따라 상기 원료탱크에 저장된 원료를 정량으로 공급하는 스크류 피더와,

    상기 스크류 피더에 의해 정량으로 공급된 원료를 고압가스를 이용하여 일차적으로 분쇄한 후, 이를 상판에 마련된 투입구를 통해 투입받으며, 측면에서 등간격 및 등각으로 유입되는 고압가스에 의해 형성된 회선류를 이용하여 그 원료를 분쇄하고, 회선류에 의한 원료 분쇄 공간의 형상에 의해 분급이 이루어지도록 함과 아울러 배출되는 분쇄결과물의 최대 입경을 정의하여 그 최대 입경 이하의 분쇄결과물만이 배출될 수 있도록 하는 건식 나노 분쇄기와,

    상기 건식 나노 분쇄기를 통해 배출되는 가스 및 분쇄결과물을 수직방향으로 소정거리 이송하고, 다시 수평방향으로 이송하는 이송관과,

    상기 이송관의 타단에 결합되어 상기 이송된 가스와 분쇄결과물을 분리하는 회전식 집진기와,

    상기 집진된 분쇄결과물을 수용하는 분쇄결과물 수용부와,

    상기 회전식 집진부에서 분리된 가스를 이송하는 가스 이송관과,

    상기 가스 이송관의 끝단에서 배출된 가스를 해소하는 백 필터(bag filter)를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄 시스템.
11. 제 10항에 있어서, 상기 가스 이송관의 일단은 상기 이송관의 회전식 집진기 연결부보다 더 낮게 위치하는 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄 시스템.
12. 제 10항에 있어서, 상면에 상기 각 구성요소를 고정할 수 있으며, 저면에 다수의 휠을 구비하는 이동식 지지부를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 건식 나노 분쇄 시스템.

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