KR0180107B1 - 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미분체를 필요로 하는 분야에 있어서, 특히 온도에 민감한 저융점, 약열성 물질에 있어서 입도를 미세하게 하거나, 입도 분포를 조절하여 물질의 물리적, 화학적 기능을 높이고, 분말 특성의 고부가 가치화를 가져올 수 있도록 하는 압축성 유체를 이용하여 물질을 분쇄하는 방법과 이에 사용되는 장치를 제공하기 위한 것이다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 압축성 유체를 이용한 미분체 분쇄 방법의 공정 흐름을 나타낸 개략도이다.
제2도는 제1도에서 분쇄기 본체를 확대하여 개략적으로 나타낸 평면도이다.
제3도는 종래 기술(미국 특허 제 4,832,268호)인 기류 충돌형 분쇄 장치의 개략적인 측면도이다.
제4도는 종래 기술(미국 특허 제 4,792,098호)인 충돌판 충돌형 분쇄 장치의 개략적인 측면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 공기 압축기 2 : 공기 건조기
3 : 오일 휠터 4 : 노즐
5, 24 :충돌판 6 : 분쇄기 본체
7 : 가압 원료 공급 장치 7', 7 : 원료실
8 : 원료 분배기 9 : 분급기
10 : 백휠터 11 : 배풍기
12 : 본체 내벽 13, 17 : 원료 공급용 공기 유입구
14 : 입자 가속용 노즐 15 : 원료 혼합구
16 : 원료 호퍼 18 : 2차 공기 가속 노즐
19 : 기류 충돌형 분쇄 및 분급기 본체
20 : 기류 충돌형 분쇄 및 분급기 외벽
21 : 분급 공기 유입구 22 : 분쇄기 외벽
23 : 제품 배출구 41 : 토출부
71, 72, 73, 74 : 밸브
75, 76 : 압축 공기 투입구 77 : 원료 투입구
본 발명은 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 세라믹, 실리카, 중질탄산칼슘, 의약, 농약, 안료, 화장품 원료, 일반 무기물, 각종 필터, 화성물, 식품, 사료, 식품 첨가물, 플라스틱 등과 같은 화학성분 또는 색도의 오염이 없어야 하고, 온도에 민감한 저용점, 약열성 물질에 있어서 입도를 미세하게 하거나, 입도 분포를 조절하여 물질의 물리 화학적 기능을 높여 고부가 가치화를 가져올 수 있도록 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법과 이에 사용되는 장치에 관한 것이다.
압축성 유체를 이용하여 미분체를 분쇄하는 방법에는 미분체가 분쇄되는 분쇄기구에 따라 (1) 기류 선회형, (2) 기류 충돌형, (3) 충돌판 충돌형과 같은 방법이 있다.
먼저, 기류 선회형은 미국 특허 제 3,491,953호, 제 4,582,264호, 제 4,502,641호 및 제 4,056,233호 등에 기재되어 있는 바와 같이 원료 호퍼에서 공급된 원료를 공급용 노즐에 의해 분쇄실 내부로 분사하며, 분쇄실 내부에 설치되어 있는 분쇄 노즐에서 토출된 유체와 상호 충돌시켜 체적 분쇄 및 표면 분쇄가 이루어지게 하고 있다.
원형의 분쇄실 내부가 분쇄영역과 분급영역으로 나누어져 표면분쇄 및 분급이 이루어지고 있는 바, 원형의 분쇄실 내부가 분쇄영역과 분급영역을 겸하고 있고, 중심부에서의 배출기류에 의한 항력과 선회기류에 의한 입자에 작용하는 원심력에 의해 미분이 제품 배출구를 통하여 배출되며, 초분은 원심력에 의해 벽면을 선회하면서 재분쇄된다.
기류선회형의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 발생되는 제트기류에 의해 입자가 상당거리 선회하면서 분쇄됨으로써 상대적으로 입자 속도가 느려 분쇄능이 낮다.
둘째, 분쇄기 본체에 입자에 의한 중량 혼합비(입자 질량/공기 질량)가 낮아져 많은 압축공기가 사용되어 에너지 소비량이 커진다.
셋째, 분쇄기 본체 내에 분급영역이 동시에 존재함으로써 중량 혼합비가 커지면, 분쇄능이 급격히 떨어진다.
또한, 기류충돌형은 미국 특허 제 4,832,268호와 제 3,643,845호에 나타난 바와 같이 고체상과 기체상의 혼합된 제트 기류가 서로 교차되는 지점에서 충돌하여 분쇄하는 방법이다.
기류충돌형의 한 예(미국 특허 제 4,832,268호)로 제3도에 나타난 바와 같이 원료호퍼(16)에서 공급된 입자는 원료 공급용 공기 유입구(13)로 공급되는 압축공기에 의해 투입되어 입자 가속용 노즐(14)을 통해 가속된 후 서로 교차하는 지점에서 충돌하여 분쇄된다. 이 분쇄된 입자들은 2차 공기 공급구(17)에 의하여 2차 공기 가속 노즐(18)에 의해 가속되어 기류충돌형 분쇄 및 분급기 본체(19)로 유입되어 2차 분쇄 및 분급된다.
이 특허의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 마주보는 노즐에 의한 상호 기류간의 충돌 방식으로는 상호 입자간 충돌 확률이 낮아 높은 분쇄효율을 얻을 수 없다.
둘째, 이 방식에 의한 분쇄물의 경우 미쳐 분쇄되지 않은 입자의 양이 많아져 분급기의 순환율(투입 원료의 양/제품의 양)이 높아져 상대적으로 많은 전력을 필요로 한다.
셋째, 노즐로 분배되는 원료를 정량비율로 분배하는 장치가 없으므로, 분배비율이 다를 경우 노즐 및 분쇄기 본체의 마모 및 이로 인한 생성물의 오염이 심각해진다.
또한, 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄에 있어서 가장 높은 분쇄효율을 나타내는 방식인 충돌판 충돌형은 충돌판의 재질인 세라믹의 발달과 더불어 최근 주목받고 있다.
충돌판 충돌형은 미국 특허 제 4,664,319호와 제 4,792,098호에 나타난 바와 같이 입자를 노즐에 의해 가속시켜 충돌판에 충돌시켜 입자를 분쇄하는 방법이다.
충돌판 충돌형의 한 예로 도 4에 나타난 바와 같이 원료 호퍼(16)에서 공급된 입자는 원료공급용 공기 유입구(13)로 공급되는 압축공기에 의해 입자 가속용 노즐(14)을 통해 가속되고 충돌판(24)에 충돌하여 분쇄된다.
이 분쇄된 입자들은 2차 공기 공급구(17)에 의해서 2차 공기 가속 노즐(18)에 의해 가속되어 기류 충돌형 분쇄 및 분급기 본체(19)로 유입되어 2차 분쇄 및 분급된다.
이 특허의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 초기에 투입되는 원료 입자는 입자 가속용 노즐(14)에 의한 흡입력에 의해 투입되므로, 입자에 충분한 가속력을 부여할 수 없고,
둘째, 분쇄 메카니즘이 충돌판 충돌에 의해서만 이루어짐으로써 입자의 충격력(입자 질량 × 입자 속도)에 의존하여 상대적으로 작은 입자의 경우는 분쇄 효율이 낮아진다.
일반적으로 분쇄되는 모든 원료 물질인 단일 크기의 입자가 아닌 정규분포에 따르는 입도 분포를 가진다. 이러한 다양한 입도를 갖는 입자들은 각기 그 입자가 갖는 질량 및 속도에 의해 분쇄를 위한 충격력이 결정된다.
따라서, 본 발명은 동일한 압축성 유체를 사용하여 정규분포를 갖는 입자들에 2중 분쇄기구를 구성함으로써, 작은 입자 및 큰 입자에 대해 극대화된 분쇄 효율을 얻을 수 있고, 분쇄기 장치의 크기를 증가시키지 않고, 생산량을 증대시킬 수 있어서, 분쇄장치의 단위 면적당 생산량을 극대화할 수 있고, 또한 동일 입도의 제품을 생산하는데 소요되는 전력을 최소화하기 위한 2중 분쇄기구를 갖는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄방법 및 이에 사용되는 장치를 얻고자 하는 것을 목적으로 한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 원료 입자를 압축성 유체를 사용하여 노즐을 통과하면서 초음속의 속도로 가속시켜 분쇄기 본체 내부로 공급하여 미분으로 분쇄하는 장치에 있어서, 그 개선점은 분쇄시키고자 하는 원료 입자를 연속적으로 공급하고 유입되는 압축 공기에 의해 부유시켜 분산성을 부여함과 동시에 초기 입자 속도를 부여하기 위한 가압 원료 공급 수단; 상기 수단으로부터의 원료 입자의 속도를 증대시킴과 동시에 정량적으로 분배하기 위한 분배 수단; 상기 수단으로부터 분배된 원료 입자를 별도로 주입되는 압축성 유체에 의해 초음속의 속도로 분출시키기 위한 노즐 수단; 상기 노즐 수단으로 분출되는 가속된 원료 입자가 기류 충돌하여 분쇄될 수 있도록 상기 수단이 내벽의 원주 방향을 따라서 서로 대응하는 위치에서 일정 각도를 이루면서 배치되어 있고, 중앙 부위에는 상기 노즐 수단에 의해 가속된 원료 입자가 2차 분쇄될 수 있도록 다면체의 충돌판이 설치되어 있는 분쇄 수단; 및 상기 수단으로부터의 미분과 조분을 분급하여 배출하기 위한 분급 수단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 분쇄하고자 하는 원료 입자를 압축성 유체를 사용하여 노즐을 통과하면서 초음속의 속도로 가속시켜 분쇄기 본체 내부로 공급하여 미분으로 분쇄하는 방법에 있어서, 분쇄하고자 하는 원료 입자를 가압 원료 공급 장치에서 압축성 유체에 의해 부유시켜, 분산성 및 초기 입자 속도를 부여하여 노즐의 개수에 따라 정량적으로 노즐로 분배시키는 단계; 상기 단계로부터 공급되는 원료 입자를 별도의 압축성 유체를 사용하여 초음속의 속도로 토출시키는 단계; 및 상기 단계로부터 토출되는 원료 입자를 기류 충돌에 의해 1차 분쇄시키고, 내부 중앙에 위치한 다면체의 충돌판에 충돌시켜 2차 분쇄시킨 후 미분과 조분으로 분급하여 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명을 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 미분체를 필요로 하는 분야에 있어서, 특히 온도에 민감한 저융점, 약열성 물질에 있어서 입도를 미세하게 하거나, 입도 분포를 조절하여 물질의 물리적, 화학적 기능을 높이고, 분말 특성의 고부가 가치화를 가져올 수 있도록 하는 압축성 유체를 이용하여 물질을 분쇄하는 방법과 이에 사용되는 장치를 제공하기 위한 것이다.
첨부 도면의 도 1은 본 발명에 따른 압축성 유체를 이용한 미분체 분쇄 방법의 전체 공정 흐름을 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1에서 분쇄기 본체를 확대하여 개략적으로 나타낸 평면도이다.
첨부 도면의 도 1에 의거하여 본 발명에 따른 미분체의 분쇄과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 공기압축기(1)에 의해 압축된 공기가 공기건조기(2)와 공기를 압축하는 과정에서 압축 공기에 포함되어 있는 오일을 제거시키기 위하여 오일 필터(3)을 거쳐 노즐(4)과 가압 원료 공급 장치(7)의 측면에 위치하는 압축 공기 투입구(75, 76)로 각각 주입된다.
이때, 노즐(4)로 공급되는 압축공기의 압력은 5 내지 10kgf/cm2(게이지 압력)이며, 가압 원료 공급장치(7)의 압축 공기 투입구(75, 76)로 공급되는 압축 공기의 압력은 3 내지 5kgf/cm2(게이지 압력)가 바람직하다.
가압 원료 공급장치(7)로 공급된 압축공기는 원료 입자를 분산 및 부유시켜 분산성을 부여함과 동시에 초기 입자 속도를 부여한 후 분배기(8)를 통과하면서 가속되어 노즐(4)에 주입되기 전에 일정 속도로 가속된다.
상기 가압 원료 공급 장치(7)는 원료 저장조(13)로부터 원료 투입구(77)를 통해 연속적인 원료 공급을 위하여 두 개의 원료실(7', 7)로 구성되어 있어 한쪽의 원료실(7')로 원료가 공급되는 동안 다른 한쪽의 원료실(7)로 압축공기가 주입되어 분배기(8)로 원료를 공급시켜 분쇄기 본체(6) 내부로 투입되게 된다.
즉, 상기 가압 원료 공급 장치(7)는 한쪽 밸브(71)가 차단되면 다른쪽 밸브(72)가 열려서 원료가 원료실(7) 내부에 쌓이고, 이때 다른쪽 원료실(7')의 분배기(8) 상부의 차단 밸브(73)가 열리면서 원료를 분배기(8)로 공급하는 과정을 반복하게 된다.
상기 분배기(8)는 원료 입자의 속도를 증대시킴과 동시에 원료를 일정량으로 분배하여 각각의 노즐(4)에 분배함으로써 각각의 노즐에 실리는 원료량을 일정하게 하여 분쇄능을 동일하게 유지하여 일정입도의 최종 제품을 얻게 한다.
상기 분배기(8)로부터 노즐(4)의 측면으로 투입된 원료는 도 2에 확대하여 나타낸 바와 같이 노즐(4)로 공급되는 압축공기에 의해 초음속의 속도로 가속되어 노즐외부, 즉 분쇄기 본체(6) 내부로 분출된다.
이때, 노즐(4)은 서로 대응하는 노즐이 120°내지 150°각도로 설치될 수 있는데, 충돌판(5)의 형상을 변경할 경우에는 충돌면에 따라 노즐의 개수를 증가시킬 수 있다.
상기와 같이 노즐(4)에 의해 가속된 원료 입자는 분쇄기 본체(6)의 1차 기류 충돌 영역에서 분쇄되며, 기류 충돌에 의해 분쇄된 입자 또는 기류 충돌 확률에서 벗어난 입자는 분쇄기 본체(16) 중앙의 다면체 형상의 충돌판(5)에 충돌 분쇄되며 노즐(4)에서 충돌판(5)까지의 거리는 노즐의 토출부(41) 직경의 3 내지 7배로 하는 것이 바람직하며, 필요에 따라서는 분쇄물의 밀도, 성상, 입도, 분포, 응집성, 수분함량 등에 따라 조절할 수 있다.
본 발명에서 미분체를 분쇄하는데 사용되는 분쇄기 본체(6)는 스테인레스 스틸로 제작되어 있으며, 분쇄기 본체(6)의 내벽(12)은 미분체에 의한 마모를 방지하기 위하여 세라믹 코팅 처리를 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분쇄기 본체(6)의 중앙부에는 다면체의 충돌판(5)이 설치되어 있는데, 충돌판(5)은 세라믹 라이너가 부착되어 분쇄물에 의한 오염을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같이 노즐(4)을 통과하면서 원료 입자 및 압축공기는 초음속의 속도로 가속되고, 분쇄기 본체(6) 내부에서 1차 기류 충돌 및 2차 충돌판(5) 충돌 분쇄가 이루어진 후에 분쇄된 원료 입자는 고효율 분급기(9)에서 분급되어 제품 및 조분으로 분리되며, 분리된 제품은 백휠터(10)를 통해서 얻어지게 되고, 조분은 별도의 라인을 통해 다시 가압 원료 공급 장치(7)의 원료 투입구(77)로 재공급되어 상기한 과정을 반복함에 따라 재분쇄가 이루어지게 된다.
미 설명 부호 11은 배풍기이다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 장치를 이용하여 노즐로 주입되는 압축 공기의 압력을 7kgf/cm2(게이지압력)으로 공급하고, 다음 표 1에서와 같은 원료의 입도 분포를 갖는 석회석 원료를 시간당 300kg을 투입시키고 분쇄한 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
[비교예 1]
충돌판 충돌형 분쇄 장치(일본 NPK사 Super Sonic Jet Mill)에 의해 실시예 1과 같은 조건하에서 다음 표 1과 같은 입도 분포의 원료를 분쇄하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.
[실시예 2]
본 발명에 따른 장치를 이용하여 노즐로 주입되는 압력을 8.5kgf/cm (게이지압력)로 하고 고효율 분급기(순환율=5)에 의해 분급된 조분을 시간당 200kg으로 분쇄기에 투입하고, 다음 표 2의 입도를 갖는 탈크 원료를 분쇄하였을 때의 제품의 입도를 다음 표 2에 나타내었다.
[비교예 2와 3]
제트밀로서 핀펄바(Finnpulva)사 제트밀(비교예 2)와 엔피케이(NPK)사 제트밀(비교예 3)을 이용하여 상기 실시예 2와 동일하게 하여 원료 및 조분을 분쇄한 결과를 다음 표 2에 나타내었다.
상기 결과에서 알 수 있듯이 본 발명의 분쇄 장치의 분쇄 능력 및 제품 생산량 측면에서 종래의 장치에 비해 우수함을 알 수 있다.
Claims (6)
- 원료 입자를 압축성 유체를 사용하여 노즐을 통과하면서 초음속의 속도로 가속시켜 분쇄기 본체 내부로 공급하여 미분으로 분쇄하는 장치에 있어서, 분쇄시키고자 하는 원료 입자를 연속적으로 공급하고 유입되는 압축 공기에 의해 부유시켜 분산성을 부여함과 동시에 초기 입자 속도를 부여하기 위한 가압 원료 공급 수단(7); 상기 수단(7)으로부터의 원료 입자의 속도를 증대시킴과 동시에 정량적으로 분배하기 위한 분배 수단(8); 상기 수단(8)으로부터 분배된 원료 입자를 별도로 주입되는 압축성 유체에 의해 초음속의 속도로 분출시키기 위한 노즐 수단(4); 상기 노즐 수단(4)으로 분출되는 가속된 원료 입자가 기류 충돌하여 분쇄될 수 있도록 상기 수단(4)이 내벽(12)의 원주 방향을 따라서 서로 대응하는 위치에서 일정 각도를 이루면서 배치되어 있고, 중앙 부위에는 상기 노즐 수단(4)에 의해 가속된 원료 입자가 2차 분쇄될 수 있도록 다면체의 충돌판(5)이 설치되어 있는 분쇄 수단(6); 및 상기 수단(6)으로부터의 미분과 조분을 분급하여 배출하기 위한 분급 수단(9)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 가압 원료 공급 수단(7)은 상기 분배 수단(8)을 통해서 원료 입자를 연속적으로 공급하기 위해서 두 개의 원료실(7', 7)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐 수단(4)은 서로 대응하는 노즐이 120°내지 150°각도로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐 수단(4)과 충돌판(5)과의 거리는 노즐 수단(4)의 토출부(41) 직경의 3 내지 7배로 하는 것을 특징으로 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 장치.
- 분쇄하고자 하는 원료 입자를 압축성 유체를 사용하여 노즐을 통과하면서 초음속의 속도로 가속시켜 분쇄기 본체 내부로 공급하여 미분으로 분쇄하는 방법에 있어서, 분쇄하고자 하는 원료 입자를 가압 원료 공급 장치에서 압축성 유체에 의해 부유시켜, 분산성 및 초기 입자속도를 부여하여 노즐의 개수에 따라 정량적으로 노즐로 분배시키는 단계; 상기 단계로부터 공급되는 원료 입자를 별도의 압축성 유체를 사용하여 초음속의 속도로 토출시키는 단계; 및 상기 단계로부터 토출되는 원료 입자를 기류 충돌에 의해 1차 분쇄시키고, 내부 중앙에 위치한 다면체의 충돌판에 충돌시켜 2차 분쇄시킨 후 미분과 조분으로 분급하여 배출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 장치에 따른 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄방법.
- 제5항에 있어서, 상기 노즐로 공급되는 압축성 유체의 압력은 게이지 압력으로 5 내지 10㎏f/㎠로 설정되며, 가압 원료 공급 장치로 공급되는 압축성 유체의 압력은 게이지 압력으로 3 내지 5㎏f/㎠로 설정하여서 되는 것임을 특징으로 하는 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960035947A KR0180107B1 (ko) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법 및 그 장치 |
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| KR1019960035947A KR0180107B1 (ko) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법 및 그 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980016384A KR19980016384A (ko) | 1998-05-25 |
| KR0180107B1 true KR0180107B1 (ko) | 1999-03-20 |
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ID=19471082
Family Applications (1)
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| KR1019960035947A KR0180107B1 (ko) | 1996-08-28 | 1996-08-28 | 압축성 유체를 이용한 미분체의 분쇄 방법 및 그 장치 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR0180107B1 (ko) |
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1996
- 1996-08-28 KR KR1019960035947A patent/KR0180107B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
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|---|---|
| KR19980016384A (ko) | 1998-05-25 |
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