KR100484537B1 - 다이나믹 밀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이나믹 밀 (Dynamic Mill)에 관한 것으로, 분말이 저장된 적어도 2개의 용기를 서로 연결하여 회전시켜 한쪽 용기에 장입되어 있는 분말과 매개물을 다른 용기로 이동시키는 과정에서 분말과 매개물 간의 마찰과 충격을 증대시키고, 저장용기 내의 바닥과 용기벽에 분말이 고착되지 않도록 하여, 혼합 핵연료의 원료분말을 효과적으로 균일하게 혼합 및 분쇄하는 다이나믹 밀, 특히 볼을 매개물로 사용하는 다이나믹 볼 밀에 관한 것이다.

본 발명은 분말을 균일하게 혼합 및 분쇄하기 위한 장치에 있어서, 상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물;하나의 입구를 갖고, 내부에 상기 분말 및 매개물을 저장하는 적어도 2개의 저장수단; 상기 저장수단들의 입구가 서로 마주보도록 장착되는 장착수단; 및 상기 저장수단들이 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어지도록 상기 장착수단을 결합하고, 그 축을 중심으로 상기 장착수단을 회전시켜, 상기 저장수단들 내의 분말이 상기 매개물을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 분말 혼합 및 분쇄장치를 제공한다.

Description

다이나믹 밀{DYNAMIC MILL}

본 발명은 혼합 핵연료 분말을 다이나믹 볼 밀링으로 혼합 및 분쇄하기 위한 다이나믹 밀 (Dynamic Mill)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분말이 저장된 적어도 2개의 용기를 서로 연결하여 회전시켜 한쪽 용기에 장입되어 있는 분말과 매개물을 다른 용기로 이동시키는 과정에서 분말과 매개물 간의 마찰과 충격을 증대시키고, 저장용기 내의 바닥과 용기벽에 분말이 고착되지 않도록 하여, 혼합 핵연료의 원료분말을 효과적으로 균일하게 혼합 및 분쇄하는 다이나믹 밀, 특히 볼을 매개물로 사용하는 다이나믹 볼 밀에 관한 것이다.

일반적으로 혼합 핵연료에서 첨가제의 균일성은 소결성에도 영향을 미치지만, 이는 핵연료의 성능을 좌우하는 중요한 요소가 된다. 따라서, 혼합 핵연료의 제조시에 혼합분말의 균질성을 개선하기 위하여 분말처리기술이 개발되고 있다.

도 1에서 일반적으로 사용되고 있는 볼 밀(ball mill)을 도시하고 있다. 일반적인 볼 밀은 원통형의 용기(110) 내에 매개물(115)과 분말을 투입하고, 이를 롤러(105)를 통해 회전시키게 되는 구조를 갖는다. 롤러(105)는 상기의 원통형 용기(110)의 하부에서 상기 용기(110)를 지지하면서 또한 용기(110)를 회전시키는 구조를 갖는다. 상기 원통형의 용기(110)는 그 중심축이 바닥면과 수평으로 위치하도록 배열된다. 이와 같이 구성된 밀(100)은 용기의 회전에 의해 용기 내의 매개물(115)이 분말에 충격을 가하면서 분쇄, 혼합된다. 이때 매개물로는 통상적으로 구형의 볼(ball)이 사용된다.

이와 같은 기존의 볼 밀은 볼의 낙차 생성에 한계가 있기 때문에, 볼 위에 원료 분말을 장입한 후 밀링을 하면 마찰과 충격이 작아져서 분말이 원하는 크기만큼 미세화되지 않고, 또한 혼합 분말인 경우 그 균질성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 일정시간이 지나게 되면 분말이 분말용기의 내벽에 고착되기 시작하여 더 이상 혼합 및 분쇄가 이루어지지 않게 되는 문제가 있다. 상기와 같은 고착의 문제가 발생하면, 고착된 분말을 인출하여야 하나, 이때 인출과정이 복잡한 문제가 있을 뿐만 아니라, 이산화 우라늄 분말과 같은 핵물질의 경우 작업의 성격상 오염의 문제가 존재하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 분말과 매개물의 접촉시간을 증대시키고, 이동경로를 길게 확장하여, 마찰거리를 증가시키며 보다 큰 충격에너지를 가할 수 있어 분말을 미세하게 분쇄할 수 있으며, 혼합 분말의 경우 균질하게 혼합되도록 하는 다이나믹 밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분말이 용기의 내벽에 고착되는 현상을 방지하게 되어 분말 혼합 및 분쇄 작업성을 향상시키고, 고착물을 제거하는 공정을 없앨 수 있게 되며, 또한 그 제거 공정 상의 오염과 안전사고 발생을 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 분말과 매개물의 분리작업을 간편하게 하고, 분말의 혼합 및 분쇄작업을 간편하게 할 수 있는 다이나믹 밀을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 분말을 균일하게 혼합 및 분쇄하기 위한 장치에 있어서, 상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물;하나의 입구를 갖고, 내부에 상기 분말 및 매개물을 저장하는 적어도 2개의 저장수단; 상기 저장수단들의 입구가 서로 마주보도록 장착되는 장착수단; 및 상기 저장수단들이 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어지도록 상기 장착수단을 결합하고, 그 축을 중심으로 상기 장착수단을 회전시켜, 상기 저장수단들 내의 분말이 상기 매개물을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 분말 혼합 및 분쇄장치를 제공한다.

또한 본 발명은 분말을 혼합 및 분쇄하기 위한 다이나믹 밀에 있어서, 상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물; 하나의 입구를 갖고, 내부에 상기 분말 및 매개물을 저장하는 적어도 2개의 저장용기; 상기 저장용기들의 입구가 서로 마주보도록 장착되는 아답타; 및 상기 저장용기들이 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어지도록 상기 아답타를 결합하고, 그 축을 중심으로 상기 아답타를 회전시켜, 상기 저장용기들 내의 분말이 상기 매개물을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 다이나믹 밀을 제공한다.

또한, 본 발명은 분말을 혼합 및 분쇄하기 위한 다이나믹 밀에 있어서, 상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물; 상기 분말 및 매개물이 저장되고, 상하부로 분리가능한 저장용기; 및 상기 저장용기의 중앙부에 연결되고, 상기 저장용기가 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어진 축을 중심으로 상기 저장용기를 회전시켜, 상기 저장용기들 내의 분말이 상기 볼을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 다이나믹 밀을 제공한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다. 혼합 핵 연료에서는 첨가물의 미세하고 균일한 분포가 핵연료의 성능과 작업자의 안전에 크게 관련되므로, 혼합 핵연료 분말의 미세화 및 균질 처리는 중요하다. 따라서 혼합 핵연료 분말의 처리는 주로 볼 밀과 같은 밀링장치를 사용하여 혼합 및 분쇄하고 있다. 본 발명에 의한 다이나믹 밀은 저장용기를 상하로 연결되도록 하여, 분말과 매개물 간의 접촉시간을 증대시켜 마찰을 크게 하고, 매개물의 낙하거리를 길게 하여 충격을 강하게 주어, 분말을 미세하고 균질하게 만들게 된다.

본 발명에 의한 다이나믹 밀은 몸체부(10)와, 몸체부(10)에 장착되어 있는 구동 모터(30)를 포함하고 있다. 몸체부(10)는 계기판(50)이 일측에 형성되며, 상기 구동모터(30) 및 구동모터(30)에 연결된 구동축(64)을 지지하고 있다. 구동모터(30)에는 모터를 제어하기 위한 컨트롤러(40)가 인접하게 위치하고 있으며, 또한 구동모터에 연결되는 구동축(64)에는 정위치를 인식하고 조정하기 위한 정위치 놉(knob, 20)을 형성한다. 이와 같은 구동축(64)의 끝단에는 아답타 및 저장용기가 결합된 혼합 및 분쇄 수단(60)이 장착된다.

도 3은 본 발명에 의한 다이나믹 밀의 저장용기와 아답타의 결합 상태를 도시한 사시도이고, 도 4는 셔터수단을 도시한 도면이다. 상부용기(66) 및 하부용기(67)는 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하게 되며, 각각의 용기는 내부에 분말 및 매개물을 저장할 수 있도록 공간이 형성되어 있다. 각각의 용기는 하나의 입구를 갖게되고, 각각의 입구들은 서로 마주보도록 아답타(63)를 통하여 결합된다. 아답타(63)는 상부용기(66)와 하부용기(67)를 서로 결합하며, 그 결합부위에 아답타 관통홀(69)이 형성되어 각각의 용기의 입구가 관통홀의 상하부에 결합된다. 이때 결합은 나사결합을 하는 것도 가능하며, 또한 끼워맞춤 결합을 이루는 것도 가능하게 된다.

각각의 용기(66,67)들의 입구가 아답타(63)와 끼워맞춤 결합을 이루는 경우, 아답타(63)의 상하부에는 측면에서부터 뻗어있으며, 상기 용기를 지지하는 자홀더(62)가 형성된다. 상기 자홀더(62)는 최상면에 조작핸들(61)이 형성되며, 상기 조작핸들(61)은 상부용기(66)의 바닥면과 맞닿아 있으며, 핸들(61)을 회전시키는 것에 의해 상부용기(66)를 아답타(63)와 분리할 수 있는 구조를 갖는다. 또한, 하부용기(67)는 그 바닥면이 상기 자홀더(62)와 맞닿아 있으며, 이와 같은 구조에 의해 아답타와 하부용기는 서로 밀착되어 고정된다. 따라서, 상기 자홀더(62)는 아답타(63)에 각각의 용기가 결합되도록 하는 기능을 하게 된다.

상기 아답타(63)는 그 중앙부에 위치하는 셔터수단(65)을 포함하고 있다. 셔터 수단(65)은 상기 상부용기(66)와 하부용기(67) 사이에서 상기 용기들에 대하여 수직인 방향으로 이동이 가능하도록 아답타(63)에 셔터 삽입구(75)를 통해 삽입되어 있다. 셔터수단은 상기 용기들의 입구와 같은 크기의 관통홀이 형성된 부분(73)과 상기 분말과 매개물을 분리할 수 있도록 일정간격의 틈이 형성된 분리막(72)을 갖는다.

상기 셔터수단(65)은 평판형상으로 형성되어 있으며, 양쪽에 손잡이부(74)를 형성하고, 상기 아답타(63)에 삽입되어 있다. 이때 아답타(63)가 회전하는 동안 셔터수단(65)이 제위치를 유지할 수 있도록 하기 위하여 셔터 수단의 위치를 고정하여야 한다. 이때 고정을 위하여 통상적인 방법이 사용되는데, 예를 들면 상기 셔터 수단(65)에 홈을 형성하고 아답타에 돌출부를 형성하여 그 홈이 돌출부에 들어맞도록 구성하거나, 또는 아답타와 셔터수단을 관통하는 구멍을 형성하고, 그 구멍에 핀형상의 고정부재를 삽입하여 이를 통하여 위치를 고정하는 방법 등이 있다. 이밖에 여러 방법을 통하여 상기 셔터수단을 고정할 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 도 3의 A-A선을 따른 단면도(a) 및 B-B선을 따른 단면도(b)를 도시한 도면이다. 상기 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 구동축(64)은 상기 아답타(63)에 연결된다. 이때 구동축(64)은 아답타(63)와 평행하도록 연결되지 않고, 상기 용기들이 이루는 평면에 수직한 축으로부터 일정한 각도(θ)로 경사를 형성하며 연결되어 있다. 따라서 구동모터(30)가 회전하면, 상기 아답타(63) 및 저장용기들(66,67)은 구동축을 중심으로 회전하게 되는데, 이때 상기 상부 및 하부 용기의 회전 궤적은 서로 다른 평면 상에 있게 된다. 이러한 회전에 의해 용기 내의 분말이 용기 내부 벽면에 고착되지 않게 된다. 상기 일정 각도(θ)는 바람직하게는 약 10~30도 정도가 적당하게 된다. 또한 상기 매개물로는 볼(ball)이 가장 많이 쓰이며, 상기 볼은 알루미나와 같은 재질로 형성된다. 그러나 매개물은 이에 제한되지는 않고 다른 여러 형태 및 재질로 형성될 수도 있다.

도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명에 의한 다이나믹 밀에 사용되는 저장용기를 도시한 도면이다. 본 발명에 의한 다이나믹 밀에 사용되는 저장용기, 즉 상부용기(66)와 하부용기(67)는 도 6(a)에서와 같이 원통형으로 형성되는 것이 바람직하며, 또한 입구측이 바닥부보다 작은 직경으로 형성되는 전체적으로 테이퍼진 형상의 원통형상도 가능하다(도 6(b) 및 (c) 참조).

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 다이나믹 밀의 작용을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 적당한 크기를 갖는 매개물이 들어있는 용기(하부용기, 67)에 적당량의 혼합 핵연료 원료 분말을 장입한 후, 이 분말용기를 자홀더(62)의 하부에 장착한다. 또한 빈 용기(상부용기, 66)를 자홀더(62)의 상부에 장착한다. 이때 자홀더 핸들(61)을 회전시켜서 상하부용기가 아답타(63)에 결합되도록 한다. 이상태에서 아답타와 연결되어 있는 구동축(64)을 구동모터를 통하여 회전시키면, 분말과 매개물 사이의 충격과 마찰의 증대로 인하여 혼합분말의 균일한 혼합 및 미세화가 이루어지게 된다. 회전이 끝난후, 분리를 위하여 정위치 놉(20)을 사용하여 상부 및 하부용기를 초기 위치에 위치하도록 한 후, 셔터수단(65)을 밀어넣어 일정 틈이 형성된 분리막을 통하여 분말은 하부로, 매개물은 상부에 그대로 남아있도록 한다. 그 후, 상부용기를 제거하고, 하부용기를 제거하여 분말을 옮겨 담는 것에 의하여 작업이 완료되는 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 분말과 매개물의 접촉시간을 증대시키고, 이동경로를 길게 확장하여, 마찰거리를 증가시킬 수 있고, 또한 보다 큰 충격에너지를 가할 수 있어 분말을 미세하게 분쇄할 수 있으며, 혼합 분말의 경우 균질하게 혼합할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분말이 용기의 내벽에 고착되는 현상을 방지하게 되어 분말 혼합 및 분쇄 작업성을 향상시키게 되고, 고착물을 제거하는 공정을 없앨 수 있게 되며, 또한 그 제거 공정 상의 오염과 안전사고 발생을 방지할 수 있는 효과가 있으며, 분말과 매개물의 분리작업을 간편하게 하고, 분말의 혼합 및 분쇄작업을 간편하게 할 수 있는 다이나믹 밀을 제공할 수 있게 된다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래의 분말 혼합 및 분쇄용 볼 밀을 도시한 것으로, (a)는 단면도, (b)는 측단면도를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 다이나믹 밀의 사시도이다.

도 3은 본 발명에 의한 다이나믹 밀의 저장용기와 아답타의 결합 상태를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 의한 셔터수단의 사시도이다.

도 5는 도 3의 A-A선을 따른 단면도(a) 및 B-B선을 따른 단면도(b)를 도시한 도면이다.

도 6(a) 내지 도 6(b)는 본 발명에 의한 다이나믹 밀에 사용되는 저장용기를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 몸체부 20: 정위치 놉

30: 구동모터 40: 컨트롤러

50: 계기판 60: 혼합 및 분쇄수단

61: 핸들 62: 자홀더

63: 아답타 64: 편심축

65: 시브셔터 66: 상부용기

67: 하부용기 69: 아답타 관통홀

72: 분리막 73: 셔터 관통홀

74: 손잡이 75: 셔터삽입구

Claims (25)

1. 분말을 균일하게 혼합 및 분쇄하기 위한 장치에 있어서,

   상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물;

   하나의 입구를 갖고, 내부에 상기 분말 및 매개물을 저장하는 적어도 2개의 저장수단;

   상기 저장수단들의 입구가 서로 마주보도록 장착되는 장착수단; 및

   상기 저장수단들이 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어지도록 상기 장착수단을 결합하고, 그 축을 중심으로 상기 장착수단을 회전시켜, 상기 저장수단들 내의 분말이 상기 매개물을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 저장수단은 원통형인 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 저장수단은 원통형이며, 입구가 상기 저장수단의 바닥부분 보다 좁은 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 장착수단은 상기 저장수단들의 입구 사이에 위치하고, 상기 입구 사이를 개방할 수 있도록 형성된 관통홀 및 상기 분말과 매개물을 분리할 수 있도록 일정간격의 틈이 형성된 분리막을 갖는 셔터수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
5. 제 5항에 있어서, 상기 관통홀 및 분리막은 수평하게 배열되어 있으며, 상기 셔터 수단은 상기 장착수단에 수평으로 이동가능하도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 매개물은 다수개의 볼(ball)인 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 구동수단은 구동축 및 전기적으로 구동되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 구동축은 상기 저장수단들이 배열된 평면으로부터 수직인 축과 일정각도를 이루도록 상기 장착수단과 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 분말 혼합 및 분쇄장치.
9. 분말을 혼합 및 분쇄하기 위한 다이나믹 밀에 있어서,

   상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물;

   하나의 입구를 갖고, 내부에 상기 분말 및 매개물을 저장하는 적어도 2개의 저장용기;

   상기 저장용기들의 입구가 서로 마주보도록 장착되는 아답타; 및

   상기 저장용기들이 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어지도록 상기 아답타를 결합하고, 그 축을 중심으로 상기 아답타를 회전시켜, 상기 저장용기들 내의 분말이 상기 매개물을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 다이나믹 밀.
10. 제 9항에 있어서, 상기 저장용기는 원통형인 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
11. 제 9항에 있어서, 상기 저장용기는 원통형이며, 입구가 상기 저장용기의 바닥부분 보다 좁은 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
12. 제 9항에 있어서, 상기 아답타는 상기 저장용기들의 입구 사이에 위치하고, 상기 입구 사이를 개방할 수 있도록 형성된 관통홀 및 상기 분말과 매개물을 분리할 수 있도록 일정간격의 틈이 형성된 분리막을 갖는 셔터수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
13. 제 12항에 있어서, 상기 관통홀 및 분리막은 수평하게 배열되어 있으며, 상기 셔터 수단은 상기 아답타에 수평으로 이동가능하도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
14. 제 9항에 있어서, 상기 매개물은 다수개의 볼(ball)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
15. 제 9항에 있어서, 상기 구동수단은 구동축 및 전기적으로 구동되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
16. 제 15항에 있어서, 상기 구동축은 상기 저장용기들이 배열된 평면으로부터 수직인 축과 일정각도를 이루도록 상기 아답타와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
17. 분말을 혼합 및 분쇄하기 위한 다이나믹 밀에 있어서,

    상기 분말에 마찰 및 충격을 가하는 매개물;

    상기 분말 및 매개물이 저장되고, 상하부로 분리가능한 저장용기; 및

    상기 저장용기의 중앙부에 연결되고, 상기 저장용기가 배열된 평면에 수직인 축으로부터 일정각도 기울어진 축을 중심으로 상기 저장용기를 회전시켜, 상기 저장용기들 내의 분말이 상기 볼을 통해 분쇄 및 혼합되도록 하는 구동수단을 포함하는 다이나믹 밀.
18. 제 17항에 있어서, 상기 저장용기는 원통형인 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
19. 제 17항에 있어서, 상기 저장용기는 원통형이며, 입구가 상기 저장용기의 바닥부분 보다 좁은 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
20. 제 17항에 있어서, 상기 저장용기가 상하부로 분리될 수 있도록 상기 저장용기의 중앙부에 위치하는 아탑타를 추가적으로 포함하고, 상기 아답타는 상기 구동수단과 연결되는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
21. 제 20항에 있어서, 상기 아답타는 상기 저장용기의 상하부를 개방할 수 있도록 형성된 관통홀 및 상기 분말과 매개물을 분리할 수 있도록 일정간격의 틈이 형성된 분리막을 갖는 셔터수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
22. 제 21항에 있어서, 상기 관통홀 및 분리막은 수평하게 배열되어 있으며, 상기 셔터 수단은 상기 아답타에 수평으로 이동가능하도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
23. 제 17항에 있어서, 상기 매개물은 다수개의 볼(ball)인 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
24. 제 17항에 있어서, 상기 구동수단은 구동축 및 전기적으로 구동되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.
25. 제 24항에 있어서, 상기 구동축은 상기 저장용기가 배열된 평면으로부터 수직인 축과 일정각도를 이루도록 상기 아답타와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다이나믹 밀.