KR100490858B1 - 가상 관성형 미분체 분급기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 가상 관성형 미분체 분급기는, 조대입자와 미세입자가 혼합된 혼합분체를 포함한 유체가 유입되는 유체유입구가 형성되는 상판; 상기 유체유입구와 연통되고 하부에 상부노즐공이 형성되며, 상기 상판과의 사이에 제1공기유입구가 형성되도록 한 상부 가속노즐; 상기 상부 가속노즐의 하면과의 사이에 미세입자출구가 형성되도록 미세한 틈새를 두고 배치되고, 중심부에 상기 상부노즐공과 연통된 관통공이 형성되는 분체분리노즐; 상기 분체분리 노즐의 하면 사이에 공기가 유입되는 제2공기유입구가 형성되도록 배치되고, 하부에는 하부노즐공이 형성되는 하부 가속노즐; 및 상기 하부 가속노즐의 사이에 미세분출구가 형성되도록 위치하고, 중심부에 상기 하부노즐공과 연통된 조대분출구가 형성되는 하판을 포함한다.

Description

가상 관성형 미분체 분급기{CLASSIFIER}

본 발명은 분급기에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 조대입자들과 혼합되어 있는 혼합분체로부터 서브마이크론 입자를 분급하는 가상 관성형 미분체 분급기에 관한 것이다.

일반적으로 분급기(Classifier)는 기류에 부유된 에어로졸 또는 분립체 입자를 요구하는 입자의 크기에 따라 분리하는 장치로서, 시멘트, 의약품, 촉매, 파인 세라믹(fine ceramic), 프린터 토너, 도료, 안료 및 각종 전자재료 제조공정 등의 산업에서 광범위하게 사용되고 있는데, 최근 제품의 정밀화 첨단화 및 직접화 등에 따라 점차적으로 미세한 서브마이크론(Submicron) 입자에 대한 정밀한 분급장치 기술이 요구되고 있다.

이러한 분급기 중에서 관성 충돌을 이용한 분급기는 분체가 포함된 유체를 노즐을 통해 분사하고, 분사된 유체가 충돌판에서 충돌한 후 출구로 빠져 나가는 과정에서 미세한 입자들도 함께 유동을 따라 외부로 배출되도록 하는 장치이다.

도 4에서는 종래의 충돌식 분급기를 개략적으로 나타내고 있다.

충돌식 분급기는 노즐(2) 또는 분출구의 정면에 충돌판(4)이 배치되고, 노즐(2)에 대해 34도(°) 되는 방향으로 출구(6)가 형성된다.

이러한 분급기는 노즐 유입구로 분체를 포함한 유체를 주입하게 되면, 노즐(2)을 통해 유입되는 유체는 충돌판(4)에 부딪히게 되고 34도(°) 방향에 위치한 출구(6)로 빠져나가게 된다.

이때 충분한 관성을 가진 입자는 관성력에 의하여 충돌판(4)에 부딪히게 되며 충돌판(4)에 부딪히지 않은 미세한 입자는 유동을 따라 밖으로 배출된다.

그러나 이러한 관성 충돌 분급기를 계속하여 사용할 경우 충돌판에 부딪히게 되는 입자들이 계속 누적되고 이에 따라 분급효율이 저하된다.

또한 충돌판에 입자들이 누적된 상태에서 노즐을 통해 계속 유체가 공급되게 되면 입자들이 쌓일수록 유동압이나 유동경로가 변경되어 분급기 고장의 원인이 되고 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 입자의 누적을 방지하여 연속적으로 사용이 가능하도록 한 가상 관성형 미분체 분급기를 제공하는 데 있다.

이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명의 가상 관성형 미분체 분급기는,

조대입자와 미세입자가 혼합된 혼합분체를 포함한 유체가 유입되는 유체유입구가 형성되는 상판;

상기 유체유입구와 연통되고 하부에 상부노즐공이 형성되며, 상기 상판과의 사이에 제1공기유입구가 형성되도록 한 상부 가속노즐;

상기 상부 가속노즐의 하면과의 사이에 미세입자출구가 형성되도록 미세한 틈새를 두고 배치되고, 중심부에 상기 상부노즐공과 연통된 관통공이 형성되는 분체분리노즐;

상기 분체분리 노즐의 하면 사이에 공기가 유입되는 제2공기유입구가 형성되도록 배치되고, 하부에는 하부노즐공이 형성되는 하부 가속노즐; 및

상기 하부 가속노즐의 사이에 미세분출구가 형성되도록 위치하고, 중심부에 상기 하부노즐공과 연통된 조대분출구가 형성되는 하판을 포함한다.

그리고 상기 상부 가속노즐 및 하부 가속노즐에 하부로 갈수록 유동단면적이 감소하는 원추형 공간을 형성하는 것이 바람직하다.

이 원추형 공간에 유체의 유동을 안정화시키기 위한 안내 깃이 배치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 관통공의 중심부에 상기 상부노즐공을 통과한 유체와 상기 제2공기유입구를 통과한 공기의 충돌에 의하여 가상 관성 충돌면이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 유체유입구에는 고전압을 하전시켜 상기 혼합분체를 구성하는 입자들이 동일한 극성을 지니도록 하는 분체 분산장치가 설치되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기를 도시한 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기를 도시한 상세도이며, 도 3은 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기의 주요부분을 도시한 부분 확대도이다.

도면에 도시한 바와 같이, 가상 관성형 미분체 분급기는 분체분리노즐(10)을 사이에 두고 상부 노즐부와, 하부 노즐부를 포함한다.

최초 상부 노즐부로 유입된 혼합분체를 포함한 유체는 상부 노즐부를 통과하고 분체분리노즐(10)을 경유하여 하부 노즐부를 통과하게 되고, 이때 유체에 포함된 혼합분체는 조대입자와 미세입자로 분리되어 배출된다.

이를 위한 구조를 좀 더 상세히 설명하면, 상부 노즐부는 상측에 혼합분체를 포함한 유체가 유입되는 유체유입구(12)가 상판(14)을 관통하여 설치되고, 그 유체유입구(12)의 하측에는 상부 가속노즐(16)이 배치되며, 상부 가속노즐(16)의 중심부에는 유체의 이동을 안내하는 안내 깃(18)이 배치되고, 상부 가속노즐(16)과 상판(14)의 사이에는 공기가 유입되는 제1공기유입구(20)가 형성된다.

유체유입구(12)로 유입되는 혼합분체는 미세입자와 조대입자가 혼합된 상태로 유입된다.

유체유입구(12)에는 분체의 응집을 해체시키기 위하여 분체 분산장치(100)를 설치한다. 분체 분산장치(100)는 고전압을 하전시켜 분체들이 동일한 극성을 지니도록 하는 장치이다.

분체분산장치(100)에 의해 동일한 극성으로 하전된 분체들은 상호간에 전기적인 반발력에 의하여 서로 멀어지게 되고, 이로 인하여 응집된 분체간의 응집력보다 전기적인 반발력이 강해지면 분체는 서로 떨어지게 된다. 떨어진 분진들은 상호반발력에 의하여 다시 응집될 확률이 매우 낮아지며 그 반발력은 분체 분리노즐(10)을 통과하는 동안 지속되어 분급효율을 증대시킨다.

이렇게 유입된 혼합분체는 제1공기유입구(20)를 통해 유입되는 공기로 인하여 미세입자와 조대입자로 된 혼합분체의 안정적인 유동이 가능함과 동시에 미세분진의 확산에 의한 미세입자와 조대입자의 분리가 유도되어진다.

이렇게 유입된 혼합분체를 공기가 감싼 상태에서 혼합분체에 관성을 주기 위해서 상부 가속노즐(16)이 배치되는 바, 상부 가속노즐(16)은 중심부에 원추형 공간이 형성되고, 원추형 공간의 하단에는 상부노즐공이 형성되어 유입된 유체를 고속으로 가속화하여 하부 노즐부로 분출하게 된다.

이때 고속으로 가속화 할 때 유체의 유동을 안정화시키기 위하여 상부 가속노즐(16)의 원추형 공간에 안내 깃(18)이 배치되는 것이다.

상부 가속노즐(16)의 하측에는 미세한 틈새를 두고 분체분리노즐(10)이 배치되어 미세입자출구(22)를 형성하게 된다. 이 미세입자출구(22)로 미세입자가 배출되기 위해서는 상부노즐공의 하부 주변부가 라운드로 형성되어야 한다. 그래야만 상부노즐공을 통과한 유체의 일부가 라운드 표면을 따라 유동이 이루어지고, 그 유동은 미세입자출구(22)를 통해 외부로 빠져 나가게 되는 것이다.

이 분체분리노즐(10)은 그 중심부에 관통공(24)을 형성하게 되며, 이 관통공(24)의 중심부에는 후술하는 제2공기유입구를 통해 유입되는 공기와 상부 가속노즐(16)의 상부노즐공을 통해 분출된 유체의 충돌로 인해 형성된 가상 관성 충돌면(26)이 위치한다.

이 가상 관성 충돌면(26)은 유체와 제2공기유입구(28)를 통해 공기가 유입되어야만 형성된다.

그리고 혼합분체 중에서 관성력이 큰 조대입자들은 상부노즐공을 통과하여 가상 관성 충돌면(26)에 충돌하고 상부노즐공을 통해 분사될 때의 관성력에 의해 가상 관성 충돌면(26)을 통과하게 된다.

또한 관성력이 조대입자들에 비해 작은 미세입자들은 가상 관성 충돌면(26)에 충돌한 후 유동을 따라 34도(°) 방향에 위치한 미세입자출구(22)를 통해 외부로 배출된다.

한편, 분체분리노즐(10)의 하부에 위치하는 하부 노즐부는 가상 관성 충돌면(26)을 통과한 조대입자를 가속하야 분출시키는 하부 가속노즐(30)이 배치되고, 그 하부 가속노즐(30)의 중심부에는 유체의 이동을 안내하는 하부 안내 깃(32)이 배치되며, 하부 가속노즐(30)과 분체분리노즐(10)의 사이에는 공기가 유입되는 제2공기유입구(28)가 형성되고, 하부 가속노즐(30)의 하측에는 하판이 배치되는 구조이다.

여기서 하부 가속노즐(30)은 그 중심부에 상부 가속노즐(16)과 마찬가지로 원추형 공간이 형성되고, 그 원추형 공간의 중심부에는 유체의 유동을 안정화시키는 하부 안내 깃(32)이 배치되며, 원추형 공간의 하단에는 하부노즐공이 형성되어 하부 가속노즐(30)을 통과한 유체가 빠져나갈 수 있도록 한다.

하부 가속노즐(30)을 통해 분출된 유체는 일부 조대입자분출구(34)를 통해 배출되고, 나머지 일부는 하부 가속노즐(30)과 하판(36) 사이에 형성된 하부미세분출구(38)를 통해 배출된다. 이를 위하여 하부 가속노즐(30)의 하부노즐공의 주변부는 라운드로 형성된다.

따라서 관성력이 작은 미세입자들은 라운드된 표면을 따르는 유체와 함께 하부미세분출구(38)를 통해 배출된다.

그리고 관성력이 큰 조대입자들은 하판(36)의 중심부에 형성된 조대입자분출구(34)를 통해 배출된다.

이렇게 미세한 입자를 포함한 유동과 조대입자를 포함한 유동이 분리되고 이들은 각각의 미세입자 출구(22)와 조대입자분출구(34)를 통과하여 각각의 포집 포집장치에 의하여 포집된다.

상술한 바와 같은 분급기에 사용되는 공기는 미세분진이나 먼지등이 함유되어 있지 않은 청정공기를 사용하여 분리효율을 향상시키게 된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기는 다음과 같은 작용을 나타낸다.

유체유입구(12)를 통해 유입된 혼합분체를 포함한 유체는 분체 분산장치(100)를 거치면서 혼합분체의 입자들은 상호 분산된 후 상부 노즐부로 유입된다.

상부 노즐부로 저속으로 유입된 유체는 제1공기유입구(20)로 유입된 공기와 혼합된 후 유동 단면적이 좁아지는 상부 가속노즐(16)을 통과하면서 가속되어 상부노즐공을 통해 분출된다. 이때 가속된 유동 속의 혼합분체의 관성력은 유속이 증가함에 따라 증가한다.

상부노즐공을 통해 분출된 유체는 제2공기유입구(28)를 통해 유입된 공기와 충돌하여 가상 관성 충돌면(26)을 형성하게 된다.

이 가상 관성 충돌면(26)에서, 유체에 포함된 혼합분체 중 일정 이상의 관성력을 가진 조대입자는 가상 관성 충돌면(26)을 통과하여 지나가게 되고, 관성력이 작은 미세 입자들은 분체분리노즐(10)을 따라 흐르는 유동 속에 포함되어 미세입자로 분리된다.

이어서 조대입자를 포함한 유체는 유동단면적이 점차 축소되는 하부 가속노즐(30)을 통과하면서 유속이 증가하게 되고, 유속이 증가된 유체는 하부노즐공을 통과하여 분출된다.

이때 관성력이 큰 조대입자는 하판(36)에 형성된 조대입자분출구(34)를 통과하여 그대로 배출되고, 조대입자에 비해 관성력이 적은 미세입자는 하부노즐공의 라운드를 따라 유동하여 하부미세분출구(38)를 통해 외부로 배출된 후 포집된다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 통하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 당업자의 통상의 지식의 범위 내에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 노즐공을 통해 분출된 유체와 공기유입구를 통해 공급되는 청정공기와 충돌하여 가상 관성 충돌면을 형성함으로써 입자가 쌓이지 않고 하부 가속노즐로 유입되던지 미세분출구를 통해 외부로 빠져나기게 된다.

따라서 입자의 누적을 방지하여 분급효율을 향상시키고 분급기의 고장을 방지하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기를 도시한 측단면도.

도 2는 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기를 도시한 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 가상 관성형 미분체 분급기의 주요부분을 도시한 부분 확대도.

도 4는 종래 관성 충돌 분급기의 작동원리를 설명하기 위한 개략도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 분체분리노즐 12 : 유체유입구16 : 상부 가속노즐 18,32 : 안내 깃

삭제

20 : 제1공기유입구 22 : 미세입자출구26 : 가상 관성 충돌면 28 : 제2공기유입구

삭제

34 : 조대입자분출구 100 : 분체 분산장치

Claims (5)

1. 조대입자와 미세입자가 혼합된 혼합분체의 상기 입자들이 동일한 극성을 지니도록 고전압을 하전시키는 분체 분산장치;

   상기 대전된 입자들을 포함한 유체가 유입되는 유체유입구가 형성되는 상판;

   상기 유체유입구와 연통되고 하부에 상부노즐공이 형성되며, 상기 상판과의 사이에 제1공기유입구가 형성되도록 한 상부 가속노즐;

   상기 상부 가속노즐의 하면과의 사이에 미세입자출구가 형성되도록 미세한 틈새를 두고 배치되고, 중심부에 상기 상부노즐공과 연통된 관통공이 형성되는 분체분리노즐;

   상기 상부노즐공을 통과한 유체가 충돌하는 가상 관성 충돌면을 상기 관통공의 중심부에 형성하도록 공기를 주입하는 제2공기유입구를 상기 분체분리 노즐의 하면 사이에 형성하도록 배치되고, 하부에는 하부노즐공이 형성되는 하부 가속노즐; 및

   상기 하부 가속노즐의 사이에 미세분출구가 형성되도록 위치하고, 중심부에 상기 하부노즐공과 연통된 조대분출구가 형성되는 하판을 포함하는 가상 관성형 미분체 분급기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 가속노즐 및 하부 가속노즐에 하부로 갈수록 유동단면적이 감소하는 원추형 공간을 형성하는 가상 관성형 미분체 분급기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 원추형 공간에 유체의 유동을 안정화시키기 위한 안내 깃이 배치되는 가상 관성형 미분체 분급기.
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