KR100529054B1 - 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는미세분체로부터 수분을 제거하는 장치 및 방법 - Google Patents

고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는미세분체로부터 수분을 제거하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세분말 특히 나노분말 중의 수분을 제거하는 장치에 관한 것으로 구체적으로는 고온다습한 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 효과적으로 포집하기 위하여 캐리어가스내의 수분을 제거하는 장치에 있어서, 분체제조장치에 연결되어 있으며 분체제조장치를 통하여 나온 고온다습한 캐리어가스와 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 흡입하는 역할을 하는 흡입관, 흡입관에 연결되고 캐리어가스에 포함된 수분을 응축시켜 제거하는 2 이상의 수증기응축기, 및 상기 2 이상의 수증기응축기 중 캐리어가스의 이동방향으로 보아 최후단의 수증기응축기에 연결되어 수증기응축기에서 배출되는 분체와 캐리어가스를 백필터로 운반하기 위한 통로를 제공하는 배출관으로 이루어지는 장치로서, 상기 2 이상의 수증기응축기는 각각 내벽의 하부가 사이클론 형상을 가지고 있으며 분체와 캐리어가스가 이동하는 관로를 통하여 서로 직렬로 연결되고, 상기 각각의 수증기응축기는 통과되는 캐리어 가스중의 수분을 응축시키기 위한 수냉재킷, 수냉재킷에 의하여 응축된 응축수가 포집될 수 있는 수분포집기 또는 수분배출구, 및 상기 수분배출구의 상부 사이클론 형상 벽면상에 설치되는 가스 공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치에 관한 것이다.

Description

고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR REMOVING MOISTURE FROM FINE POWDER CARRIED BY HOT AND HUMID CARRIER GAS}
본 발명은 미세분말 특히 나노분말 중의 수분을 제거하는 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 무기산화물의 미세한 분말, 특히 반응 중에 바로 결정화되어 추가 열처리 없이 사용할 수 있는 나노 사이즈의 분말을 제조함에 있어서 고온운전 중에 다량으로 발생되는 수분을 운전라인 상에서 직접 제거하여 응집이 없고 분말성이 우수한 분말의 연속제조를 가능케 하고 또한 그 분말의 회수율을 크게 향상시킨 장치에 관한 것이다.
세라믹 원료분체의 합성법에는 고상법, 액상법, 기상법이 있으며 이 중 액상법의 일종인 용액법은 목적하는 화학종을 함유한 용액을 침전여과, 용매추출여과, 용매기화 및 용액연소 등의 방법을 통하여 조성이 균일하며 미세한 분체를 얻을 수 있는 방법이다. 이 중에서 용매의 기화를 이용하는 분무열분해법(spray pyrolysis method)은 단일 혹은 복합금속염 용액을 조절된 고온분위기 중에 미세한 액적 상태로 분무하여 순간적으로 용매를 증발시켜 금속염의 열분해 및 화학종간의 반응을 단일의 공정으로 목적하는 원료분체를 제조하는 방법을 말한다.
상기 분무열분해법은 액상법으로 얻을 수 있는 일반적인 장점인 고순도, 초미립, 균일조성의 분말을 얻을 수 있을 뿐만이 아니라 침전법, 동결건조법 및 sol-gel법 등의 타 용액법에서 필요한 하소 및 분쇄공정이 필요 없고, 특히 다성분계에서 용해도 차이에 의한 편석이 미세한 액적 내로 한정되므로 균일한 복합조성의 분말의 제조에 적합하여 고온 초전도체의 제조를 위한 전구체 분말의 제조에 사용되는 등 제조공정이 간단하고 연속제조가 가능한 장점을 가지고 있어서 일반적인 세라믹스 제조에 널리 사용되는 방법이다. 이러한 분무열분해법은 목적하는 무기산화물의 화학종을 값싼 금속염의 수용액형태로 원료용액으로 하여 초음파분무기나 2류체 노즐형 분무기를 이용하여 미세한 액적을 형성하여 예를 들면, 500~1300℃의 고온의 열분해장치에 분무하여 순간적으로 용매인 물을 증발시켜 금속염의 열분해 및 화학종간의 반응을 통하여 목적하는 무기산화물을 얻는다. 또한 본원발명은 통상의 분무열분해 방법에만 한정되는 것이 아니라 본 발명자 그룹이 개발한 초음파분무열분해법과 금속질산염과 연료(glycine, urea 또는 citric acid)의 자발착화를 이용한 자발착화법을 융합한 새로운 방법도 그 대상이 될 수 있다.
그러나 상기와 같은 분무열분해법을 이용할 경우에는 제조과정에서 필수적으로 수반되는 용액의 증기 특히 수증기의 생성으로 인하여 제조된 분말과 수증기가 혼합되어 회수되는 현상이 불가피하게 발생될 수 있다. 이러한 수증기는 제조공정라인에 부착하여 합성된 무기산화물 미분말이 회수되는 경로인 파이프나 호스 등과 같은 공정라인의 벽에 응집되는 것을 유발하여 목적하는 무기산화물 미분말의 회수율을 저하(서브마이크론 크기의 미분말 회수율은 통상적으로 25% 이하로 알려져 있어 실험실적인 연구로만 진행 중임)시키거나 최종 회수부인 백필터에까지 부착하여 회수된 미분말의 응집 등과 같은 분말성 저하요인이 될 뿐만 아니라 공정진행 중 각 부분에 응집된 미분말의 제거를 위하여 장치의 운전을 중지해야만 하는 등 연속운전을 방해하는 요인이 될 수 있다.
또한, 상기와 같은 문제점은 상기 분무열분해법이나 자발착화 연소법과 같은 방식을 실시하는 나노분체의 제조를 위한 장치 뿐만 아니라, 분체를 제조하는 방법에서 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 분체의 제조장치에서는 모두 내재되어 있는 문제점이다.
따라서 본 발명은 공정상 필연적으로 고온다습한 캐리어가스에 의하여 운반될 수 밖에 없는 미세분체를 생산하는 제조공정 있어서 다량의 함유 수분을 분체제조 운전 중에 연속적으로 제거될 수 있도록 함으로써, 함유수분으로 인하여 무기산화물 미분말이 회수 공정라인의 벽에 부착, 응집하여 공정라인이 막히거나 백필터가 막히는 등의 현상으로 인하여 부착된 무기산화물 미분말을 수거하기 위하여 분무열분해장치의 운전을 중지하는 일 없이 연속적인 고온운전을 가능케 할 뿐만 아니라 수분의 제거로 인하여 공정라인 벽 등으로의 부착이 없어 그 분말의 회수율이 높고 응집이 없는 우수한 분말의 제조방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 기재된 본 발명의 특징적인 구성을 도 1을 참조하여 살펴보면, 고온다습한 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 효과적으로 포집하기 위하여 캐리어가스내의 수분을 제거하는 장치에 있어서, 분체제조장치(1)에 연결되어 있으며 분체제조장치(1)를 통하여 나온 고온다습한 캐리어가스와 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 흡입하는 역할을 하는 흡입관(30) 또는 흡입구, 흡입관 또는 흡입구(30)에 연결되고 캐리어가스에 포함된 수분을 응축시켜 제거하는 2 이상의 수증기응축기(40,50), 및 상기 2 이상의 수증기응축기(40,50) 중 캐리어가스의 이동방향으로 보아 최후단의 수증기응축기(40,50)에 연결되어 수증기응축기(40,50)에서 배출되는 분체와 캐리어가스를 백필터(70)로 운반하기 위한 통로를 제공하는 배출관(80)으로 이루어지는 장치로서, 상기 2 이상의 수증기응축기는 각각 내벽(41,51)의 하부(41a,51a)가 사이클론 형상을 가지고 있으며 분체와 캐리어가스가 이동하는 관로를 통하여 서로 직렬로 연결되고, 상기 각각의 수증기응축기는 통과되는 캐리어 가스중의 수분을 응축시키기 위한 수냉재킷(42), 수냉재킷(42)에 의하여 응축된 응축수가 포집될 수 있는 수분포집기(43) 또는 수분배출구(54), 및 상기 수분배출구(54)의 상부 사이클론 형상 벽면상에 설치되는 가스 공급구(53)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 상기 수증기응축기 중 캐리어가스의 이동방향에서 볼 때 최전방의 수증기응축기는 분체제조장치의 말단부와 관로로 연결되어 분체제조장치에서 배출되는 분체를 배출즉시 회수하도록 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 또한, 상기 수분배출구는 후속되는 관로로 밀폐연결되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 상기 수분제거장치가 연결된 분체제조장치는 캐리어 가스의 도입구 이외에는 다른 가스의 출입이 없도록 밀폐시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 상기 수증기응축기에 설치된 상기 가스도입구는 가스 공급과 유량조절을 위하여 가스공급기에 연결되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 또한 상기 가스도입구는 미리 가스의 수분을 제거할 수 있는 수분제거장치를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또하나의 특징으로서 청구항 7에 기재된 발명은, 본 발명의 장치를 이용하여 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법으로서, 분체제조장치로부터 공급되는 분체를 수증기응축기내부로 흡인하는 제 1 단계, 복수개 설치된 수증기응축기내에서 분체와 함께 흡인된 캐리어 가스 중의 수분을 응축하는 제 2 단계, 수분이 일정량 제거된 분체를 수증기응축기에 후속되는 관로를 통하여 백필터로 공급하는 제 3 단계, 및 백 필터에 저장된 미세분체를 회수하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 상기 복수개 설치된 수증기응축기내에서 응축된 수분은 수분포집기에 저장되거나 수분배출구를 통하여 외부로 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 또한 상기 수분의 응축시에 상기 수분배출구 상부 사이클론 형상의 벽면상에 설치된 가스도입구를 통하여 상온의 건조한 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 상기 분체제조장치로부터 공급되는 분체를 수증기응축기내부로 흡인할 때, 캐리어 가스의 공급구 외에는 가스가 출입하지 못하도록 분체제조장치를 밀폐시키는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하여 본 발명을 이루는 구성요소별로 각각의 기능을 설명하면 다음과 같다.
복수의 각 수증기응축기(40,50)에 포함되어 있는 수냉재킷(42,52)은 캐리어가스의 온도를 이슬점이하로 낮추어서 캐리어가스에 포함된 수증기를 응축시키는 역할을 한다. 이때, 수증기응축기(40,50)는 하나만 설치되어 있을 경우에는 수분제거효과가 상당히 미약하며 2 이상 복수로 연결되어 있을 경우에 효율적인 수분제거가 가능하다. 각 수증기응축기의 내벽(41,51)의 하부(41a,51a)는 수분을 효과적으로 제거하기 위하여 사이클론 형상으로 제조되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 수증기응축기의 형상으로 인하여 응축된 응축수는 중력으로 인하여 하향으로 제거될 수 있다. 또한 하향으로 이동된 응축수는 대량 생산을 할수록 그 응축되는 양이 증가되므로 한곳에 집적될 수 있는 공간이 필요하거나 외부로 배출되는 수단이 필요하다. 그러므로 상기 수증기응축기의 하단에는 수분을 포집할 수 있는 수분포집기(43)가 있거나 수분을 배출할 수 있는 수분배출구(54)가 위치될 필요가 있다. 하지만 수분배출구(54)를 설치하여 수분을 배출할 경우에는 수분배출구를 후속되는 관로(55)와 밀폐결합하여 외부의 공기가 들어오지 않도록 밀폐되어 있는 것이 보다 효과적이다. 그 이유는 상기의 외부의 공기가 수분배출구(54) 또는 이와 연결된 관로(55)를 통하여 수증기응축기내부로 들어올 경우에는 응축된 수분의 흐름방향과 반대방향으로 공기가 유입되어 관로(55)내의 수분의 흐름을 방해하여 제거효율을 저해시키기 때문이다.
또한 상기 수증기응축기는 분체제조장치로부터 분체를 제공받을 수 있는 통로를 구비할 필요가 있는데, 상기 통로는 흡입관의 형태로 관로로 연결될 수도 있으며 아니면 분체제조장치의 배출구쪽에 흡입구로 바로 연결될 수도 있다. 즉, 상기 도 1에서 도시된 형태와 달리 관의 형태가 아니라 분체제조장치측 출구(분체제조장치의 배출구)와 분체 및 캐리어가스의 흐름방향에서 보아 최전방의 수증기응축기의 입구(흡입구)가 바로 연결될 수도 있다. 또한 상기 최전방 수증기응축기는 도시된 것처럼 분체제조장치의 하단 측면에 설치될수도 있지만, 분체제조장치의 직하에 설치될 수도 있다.
또한, 상기 복수의 수증기응축기(40,50)는 숫자가 많아질수록 수분을 배출할 수 있는 능력은 증대되는데 비하여 후속되는 백필터(70) 등으로 나노분말을 회수하기 위한 캐리어 가스의 유속이 감소되어 분말을 가장 용이하게 회수할 수 있는 백필터(70)로 공급되는 나노분말의 양이 감소될 수 있으므로 그 숫자를 2 또는 3개로 하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 수분배출구(54)는 최후단으로부터 1개 또는 2개의 수증기응축기(40,50)에 설치되는 것이 바람직한데 후단으로 갈수록 응축되는 수분의 양이 증가하는 경향이 있어 수분포집기(43)에 수분을 집적시키는 것보다 유리하기 때문이다.
그리고 상기 복수의 수증기응축기 중 최전방의 수증기응축기는 흡입구에 의하여 분체제조장치(1)와 바로 연결되는데, 분체제조장치(1)의 말단과 관로(30)로 연결되어 배출즉시 회수되도록 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 분체제조장치(1)로부터 생산되어 배출되는 분체는 수분을 다량 함유하고 있는 캐리어 가스에 의하여 운반되기 때문에 이들이 즉시 회수되지 않으면 분체제조장치의 바닥에 침적되어 분체끼리 응집될 우려가 있기 때문이다. 그러나, 제조되는 분체의 응집된 크기가 상당히 큰 경우에는 수분과 함께 포집되도록 하고 이를 바로 건조하여 약간 큰 분체로서의 이용도 가능하다.
또한, 회수되는 분체는 캐리어 가스에 의하여 운반되어 서로 어느 정도의 간격을 가지고 있으나 난류가 발생되면 입자들의 진행방향이 서로 평행하지 않아 입자끼리의 충돌이 발생할 우려가 있으므로 층류흐름을 유지시키는 것이 바람직하다. 상기 층류흐름을 유지하기 위해서는 흡입관(30) 또는 흡입구에 연결된 분체제조장치가 캐리어 가스의 도입구를 통하지 않고는 다른 가스가 출입할 수 없도록 밀폐시키는 것이 필요하다. 그 이유는 가스가 여러가지 경로를 통하여 도입될 경우 가스의 흐름이 일정한 방향으로 되지 않고 중간에서 소산되어 버릴 우려가 있기 때문이다.
상기 수냉장치에 의하여 수증기가 응축할 경우 캐리어가스중 수증기가 차지하고 있던 비율만큼 비체적이 증가하여 가스의 압력이 감소하기 때문에 2차 수증기응축기에 후속될 수 있는 백 필터등의 회수 장치로 캐리어가스 및 분체가 용이하게 운반될 수 없으며 압력감소로 인하여 수증기의 응축도 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 수증기의 응축으로 인한 비체적감소 및 이에 따른 캐리어가스 압력감소를 보상하는 역할을 하는 가스를 공급하는 가스 도입구(53)를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 가스도입구(53)는 수분배출구의 상부 벽에 설치되는 것이 수분제거에 효과적이다. 상기 가스도입구(53)에 의하여 도입되는 가스는 미리 관로내에 실리카 겔 등의 흡습제 등이 설치된 수분제거장치를 통과하는 것이 추가적인 수분유입방지를 위하여 바람직하다. 상기 가스도입구에 의하여 도입되는 가스의 적정량은 캐리어가스의 양 및 회수되는 수증기의 양에 의하여 변하므로 상기의 적정량에 상응하는 양으로 공급하여 줄 필요가 있다. 따라서 가스도입구의 구경을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 일례로서 나노 사이즈의 산화세륨(CeO2) 분말을 초음파분무 열분해법과 자발착화법의 융합법(이하 초음파분무 연소법)으로 제조한 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예 1)
상기의 초음파분무 연소법으로 나노 사이즈의 산화세륨(CeO2) 분말을 제조하기 위하여 도 1에 표시한 바와 같이, 길이 90cm, 내경 10cm의 수직의 석영관과 가열부, 석영관의 상단부에서 3ℓ/min의 분무능을 가진 초음파분무기와 석영관 하단부에 본 발명에 따른 2개의 수증기응축기(이하, 초음파분무열분해기쪽으로부터 순서대로 1차 수증기응축기, 2차 수증기응축기라 함)를 자체 제작, 장착한 초음파분무열분해기를 사용하였다.
상기 1차 수증기응축기의 하단에는 응축수를 저장할 수 있는 수분포집기를 설치하고 2차 수증기응축기의 하단에는 다량의 응축수를 배출할 수 있는 수분배출구를 설치하였으며 수분배출구의 상부 사이클론 벽면상에 공기도입구를 설치하였다. 상기 수분배출구는 호스(관로)로 밀폐연결되고 연결된 호스는 물이 저장된 용기에 침적하여 공기가 호스를 통하여 유입되지 않도록 하였다.
출발물질은 0.8M의 농도의 세륨질산염(Ce(NO3)4·6H2O, 고순도화학, Japan)과 자발착화연소의 연료가 되는 글리신을 여러가지의 비율로 녹인 수용액을 사용하여 700℃의 온도로 유지된 반응관 상부에서 30㎖/min로 분무함과 동시에 디지털로 유속의 제어가 가능한 블라우어로 유속 2ℓ/min이 되도록 흡인하며 분말을 제조하였다.
1차 수증기응축기에서 수분이 포집됨과 동시에 2차 수증기응축기에서는 수냉재킷에 의해 응축되어 반응 후 가스흐름에서 분리된 수분이 본 발명에 따라 설치된 배출구를 통하여 연속적으로 방울방울 떨어져 배출되는 것이 확인되었고 운전종료 후 제거된 수분 양을 확인한 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이 세륨질산염에 대한 글리신의 비가 증가함에 따라 1차 수증기응축기에서 제거되는 물의 양이 감소되고 2차 수증기응축기에서 제거되는 물의 양은 증가하는 경향이 있었다. 이는 분말제조반응이 자발착화에 의한 것이므로 그 비의 변화에 따른 폭발력과 관계가 있다. 즉, 연료의 비가 증가할 수록 폭발력이 강해져서 제조되는 분체와 수증기를 가압하는 가압력이 커지게 되는데, 이러한 가압력으로 인하여 분체와 수증기가 분체제조장치에서부터 후방으로 흘러가는 유속이 강해지기 때문에 1차 수증기응축기쪽에 체류하는 시간이 감소하기 때문이다. 그러나 1,2차 수증기응축기로부터 제거된 수분의 총합은 거의 비슷해지지만 백필터와 각 수증기응축기에서 회수되는 분말의 총합은 그 비에 따라 크게 달라졌다(도 3 참조). 특히, 세륨질산염에 대한 글리신의 비율이 1.0이었을 때 1차 수증기응축기에서는 장입된 물의 양에 비해 26%, 2차 수증기응축기에서는 35%가 제거되어 총 61%의 수분이 제거되면서 최고의 분말회수율(장입을 100%라고 하였을 때 전체 약80%, 백필터에서 약 35%)을 나타내었다(도 4의 유속 2ℓ/min인 경우 참조). 이때 가스도입구로부터 도입된 상온의 가스가 냉각가스의 역할을 하면서 2차 수분제거장치의 후속라인에서 수분을 응축, 제거함으로 최종의 백필터에서 수분함유량이 20% 이하로 양호하고 일차입자 10나노미터 이하, 비표면적 약 30~50m2/g의 나노 사이즈의 분말성이 좋은 산화세륨 분말이 얻어짐을 확인하였다.
(실시예 2)
세륨질산염에 대한 글리신의 비율을 1.0으로 고정하고 블라우어로 흡인하는 가스의 유량을 1, 2, 3ℓ/min으로 변화시킨 것 이외에는 상기의 실시예 1과 같은 조건으로 분말을 제조하였다.
하기 표 1에 유량의 변화에 따른 수분제거율을 나타내었다.
구분 1 ℓ/min 2 ℓ/min 3 ℓ/min
수분제거율(%) 65 61 59
상기 표 1에서 볼 수 있듯이 유량이 증가함에 따라 수분제거율이 약간 감소하는 경향을 나타내고 있으나 대체로 60% 내외의 양호한 값을 나타내고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 본 발명에 따른 수증기응축기를 통한 후 백필터에서 회수된 분말은 수분 함유량이 20%이하이고 일차입자 10나노미터 이하, 비표면적 약 30~50m2/g의 나노 사이즈의 분말성이 좋은 산화세륨 분말인 것을 확인할 수 있었다. 유속변화에 따른 수증기응축기와 백필터에서의 분말회수결과를 도 4에 나타내었고 1차 및 2차 수증기응축기에서의 수분제거결과를 도 5에 나타내었다.
실시예 1,2를 통하여 본 발명의 수분제거방법에 의하여 원료용액의 용매인 다량의 물을 나노 스케일 분말이 흐르는 공정라인의 초기 부분에서 약 60% 정도의 제거가 가능함을 알 수 있으며 유속의 제어에 의하여 85% 이상의 제거도 가능하리라 기대된다. 또한 유속의 감소에 따라 수분제거율이 점진적으로 증가하였는데, 이는 유속의 감소에 따라 얻어지는 분말의 입경이 작아지는 일반적 경향을 고려하면 바람직한 일이며, 본 발명의 배출구와 그 배출구를 통하여 응축수의 중력을 이용하여 연속제거 함과 동시에 백필터로 향하는 반응 후 가스흐름을 냉각하기 위하여 배출구의 상단에 설치한 가스 도입구의 구경을 조절함으로써 수분제거율과 입경의 제어를 용이하게 할 수 있다는 이점이 있다.
무기산화물 제조를 위하여 금속염 수용액을 원료용액으로 하는 분무열분해장치에 있어서 공정상 필연적으로 발생되는 다량의 함유 수분을 분무열분해장치 고온운전 중의 연속적인 제거를 가능케 함으로써 함유수분으로 인하여 무기산화물 미분말 회수 공정라인 벽에 부착, 응집하여 막히거나 백필터의 막힘으로 부착된 무기산화물 미분말을 수거하기 위하여 분무열분해장치의 운전을 중지하는 일 없이 연속적인 운전을 가능케 할 뿐만 아니라 수분의 제거로 인하여 공정라인 벽의 부착이 없어 그 분말의 회수율이 높고 응집이 없는 우수한 분말의 제조방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일례인 분무열분해기의 수분제거장치의 구조를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일례인 세륨질산염과 글리신의 비에 따른 산화세륨을 제조하였을 때 분무열분해기의 1차, 2차 수증기응축기에서 포집된 물의 양의 변화를 나타내는 그래프
도 3은 본 발명의 일례인 세륨질산염과 글리신의 비에 따른 산화세륨을 제조하였을 때 분무열분해기의 1차, 2차 수증기응축기 및 백 필터에서 회수된 븐말(산화세륨)의 양의 변화를 나타내는 그래프
도 4는 본 발명의 일례로서 수분제거장치를 장착한 분무열분해장치를 이용하여 나노 사이즈의 산화세륨(CeO2) 분말의 제조시 유속변화에 따른 수증기응축기와 백필터에서의 분말회수율(%)의 변화를 나타내는 그래프
도 5는 본 발명의 일례로서 수분제거장치를 장착한 분무열분해장치를 이용하여 나노 사이즈의 산화세륨(CeO2) 분말의 제조시 유속변화에 따른 1차 및 2차 수증기응축기에서의 수분제거율(%)의 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 분체제조장치 30 : 흡입관
40, 50 : 수증기응축기 41, 51 : 수증기응축기 내벽
42, 52 : 수냉재킷 43 : 수분포집기
53 : 가스도입구 54 : 수분배출구
55 : 관로 60 : 냉각수
70 : 백필터 80 : 배출관

Claims (11)

  1. 고온다습한 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 효과적으로 포집하기 위하여 캐리어가스내의 수분을 제거하는 장치에 있어서,
    분체제조장치에 연결되어 있으며 분체제조장치를 통하여 나온 고온다습한 캐리어가스와 캐리어가스에 의하여 운반되는 분체를 흡입하는 역할을 하는 흡입관 또는 흡입구,
    흡입관 또는 흡입구에 연결되고 캐리어가스에 포함된 수분을 응축시켜 제거하는 2 이상의 수증기응축기, 및
    상기 2 이상의 수증기응축기 중 캐리어가스의 이동방향으로 보아 최후단의 수증기응축기에 연결되어 수증기응축기에서 배출되는 분체와 캐리어가스를 백필터로 운반하기 위한 통로를 제공하는 배출관으로 이루어지는 장치로서,
    상기 2 이상의 수증기응축기는 각각 내벽의 하부가 사이클론 형상을 가지고 있으며 분체와 캐리어가스가 이동하는 관로를 통하여 서로 직렬로 연결되고,
    상기 각각의 수증기응축기는 통과되는 캐리어 가스중의 수분을 응축시키기 위한 수냉재킷,
    수냉재킷에 의하여 응축된 응축수가 포집될 수 있는 수분포집기 또는 수분배출구, 및
    사이클론 형상 벽면상에 설치되는 가스 공급구를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수증기응축기 중 캐리어가스의 이동방향에서 볼때 최전방의 수증기응축기는 분체제조장치의 말단부와 관로로 연결되어 분체제조장치에서 배출되는 분체를 배출즉시 회수하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 수증기응축기를 2개 또는 3개 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 수분배출구는 후속되는 관로로 밀폐연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수분제거장치가 연결된 분체제조장치는 캐리어 가스의 도입구 이외에는 다른 가스의 출입이 없도록 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 수증기응축기에 설치된 상기 가스도입구는 가스공급기에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 가스도입구는 미리 가스의 수분을 제거할 수 있는 수분제거장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 장치.
  8. 제 1 항에 기재된 장치를 이용하여 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법으로서,
    분체제조장치로부터 공급되는 분체를 흡입관을 통하여 수증기응축기내부로 흡인하는 제 1 단계,
    복수개 설치된 수증기응축기내에서 분체와 함께 흡인된 캐리어 가스 중의 수분을 응축하는 제 2 단계,
    수분이 일정량 제거된 분체를 수증기응축기에 후속되는 관로를 통하여 백필터로 공급하는 제 3 단계, 및
    백 필터에 저장된 미세분체를 회수하는 제 4 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 복수개 설치된 수증기응축기내에서 응축된 수분은 수분포집기에 저장되거나 수분배출구를 통하여 외부로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 수분의 응축시에 상기 수분배출구 상부 사이클론 형상의 벽면상에 설치된 가스도입구를 통하여 상온의 건조한 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 분체제조장치로부터 공급되는 분체를 수분제거장치내부로 흡인할 때, 캐리어 가스의 공급구 외에는 가스가 출입하지 못하도록 분체제조장치를 밀폐시키는 것을 특징으로 하는 고온다습한 캐리어 가스에 의하여 운반되는 미세분체로부터 수분을 제거하는 방법.
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