KR100935692B1 - 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기분사식 분쇄 분산 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축공기에 의해 분쇄 대상물을 상호 충돌시키면서 일정 이하의 입경을 가진 미립자만 외부로 배출하는 분쇄 분산 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치는, 분쇄할 대상물이 투입되는 투입구와, 분쇄된 대상물이 배출되는 배출구를 구비하며, 내부의 하부가 하향 원뿔형상으로 된 분쇄챔버와, 상기 분쇄챔버 내부로 압축공기를 분사하는 복수의 분쇄용 노즐과, 상기 분쇄챔버의 하향 원뿔형상의 꼭지점에 위치하고 압축공기를 상향 분사하는 상승용 노즐과, 일단이 개구되고 타단이 폐쇄된 중공 원통형상이고, 상기 개구된 일단이 상기 분쇄챔버의 배출구와 연통되며, 중심축 방향을 따라 복수의 슬릿이 관통형성된 필터링 로터와, 상기 필터링 로터를 회전시키는 모터를 포함하여 이루어진다.

공기분사, 로터, 분쇄, 입경, 제트밀.

Description

초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치{APPARATUS FOR PULVERIZATION AND DISPERSION BY AIR INJECTION WITH HIGH-SPEED ROTOR FOR FILTERING PARTICLE}

도 1은 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치의 일실시예의 정단면도,

도 2는 도 1의 실시예의 평단면도,

도 3은 도 1의 실시예의 필터링 로터의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 분쇄챔버 110: 투입구

120: 배출구 200: 분쇄용 노즐

300: 상승용 노즐 400: 필터링 로터

410: 슬릿 500: 스크류피더

본 발명은 공기분사식 분쇄 분산 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축 공기에 의해 분쇄 대상물을 상호 충돌시키면서 일정 이하의 입경을 가진 미립자만 외부로 배출하는 분쇄 분산 장치에 관한 것이다.

화학, 농업, 고무, 세라믹, 종이 코팅, 금속, 분말, 페인트 및 도료, 프린팅, 제약, 화장품, 전자 및 제과와 같은 다양한 산업에서 분말 또는 미세 입자 상의 재료가 요구된다. 이런 분말상 재료를 제공하기 위해 볼분쇄, 진동분쇄, 충격분쇄, 제트분쇄, 핀분쇄, 해머분쇄 및 튜브분쇄 등과 같은 다양한 방식의 분쇄장치들이 알려져 있다.

이러한 분쇄장치의 기본 목적은 일정하고 미세하게 분쇄 가공된 재료를 제공하는 것으로서, 서로 다른 종류의 재료를 혼입한 경우에는 분쇄와 동시에 분산 혼합이 함께 이루어지므로 분쇄 분산 장치라 칭하기도 한다. 분쇄장치에는 상기한 방식 만큼이나 여러 종류가 있으나, 특히 제트밀(jet mill)이라 통칭되는 공기분사식 분쇄장치는 고압의 압축공기를 분사하여 공기압에 의해 재료를 서로 충돌시키거나, 벽체에 재료를 충돌시키는 원리를 이용한다. 고압의 압축공기를 지속적으로 공급하여야 하므로, 공기분사식 분쇄장치는 어떤 형식이든 높은 에너지 조건을 요구하며 용량이 제한적일 수밖에 없다는 공통된 문제점을 가진다.

한편, 벽체에 재료를 충돌시키는 방식의 공기분사식 분쇄장치는 벽체의 마모를 초래하며, 분쇄된 대상물에 마모된 벽체가 혼입될 수 있다는 추가적인 문제가 있다. 또한 재료간 충돌에 의해 분쇄하는 방식인 경우에는 높은 에너지 조건에도 불구하고 재료를 효과적으로 분쇄하는 것이 용이하지 않다. 특히 재료간 충돌에 의해 재료를 분쇄하는 경우에는 생성되는 재료 입자의 직경이 무작위적으로 발생하 게 되는데, 이 중 요구되는 입경 이하의 입자만을 추출해내는 방법이 문제된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 동일한 에너지 조건에서 분쇄 대상물을 효율적으로 분쇄할 수 있는 공기분사식 분쇄 분산 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 분쇄된 대상물 중 목표로 하는 입경 이하의 입자들만 추출할 수 있는 공기분사식 분쇄 분산 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 나아가 본 발명은 목표로 하는 입경을 조절할 수 있는 공기분사식 분쇄 분산 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치는, 분쇄할 대상물이 투입되는 투입구와, 분쇄된 대상물이 배출되는 배출구를 구비하며, 내부의 하부가 하향 원뿔형상으로 된 분쇄챔버와, 상기 분쇄챔버 내부로 압축공기를 분사하는 복수의 분쇄용 노즐과, 상기 분쇄챔버의 하향 원뿔형상의 꼭지점에 위치하고 압축공기를 상향 분사하는 상승용 노즐과, 일단이 개구되고 타단이 폐쇄된 중공 원통형상이고, 상기 개구된 일단이 상기 분쇄챔버의 배출구와 연통되며, 중심축 방향을 따라 복수의 슬릿이 관통형성된 필터링 로 터와, 상기 필터링 로터를 회전시키는 모터를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치에 있어서, 상기 복수의 분쇄용 노즐은, 각각 압축공기를 비스듬하게 하향 분사하고, 서로 다른 지점을 지향하고 있는 것이 바람직하다. 이로써 입자를 동일 영역 내에 오랫동안 머물게 하고 분쇄 효율을 향상시킨다.

또한 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치는, 상기 분쇄챔버의 투입구에 연결되고, 분쇄할 대상물을 공급하는 스크류피더를 더 포함할 수 있다. 스크류피더를 구비함으로써 분쇄챔버에 대한 분쇄 대상물의 투입을 안정적이고 지속적으로 유지할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치에 있어서, 상기 모터는 회전속도가 가변되는 것이 바람직하다. 모터의 회전속도를 가변시킴으로써, 분쇄챔버 외부로 배출되는 미립자의 입경을 조절할 수 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치의 일실시예의 정단면도이고, 도 2는 도 1의 실시예의 평단면도이며, 도 3은 도 1의 실시예의 필터링 로터의 사시도이다.

분쇄챔버(100)는 중공 원통 형상의 용기로서, 투입구(110)와 배출구(120)가 각각 외부와 연통되도록 형성되어 있다. 투입구(110)는 분쇄할 대상물을 외부로부 터 공급받는 통로이며, 배출구(120)는 목표로 하는 입경 이하로 분쇄 완료된 분쇄 대상물을 외부로 배출하는 통로이다. 분쇄챔버(100)는 내부공간은 그 하부가 거꾸로 선 원뿔형상으로 되어 있다. 즉, 분쇄챔버(100)의 내부 바닥면은 중심을 향해 하향 경사져 있어 깔때기 형상을 이룬다.

분쇄챔버(100)에는 복수의 노즐이 설치되는데, 3개의 분쇄용 노즐(200)과 하나의 상승용 노즐(300)이 그것들이다. 분쇄용 노즐(200)은 각각 압축공기를 분쇄챔버(100) 내로 분사하여 분쇄 대상물에 대해 와류를 형성시키며, 이 와류 속에서 분쇄 대상물이 서로 부딪히면서 점차로 작은 입경을 가지는 입자상으로 분쇄된다. 도 2에는 분쇄용 노즐(200)이 3개 구비된 것으로 도시하고는 있으나, 그보다 많은 수가 배치될 수도 있다. 그러나, 몇개의 분쇄용 노즐(200)이 배치되더라도, 동일 평면상에사 방사상 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다. 다만, 각 분쇄용 노즐(200)은 동일한 지점을 지향하고 있어서는 안된다. 예컨대, 3개의 분쇄용 노즐(200)이 구비된 경우 각 분쇄용 노즐(200)은 동일한 높이에서 방사상 등간격으로 배치되되, 압축공기를 분사하는 방향은 분쇄챔버(100)의 중심을 벗어난 지점으로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 3개의 분쇄용 노즐(200)이 각각 분쇄챔버(100)의 중심점으로부터 우측으로 벗어난 지점으로 압축공기를 분사하면, 분쇄챔버(100)의 중심점 부근에는 3각형으로 도시된 바와 같은 소용돌이 영역(A)이 형성되며, 여기에 일단 진입한 분쇄 대상물은 비교적 긴 시간 동안 이 영역에서 벗어나지 못하므로, 보다 작은 입경의 미립자로 분쇄될 수 있다.

분쇄챔버(100)의 내부공간 바닥면에는 상승용 노즐(300)이 배치된다. 상승 용 노즐(300)은 분쇄챔버(100) 하부의 하향 원뿔의 꼭지점에 해당하는 부분 즉, 분쇄챔버(100) 내부공간의 깔때기 모양으로 된 바닥면의 최저점에 배치되며, 압축공기를 상향 분사한다. 분쇄챔버(100) 내부에 투입되어 침강하는 분쇄 대상물은, 하향 경사진 바닥면을 따라 최저점으로 모이게 되며, 최저점에 도달하면 상승용 노즐(300)이 분사하는 압축공기에 의해 상승한다. 따라서 침강한 분쇄 대상물은 앞서 설명한 소용돌이 영역(A)으로 다시 진입할 수 있으며, 이 영역에서 추가적으로 분쇄되므로, 보다 작은 입경의 미립자가 된다. 상승용 노즐(300)은 연속적으로 압축공기를 분사할 수도 있으나, 필요에 따라 일정량 이상의 침강 분쇄 대상물이 축적될 때를 기다려 간헐적으로 압축공기를 분사하도록 조작할 수도 있다.

한편, 상승용 노즐(300)에서 분사하는 압축공기에 의해 분쇄챔버(100) 내부에는 상향 기류가 생성되는데, 상향 기류에 의해 목표한 입경에 미처 도달하지 않은 분쇄 대상물이 배출구(120)를 통해 외부로 빠져나갈 가능성이 생긴다. 따라서 분쇄챔버(100) 내부에서 일방적인 상향 기류가 발생하는 것을 억제할 필요가 있으며, 이를 위해 복수의 분쇄용 노즐(200)은 하향 경사진 방향으로 압축공기를 분사하도록 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 분쇄용 노즐(200)에서 분사되는 압축공기가 하향 기류를 생성시킴으로써 상승용 노즐(300)에 의한 상향 기류와 상쇄되도록 하는 것이다.

이와 같이 분쇄챔버(100) 내에서 분쇄 대상물에 대한 분쇄가 계속되면, 분쇄 대상물 중 일부는 목표로 하는 입경 이하의 미립자가 되고, 더 이상 분쇄챔버(100) 내부공간의 바닥면으로 침강하지 않고 분쇄챔버(100) 내부를 부유하게 된다. 한 편, 분쇄챔버(100) 내부로는 분쇄용 노즐(200) 및 상승용 노즐(300)을 통해 외부로부터 압축공기가 분사되고 있는 상태이므로, 외부에 비해 높은 압력이 형성된다. 이 압력에 의해 분쇄챔버(100) 내부의 공기는 배출구(120)를 통해 외부로 빠져나가려고 하는데, 부유중인 미립자 상태의 분쇄 대상물은 이 공기와 함께 외부로 빠져나가게 된다. 그러나, 목표로 하는 입경에 도달하지 않은 즉, 목표로한 입경보다 큰 입자가 외부로 빠져나가서는 안되므로, 미립자 상태의 분쇄 대상물이 배출구에 진입하기 전에 필터링할 수 있는 수단이 필요하다. 이를 위해 필터링 로터(400)가 구비된다.

필터링 로터(400)는 도 3에 도시한 바와 같이, 일단(400a)이 개구되고 타단(400b)이 폐쇄된 중공의 원통 형상으로서, 개구된 일단이 배출구(120)와 연통되도록 배치된다. 또한 필터링 로터(400)는 그 중심축 방향을 따라 필터링 로터(400)의 외벽을 관통하여 복수의 슬릿(410)이 형성되어 있다. 필터링 로터(400)는 별도로 제공되는 모터의 출력축에 맞물려 회전하게 되는데, 복수의 슬릿(410)은 각각 외부의 고정된 어느 한 점에 대해 소정 시간동안 필터링 로터(400) 내부로 진입할 수 있는 통로를 개방하는 역할을 하게 된다. 이때 통로가 개방되는 시간은 슬릿(410)의 폭과 필터링 로터(400)의 회전속도에 따라 결정된다. 분쇄챔버(100) 내부를 부유하던 미립자는 일정 조건을 충족할 경우에 슬릿(410)을 통과하여 필터링 로터(400)의 내부로 진입하여 배출구(120)를 통해 외부로 배출된다. 보다 작은 입경을 가진 미립자는 분쇄챔버(100) 내부의 기류로부터 동일한 에너지를 받더라도, 보다 큰 입경을 가진 미립자에 비해 운동속도가 빨라지는 바, 소정 이하의 입 경을 가진 어느 미립자의 운동속도가 회전하는 필터링 로터(400)의 어느 한 슬릿(410)이 이동하는 선속도보다 빠르다면 슬릿(410)을 통과하여 필터링 로터(400)의 내부로 진입할 수 있다. 따라서 필터링 로터(400)의 슬릿(410)의 폭이나 필터링 로터(400)의 회전속도를 조정하면, 필터링 로터(400)를 통과할 수 있는 미립자의 입경을 조절할 수 있다. 슬릿(410)의 폭을 조정하는 것은 곤란한 일이므로, 필터링 로터(400)의 회전속도를 조정하는 것이 간편하며, 이를 위해 필터링 로터(400)를 회전시키는 모터는 그 회전속도를 가변시킬 수 있는 것이 바람직하다. 보다 작은 입경의 미립자를 획득하기 위해서는 필터링 로터(400)를 초고속으로 회전시킬 필요가 있으므로, 모터는 또한 고속회전이 가능한 것이 바람직하다.

분쇄 대상물에 대한 연속적인 분쇄가 가능하도록 하기 위해서는 분쇄챔버(100)의 투입구(110) 측에서 분쇄 대상물을 지속적으로 공급하여야 한다. 이를 위해 분쇄챔버(100)의 투입구(110)에 스크류피더(500)를 설치하는 것이 바람직하다. 스크류피더란 분입체의 지속적 공급 또는 운반에 널리 쓰이는 장치로서, 관체(510) 내부에 관체의 길이방향을 따라 배치되되, 관체(510)의 내벽에 밀착하여 회전가능하도록 배치된 스크류(520)와, 이 스크류(520)를 회전구동하는 구동모터(530)로 이루어진다. 관체(510)의 일방에 관통구멍(510a)을 형성하고 외부에서 분입체를 투입하면, 스크류(520)가 회전하면서 분입체를 타방으로 이송하고, 결국 관체(510)의 끝단에서 분입체가 토출되는데, 이 관체(510)의 끝단을 분쇄챔버(100)의 투입구(110)와 연통시키면, 분쇄 대상물을 지속적이면서도 안정적으로 투입하면서, 분쇄챔버(100) 내부의 공기가 투입구(110)를 통해 외부로 빠져나가는 것도 최 소화할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치는 복수의 분쇄용 노즐이 서로 어긋난 방향으로 압축공기를 분사하여 소용돌이 영역을 형성하고, 이 영역에 입자가 오랫동안 머물도록 함으로써 동일한 에너지 조건에서 분쇄 효율을 높일 수 있다.

또한 필터링 로터를 초고속으로 회전시킴으로써 분쇄챔버 외부로 배출되는 미립자의 입경을 최소화할 수 있다. 이때 필터링 로터를 회전시키는 모터의 회전수를 제어함으로써, 외부로 배출되는 미립자의 입경을 조절할 수도 있다.

Claims (4)

1. 분쇄할 대상물이 투입되는 투입구와, 분쇄된 대상물이 배출되는 배출구를 구비하며, 내부의 하부가 하향 원뿔형상으로 된 분쇄챔버와,

   상기 분쇄챔버 내부로 압축공기를 분사하는 복수의 분쇄용 노즐과,

   상기 분쇄챔버의 하향 원뿔형상의 꼭지점에 위치하고 압축공기를 상향 분사하는 상승용 노즐과,

   일단이 개구되고 타단이 폐쇄된 중공 원통형상이고, 상기 개구된 일단이 상기 분쇄챔버의 배출구와 연통되며, 중심축 방향을 따라 복수의 슬릿이 관통형성된 필터링 로터와,

   상기 필터링 로터를 회전시키는 모터를 포함하고,

   상기 복수의 분쇄용 노즐은,

   각각 압축공기를 비스듬하게 하향 분사하고, 서로 다른 지점을 지향하고 있는 것을 특징으로 하는 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 분쇄챔버의 투입구에 연결되고, 분쇄할 대상물을 공급하는 스크류피더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 모터는 회전속도가 가변되는 것을 특징으로 하는 초고속 로터를 이용한 공기분사식 분쇄 분산 장치.

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