KR101085543B1 - 폐회로 분쇄 분급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐회로 분쇄 분급장치에 관한 것으로서, 분쇄가 완료된 분쇄물이 수용되는 포집박스와, 액체질소가 저장된 질소저장탱크가 내부에 수용되는 하우징과; 상기 하우징의 일측에 구비되어 피분쇄물이 공급되는 호퍼부와; 상기 호퍼부와 연결되며 상기 호퍼부를 통해 공급된 피분쇄물을 분쇄한 후, 분쇄된 분쇄물을 입자크기별로 분급하는 분쇄부와; 상기 호퍼부에 결합되어 상기 질소저장탱크의 액체질소를 상기 피분쇄물로 공급하여 순간냉각시키는 질소공급부와; 상기 하우징의 내부에 구비되며 일측의 분급관이 상기 분쇄부에 연결되어 분쇄된 분쇄물이 상기 포집박스로 투입되도록 집진하는 집진부를 포함하며, 외부공기는 상기 호퍼부를 통해 분쇄부로 공급된 후 상기 집진부를 통해 외부로 배출되어 상기 피분쇄물의 오염을 방지하는 폐회로를 형성하 는 것을 특징으로 한다.

Description

폐회로 분쇄 분급장치{CLOSED LOOP CLASSIFICATION AND SHATTERING EQUIPMENT}

본 발명은 폐회로 분쇄 분급장치에 관한 것으로, 구체적으로는 피분쇄물을 분쇄하여 초미립상태의 분쇄물을 구분하여 분급시킬 수 있는 폐회로 분쇄 분급장치에 관한 것이다.

초미립 분쇄기술은 난분해성물질의 용해를 가능하게 하므로 용해도가 매우 높아지는 장점을 가지며, 유용물질의 추출이 쉬워지며, 색이나 향기 등의 파괴를 줄이는 분쇄기술로 분쇄 중 저온을 유지함으로써 분쇄과정 중의 색깔이나 향기를 최대로 유지시켜주는 장점이 있다.

최근 출시된 초미립 분말을 이용한 음료의 경우 목넘김성이나 복용 편이성, 건강기능성이 강조됨으로써 판매가 늘어나고 있으나, 아직 관련 제품이 상품화된 제품은 3종에 지나지 않아 그 사용이 부진하다.

일반적으로 음료 등에 첨가하기 위해서는 초미립 분말의 크기가 3 ㎛ 이하여야 한다. 이는 침강속도와 Brownian운동에 의한 전이거리의 상관관계를 고려했을 때 적합한 입자크기이다.

이에 등록특허 0942057에 개시된 바와 같이 피분쇄물을 3 ㎛ 이하로 분쇄할 수 있는 분급 분쇄장치가 개발되었다.

그런데, 개시된 분급 분쇄장치의 경우에도 곶감과 같이 점성이 높고 당분함량이 많은 피분쇄물을 분쇄할 경우, 또는 한방재료 및 기능성 식품재료와 같이 고섬유질 재료들은 미분말화가 어려운 문제가 있어 관련 기술을 확립할 필요가 있었다.

또한, 개시된 종래 분급 분쇄장치는 재료투입구와 배출부가 하우징의 외측으로 드러나 있어 피분쇄물이 개방된 경로를 통해 이송되었다. 이에 따라 외부공기가 하우징 내부로 유입되면서 피분쇄물과 접촉되어 공기 중 수분과 분쇄물이 응집되는 문제가 있었다.

또한, 개시된 종래 분급 분쇄장치는 로터와 스테이터에서 발생되는 열에 의해 피분쇄물의 고유 영양 성분이 변질되는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전체 구조를 액체질소가 순환되는 폐회로 시스템으로 구성하여 피분쇄물의 응집현상을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있는 폐회로 분쇄분급장치를 제공하는 것이다.

또한, 냉매를 이용하여 분쇄부와 구동부를 냉각하여 분쇄열 발생에 의한 피분쇄물의 고유 영양 성분 변질 등을 억제할 수 있는 폐회로 분쇄분급장치를 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 폐회로 분쇄 분급장치에 관한 것이다. 본 발명의 폐회로 분쇄 분급장치는 분쇄가 완료된 분쇄물이 수용되는 포집박스와, 액체질소가 저장된 질소저장탱크가 내부에 수용되는 하우징과; 상기 하우징의 일측에 구비되어 피분쇄물이 공급되는 호퍼부와; 상기 호퍼부와 연결되며 상기 호퍼부를 통해 공급된 피분쇄물을 분쇄한 후, 분쇄된 분쇄물을 입자크기별로 분급하는 분쇄부와; 상기 호퍼부에 결합되어 상기 질소저장탱크의 액체질소를 상기 피분쇄물로 공급하여 순간냉각시키는 질소공급부와; 상기 하우징의 내부에 구비되며 일측의 분급관이 상기 분쇄부에 연결되어 분쇄된 분쇄물이 상기 포집박스로 투입되도록 집진하는 집진부를 포함하며, 외부공기는 상기 호퍼부를 통해 분쇄부로 공급된 후 상기 집진부를 통해 외부로 배출되어 상기 피분쇄물의 오염을 방지하는 폐회로를 형성하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 분쇄부는, 케이싱과; 상기 케이싱 내부에 구비된 스테이터와; 상기 스테이터의 중심에 회전가능하게 설치되며, 상기 호퍼부를 통해 투입된 피분쇄물을 상기 스테이터와의 사이에서 분쇄시키기 위한 다수의 블레이드를 갖는 로터와; 상기 로터를 회전시키는 구동원과; 상기 케이싱을 냉각하기 위한 케이싱냉각부와; 상기 구동원을 냉각하기 위한 구동원냉각부를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 케이싱냉각부는 R-22 증기압축 냉매사이클을 적용하고, 상기 케이싱냉각부 내에는 R-22 냉매가 순환되는 냉매관이 삽입형성된다.

일 실시예에 따르면, 상기 분쇄부는 입자크기 3㎛ 이하를 갖는 분쇄물만을 분급하여 배출시킨다.

본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치는 외부공기는 질소공급관을 통해 호퍼로 공급되고, 분쇄기 내부의 분쇄영역으로 이동된 후 집진팬에 의해 외부로 순환된다. 이에 의해 폐회로 시스템이 완성되어 외기가 피분쇄물과 접촉되어 분쇄물이 수분에 노출되어 응집되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치는 분쇄부 케이싱을 냉각함과 동시에 액체질소에 의해 피분쇄물 자체를 냉각시켜 감과 같이 점성이 높고 당분함량이 많은 경우에도 고유영양성분을 파괴하지 않고 3 ㎛ 이하의 크기로 분쇄할 수 있다.

도 1은 본 발명의 폐회로 분급분쇄기의 구성을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 폐회로 분급분쇄기의 측면구성을 도시한 측면도이고,
도 3은 도2의 A-A 선을 따른 단면구성을 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 폐회로 분급분쇄기의 분쇄기의 내부구조를 도시한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 폐회로 분급분쇄기의 분쇄기 냉매관 구조를 도시한 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도1은 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치(1)의 구성을 도시한 사시도이고, 도2는 폐회로 분급분쇄장치(1)의 측면구성을 도시한 측면도이고, 도3은 도2의 A-A선에 따른 단면구성을 도시한 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치(1)는 하우징(100)과, 하우징(100)의 일측에 구비되어 피분쇄물을 공급하는 호퍼부(200)와, 호퍼부(200)로 액체질소를 공급하는 질소공급부(300)와, 호퍼부(200)를 통해 공급된 피분쇄물을 분쇄하는 분쇄부(400)와, 분쇄부(400)에서 분쇄된 분쇄물을 크기별로 분류하여 분급하는 집진부(500)와, 집진부(500)를 통해 분쇄부(400)로부터 배출된 분쇄물이 수용되는 재료포집부(600)와, 이들의 동작과정을 제어하는 제어부(700)를 포함한다.

하우징(100)은 도시된 바와 외부와의 접촉이 차단된 상태에서 피분쇄물이 공급 및 분쇄되도록 한다. 하우징(100)은 일정 체적을 갖도록 구비되며, 내부에 질소저장태크(310)와, 포집박스(610)를 수용한다. 또한, 하우징(100) 내부에는 공기가 순환하는 공기순환관(560)이 형성되며, 공기순환관(560)을 외부로 노출시키는 공기배출구(110)가 상면에 형성된다.

또한, 하우징(100)의 일측판면에는 도어(120)가 개폐가능하게 구비된다. 도어(120)를 통해 포집박스(610)에 수용된 분쇄물을 외부로 이동시키거나 질소저장탱크(310)를 교환할 수 있다.

호퍼부(200)는 하우징(100)의 일측에 구비되어 분쇄부(400)로 피분쇄물을 공급한다. 호퍼부(200)는 피분쇄물이 투입되는 호퍼본체(210)와, 호퍼본체(210)와 분쇄부(400)를 연결하는 투입관(220)을 포함한다. 투입관(220)의 일측에는 질소공급관(320)이 연결된다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았으나 호퍼본체(210)의 투입영역에는 투입된 피분쇄물을 1차로 분쇄할 수 있는 분쇄블레이드(미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 호퍼본체(210)로 공급되는 피분쇄물의 양을 조절하는 투입모터(미도시)가 구비된다.

질소공급부(300)는 호퍼부(200)로 액체질소를 공급한다. 질소공급부(300)에 의해 공급된 액체질소(LN2)는 대기압력하에서 -196℃에서 액체로 존재하는 비활성의 극저온 액체이다. 질소공급부(300)는 액체질소가 저장되는 질소저장탱크(310)와, 질소저장탱크(310)의 액체질소를 호퍼본체(210)로 공급하는 질소공급관(320)과, 도면에 도시되지 않았으나 액체질소의 공급여부를 조절하는 개폐밸브(미도시)를 포함한다.

질소공급부(300)에 의해 공급된 액체질소는 피분쇄물과 함께 분쇄부(400) 내부로 공급되어 분쇄영역의 온도를 이론적으로 -198℃까지 낮출 수 있다. 이에 의해 분쇄부(400) 내부에서 발생된 열에 의해 피분쇄물의 고유 영양 성분의 변질을 막을 수 있다.

이 때, 질소공급부(300)에서 호퍼부(200)로 공급되는 질소의 양은 피분쇄물의 종류와 물리적 성질 등을 고려하여 제어부(700)에서 결정할 수 있다.

분쇄부(400)는 호퍼부(200)를 통해 공급된 피분쇄물을 3 ㎛이하의 크기로 분쇄하고, 3 ㎛ 이하의 크기를 갖는 분쇄물만 배출시킨다.

도4는 본 발명의 분쇄부(400)의 내부구성을 확대하여 도시한 도면이다. 도1과 도3에 도시된 바와 같이 분쇄부(400)는 하우징(100)의 일측에 배치되는 케이싱(410)과, 케이싱(410)의 내면에 접촉되게 배치되는 스테이터(420)와, 스테이터(420)의 중심에 배치되어 구동원(470)에 의해 회전구동되는 로터(430)와, 로터(430)를 회전구동시키는 구동원(470)과, 3 ㎛ 이상의 크기를 갖는 피분쇄물을 재분쇄하도록 순환시키는 재순환관(460)을 포함한다.

또한, 분쇄부(400)는 케이싱(410)의 내부에 구비되어 케이싱(410)의 표면을 냉각시키는 냉매관(411)과, 구동원(470)을 냉각시키는 구동원냉각부(480)를 포함한다.

본 발명에 따른 분쇄부(400)는 케이싱(410)의 내부에 피분쇄물을 분쇄하는 분쇄영역(A)과, 분쇄된 분쇄물이 집진부(500)에서 발생된 기류에 의해 분급되는 분급영역(B)으로 구분된다.

본 발명에 따른 분쇄부(400)는 피분쇄물의 가속을 위한 반경채널, 수 많은 작은 분쇄작용을 위한 기계요소들과 로터(430)와 스테이터(420) 사이가 최소 거리를 갖도록 설계되고 4이하의 Mohs 경도를 가진 재료를 50 ㎛이하의 입자크기로 생산이 가능하도록 설계되었다. 또한, 분쇄영역의 고정자로서 스테이터(420)의 형상각도는 재료의 경도 및 지방질 함량에 따라 각도를 달리하여 90°의 "V"자홈 형상을 갖도록 구비되었다.

분쇄부(400)의 분급원리는 Stokes 법칙안에서 로터(430)의 고속회전에 의해 발생하는 원심력과 항력에 의하여 입자를 분급하게 된다. 원심력과 항력이 같아지는 지점을 cut size(절단입도)라고 정의할 때, cut size는 조분과 미분이 될 확률이 50:50으로서 원심력에 영향을 받는 입자는 조분으로 편향되어 배출되고, 항력에 영향을 받는 입자는 미분으로 편향되어 로터 중심부인 Stokes 영역(

∼0.3)의 절단입도의 반경(radius of cut size: 항력에 영향을 받는 cut size(절단입도) 생산을 위한 반경)으로 이송되어 배출관(440)을 통해 공기와 함께 배출된다.

분쇄부(400)의 분급원리는 등록특허 0942057에 개시되어 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

한편, 케이싱(410)에 구비된 냉매관(411)은 피분쇄물의 분쇄시 발생되는 열을 냉각시킨다. 본 발명에 따른 폐회로 분급 분쇄장치(1)는 케이싱(410)을 냉각시키기 위한 수단으로 R-22 증기압축 냉매사이클의 기본원리를 적용한 케이싱냉각부(490)를 포함한다. 냉매사이클을 적용하기 위해 케이싱(410) 표면에 도5에 도시된 바와 같이 냉매관(411)을 삽입하여 설치하였다. 냉매사이클에 5hp(copeland, Germany)의 압축기를 적용하고 팽창변을 3냉동톤(model: 3403)을 사용한 경우, 냉각 후 분쇄부(400)의 온도는 약 -35℃이고 응축기에 온도는 약 90℃인 것을 실험적으로 알 수 있었다.

본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치(1)는 냉매사이클에 의해 케이싱(410)의 온도를 -18∼-25℃로 제어할 경우, 분쇄영역(A)에서 분쇄된 분쇄물의 온도를 30∼40℃로 유지할 수 있다. 이에 따라 열에 의한 분쇄물의 고유영양성분 파괴를 방지할 수 있다.

구동원냉각부(480)는 로터(430)를 회전시키기 위한 구동원(470)을 냉각시킨다. 구동원냉각부(480)는 구동원(470)으로 냉매를 공급하여 로터(430)의 고속회전을 위해 구동원(470)과 로터(430) 사이의 베어링 캡의 온도를 솔레노이드 밸브(미도시)에 의해 20∼40℃범위로 조절한다. 이에 따라 직경 200mm인 로터(430)가 12,000rpm까지 안정적으로 회전할 수 있다.

집진부(500)는 내부에 공기를 순환시켜 피분쇄물이 이동되도록 하고, 3 ㎛이하의 크기로 분쇄된 분쇄물이 집진되도록 한다. 집진부(500)는 집진본체(510)와, 분쇄부(400)의 배출관(440)과 연결되는 분급관(520)과, 집진본체(510)의 하부영역에 구비되는 백필터(530)와, 집진본체(510)의 상부영역에 구비되는 진공흡입관(540)과, 기류를 발생시키는 집진팬(550)과, 공기를 순환시키는 공기순환관(560)과, 집진팬(550)을 구동시키는 집진모터(미도시)를 포함한다.

재료포집부(600)는 집진부(500)에 의해 분급되어 배출된 분쇄물을 포집한다. 재료포집부(600)는 하우징(100)의 내부에 수용된 포집박스(610)와, 포집박스(610)를 상하로 승강시키는 승강실린더(620)를 포함한다.

제어부(700)는 분쇄영역(A)의 온도와 구동원(470)의 과부하를 제어하여 투입량 등의 기계적인 동작을 최적상태로 유지할 수 있도록 한다. 제어부(700)는 구동원(470)이 10,500rpm까지 회전속도가 상승하면 집진부(500)의 집진모터(미도시)를 작동시켜 분쇄와 분급을 위한 분쇄조건 설정을 완료한다. 그리고, 설정된 회전수로 호퍼부(200)의 투입모터(미도시)가 작동하여 분쇄재료가 공급되도록 한다. 이 때 투입량이 과도하여 구동원(470)의 전류 값이 설정된 값보다 높아지면 투입모터(미도시)가 동작을 멈추고 투입모터(미도시)의 설정회전수를 자동으로 낮추어 분쇄재료가 재투입되도록 한다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치(1)의 사용과정을 도1 내지 도5를 참조로 설명한다.

피분쇄물은 호퍼본체(210)를 통해 투입되면서 1차로 분쇄된다. 1차로 분쇄된 피분쇄물은 집진부(500)에서 발생된 기류에 의해 축방향 흐름에 편승되어 분쇄부(400)의 분급영역(B)으로 공급된다. 분급영역(B)에서는 분쇄와 분급을 위한 로터(430)가 급속하게 회전함으로써 분급영역(B)의 분말은 원심력에 의하여 분급 경계층 바깥쪽으로 유도되며 원심력 장에서 분급을 위한 층 분리가 형성된다. 공기흐름과 분급영역 로터(430)의 회전속도 영향 하에서 피분쇄물은 조분과 미분으로 분급되어진다. 분급영역(B)에서 회전반경 방향을 따라 입자에 작용하는 원심력과 항력이 생성된다. 로터가 회전할 때 원심력은 생성되고 항력은 분급영역에서 집진팬(550)에 의하여 생성된 공기흐름에 입자가 노출됨으로서 생긴다.

이 때 원심력에 영향을 받는 입자는 조분에 편향되어 재순환관(460)을 통하여 분급이 가능한 입자가 될 때 까지 분쇄와 분급과정을 반복하게 된다. 또한 항력에 영향을 받는 입자는 미분에 편향되어 배출관(440)으로 이동하여 최종제품으로 포집박스(610)로 배출된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치는 외부공기는 질소공급관을 통해 호퍼로 공급되고, 분쇄기 내부의 분쇄영역으로 이동된 후 집진팬에 의해 외부로 순환된다. 이에 의해 폐회로 시스템이 완성되어 외기가 피분쇄물과 접촉되어 분쇄물이 수분에 노출되어 응집되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 폐회로 분급분쇄장치는 분쇄부 케이싱을 냉각함과 동시에 액체질소에 의해 피분쇄물 자체를 냉각시켜 감과 같이 점성이 높고 당분함량이 많은 경우에도 고유영양성분을 파괴하지 않고 3 ㎛ 이하의 크기로 분쇄할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 폐회로 분급분쇄장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 분급분쇄기 100 : 하우징
110 : 공기배출구 120 : 도어
200 : 호퍼부 210 : 호퍼본체
220 : 투입관 300 : 질소공급부
310 : 질소저장탱크 320 : 질소공급관
400 : 분쇄부 410 : 케이싱
411 : 냉매관 420 : 스테이터
430 : 로터 431 : 블레이드
440 : 배출관 460 : 재순환관
470 : 구동모터 480 : 구동원냉각부
500 : 집진부 510 : 집진본체
520 : 분급관 530 : 백필터
540 : 진공흡입관 550 : 집진팬
560 : 공기순환관 570 : 집진모터
600 : 재료포집부 610 : 포집박스
620 : 승강실린더 700 : 제어부

Claims (4)

1. 폐회로 분쇄 분급장치에 있어서,
   분쇄가 완료된 분쇄물이 수용되는 포집박스와, 액체질소가 저장된 질소저장탱크가 내부에 수용되며 외부와의 접촉이 차단되는 하우징과;
   상기 하우징의 일측에 구비되어 피분쇄물이 공급되는 호퍼부와;
   상기 호퍼부와 연결되게 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 호퍼부를 통해 공급된 피분쇄물을 분쇄한 후, 분쇄된 분쇄물을 입자크기별로 분급하는 분쇄부와;
   상기 호퍼부에 결합되어 상기 질소저장탱크의 액체질소를 상기 피분쇄물로 공급하여 순간냉각시키는 질소공급부와;
   상기 하우징의 내부에 구비되며 일측의 분급관이 상기 분쇄부에 연결되어 분쇄된 분쇄물이 상기 포집박스로 투입되도록 집진하는 집진부를 포함하며,
   상기 외부공기는 상기 호퍼부를 통해 상기 분쇄부로 공급된 후, 상기 분쇄부 내부의 분쇄영역으로 이동된 후, 상기 집진부를 통해 외부로 배출되어 상기 피분쇄물의 오염을 방지하는 폐회로를 형성하며,
   상기 분쇄부는,
   케이싱과;
   상기 케이싱 내부에 구비된 스테이터와;
   상기 스테이터의 중심에 회전가능하게 설치되며, 상기 호퍼부를 통해 투입된 피분쇄물을 상기 스테이터와의 사이에서 분쇄시키기 위한 다수의 블레이드를 갖는 로터와;
   상기 로터를 회전시키는 구동원과;
   상기 케이싱을 냉각하기 위한 케이싱냉각부와;
   상기 구동원을 냉각하기 위한 구동원냉각부를 포함하며,
   상기 케이싱냉각부는 R-22 증기압축 냉매사이클을 적용하고, 상기 케이싱냉각부 내에는 R-22 냉매가 순환되는 냉매관이 삽입형성되는 것을 특징으로 하는 폐회로 분쇄 분급장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 분쇄부는 입자크기 3㎛ 이하를 갖는 분쇄물만을 분급하여 배출시키는 것을 특징으로 하는 폐회로 분쇄 분급장치.

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