KR101342401B1

KR101342401B1 - 고속분쇄 도정장치를 이용한 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정

Info

Publication number: KR101342401B1
Application number: KR1020130110039A
Authority: KR
Inventors: 이경복
Original assignee: (주)제이엠테크
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2013-12-18

Abstract

본 발명은 고압축된 알루미늄 스크랩을 해쇄공정, 1차 분쇄공정, 2차 분쇄공정 및 고속분쇄 도정공정을 통해 분할하여 적정 크기로 분쇄시켜 분쇄 시 발생되는 열을 분산하고, 입자 충돌이 가장 빈번하게 발생되는 고속분쇄 도정공정 시 다단으로 고정날 및 회전날이 장착될 뿐만 아니라 발생되는 열을 수냉식 및 공랭식으로 방열시킴으로써 공정이 멈춤 없이 연속되게 이루어지고, 순도 및 회수율을 높인 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정에 관한 것이다.

Description

고속분쇄 도정장치를 이용한 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정{Recycling state of work for Aluminium granule}

본 발명은 고속분쇄 도정장치 및 이를 이용한 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정에 관한 것으로서, 상세하게로는 방열효율을 높이고 토출압을 증가시킨 고속분쇄 도정장치를 이용하여 폐알루미늄 원자재를 입도 200 ~ 2000㎛의 그래뉼로 가공함과 동시에 순도 및 회수율을 현저하게 높인 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정에 관한 것이다.

알루미늄은 전도성, 무독성, 내식성 및 가공성이 우수하며, 인체에 무해할 뿐만 아니라 성형성이 우수하여 구리(Cu), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 니켈(Ni) 등의 다양한 원소들에 결합되어 고강도의 합금을 만들 수 있는 장점으로 인해 가정 및 산업전분야에 걸쳐 다양하게 사용되고 있는 원자재이다.

또한 알루미늄의 수요량이 증가함에 따라 폐알루미늄 원자재를 리사이클링(Recycling)하여 부가가치가 높은 상품으로 제조하기 위한 리사이클링 공정 및 시스템에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.

도 1은 국내등록특허 제 10-0898737호(명칭 : 폐 알루미늄캔을 이용한 합금용 알루미늄 칩 제조 시스템)에 기재된 칩 제조 시스템을 도시한 도면이다.

종래의 칩 제조 시스템(100)은 투입된 폐기물로부터 폐알루미늄 캔을 분리하는 제1 자력선별기(114)와, 제1 자력선별기(114)에 의해 분리된 폐알루미늄 캔으로부터 풍력을 이용하여 종이 및 비닐을 제거하는 제1 송풍기(116)와, 제1 송풍기(116)를 통해 토출된 폐알루미늄 캔들로부터 중력을 이용하여 무거운 이물질을 제거하는 AL 선별기(118)와, V벨트들을 이격되게 설치하여 AL 선별기(118)로부터 투입된 폐알루미늄 캔들에서 무거운 이물질이 낙하되도록 하는 V벨트 선별기(120)와, 풍압을 이용하여 V벨트 선별기(120)로부터 투입된 폐알루미늄 캔들에서 합금용 칩 생산에 부적한 스프레이나 녹차캔 등 무거운 알루미늄캔들을 낙하시키는 제2 송풍기(122)와, 진동을 이용하여 제2 송풍기(122)로부터 투입된 폐알루미늄 캔들의 이물질을 제거하는 진동체(124)와, 진동체(124)로부터 투입된 폐알루미늄을 1차로 파쇄하는 파쇄기(126)와, 풍력을 이용하여 파쇄기(126)에 의해 절단된 알루미늄 캔들로부터 비닐 또는 종이를 제거하는 제3 송풍기(128)와, 제3 송풍기(128)로부터 유입된 폐알루미늄 캔들을 분쇄하여 70℃ 정도의 열을 발생시키는 분쇄기(130)와, 분쇄기(130)에서 배출된 분쇄물에 풍압을 이용하여 이물질을 제거하는 제4송풍기(132)와, 자력을 이용하여 제4 송풍기(132)로부터 유입된 분쇄물에 포함되는 철분을 분리시키는 제2 자력선별기(134)와, 고정날들 및 다단으로 설치되는 회전날들로 형성되되 각 단마다 고정날과 회전날이 0.1 ~ 2.0mm 간격으로 조정하여 회전됨으로써 충돌 및 고속회전을 이용하여 0.1 ~ 0.2mm의 입자크기의 알루미늄 칩을 제조하는 칩 제조기(136)와, 칩 체조기(136)로부터 투입된 알루미늄 칩을 0.5mm 이상인 바나듐용과 0.5mm 이하인 몰리브덴용으로 선별하는 입도선별기(138)로 이루어진다.

이와 같이 종래의 칩 제조 시스템(100)은 풍력, 자력, 회전력 및 마찰열 등을 이용한 복수번의 선별공정들을 통해 폐알루미늄 캔에 혼합된 이물질을 제거함으로써 순도 높은 알루미늄 칩을 재생산할 수 있게 된다.

일반적으로 알루미늄은 600℃의 낮은 녹는점을 갖으며, 알루미늄 입자들이 서로 충돌할 때 열을 발생시키는 특성을 갖기 때문에 소정 부피의 폐알루미늄 캔을 작은 입도로 분쇄하는 경우 입자 충돌 및 모터의 회전으로 인해 열이 과도하게 발생하기 때문에 방열이 효율적으로 이루어지지 않거나 또는 토출압을 적정하게 높이기 위한 별도의 수단이 구성되지 않을 경우 발생되는 열로 인해 유입된 폐알루미늄이 녹아 모터에 눌어붙는 일이 발생하나, 종래의 칩 제조 시스템(100)은 알루미늄의 특성을 감안하여 열을 효율적으로 방열 및 분산시키며, 토출압을 높이기 위한 별도의 구성이 이루어지지 않아 실전에 적용될 때 분쇄가 용이하게 이루어지지 않게 된다.

특히 알루미늄을 10mm 이하의 작은 크기로 분쇄하는 경우 입자 충돌량이 폭발적으로 증가하여 강력한 열이 발생하게 되고, 이에 따라 열을 효율적으로 방열시키기 위한 방열부재 및 수단이 필수적으로 구비되어야 하나, 종래의 칩 제조기(136)에는 이러한 방열수단에 대한 구성이 전혀 이루어지지 않기 때문에 분쇄 시 알루미늄 입자들이 녹아 회전날 및 고정날에 눌어붙어 분쇄가 용이하게 이루어지지 않게 된다.

또한 일반적으로 알루미늄은 단위무게 대비 부피가 크기 때문에 폐알루미늄 수집업체는 운송의 용이함을 위해 수집된 폐알루미늄 원자재를 고압축한 알루미늄 스크랩으로 제조하여 제조업체에 제공하는 방식으로 이루어지고 있으나 종래의 칩 제조 시스템(100)은 고압축된 알루미늄 스크랩의 압축을 해제하여 적정한 크기의 덩어리들로 분리시키기 위한 구성 및 공정에 대한 기재가 전혀 이루어지지 않았기 때문에 실전에 적용하기 어려운 한계를 갖는다.

또한 종래의 칩 제조 시스템(100)은 파쇄기(126) 이전에 풍력 및 중력을 이용하여 이물질을 선별작업이 수행되어 병뚜껑, 종이, 비닐 및 철 캔 등과 같이 큰 부피의 이물질을 제거할 수 있으나 칩 제조기(136)에 의해 가공된 작은 입도의 알루미늄 칩들은 풍력 및 중력에 의해서만 선별작업이 이루어지기 때문에 이물질 제거율이 떨어지게 되고, 이에 따라 가공된 알루미늄 칩의 순도가 떨어지는 문제점이 발생된다.

즉 알루미늄 원자재를 미세 입도의 그래뉼로 리사이클링 하기 위해서는 분쇄 시 강력하게 발생하는 열을 얼마나 효율적으로 방열시킬 것인지와, 토출압을 높이기 위한 구성이 필수적으로 이루어져야 하나, 이러한 알루미늄 특성을 감안한 분쇄장치 및 리사이클링 공정에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 폐알루미늄 원자재들이 압축된 알루미늄 스크랩(S)을 200 ~ 2000㎛의 그래뉼로 가공할 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 폐알루미늄 원자재를 비중을 이용하여 비중별로 분쇄물을 분류함과 동시에 자력, 중력, 풍력 및 정전기력을 이용하여 이물질을 제거함으로써 가공된 알루미늄 그래뉼의 순도를 99%까지 높일 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 고압축된 알루미늄 스크랩을 해쇄공정, 1차 분쇄공정, 2차 분쇄공정 및 고속분쇄 도정 공정을 통해 각 공정별로 분할하여 적정 크기로 분쇄하여 알루미늄 분쇄 시 발생되는 열을 효율적으로 분산시킴으로써 공정이 멈춤 없이 효율적으로 이루어지는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 분쇄가 다단식으로 수행되고, 고정날부가 각 단의 분쇄공간의 외측에 감싸듯이 설치되되 각 단의 분쇄공간에 대응하여 냉각수가 이동되는 냉각로들이 내부에 형성됨으로써 알루미늄 분쇄 시 발생되는 열을 효율적으로 분산 및 방열시킬 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 각 단에 대응되는 고정날 및 와류홈의 수량을 분쇄물의 이동경로에 따라 동일하거나 또는 감소시켜 와류현상을 이동경로에 따라 감소시킴으로써 분쇄 시 발생되는 부하를 효율적으로 분산시킬 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 각 챔버를 통과하는 공기의 유속을 높여 공랭에 의하여 방열이 효율적으로 이루어질 뿐만 아니라 각 챔버에서 소망의 입도로 분쇄된 분쇄물을 다음 챔버로 신속하게 이동시키도록 하기 위한 임펠러를 별도로 설치하고, 상기 임펠러가 곡면형상의 블레이드를 형성하여 유입된 공기의 난반사를 감소시킴으로써 공기의 토출압을 더욱 현저하게 높일 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 토출부 몸체의 개구부에 볼트 체결되는 유속조절부를 더 포함하고, 유속조절부는 내부에 중공을 갖는 원판으로 형성되되 내주면이 원판의 중앙을 향하여 경사지는 경사면으로 형성됨으로써 내측 단부와 임펠러의 간격을 감소시켜 공기의 유속을 획기적으로 증가시킬 수 있는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 고정날과 회전날이 다단으로 설치되는 고속분쇄 도정 장치를 이용하여 상기 회전날을 고속 회전시켜 유입된 폐알루미늄 원자재를 분쇄시키는 고속분쇄 도정단계; 상기 고속분쇄 도정단계에서 토출된 분쇄물의 입자들로부터 이물질을 제거하는 선별단계를 포함하고, 상기 고속분쇄 도정 장치는 로터에 의하여 회전되는 회전축; 상향으로 개구된 곡면홈을 갖는 지지대; 중심이 상기 회전축에 결합되는 원기둥 형상으로 형성되되 외주면에 회전날들이 설치되며, 일측에서 타측을 향할수록 직경이 증가하는 회전날부; 상기 지지대의 곡면홈에 안착되며, 상기 회전축과 동심원상으로 설치되고, 내주면에 상기 회전날들의 회전반경으로부터 간격을 두고 이격되는 고정날들이 설치되는 고정날부; 분쇄물이 유입되는 유입구가 형성되어 상기 회전날부의 일측에 설치되는 유입부; 상기 분쇄물이 토출되는 토출구가 형성되어 상기 회전날부의 타측에 설치되며, 상기 회전날부를 향하는 일면에 개구부를 형성하는 토출부; 상기 회전축의 외주면에 장착되어 회전되는 원판부와, 판재 형상으로 형성되어 상기 원판부에 수직으로 설치되는 복수개의 블레이드(Blade)들로 구성되어 상기 토출부의 개구부에 설치되는 임펠러(Impeller)를 포함하고, 상기 분쇄물은 상기 회전날부와 상기 고정날부 사이의 공간을 통과할 때 상기 회전날에 의한 선회운동에 의하여 입자들이 충돌됨으로써 미세한 크기로 분쇄되고, 상기 임펠러는 상기 회전축의 회전에 따라 회전되어 공기 토출압을 높임과 동시에 유입된 분쇄물이 상기 블레이드에 충돌하여 상기 토출구로 토출시키는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 선별단계는 상기 고속분쇄 도정단계에서 토출된 분쇄물의 입자들을 마찰시켜 상기 분쇄물에 포함된 이물질을 정전기력에 의해 부착되도록 하고, 부착된 이물질을 제거하는 1차 선별단계; 상기 1차 선별단계를 수행한 분쇄물을 풍력을 이용하여 가벼운 이물질을 제거하는 2차 선별단계를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 폐알루미늄 원자재는 폐알루미늄이 고압축된 부피 50㎥ 이상의 알루미늄 스크랩이고, 상기 고속분쇄 도정단계 이전에 수행되어 상기 알루미늄 스크랩의 압축을 해제시켜 상기 알루미늄 스크랩을 입도 60mm 미만의 크기로 해쇄시키는 해쇄단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 해쇄단계 이후에 수행되어 상기 해쇄단계에서 토출된 분쇄물을 입도 30mm 미만의 크기로 분쇄시키는 1차 분쇄단계와, 상기 1차 분쇄단계에서 토출된 분쇄물을 입도 8mm 미만의 크기로 분쇄시키는 2차 분쇄단계를 더 포함함으로써 분쇄로 인해 발생되는 열을 분산시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 2차 분쇄단계 이후에 수행되어 상기 2차 분쇄단계에 의해 분쇄된 분쇄물을 비중을 이용하여 비중이 큰 분쇄 분쇄물 및 비중이 작은 분쇄물로 분류하는 진공 비중 선별단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 회전날부는 서로 다른 직경을 갖는 원기둥 형상으로 형성되어 중심이 상기 회전축에 결합되는 회전체들; 중심이 상기 회전축에 결합되되 인접하는 회전체들 사이에 설치되는 원판 형상의 걸림판들; 상기 회전체들의 외주면에 설치되는 회전날들을 포함하고, 상기 회전체들은 상기 유입부에 인접한 일측에서 상기 토출부에 인접한 타측을 향할수록 큰 직경을 갖도록 상기 회전축에 결합되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날들은 상기 회전축에 평행하게 상기 고정날부의 내주면에 설치되고, 상기 고정날부는 원호 상으로 인접하는 고정날들 사이에 형성되어 와류를 발생시키는 복수개의 와류홈들이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날부는 동심원 상에 설치되는 고정날들 및 와류홈들을 하나의 고정날 배열이라고 할 때 복수개의 고정날 배열들을 포함하고, 상기 고정날 배열들 각각에 설치되는 고정날 및 와류홈의 개수는 상기 분쇄물의 이동경로에 따라 동일하거나 또는 감소되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날부는 동일한 원호 상에 설치되는 고정날들 및 와류홈들을 하나의 고정날 배열이라고 할 때 복수개의 고정날 배열들을 포함하고, 상기 고정날 배열들 각각에 설치되는 고정날 및 와류홈의 개수는 상기 이동경로에 따라 동일하거나 또는 감소되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 회전체들은 4개이고, 상기 분쇄물의 이동경로에 따라서, 첫 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 6mm이고, 두 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 5mm이고, 세 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 3mm이고, 네 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 2mm인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날 배열들은 상기 분쇄물의 이동경로에 따라 제1 고정날 배열, 제2 고정날 배열, 제3 고정날 배열 및 제4 고정날 배열로 이루어지고, 상기 제1 고정날 배열 및 상기 제2 고정날 배열의 와류홈은 '

'자 형상으로, 상기 제3 고정날 배열 및 상기 제4 고정날 배열의 와류홈은 '∪'자 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고속분쇄 도정 장치는 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단을 더 포함하고, 상기 고정날부는 내부에 상기 냉각수공급 수단으로부터 공급받은 상기 냉각수가 이동하는 적어도 하나 이상의 냉각로들이 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 냉각로들은 상기 회전축의 동심원 상으로 형성되되 상기 고정날부의 길이 방향으로 간격을 두고 형성됨으로써 상기 고정날 배열들 각각에 대응되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날부는 길이 방향으로 절단되어 서로 대향되게 설치되는 제1 케이스 및 제2 케이스와, 일단부가 상기 제1 케이스에, 타단부가 상기 제2 케이스에 결합되는 힌지 결합수단으로 이루어짐으로써 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스는 상기 힌지 결합수단에 의해 개폐되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 블레이드들은 길이가 긴 장 블레이드와, 길이가 짧은 단 블레이드들 중 어느 하나이며, 일단부가 상기 원판부의 중앙을 향하며, 타단부가 상기 원판부의 테두리에 연결되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 블레이드들은 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 토출부는 상기 개구부에 탈부착 가능하도록 설치되는 유속조절판을 더 포함하고, 상기 유속조절판은 원판으로 형성되는 원판부; 상기 원판부의 일면으로부터 원 기둥 형상으로 외측으로 돌출되는 전면돌출부; 상기 원판부의 타면으로부터 원기둥 형상으로 외측으로 돌출되는 후면돌출부를 포함하고, 상기 원판부, 상기 전면돌출부 및 상기 후면돌출부의 중앙에는 상기 회전축이 관통되는 중공이 형성되며, 상기 중공을 형성하는 내주면은 상기 전면돌출부에서 상기 후면돌출부를 향할수록 원의 중앙을 향하는 경사면으로 형성됨으로써 상기 경사면의 경사각도에 따라 공기 토출압을 조절하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 고정날은 회전방향을 향하는 일면에 적어도 하나 이상의 경사면들을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 고압축된 폐알루미늄 스크랩을 입도 200 ~ 2000㎛의 그래뉼로 가공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 풍력, 정전기력, 및 망을 기반으로 이물질 선별공정을 수행하여 순도 99%의 알루미늄 그래뉼로 가공할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 해쇄공정, 1차 분쇄공정, 2차 분쇄공정 및 고속분쇄 도정 공정을 통해 각 공정 별로 알루미늄 스크랩(S)을 소망의 입도로 분할하여 해쇄 및 분쇄함으로써 분쇄 시 발생되는 열을 효율적으로 분산시켜 분쇄 도중 폐알루미늄이 용융되어 공정이 멈추는 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 고속분쇄 도정장치가 2차 분쇄장치로부터 유입된 2차 분쇄물을 다단식으로 재차 분할하여 분쇄함으로써 분쇄 시 발생되는 열의 분산이 더욱 효율적으로 이루어지게 된다.

또한 본 발명에 의하면 고속분쇄 도정장치가 고정날부의 내부에 냉각수가 이동하는 냉각로들을 형성하고, 각 냉각로는 분쇄물이 분쇄되는 챔버들 각각의 외측에 챔버를 감싸듯이 형성됨으로써 알루미늄 분쇄공정 시 가장 중요한 문제인, 입자 충돌로 인한 과도한 열을 수냉식 방열을 통해 최소화 시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 고속분쇄 도정장치가 2차 분쇄물을 다단식으로 분할하여 분쇄하되 이동경로에 따라 부피가 감소되는 챔버의 특성에 따라 각 단에 대응되는 고정날 및 와류홈의 수량을 분쇄물의 이동경로에 따라 동일하거나 또는 감소, 즉 각 챔버의 와류홈에서 발생되는 와류현상을 이동경로에 따라 감소시킴으로써 분쇄 시 발생되는 부하를 효율적으로 분산시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 임펠러가 토출압 및 공기의 유속을 높임으로써 분쇄물이 소망의 입도로 분쇄되면 분쇄물을 다음 챔버로 용이하게 이동하도록 함과 동시에 공랭에 의하여 방열이 효율적으로 이루어지도록 한다.

또한 본 발명에 의하면 임펠러의 블레이드가 곡면형상으로 형성되어 블레이드에 반사되는 공기를 회전방향에 따라 외측으로 용이하게 배출시킴으로써 공기의 유속이 더욱 증가하게 된다.

또한 본 발명에 의하면 내주면의 경사각도에 따라 공기의 유속을 조절하는 유속조절부를 더 포함함으로써 공기의 유속을 획기적으로 높임과 동시에 유속조절부를 교체하는 단순한 작업만으로 토출압 및 공기 유속을 조절할 수 있다.

도 1은 국내등록특허 제 10-0898737호(명칭 : 폐 알루미늄캔을 이용한 합금용 알루미늄 칩 제조 시스템)에 기재된 칩 제조 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 리사이클링 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 리사이클링 방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3은 도 2에 적용되는 알루미늄 스크랩을 나타내는 실사진이다.
도 4는 도 2의 고속분쇄 도정 공정에 사용되는 고속분쇄 도정 장치를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해 사시도이다.
도 6은 도 4의 하우징부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 4의 분쇄부를 나타내는 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 분쇄부를 설명하기 위한 측단면도이다.
도 9는 도 8의 고정날부를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 정면도이다.
도 11은 도 10의 와류홈에 의해 발생되는 와류현상을 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 도 9의 고정날 판재의 평면도이다.
도 13의 (a)는 '

'자 형상의 와류홈을 나타내는 측면도이고, (b)는 'U'자 형상의 와류홈을 나타내는 측면도이다.
도 14는 도 5의 회전날부를 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14의 측면도이다.
도 16은 도 7의 분쇄부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 17은 도 14의 고정날을 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 17의 측면도이다.
도 19는 도 7의 임펠러를 나타내는 평면도이고, 도 20은 도 19의 측면도이다.
도 21의 (a)는 임펠러의 블레이드가 평면으로 형성될 때를 설명하기 위한 예시도이고, (b)는 임펠러의 블레이드가 곡면으로 형성될 때를 설명하기 위한 예시도이다.
도 22는 도 3의 하우징부의 하우징을 나타내는 측단면도이다.
도 23은 도 21의 유속조절부를 나타내는 측단면도이다.
도 24의 (a)는 종래에 임펠러가 설치된 하우징을 나타내는 측단면도이고, (b)는 본 발명에 적용되는 임펠러가 설치된 하우징을 나타내는 측단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 알루미늄 리사이클링 방법을 나타내는 플로차트이고, 도 3은 도 2에 적용되는 알루미늄 스크랩을 나타내는 실사진이다.

도 2의 알루미늄 리사이클링 공정(1)은 해쇄, 분쇄 및 선별 공정을 통해 폐알루미늄 원자재 운송을 용이하게 하기 위해 일정 부피로 압축된 도 3의 알루미늄 스크랩(S)을 미세 입도의 그래뉼로, 상세하게로는 200 ~ 2000㎛의 입도, 99% 이상의 순도 및 90% 이상의 회수율을 갖는 알루미늄 그래뉼을 가공하기 위한 공정이다.

또한 알루미늄 리사이클링 공정(1)은 알루미늄 스크랩(S)의 압축을 해제시켜 알루미늄 스크랩(S)을 40 ~ 60mm의 알루미늄 촙(이하 해쇄물이라고 하기로 함)들로 해쇄시키는 해쇄공정(S10)과, 해쇄공정(S10)에 의해 해쇄된 해쇄물을 입도 20 ~ 30mm로 분쇄시키는 1차 분쇄공정(S20)과, 1차 분쇄공정(S20)에 의해 가공된 1차 분쇄물을 입도 6 ~ 8mm의 크기로 분쇄시키는 2차 분쇄공정(S30)과, 2차 분쇄공정(S30)에 의해 분쇄된 2차 분쇄물의 비중을 이용하여 2차 분쇄물을 비중이 큰 분쇄물과 비중이 작은 분쇄물로 분류하는 진공 비중 선별공정인 1차 선별공정(S40)과, 자력 및 중력을 이용하여 1차 선별공정(S40)을 통해 분류된 2차 분쇄물로부터 이물질을 제거하는 자력 및 중력 선별공정인 2차 선별공정(S50)과, 후술되는 도 4의 고속분쇄 도정 장치(1)를 통해 2차 선별공정(S50)에 의해 이물질이 제거된 2차 분쇄물의 입자충돌을 유도하여 2차 분쇄물을 입도 0.2 ~ 2mm의 크기로 분쇄시키는 고속분쇄 도정 공정(S60)과, 정전기력을 이용하여 고속분쇄 도정 공정(S60)에 의해 가공된 3차 분쇄물들로부터 이물질을 제거하는 3차 선별공정(S70)과, 풍력을 이용하여 3차 선별공정(S70)을 수행한 분쇄물의 이물질을 제거하는 4차 선별공정(S80)으로 이루어진다.

또한 도 2에는 도시되지 않았지만 각 공정(S10), (S20), (S30), (S40), (S50), (S60), (S70), (S80)들 사이에는 컨베이어 벨트, 이송파이프 등과 같은 이송수단이 설치되어 공정을 통해 가공된 가공물이 이송수단을 통해 다음 공정으로 이송된다.

해쇄공정(S10)은 해쇄수단을 이용하여 고압축된 알루미늄 스크랩(S)의 압축을 해제시켜 다음 공정인 1차 분쇄공정에 적합한 크기, 상세하게로는 40 ~ 60mm의 크기로 해쇄시키는 공정단계이다.

즉 해쇄공정(S10)은 대략 부피 100 ~ 150㎥를 갖는 알루미늄 스크랩(S)이 1차 분쇄공정(S20) 시 용이하게 분쇄될 수 있도록 알루미늄 스크랩(S)을 40 ~ 60mm의 크기로 해쇄시키는 단계이다.

또한 해쇄공정(S10)은 본 발명의 출원인에 의해 등록된 국내등록특허 제 10-1207516호(2012.11.27)(명칭 : 알루미늄 스크랩 해쇄장치)에 개시된 해쇄장치를 이용하여 알루미늄 스크랩(S)을 해쇄시킨다. 이때 해쇄공정(S10)에 의해 가공된 해쇄물은 이송수단(미도시)에 의해 다음 공정인 1차 분쇄공정(S20)으로 이송된다.

1차 분쇄공정(S20)은 공지된 분쇄장치 및 수단을 이용하여 해쇄공정(S10)로부터 유입된 입도 40 ~ 60mm의 해쇄물을 입도 20 ~ 30mm로 분쇄하는 공정단계이다.

또한 1차 분쇄공정(S20)에 의해 분쇄된 1차 분쇄물은 이송수단에 의해 다음 공정인 2차 분쇄공정(S30)으로 이송된다.

2차 분쇄공정(S30)은 공지된 분쇄장치 및 수단을 이용하여 입도 20 ~ 30mm의 1차 분쇄물을 입도 6 ~ 8mm의 크기로 분쇄시키는 공정단계이고, 이때 분쇄된 2차 분쇄물은 이송수단에 의해 고속분쇄 도정 공정(S40)으로 이송된다.

또한 1차 및 2차 분쇄공정(S30)에 적용되는 분쇄장치 및 수단은 분쇄시스템에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 본 발명에서는 입자 충돌로 인해 열을 발생시키는 알루미늄의 특성을 감안하여 고압축된 소정의 부피를 갖는 알루미늄 스크랩(S)을 해쇄 공정(S10), 1차 분쇄공정(S20) 및 2차 분쇄 공정(S30)들을 통해 단계별로 해쇄 및 분쇄시킴으로써 분쇄 시 발생되는 과도한 열을 분산시키도록 한다.

1차 선별공정(S40)은 2차 분쇄공정(S30)에 의해 분쇄된 2차 분쇄물의 비중을 이용하여 2차 분쇄물을 비중이 큰 분쇄물과 비중이 작은 분쇄물로 분류한다.

2차 선별공정(S50)은 자력 및 중력을 이용하여 1차 선별공정(S40)을 통해 분류된 2차 분쇄물로부터 이물질을 제거한다.

고속분쇄 도정 공정(S60)은 후술되는 도 4의 고속분쇄 도정 장치(1)를 이용하여 입도 6 ~ 8mm의 2차 분쇄물을 0.2 ~ 2mm의 크기로 분쇄하는 공정단계이다. 이때 일반적으로 폐알루미늄을 0.2 ~ 2mm의 미세한 크기로 분쇄하기 위해서는 분쇄물 입자들의 충돌을 폭발적으로 증가시켜야 하나, 이러한 활발한 입자충돌은 과도한 열을 발생시켜 분쇄물 입자들을 녹이게 되고, 이에 따라 입자들이 분쇄날에 눌어붙어 공정이 원활하게 이루어지지 않는 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 도 4의 고속분쇄 도정 장치를 연구하였다.

도 4는 도 2의 고속분쇄 도정 공정에 사용되는 고속분쇄 도정 장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이다.

도 4와 5의 의 고속분쇄 도정 장치(1)는 선회운동 및 내부 와류현상을 이용하여 유입된 분쇄물 입자들의 충돌을 유도하여 미세 입도로, 상세하게로는 2차 분쇄 공정(S30)으로부터 유입된 입도 6 ~ 8mm의 2차 분쇄물을 입도 0.2 ~ 2mm의 크기로 분쇄시키는 장치이다.

고속분쇄 도정 장치(1)는 지지대(31), 유입부(33) 및 토출부(35)를 포함하여 분쇄부(5)를 고정 및 지지하는 하우징부(3)와, 모터 등과 같이 회전운동을 발생시켜 분쇄부(5)의 회전날부(51)를 회전시키며 하우징부(3)에 이격되게 설치되는 로터부(7)와, 하우징부(3)의 지지대(31)에 결합되어 회전날부(51) 및 고정날부(53)를 이용하여 유입된 2차 분쇄물을 분쇄시키는 분쇄부(5)로 이루어진다.

또한 도 4와 5에는 도시되지 않았지만 고속분쇄 도정 장치(1)는 후술되는 도 9의 고정날부(53)의 제1, 제2 케이스(530), (540)로 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단(미도시)을 더 포함한다.

또한 도 4에서는 도시되지 않았지만 2차 분쇄공정(S30)에 의해 분쇄된 2차 분쇄물은 컨베이어 벨트와 같은 이송수단에 의해 하우징부(3)의 유입부(33)의 유입관을 통해 유입된 후 분쇄부(5)를 통과한 후 토출부(35)의 토출관(353)을 통해 외부로 토출되는 경로로 이동하게 된다.

또한 로터부(7)는 회전운동을 발생시키는 장치이며, 생산 장치 및 공정에 통상적으로 사용되는 모터인 것이 바람직하다.

도 6은 도 4의 하우징부를 나타내는 사시도이다.

도 6의 하우징부(3)는 상부면에 내측으로 곡면형상의 대접홈(311)이 형성되는 지지대(31)와, 지지대(31)의 일측에 결합되어 후술되는 도 7의 분쇄부(5)의 회전축(511)이 회전 가능하도록 결합되는 유입부(33)와, 지지대(31)의 타측에 결합되되 내부에 후술되는 도 7의 분쇄부(5)의 임펠러(Impeller)(55)가 설치되는 토출부(35)와, 단부가 유입부(33)의 일측에 연결되어 2차 분쇄물을 분쇄부(5)로 유입시키는 유입관(333)과, 토출부(35)의 일측에 연결되어 분쇄부(5)에 의해 분쇄된 분쇄물(이하, 3차 분쇄물이라고 하기로 함)을 외부로 토출시키는 경로를 제공하는 토출관(353)으로 이루어진다.

지지대(31)는 상부면이 내측으로 만곡되는, 상세하게는 길이 방향으로 양단부에서 중심선을 향할수록 내측을 향하는 곡면형상의 대접홈(311)을 갖는 직육면체 형상으로 형성되며, 길이 방향으로 일측에 유입부(33)가, 타측에 토출부(35)가 결합된다. 이때 대접홈(311)은 분쇄부(5)의 고정날부(53)의 하부 외주면의 형상에 대응되어 고정날부(53)의 하부 외주면에 대접됨으로써 분쇄부(5)의 회전 및 진동으로 인한 충격을 흡수 및 완화시킨다.

유입부(33)는 원판 형상의 판재로 형성되어 지지대(31)의 일측에 수직으로, 상세하게로는 지지대(31) 및 분쇄부(5)의 측부를 밀폐시킨다.

또한 유입부(33)는 원판 형상으로 형성되되 외측을 향하는 일면(이하, 외면이라고 하기로 함)에 외면으로부터 원기둥 형상으로 돌출되는 돌출부(331)가 형성되고, 돌출부(331)의 중앙에는 분쇄부의 회전축(511)이 삽입되는 회전축 삽입공(332)이 형성된다.

이때 유입부(33)의 회전축 삽입공(332)을 관통하여 돌출된 회전축(511) 단부는 베어링(335)에 결합되고, 베어링(335)은 체인(71) 등과 같은 연결수단에 의하여 로터부(7)에 연결됨으로써 로터부(7)의 회전에 따라 분쇄부(5)의 회전축(511)이 회전되게 된다.

또한 유입부(33)의 돌출부(331)는 2차 분쇄물이 유입되는 유입관(333)에 연결된다. 이때 유입관(333)을 통해 유입된 분쇄물은 후술되는 도 19의 임펠러(55)가 공기를 흡입함에 따라 유입부(33) -> 분쇄부(5) -> 임펠러(55) -> 토출부(35) -> 토출관(353)으로 이동되며, 분쇄 시 발생되는 열을 공랭식으로 방열시켜 폐알루미늄 원자재인 분쇄물이 분쇄 도중에 용융되는 현상을 방지할 수 있다.

또한 도면에는 도시되지 않았지만 고속분쇄 도정 장치(1)는 분쇄부(5)를 향하는 일면에 디스트리뷰터(Distributor)가 더 설치되어도 무방하다. 이때 디스트리뷰터는 분쇄 장치 및 시스템에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

토출부(35)는 일측면에 개구부(351)가 형성되어 내부에 수용공간을 갖는 함체로 형성되며, 일측이 토출관(353)에 연결된다.

또한 토출부(35)는 개구부(351)가 분쇄부를 향하도록 지지대(31)의 타측에 결합되며, 수용공간 내부로 임펠러(55)가 설치된다. 이때 임펠러(55)는 분쇄부(5)의 회전축(511)이 관통되어 회전축(511)의 회전에 따라 회전되고, 임펠러(55)가 회전됨에 따라 임펠러(55) 전방의 공기는 임펠러(55)를 향하여 흡입되고, 흡입된 공기는 임펠러(55)의 후방으로 배출되어 토출압이 증가하게 된다.

즉 토출부(35)는 개구부(351)가 분쇄부(5)를 향하되 개구부(351)가 분쇄부(5)의 회전날부(51)의 단부로부터 소정의 거리로 이격된 상태로 지지대(31)의 타측에 결합됨으로써 임펠러(55)에 의해 유입관(333)을 통해 유입된 2차 분쇄물이 분쇄부(5)를 통과하여 임펠러(55)로 이동하게 된다.

즉 분쇄부(5)를 통과하는 분쇄물은 임펠러(55)에 의한 공기의 이동에 따라 임펠러(55)를 향하여 이동하게 된다.

또한 토출부(35)는 도면에는 도시되지 않았지만 타면에 분쇄부(5)의 회전축(511)이 회전 가능하도록 결합된다. 즉 분쇄부(5)의 회전축은 일단부가 유입부(33)에, 타단부가 토출부(35)에 결합된다.

도 7은 도 4의 분쇄부를 나타내는 분해 사시도이다.

도 7의 분쇄부(5)는 선회운동 및 와류운동을 이용하여 유입된 2차 분쇄물 입자들의 충돌을 유도함으로써 2차 분쇄물을 미세 입도로 분쇄 및 가공하는 장치이다.

또한 분쇄부(5)는 내주면에 복수개의 고정날(535)들이 형성되는 고정날부(53)와, 외주면에 복수개의 회전날(517)들이 구비되어 고정날부(53)의 내부에 설치되되 중앙으로 회전축(511)이 결합되어 회전축(511)의 회전에 따라 회전되는 회전날부(51)와, 토출부(35) 내부에 설치되되 회전날부(51)로부터 소정의 간격을 두고 중앙이 회전축(511)에 결합되는 임펠러(55)로 이루어진다.

도 8은 도 7의 분쇄부를 설명하기 위한 측단면도이다.

분쇄부(5)는 도 8에 도시된 바와 같이 고정날부(53) 내측으로 회전날부(51)가 회전 가능하도록 결합될 때 고정날부(53) 및 회전날부(51) 사이에 공간(800)이 형성된다. 이때 고정날부(53) 및 회전날부(51) 사이에 형성되는 공간(800)을 챔버(Chamber)라고 하기로 하고, 유입관(333)을 통해 유입된 분쇄물은 챔버(800)를 통과하여 임펠러(55)로 이동하게 된다.

이와 같이 분쇄부(5)는 분쇄물을 한 번의 분쇄 공정을 통해 분쇄할 때 과도한 열이 발생되어 폐알루미늄이 용융되는 문제를 해결하기 위하여 분쇄물을 4단식으로 분할하여 분쇄한다. 이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 분쇄부(5)가 4단식으로 구성되는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 분쇄부(5)의 분쇄공정은 5단식 이상으로 구성되어도 무방하다.

또한 분쇄부(5)는 회전축과 동심원상에 위치한 고정날부(51) 및 회전날부(53)를 일단으로 할 때 최초 유입된 2차 분쇄물을 5 ~ 6mm의 크기로 분쇄하는 1단 분쇄부(5-1)와, 1단 분쇄부(5-1)로부터 배출된 분쇄물을 3 ~ 5mm의 크기로 분쇄하는 2단 분쇄부(5-2)와, 2단 분쇄부(5-2)로부터 배출된 분쇄물을 2 ~ 3mm의 크기로 분쇄하는 3단 분쇄부(5-3), 3단 분쇄부(5-3)로부터 배출된 분쇄물을 0.2 ~ 2mm의 크기로 분쇄하는 4단 분쇄부(5-4)로 이루어진다.

도 9는 도 8의 고정날부를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 9의 정면도이다.

고정날부(53)는 도 9와 10에 도시된 바와 같이 결합 시 중공을 갖는 원기둥 형상으로 형성되는 제1 케이스(530) 및 제2 케이스(540)와, 상기 케이스(530), (540)들을 힌지 결합시키는 결합수단(550)으로 이루어지고, 하부를 형성하는 제2 케이스(540)의 하부 외주면이 지지대(31)의 대접홈(311)에 설치된다.

즉 제1 케이스(530) 및 제2 케이스(540)는 서로 대향되게 설치되되 결합수단(550)에 의해 힌지(550) 결합됨으로써 개폐가 가능하도록 결합된다. 이때 제1 케이스(530) 및 제2 케이스(540)에 의해 형성된 중공 내부로 회전날부(51)가 설치된다.

또한 제1 케이스(530)는 하부 외주면이 지지대(31)의 대접홈(311)에 대접되게 설치되어 제2 케이스(540)를 제1 케이스(530)로부터 개방시키는 작업만으로 기기점검 및 부품교체가 용이하게 이루어지게 된다.

이와 같이 제1 케이스(530) 및 제2 케이스(540)는 밀폐될 때 내부에 길이방향의 중공이 형성되며, 내부공간에 회전날부(51)가 삽입 설치된다.

제1 케이스(530)는 일면에 곡면형상의 홈이 형성되되 내부에 원호를 따라 관통되는 복수개의 냉각로(532)들이 형성되는 케이스 몸체(531)와, 케이스 몸체(531)의 내주면에 대접되게 설치되는 고정날 판재(533)로 이루어진다. 이때 고정날 판재(533)의 내주면에는 지지대(31)의 길이방향에 평행한 방향으로 복수개의 고정날(535)들이 설치된다.

또한 케이스 몸체(531)는 내부에 원호를 따라 관통되어 냉각수 공급수단(미도시)으로부터 유입된 냉각수가 이동하는 냉각로(532), (532'), (532''), (532''')들이 간격을 두고 형성된다. 이때 냉각로(532), (532'), (532''), (532''')들의 간격은 후술되는 도 14의 회전날부(51)의 1차, 2차, 3차, 4차 회전날 배열(a), (b), (c), (d)들의 간격에 대응됨으로써 각 단의 수냉방열이 효율적으로 이루어지게 된다. 또한 제1 케이스 몸체(531)에 형성된 냉각로(532), (532'), (532''), (532''')들은 제1 케이스(530)와 제2 케이스(540)가 결합될 때 제2 케이스(540)의 케이스 몸체의 냉각로들에 연결된다.

고정날 판재(533)는 단면적이 "U"자 형상으로 형성되어 케이스 몸체(531)의 내주면에 대접된다.

또한 고정날 판재(533)는 내주면에 지지대(31)의 길이 방향에 따라 평행하게 설치되는 고정날(535)들과, 동일한 원호 상으로 인접되는 고정날(535)들 사이에 형성되어 와류를 발생시키는 와류홈(537)들이 형성된다.

제2 케이스(540)는 제1 케이스(530)와 동일한 형상 및 구성으로 이루어진다.

도 11은 도 10의 와류홈에 의해 발생되는 와류현상을 설명하기 위한 예시도이다.

도 11은 분쇄부(5)를 폭 방향으로 절단하였을 때를 나타내는 단면도이고, 도 11을 참조하여 분쇄부(5)의 분쇄원리를 살펴보면, 고정날부(53) 내측에 설치되는 회전날부(51)의 회전날(517)이 회전되어 회전운동이 발생하면 고정날(535)과 회전날(517) 사이의 공기는 회전날(517)의 선회력에 의해 와류홈(537)으로 이동하게 된다.

또한 와류홈(537)은 공기가 유입되면 유입된 공기가 반사됨에 따라 강력한 와류를 발생시켜 유입된 분쇄물의 입자 충돌을 활성화시킴으로써 분쇄물을 미세한 크기로 분쇄한다.

도 12는 도 9의 고정날 판재의 평면도이다.

도 12의 고정날 판재(533)는 내주면에 복수개의 고정날(535)들이 설치되고, 동일한 원호 상으로 인접하는 고정날(535)들 사이에 와류홈(537)들이 형성된다.

또한 고정날 판재(533)는 내주면에 내주면으로부터 돌출되되 원호상으로 연결되는 걸림돌부(539-1), (539-2), (539-3), (539-4)들이 형성된다.

또한 고정날 판재(533)는 동일한 원호에 형성되는 고정날(535)들 및 와류홈(537)들을 하나의 배열로 할 때 2개의 배열로 형성된다.

이때 고정날(535)들은 유입부(33)에 인접한 방향의 동심원 상의 고정날 및 와류홈들을 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)이라고 하고, 토출부(35)에 인접한 방향의 동심원 상의 고정날 및 와류홈들을 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)이라고 하기로 한다.

이때 제1, 제2, 제3, 제4 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들 각각은 전술하였던 도 8의 1단 분쇄부(5-1), 2단 분쇄부(5-2), 3단 분쇄부(5-3), 4단 분쇄부(5-4)들에 대응된다.

즉 분쇄부(5)로 유입된 2차 분쇄물은 제1 고정날 배열(A) -> 제2 고정날 배열(B) -> 제3 고정날 배열(C) -> 제4 고정날 배열(D)의 순서를 따라 분쇄부(5)를 통과하게 된다.

또한 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)들을 형성하는 고정날 및 와류홈들은 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)들을 형성하는 고정날 및 와류홈 보다 수량이 감소하도록 형성됨으로써 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)에서 발생되는 난류보다 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)에서 발생되는 난류가 감소되도록 한다.

이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)들이 동일한 고정날 및 와류홈들을 갖고, 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)들이 동일한 고정날 및 와류홈들을 갖는 것으로 예를 들어 설명하였으나 제1, 제2, 제3, 제4 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들은 분쇄물의 이동경로에 따라 고정날 및 와류홈의 수량이 줄어드는 것으로 구성되어도 무방하다.

도 8을 참조하여 고정날 배열에 포함되는 고정날(535)의 수량을 감소키는 이유에 대해 살펴보면, 분쇄부(5)는 이동경로에 따라 각 단의 분쇄부(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)에 포함되는 챔버(800)의 부피가 감소하도록 구성되나, 챔버(800)의 부피가 줄어든다는 것은 분쇄가 이루어지는 공간이 줄어든다는 것이기 때문에 챔버(800)의 부피가 줄어들면 줄어들수록 동일한 양의 분쇄물을 분쇄할 때 부하 발생확률이 증가하게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 각 단의 분쇄부(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)에 대응되는 챔버(800)의 부피에 비례하여 와류홈(537) 및 고정날(535)의 수량을 조절함으로써 분쇄 시 발생되는 부하를 효율적으로 방지할 수 있다.

즉 3단, 4단 분쇄부(5-3), (5-4)에 비교하여 챔버(800)의 부피가 큰 1단, 2단 분쇄부(5-1), (5-2)에 대응되는 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)에는 고정날(535) 및 와류홈(537)의 수량을 많게 하여 입자충돌이 활발하게 이루어지도록 하고, 1단, 2단 분쇄부(5-1), (5-2)에 비교하여 챔버(800)의 부피가 작아 부하가 쉽게 발생하는 3단, 4단 분쇄부(5-3), (5-4)에 대응되는 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)에는 고정날(535) 및 와류홈(537)의 수량을 적게 하여 입자충돌을 억제시킴으로써 부하를 최소화시킨다.

이와 같이 본 발명에서는 입자 충돌 시 과도한 열을 발생시키는 알루미늄 그래뉼의 특성을 감안하여 다단식(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)로 분쇄가 이루어지도록 하여 열을 효율적으로 분산시킴과 동시에 챔버(800)의 부피에 적합하게 고정날(535) 및 와류홈(537)의 수량을 변형함으로써 부하 발생을 최소화시키도록 구성된다.

또한 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)을 형성하는 고정날 판재(533)의 내주면에는 내주면으로부터 돌출되되 원호상으로 연결되는 걸림돌부(539-1), (539-2)들이 형성되고, 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)을 형성하는 고정날 판재(533)의 내주면에 내주면으로 돌출되어 원호상으로 연결되는 걸림돌부(539-3), (539-4)들이 형성된다.

걸림돌부(539-1), (539-2), (539-3), (539-4)들은 고정날 판재(533)의 내주면으로부터 내측으로 돌출되어 2차 분쇄물이 유속에 의하여 이동할 때 2차 분쇄물의 이동을 억제시켜, 소망의 입도로 분쇄되지 않은 분쇄물이 다음 단계의 분쇄부로 용이하게 이동하는 것을 방지한다.

즉 걸림돌부(539-1), (539-2), (539-3), (539-4)들은 강한 연성을 갖는 알루미늄의 특성 및 유속에 의하여 각 단의 분쇄부(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)에서 소망의 입도로 분쇄되지 않은 분쇄물이 다음 분쇄부로 쉽게 이동하는 현상을 방지하고, 이에 따라 분쇄부(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)들 각각의 챔버(800) 내에서 분쇄되는 분쇄물은 소망의 입도로 분쇄된 이후에 다음 단계의 분쇄부로 이동할 수 있게 된다.

또한 본 발명에서는 고정날부(53)가 4단 배열로 형성되되 각 배열(A), (B), (C), (D)에 형성되는 와류홈(537)의 형상을 변형함으로써 각 배열(A), (B), (C), (D)들과 회전날부 사이의 공간에 분쇄물이 유입될 때 분쇄물의 입자 충돌량을 조절한다. 이러한 각 고정날 배열(A), (B), (C), (D)에 포함되는 와류홈(537)의 형상을 변형하여 입자 충돌을 제어하는 방법은 다음의 도 13을 참조하여 설명하기로 한다.

도 13의 (a)는 '

'자 형상의 와류홈을 나타내는 측면도이고, (b)는 'U'자 형상의 와류홈을 나타내는 측면도이다.

제1, 제2, 제3, 제4 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들은 고정날 판재(535)의 내주면에 형성되는 복수개의 와류홈(537)들을 포함한다.

이때 제1, 제2 고정날 배열(A), (B)에는 도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 '

'자 형상의 와류홈(601)들이 형성되고, 제3, 제4 고정날 배열(C), (D)에는 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이 '∪'자 형상의 와류홈(611)들이 형성된다.

제1, 제2 고정날 배열(A), (B)에 적용되는 '

'자 형상의 와류홈(601)은 회전날(517)의 회전에 따라 유입된 공기가 수직면인 대향면(603)에 부딪히면 부딪힌 공기는 반사되어 경사지게 형성된 경사면(605)에 부딪힘으로써 난반사하게 된다.

그러나 제3, 제4 고정날 배열(E), (F)에 적용되는 "∪"자 형상의 와류홈(611)은 공기가 유입되면 유입된 공기가 곡면을 따라 이동하기 때문에 '

'자 형상의 와류홈(601)에 비해 난반사가 적게 이루어지게 되고, 이에 따라 분쇄물의 입자충돌이 줄어들게 된다.

이와 같이 본 발명에서는 고정날부(53)가 복수개의 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들로 이루어지고, 각 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들에 포함되는 와류홈(537)의 형상을 변형하여 입자 충돌을 제어함으로써 분쇄 시 발생되는 부하를 더욱 효율적으로 방지할 수 있다.

도 14는 도 5의 회전날부를 나타내는 사시도이고, 도 15는 도 14의 측면도이다.

회전날부(51)는 도 14와 15에 도시된 바와 같이 로터부(7)의 회전에 따라 회전되는 메인 샤프트(Mail Shaft)인 봉 형상의 회전축(511)과, 회전축(511)에 간격을 두고 설치되는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들과, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들 사이에 설치되는 제1, 제2, 제3, 제4 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들과, 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들의 외주면에 설치되는 복수개의 회전날(517)들로 이루어지고, 제5 걸림판(513'''')에 인접되는 지점에는 전술하였던 바와 같이 임펠러(55)가 소정의 간격을 두고 회전축(511)에 결합된다. 이때 분쇄부(5)는 회전축의 양단부가 각각 유입부(33) 및 토출부(35)에 결합되고, 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들이 고정날부(53)의 내측에 위치하되 임펠러(55)가 토출부(35)의 수용공간 내부에 위치되도록 설치된다.

이때 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 제1 걸림판(513) 및 제2 걸림판(513') 사이에 설치되는 제1 회전체(515) 및 회전날(517)들을 제1 회전날 배열(a), 제2 걸림판(513')및 제3 걸림판(513'') 사이에 설치되는 제2 회전체(515') 및 회전날(517)들을 제2 회전날 배열(b), 제3 걸림판(513'') 및 제4 걸림판(513''') 사이에 설치되는 제3 회전체(515'') 및 회전날(517)들을 제3 회전날 배열(c), 제4 걸림판(513''') 및 제5 걸림판(513'''') 사이에 설치되는 제4 회전체(515''') 및 회전날(517)들을 제4 회전날 배열(d)이라고 하기로 한다.

제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들은 중앙에 중공이 형성되되 중공이 회전축(511)에 결합되는 원판으로 형성된다.

또한 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들은 제1 걸림판(513)에서 제5 걸림판(513'''')을 향할수록 면적이 증가하도록 형성됨으로써 고정날 판재(533)의 고정날(535)과 단부의 간격(이하, 고정날 간격이라고 하기로 함)이 제1 걸림판(513)에서 제5 걸림판(513'''')을 향할수록 줄어들게 되고, 상세하게로는 제2 걸림판(513')의 고정날 간격은 6mm, 제3 걸림판(513'')의 고정날 간격은 5mm, 제4 걸림판(513''')의 고정날 간격은 3mm, 제5 걸림판(513'''')의 고정날 간격은 2mm인 것이 바람직하다.

즉 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 걸림판(513), (513'), (513''), (513'''), (513'''')들은 분쇄물의 이동경로에 따라 단면적이 커지되 고정날 간격이 작아지도록 구성됨으로써 1단 분쇄부(5-1)에서 분쇄된 분쇄물은 제2 걸림판(513')의 고정날 간격보다 작은 크기로 분쇄되어야만 다음 분쇄부인 2단 분쇄부(5-2)로 이동할 수 있게 된다.

제1, 제2, 제3, 제4 회전체(515), (515'), (515''), (515''')는 중앙이 회전축(511)에 결합되는 원기둥 형상으로 형성되고, 제1 회전체(515)는 제1, 제2 걸림판(513), (513')들 사이에, 제2 회전체(515')는 제2, 제3 걸림판(513'), (513'')들 사이에, 제3 회전체(515'')는 제3, 제4 걸림판(513''), (513''')들 사이에, 제4 회전체(515''')는 제4, 제5 걸림판(513'''), (513'''')들 사이에 설치된다.

또한 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들은 단면적이 분쇄물의 이동경로에 따라 점차 증가하도록 형성된다. 즉 제1 회전체(515)는 제2 회전체(515')보다 작고, 제2 회전체(515')는 제3 회전체(515'')보다 작고, 제3 회전체(515'')는 제4 회전체(515''') 보다 작게 형성된다.

또한 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들의 외주면에는 회전날(517)들이 복수개가 설치된다.

또한 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들은 회전날(517)이 설치될 때 중앙으로부터 회전날(517) 단부까지의 직경이 대접되는 걸림판들 중 토출부(35)를 향하는 걸림판(513'), (513''), (513'''), (513'''')의 직경보다 작게 형성되도록 한다.

이때 제1, 제2, 제3, 제4 회전날 배열(a), (b), (c), (d)들은 각각 제1, 제2, 제3, 제4 고정날 배열(A), (B), (C), (D)들과, 제1, 제2 케이스(530), (540)의 냉각로(532), (532'), (532''), (532''')들 각각에 대응됨으로서 고속분쇄 도정 장치(1)는 0.2 ~ 2mm의 미세한 입도를 갖는 알루미늄 그래뉼을 다단 방식으로 분쇄할 수 있게 된다.

도 16은 도 7의 분쇄부를 설명하기 위한 예시도이다.

분쇄부(5)는 고정날부(53)와 회전날부(51)가 결합될 때 도 16에 도시된 바와 같이 유입부(33)를 통해 유입된 2차 분쇄물이 이동되는 공간인 챔버(Chamber)(810), (820), (830), (840)들이 형성된다. 이때 1차 고정날 배열(A) 및 1차 회전날 배열(a)에 의해 형성되는 챔버를 1차 챔버(810), 2차 고정날 배열(B) 및 2차 회전날 배열(b)에 의해 형성되는 챔버를 2차 챔버(820), 3차 고정날 배열(C) 및 3차 회전날 배열(c)에 의해 형성되는 챔버를 3차 챔버(830), 4차 고정날 배열(D) 및 4차 회전날 배열(d)에 의해 형성되는 챔버를 4차 챔버(840)이라고 하기로 한다.

또한 1차, 2차, 3차, 4차 챔버(810), (820), (830), (840)들 각각은 각 단의 분쇄부(5-1), (5-2), (5-3), (5-4)에 포함된다.

또한 1차, 2차, 3차, 4차 챔버(810), (820), (830), (840)들은 이동경로를 향할수록 각 회전체(515), (515'), (515''), (515''')의 크기가 증가함에 따라 1차 챔버(810)에서 4차 챔버(840)를 향할수록 공간이 줄어들게 된다.

즉 1차 챔버(810)에서 분쇄된 분쇄물은 제2 걸림판(513')의 고정날 간격보다 작은 입도로 분쇄된 분쇄물만이 2차 챔버(820)로 이동하게 되고, 이러한 원리는 2차, 3차, 4차 챔버(820), (830), (840)에도 동일하게 적용되어 최종적으로 0.2 ~ 2mm의 입도를 갖는 알루미늄 그래뉼을 획득할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명의 일실시예의 고속분쇄 도정 공정에 적용되는 고속분쇄 도정 장치(1)는 분쇄가 4단 구조로 이루어지기 때문에 발생되는 열을 분산시킬 수 있고, 단계별로 고정날(535) 및 회전날(517), 와류홈(537)의 형상을 달리함으로써 원하는 입도로 용이하게 분쇄되도록 하며, 입자 충돌 시 과도한 열을 발생시키는 알루미늄의 특성을 감안하여 각 단계별로 수냉 방열함으로서 방열이 효율적으로 이루어지게 된다.

도 17은 도 14의 고정날을 나타내는 사시도이고, 도 18은 도 17의 측면도이다.

도 17의 고정날(517)은 육면체 형상으로 형성되어 회전체(515), (515'), (515''), (515''')들 각각에 볼트 체결된다.

또한 고정날(517)은 중앙에 볼트가 체결되는 볼트공(571), (571')이 양면을 관통하도록 형성되고, 볼트공(571), (571')을 대칭으로 양단부에 칼날(573), (575)이 형성됨으로써 분쇄물과의 접촉으로 인해 일측 칼날이 마모되거나 또는 파손될 때 타측 칼날로 교체할 수 있게 된다.

또한 칼날(573), (575)은 평면상에서 바라보았을 때 상부면이 일측에서 타측을 향할수록 경사지는 경사면으로 형성됨으로써 칼날(573), (575)이 회전체의 회전에 따라 회전될 때 경사면에 의하여 난류 발생을 극대화시켜 분쇄물의 입자들이 활발하게 충돌하게 된다.

즉 칼날(573), (575)의 상부면이 평면으로 형성되는 경우 칼날(573), (575)의 회전에 따라 발생되는 난류는 패턴화되기 때문에 분쇄물의 입자 충돌이 활발하게 이루어지지 않게 되나, 칼날(573), (575)의 상부면이 경사면으로 형성되는 경우 칼날(573), (575)의 경사면에 의하여 다양한 유동방향을 갖는 난류가 발생하기 때문에 분쇄물의 입자 충돌이 활발하게 이루어지게 된다.

도 19는 도 7의 임펠러를 나타내는 평면도이고, 도 20은 도 19의 측면도이다.

도 19와 20의 임펠러(55)는 중앙이 회전축(511)에 결합되어 회전날부(51)에 인접되되 토출부(35) 내부에 설치되며, 회전축(511)의 회전에 따라 회전날부(51)와 고정날부(53) 사이에 형성되는 챔버를 이동하는 공기의 유속을 증가시킴으로써 각 분쇄부에서 소망의 입도로 분쇄된 분쇄물이 다음 단계로 신속하게 이동하도록 함과 동시에 분쇄 시 발생되는 열을 효율적으로 방열시키는 기능을 수행한다.

즉 제1 챔버(810)에서 제4 챔버(840)를 향하는 방향으로 공기의 유속을 높여 각 챔버 내에서 소망의 입도로 분쇄된 분쇄물이 다음 챔버로 이동하지 못하여 용융되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다.

임펠러(55)는 도 19와 20에 도시된 바와 같이 원 형상의 판재로 형성되는 원판부(551)와, 길이를 갖는 판재로 형성되어 원판부(551)의 일면에 수직으로 설치되는 복수개의 블레이드(555), (557)들과, 원판부(551)의 중앙에 형성되어 회전축(511)에 결합되는 회전축 관통공(555)으로 이루어진다.

블레이드(555), (557)들은 길이를 갖는 사각형 판재로 형성되되 길이가 긴 장 블레이드(555)와, 장 블레이드(555)에 비해 길이가 짧은 단 블레이드(557)로 이루어진다.

또한 장 블레이드(555) 및 단 블레이드(557)들은 일단부가 원판부(551)의 외주연(테두리)에 연결되되 타단부가 원판부(551)의 중앙에 형성되는 회전축 관통공(555)을 향하도록 설치된다. 이때 장 블레이드(555)의 길이는 원판부(551)의 반지름 보다 작은 길이로 형성됨으로써 장 블레이드(555) 및 단 블레이드(557)의 타단부는 회전축 관통공(555)으로부터 이격되게 설치되도록 한다.

또한 블레이드(555), (557)들은 원판부에 대접되는 대접면에 대향되는 상부면이 경사면(558)과, 수평면(559)을 포함하고, 이때 경사면(558)은 원판부(551)의 중앙에 인접한 단부에서 외측을 향할수록 상향되고, 수평면(559)은 원판부(551)에 평행하게 형성된다.

이때 블레이드(555), (557)들은 상부면이 경사면(558)으로 형성되어 임펠러(55)가 토출부(35) 내부에 설치될 때 후술되는 도 24의 토출부(35)의 토출부 몸체(351)의 내측면과 블레이드(555), (557)의 상부면 사이의 이격거리를 줄이고, 이에 따라 이격거리에 의한 압력손실을 절감시킴으로써 공기의 유속을 현저하게 높일 수 있다.

도 21의 (a)는 임펠러의 블레이드가 평면으로 형성될 때를 설명하기 위한 예시도이고, (b)는 임펠러의 블레이드가 곡면으로 형성될 때를 설명하기 위한 예시도이다.

임펠러(55)의 블레이드(555)가 평면으로 형성될 때를 도 21의 (a)를 참조하여 살펴보면, 제4 챔버(840)로부터 유입된 공기는 블레이드(555)가 회전됨에 따라 일측 블레이드(555)의 일측면에 부딪친 후 반사되어 인접한 블레이드(555')의 대향면으로 이동한 후 대향면에 의해 반사됨으로써 난류를 발생시킨다.

그러나 본 발명에 적용되는 임펠러(55)는 블레이드(555)를 곡면으로 형성함으로써 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 유입된 공기가 블레이드(555)의 일면에 부딪치면 부딪친 공기는 인접한 블레이드(555')로 이동하는 것이 아니라 블레이드(555)의 곡면을 따라 외측으로 이동하게 된다.

이에 따라 제4 챔버(840)로부터 유출된 입도 200 ~ 2000㎛의 분쇄물은 임펠러(55)에 의하여 외측으로 튀어 토출관(353)으로 이동하게 된다.

도 22는 도 3의 하우징부의 토출부를 나타내는 측단면도이다.

도 22의 토출부(35)는 일측면이 개구되어 내부에 임펠러(55)가 회전 가능하도록 설치되며 지지대(31)의 타측에 결합되는 토출부 몸체(351)와, 중공을 갖는 원판 형상으로 형성되어 토출부 몸체(351)의 개구부에 볼트(B) 체결되는 유속조절부(353)로 이루어진다.

토출부 몸체(351)는 개구부가 회전날부(51)를 향하도록 지지대(31)의 타측에 결합된다.

또한 토출부 몸체(351)는 내부에 임펠러(55)가 설치됨에 따라 임펠러(55)의 회전에 의하여 분쇄부(5)를 향하는 방향으로 공기를 흡입하여 분쇄물이 임펠러(55)를 향하여 신속하게 이동하도록 한다.

도 23은 도 21의 유속조절부를 나타내는 측단면도이다.

도 23의 유속조절부(353)는 토출부 몸체(351)의 개구부에 볼트(B) 체결된다.

또한 유속조절부(353)는 원판으로 형성되는 원판부(371)와, 원판부(371)의 일측면에 일측면으로부터 외측으로 원 기둥 형상으로 돌출되는 전면돌출부(381)와, 원판부(371)의 타측면에 타측면으로부터 외측으로 돌출되는 후면돌출부(391)로 이루어지며, 원판부(371), 전면돌출부(381) 및 후면돌출부(391)의 중앙에는 중공(373)이 일체로 형성된다.

이때 유속조절부(353)는 전면돌출부(381)가 분쇄부(5)를, 후면돌출부(391)가 토출부 몸체(351)의 내측을 향하도록 토출부 몸체(351)의 개구부에 설치된다.

또한 원판부(371), 전면돌출부(381) 및 후면돌출부(391)는 중공(373)을 형성하는 내주면(375)이 전면돌출부(381)가 형성된 일측면에서 후면돌출부(391)가 형성된 타측면을 향할수록 원의 중앙을 향하는 경사면으로 형성된다.

이때 후면 돌출부(391)의 외주면(393) 또한 외측을 향할수록 원의 중앙을 향하는 경사면으로 형성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 유속조절부(353)는 토출부 몸체(351)의 내측을 향하는 원판부(371)의 일측면에 후면 돌출부(391)가 돌출 형성되고, 중공(373)을 형성하는 내주면(375)이 경사면으로 형성됨으로써 공기의 유속을 증가시키는 원인 및 방법에 대해서는 도 22에서 상세하게 설명하기로 한다.

도 24의 (a)는 종래에 임펠러가 설치된 하우징을 나타내는 측단면도이고, (b)는 본 발명에 적용되는 임펠러가 설치된 하우징을 나타내는 측단면도이다.

일반적으로 임펠러(55)는 회전날부(51)의 일측에 설치되되 회전날부(51)로부터 간격을 두고 설치되기 때문에 회전날부(51)와 임펠러(55) 사이에는 소정의 부피를 갖는 공간(이하 체류공간이라고 하기로 함)이 형성되게 된다. 이때 체류공간의 부피는 제4 챔버의 부피에 비교하여 현저하게 크기 때문에 제4 챔버(840)로부터 배출되는 공기는 체류 공간 내에서 압력을 손실하게 된다.

즉 제4 챔버(840)와 임펠러(55) 사이의 체류공간은 공기의 압력손실(Pressure loss)을 발생시켜 제4 챔버(840)로부터 배출된 공기는 체류 공간을 통과하지 못한 상태로 체류 공간 내에서 순환하게 된다.

이와 같이 체류공간은 고속분쇄 도정장치(1)의 공기 유속을 떨어뜨리는 주요 원인이며, 이러한 공기유속 저하는 챔버를 통과하는 공기 순환을 저하시켜 방열효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 각 챔버에서 소망의 입도로 분쇄된 분쇄물이 다음 챔버로 이동하지 못하게 되어 용융되는 문제점을 발생시킨다. 특히 알루미늄은 연성이 높고, 열에 취약한 특성을 갖기 때문에 방열효율 저하 및 분쇄물 정체 현상은 폐알루미늄 분쇄물을 용융시켜 기계의 오동작을 일으키게 된다.

이에 따라 본 발명에서는 각 챔버를 이동하는 공기의 유속을 높임으로써 방열효율을 높이고, 폐알루미늄 분쇄물의 용융을 방지하기 위하여 임펠러(55)의 구조 및 형상과, 임펠러(55)가 설치되는 토출부 몸체(351)의 구조 및 형상을 연구하였다.

도 24의 (a)에 도시된 바와 같이 종래에는 토출부(33')의 개구부에 임펠러(55')가 설치되되 임펠러(55')는 회전 시 토출부(33')에 접촉되지 않도록 토출부(33')의 내측면으로부터 간격을 두고 설치된다.

따라서 토출부(33')의 개구부를 형성하는 일측면의 내측 단부(330')와 임펠러(55')는 소정의 간격(d')을 두고 이격되게 된다. 이때 상기 소정의 간격(d')을 임펠러 간격이라고 하기로 한다.

이와 같이 설치되는 임펠러(55')는 토출부(33') 내부에서 회전축(511)의 회전에 따라 회전됨으로써 공기의 유속을 증가시키나, 공기를 흡입할 때 임펠러 간격(d')은 체류공간으로부터 유입되는 공기의 압력을 손실시켜 임펠러(55')의 공기유속 기능을 저하시키는 주요 원인으로 작용한다. 즉토출부(33')에 임펠러(55')가 설치될 때 임펠러(55')의 토출압은 임펠러 간격(d')에 비례하여 저하되기 때문에 임펠러 간격(d')이 증가할수록 분쇄부(5)를 통과하는 공기유속이 저하된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 도 24의 (b)에 도시된 바와 같이 블레이드들이 경사면(558)으로 형성되고, 토출부 몸체(351)의 개구부에 유속조절부(353)가 볼트 체결되되 유속조절부(353)는 내주면(375)이 경사면으로 형성되는 전면돌출부(381) 및 후면돌출부(391)를 포함함으로써 유입되는 공기를 내주면(375)을 따라 임펠러(55)로 집중되도록 한다.

또한 유속조절부(353)는 후면돌출부(391)가 토출부 몸체(351)의 내측으로 돌출되기 때문에 내측 단부(330)와 임펠러(55) 사이의 간격인 임펠러 간격(d)이 도 24의 (a)에 비해 현격하게 감소됨으로써 공기 압력손실을 절감시킬 수 있다. 이때 임펠러(55)의 블레이드 또한 경사면(558)을 형성하기 때문에 후면돌출부(391)는 이에 대응하여 토출부 몸체(351)의 내측으로 더욱 돌출될 수 있다.

또한 유속조절부(353)는 도 22에서 전술하였던 바와 같이 토출부 몸체(351)에 볼트 체결되어 탈부착이 가능하기 때문에 각기 다른 내주면의 경사각을 갖는 유속조절부를 기 제조한 후 토출압이 기 설정된 설정압력 보다 낮은 경우 경사각도가 큰 유속조절부(373)로 교체하여 토출압을 증가시킬 수 있고, 토출압이 설정압력 이상일 대 경사각도가 작은 유속조절부로 교체하여 토출압을 줄일 수 있다. 즉 별도의 토출압 제어 수단 없이 유속조절부(373)의 간단한 교체 작업만으로 공기의 유속을 제어할 수 있게 된다.

이와 같이 고속분쇄 도정 장치(1)에 의해 고속분쇄 도정 공정(S60)이 수행되면 토출된 3차 분쇄물은 도 2에 도시된 바와 같이 3차 선별공정(S70) 및 4차 선별공정(S80)을 통해 최종적으로 가공된다.

3차 선별공정(S70)은 정전기력을 이용하여 3차 분쇄물로부터 이물질을 제거하는 공정 단계이다.

또한 3차 선별공정(S70)은 이물질 입자들이 마찰됨에 따라 정전기력을 발생시켜 입자가 뭉치게 되는 원리를 이용하여 이물질을 제거하고, 상세하게로는 3차 분쇄물이 수용된 저장부를 기 설정된 시간 동안 진동시키면 이물질 입자들이 서로 뭉치게 되어 큰 덩어리를 형성하게 되고, 그 하부에 덩어리들이 통과할 수 없는 망을 설치함으로써 정전기력에 의해 뭉친 이물질을 제거할 수 있게 된다.

4차 선별공정(S80)은 풍력을 이용하여 3차 선별공정(S70)을 수행한 알루미늄 스크랩의 이물질을 제거하는 공정 단계이다.

또한 4차 선별공정(S80)의 풍력을 이용한 이물질 제거 방법은 리사이클 공정에 있어서 통상적으로 사용되는 기술이기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 알루미늄 리사이클링 공정(1)은 자력, 중력, 정전기력 및 풍력을 이용하여 이물질을 제거함으로서 순도 99% 이상의 알루미늄 그래뉼을 생산할 수 있게 된다.

1:알루미늄 그래뉼 제조 공정 S10:해쇄공정
S20:1차 분쇄공정 S30:2차 분쇄공정
S40:고속분쇄 도정 공정 S50:1차 선별공정
S60:2차 선별공정 S70:3차 선별공정
1:고속분쇄 도정 장치 3:하우징부
5:분쇄부 7:로터부 31:지지대
33:유입부 35:하우징 51:회전날부
53:고정날부 55:임펠러

Claims

고정날과 회전날이 다단으로 설치되는 고속분쇄 도정 장치를 이용하여 상기 회전날을 고속 회전시켜 유입된 폐알루미늄 원자재를 분쇄시키는 고속분쇄 도정단계;
상기 고속분쇄 도정단계에서 토출된 분쇄물의 입자들로부터 이물질을 제거하는 선별단계를 포함하고,
상기 고속분쇄 도정 장치는
로터에 의하여 회전되는 회전축;
상향으로 개구된 곡면홈을 갖는 지지대;
중심이 상기 회전축에 결합되는 원기둥 형상으로 형성되되 외주면에 회전날들이 설치되며, 일측에서 타측을 향할수록 직경이 증가하는 회전날부;
상기 지지대의 곡면홈에 안착되며, 상기 회전축과 동심원상으로 설치되고, 내주면에 상기 회전날들의 회전반경으로부터 간격을 두고 이격되는 고정날들이 설치되는 고정날부;
분쇄물이 유입되는 유입구가 형성되어 상기 회전날부의 일측에 설치되는 유입부;
상기 분쇄물이 토출되는 토출구가 형성되어 상기 회전날부의 타측에 설치되며, 상기 회전날부를 향하는 일면에 개구부를 형성하는 토출부;
상기 회전축의 외주면에 장착되어 회전되는 원판부와, 판재 형상으로 형성되어 상기 원판부에 수직으로 설치되는 복수개의 블레이드(Blade)들로 구성되어 상기 토출부의 개구부에 설치되는 임펠러(Impeller)를 포함하고,
상기 분쇄물은 상기 회전날부와 상기 고정날부 사이의 공간을 통과할 때 상기 회전날에 의한 선회운동에 의하여 입자들이 충돌됨으로써 미세한 크기로 분쇄되고,
상기 임펠러는 상기 회전축의 회전에 따라 회전되어 공기 토출압을 높임과 동시에 유입된 분쇄물이 상기 블레이드에 충돌하여 상기 토출구로 토출시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 선별단계는
상기 고속분쇄 도정단계에서 토출된 분쇄물의 입자들을 마찰시켜 상기 분쇄물에 포함된 이물질을 정전기력에 의해 부착되도록 하고, 부착된 이물질을 제거하는 1차 선별단계;
상기 1차 선별단계를 수행한 분쇄물을 풍력을 이용하여 가벼운 이물질을 제거하는 2차 선별단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 폐알루미늄 원자재는 폐알루미늄이 고압축된 부피 50㎥ 이상의 알루미늄 스크랩이고,
상기 고속분쇄 도정단계 이전에 수행되어 상기 알루미늄 스크랩의 압축을 해제시켜 상기 알루미늄 스크랩을 입도 60mm 미만의 크기로 해쇄시키는 해쇄단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 3에 있어서, 상기 해쇄단계 이후에 수행되어 상기 해쇄단계에서 토출된 분쇄물을 입도 30mm 미만의 크기로 분쇄시키는 1차 분쇄단계와, 상기 1차 분쇄단계에서 토출된 분쇄물을 입도 8mm 미만의 크기로 분쇄시키는 2차 분쇄단계를 더 포함함으로써 분쇄로 인해 발생되는 열을 분산시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 4에 있어서, 상기 2차 분쇄단계 이후에 수행되어 상기 2차 분쇄단계에 의해 분쇄된 분쇄물을 비중을 이용하여 비중이 큰 분쇄 분쇄물 및 비중이 작은 분쇄물로 분류하는 진공 비중 선별단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 회전날부는
서로 다른 직경을 갖는 원기둥 형상으로 형성되어 중심이 상기 회전축에 결합되는 회전체들;
중심이 상기 회전축에 결합되되 인접하는 회전체들 사이에 설치되는 원판 형상의 걸림판들;
상기 회전체들의 외주면에 설치되는 회전날들을 포함하고,
상기 회전체들은 상기 유입부에 인접한 일측에서 상기 토출부에 인접한 타측을 향할수록 큰 직경을 갖도록 상기 회전축에 결합되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 6에 있어서, 상기 고정날들은 상기 회전축에 평행하게 상기 고정날부의 내주면에 설치되고,
상기 고정날부는
원호 상으로 인접하는 고정날들 사이에 형성되어 와류를 발생시키는 복수개의 와류홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 7에 있어서, 상기 고정날부는 동심원 상에 설치되는 고정날들 및 와류홈들을 하나의 고정날 배열이라고 할 때 복수개의 고정날 배열들을 포함하고,
상기 고정날 배열들 각각에 설치되는 고정날 및 와류홈의 개수는 상기 분쇄물의 이동경로에 따라 동일하거나 또는 감소되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 8에 있어서, 상기 고정날 배열들 각각은 상기 회전체들 각각의 외주면에 대향되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 9에 있어서, 상기 회전체들은 4개이고,
상기 분쇄물의 이동경로에 따라서, 첫 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 6mm이고, 두 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 5mm이고, 세 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 3mm이고, 네 번째 회전체와 상기 고정날의 내주면 사이의 간격은 2mm인 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 9에 있어서, 상기 고정날 배열들은 상기 분쇄물의 이동경로에 따라 제1 고정날 배열, 제2 고정날 배열, 제3 고정날 배열 및 제4 고정날 배열로 이루어지고,
상기 제1 고정날 배열 및 상기 제2 고정날 배열의 와류홈은 '
'자 형상으로, 상기 제3 고정날 배열 및 상기 제4 고정날 배열의 와류홈은 '∪'자 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 8에 있어서, 상기 고속분쇄 도정 장치는 냉각수를 공급하는 냉각수 공급수단을 더 포함하고,
상기 고정날부는 내부에 상기 냉각수공급 수단으로부터 공급받은 상기 냉각수가 이동하는 적어도 하나 이상의 냉각로들이 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 12에 있어서, 상기 냉각로들은 상기 회전축의 동심원 상으로 형성되되 상기 고정날부의 길이 방향으로 간격을 두고 형성됨으로써 상기 고정날 배열들 각각에 대응되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 13에 있어서, 상기 고정날부는 길이 방향으로 절단되어 서로 대향되게 설치되는 제1 케이스 및 제2 케이스와, 일단부가 상기 제1 케이스에, 타단부가 상기 제2 케이스에 결합되는 힌지 결합수단으로 이루어짐으로써 상기 제1 케이스 및 상기 제2 케이스는 상기 힌지 결합수단에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 블레이드들은 길이가 긴 장 블레이드와, 길이가 짧은 단 블레이드들 중 어느 하나이며, 일단부가 상기 원판부의 중앙을 향하며, 타단부가 상기 원판부의 테두리에 연결되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 15에 있어서, 상기 블레이드들은 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 16에 있어서, 상기 토출부는 상기 개구부에 탈부착 가능하도록 설치되는 유속조절판을 더 포함하고,
상기 유속조절판은
원판으로 형성되는 원판부;
상기 원판부의 일면으로부터 원 기둥 형상으로 외측으로 돌출되는 전면돌출부;
상기 원판부의 타면으로부터 원기둥 형상으로 외측으로 돌출되는 후면돌출부를 포함하고,
상기 원판부, 상기 전면돌출부 및 상기 후면돌출부의 중앙에는 상기 회전축이 관통되는 중공이 형성되며, 상기 중공을 형성하는 내주면은 상기 전면돌출부에서 상기 후면돌출부를 향할수록 원의 중앙을 향하는 경사면으로 형성됨으로써 상기 경사면의 경사각도에 따라 공기 토출압을 조절하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래뉼 리사이클링 공정.
청구항 1에 있어서, 상기 고정날은 회전방향을 향하는 일면에 적어도 하나 이상의 경사면들을 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 그래늄 리사이클링 공정.