KR101608698B1 - 질소냉각 분쇄장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질소냉각 분쇄장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각분쇄 대상물을 호퍼(hopper)로 이송하는 투입컨베이어와, 상기 투입컨베이어로부터 냉각분쇄 대상물을 공급받는 호퍼와, 상기 호퍼 하부에 연설되어 액체질소를 이용하여 냉각분쇄 대상물을 액체질소를 이용하여 냉각시키는 관형상의 액체질소 냉각탱크와, 상기 액체질소 냉각탱크의 내부 중심축에 설치되어 스크류 날개의 회전을 통해 냉각분쇄 대상물을 상부에서 하부로 이송시키는 이송스크류와, 일측이 상기 이송스크류의 상단에 연결되고, 타측이 스크류 회전모터에 연결되어 상기 스크류 회전모터의 회전동력을 상기 이송스크류에 전달하는 봉 형상의 연결축과, 상기 연결축과 연결되어 이송스크류에 회전동력을 공급하는 스크류 회전모터와, 일측이 상기 액체질소 냉각탱크의 상부 외부면에 고정되고, 타측이 상기 연결축에 고정되어 스크류 회전모터, 연결축 및 액체질소 냉각탱크를 동시에 고정시키는 고정브라켓과, 상기 액체질소 저장탱크의 하부와 일체를 이루어 테이블 형상을 갖는 냉각장치 고정베이스와, 상기 냉각장치 고정베이스의 하부에 설치되어, 상기 액체질소 저장탱크의 하부에 형성된 배출구를 통해 배출되는 냉각 냉각분쇄 대상물을 공급받아 고속으로 회전하는 날개를 이용하여 파쇄하는 파쇄기를 포함하여 이루어지는 질소냉각 분쇄장치에 관한 것이다.

Description

질소냉각 분쇄장치{A CRUSHER USING COOLING OF LIQUID NITROGEN}
본 발명은 2중 관 구조를 갖는 액체질소 저장탱크를 이용하여 열전도도에 따라 구분되는 파쇄대상물의 이송속도를 조절하여 질소냉각처리한 후, 이와 같이 냉각처리된 파쇄대상물에 충격을 주어 분쇄함으로써, 액체 질소의 소모량을 최소화하면서도 질소냉각 효율을 극대화하여 궁극적으로 효과적인 분쇄가 이루어질 수 있도록 하는 질소냉각 분쇄장치에 관한 것이다.
본 발명의 질소냉각 분쇄장치와 관련하여, 종래 대한민국 등록특허 10-0871468(2008.11.25) '액화질소를 이용한 건조 과일 분쇄장치'에 대한 기술이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 등록특허의 경우 액체질소를 분사하여 냉각하는 방식이기 때문에 액체질소의 소모량이 너무 많아 비경제적이며, 또한 파쇄하고자 하는 물질의 열전도도, 비열 등을 고려하여 냉각속도를 조절할 수 없기 때문에 비효율적인 질소냉각 방식을 취하고 있어 본 발명에서 이루고자 하는 목적을 달성하기에 부적합하다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 10-0871468(2008.11.25)
본 발명은 밀폐된 공간을 포함하는 2중 관 구조의 액체질소 저장탱크를 이용함으로써, 액체질소의 소모량을 최소화하고, 또한 파쇄하고자 하는 물질의 열전도도, 비열 등을 고려하여 스크류의 회전속도를 조절하여 액체질소를 이용한 효과적인 분쇄가 이루어질 수 있도록 하는 질소냉각 분쇄장치를 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 냉각분쇄 대상물을 호퍼(hopper)로 이송하는 투입컨베이어와,
상기 투입컨베이어로부터 냉각분쇄 대상물을 공급받는 호퍼와,
상기 호퍼 하부에 연설되어 액체질소를 이용하여 냉각분쇄 대상물을 액체질소를 이용하여 냉각시키는 관형상의 액체질소 냉각탱크와,
상기 액체질소 냉각탱크의 내부 중심축에 설치되어 스크류 날개의 회전을 통해 냉각분쇄 대상물을 상부에서 하부로 이송시키는 이송스크류와,
일측이 상기 이송스크류의 상단에 연결되고, 타측이 스크류 회전모터에 연결되어 상기 스크류 회전모터의 회전동력을 상기 이송스크류에 전달하는 봉 형상의 연결축과,
상기 연결축과 연결되어 이송스크류에 회전동력을 공급하는 스크류 회전모터와,
일측이 상기 액체질소 냉각탱크의 상부 외부면에 고정되고, 타측이 상기 연결축에 고정되어 스크류 회전모터, 연결축 및 액체질소 냉각탱크를 동시에 고정시키는 고정브라켓과,
상기 액체질소 저장탱크의 하부와 일체를 이루어 테이블 형상을 갖는 냉각장치 고정베이스와,
상기 냉각장치 고정베이스의 하부에 설치되어, 상기 액체질소 저장탱크의 하부에 형성된 배출구를 통해 배출되는 냉각 냉각분쇄 대상물을 공급받아 고속으로 회전하는 날개를 이용하여 파쇄하는 파쇄기를 포함하여 이루어지는 질소냉각 분쇄장치를 제공한다.
본 발명에 따른 액체질소 분쇄장치는 2중 관 구조의 액체질소 저장탱크에 의해 액체질소의 소모량을 최소화하면서도 질소냉각 효율을 극대화시킬 수 있다는 장점을 갖으며, 또한 분쇄하고자 하는 물질의 열전도도, 비열 등을 고려하여 스크류의 회전속도를 조절함으로써 물질에 맞는 적정 냉각을 이룰 수 있도록 한다는 장점을 갖는다.
또한, 상기 액체질소 저장탱크는 2중 관 구조를 이루어 외부에 형성되는 외부관은 열전도도가 낮은 물질로 구성하고, 내부에 형성되는 내부관은 열전도가 높은 물질로 구성함으로써 액체질소를 통한 냉각효율을 높일 수 있고, 이로 인해 액체질소의 소모량을 최소화하면서 냉각효율을 높일 수 있기 때문에, 냉각에 의한 파쇄효율을 최대로 높일 수 있다는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치의 전체 구성을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치의 상부일부 구성을 보인 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치의 상부일부 구성을 보인 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치의 하부일부 구성을 보인 절개사시도.
도 5는 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 액체질소 냉각탱크의 상부 일부를 보인 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 이송스크류와 스크류 회전모터의 연결 구성을 보인 측면도.
도 7은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 이송스크류와 스크류 회전모터의 연결 구성을 보인 측단면도.
도 8은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치의 하부일부 구성을 보인 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 파쇄기를 보인 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 파쇄기의 측면 일부구성을 보인 측면도.
도 11은 본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치를 구성하는 파쇄기의 내부 구성을 보인 절개사시도.
이하, 상기의 기술 구성을 도면과 함께 구체적으로 살펴보도록 한다.
본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이,
냉각분쇄 대상물을 호퍼(hopper)로 이송하는 투입컨베이어(10)와,
상기 투입컨베이어(10)로부터 냉각분쇄 대상물을 공급받는 호퍼(20)와,
상기 호퍼(20) 하부에 연설되어 액체질소를 이용하여 냉각분쇄 대상물을 액체질소를 이용하여 냉각시키는 관형상의 액체질소 냉각탱크(30)와,
상기 액체질소 냉각탱크(30)의 내부 중심축에 설치되어 스크류 날개의 회전을 통해 냉각분쇄 대상물을 상부에서 하부로 이송시키는 이송스크류(40)와,
일측이 상기 이송스크류(40)의 상단에 연결되고, 타측이 스크류 회전모터(60)에 연결되어 상기 스크류 회전모터(60)의 회전동력을 상기 이송스크류(40)에 전달하는 봉 형상의 연결축(50)과,
상기 연결축(50)과 연결되어 이송스크류(40)에 회전동력을 공급하는 스크류 회전모터(60)와,
일측이 상기 액체질소 냉각탱크(30)의 상부 외부면에 고정되고, 타측이 상기 연결축(50)에 고정되어 스크류 회전모터(60), 연결축(50) 및 액체질소 냉각탱크(30)를 동시에 고정시키는 고정브라켓(70)과,
상기 액체질소 저장탱크(30)의 하부와 일체를 이루어 테이블 형상을 갖는 냉각장치 고정베이스(80)와,
상기 냉각장치 고정베이스(80)의 하부에 설치되어, 상기 액체질소 저장탱크(30)의 하부에 형성된 배출구를 통해 배출되는 냉각 냉각분쇄 대상물을 공급받아 고속으로 회전하는 날개를 이용하여 파쇄하는 파쇄기(90)를 포함하여 이루어진다.
상기 투입컨베이어(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 원료의 공급이나 공정 중간에서의 연계작업에 활용되는 장치인 벨트 컨베이어로 이루어진다. 이와 같은 컨베이어(Conveyor)는 합성수지, 광석, 흙, 모래, 시멘트, 곡류, 과일 같은 분립물이나 상자, 포대, 포장물 등을 연속적으로 운반하는 기계장치이다.
벨트 컨베이어 시스템(Belt Conveyor System)은 점차 기능이 첨가되어 단순 이동작업에서 열처리, 이동, 선별작업 등이 가능하게 되었고 컴퓨터를 통한 원격제어시스템도 활용되고 있다. 컨베이어 종류 중에서도 일반적으로 가장 널리 사용되는 것은 벨트 컨베이어(Belt Conveyor; B/C)이며 프레임의 양단에 설치된 풀리에 벨트를 엔드리스로 감아 그 위에 원료를 실어 벨트를 동일 방향으로 연속적으로 움직여서 운반하는 컨베이어이다.
상기 호퍼(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 투입컨베이어(10)가 끝나는 지점의 바로 아래에 위치하고 있어, 상기 투입컨베이어(10)를 통해 이송되는 냉각분쇄 대상물이 바로 호퍼(20)로 투입될 수 있도록 한다.
상기 호퍼(20)는 통상의 깔때기 구조를 이루어 측면이 경사면을 이루고 있기 때문에 투입되는 냉각분쇄 대상물이 호퍼(20)의 면에 정체됨이 없이 바로 아래로 투입되도록 함으로써, 호퍼(20)의 하부에 연설된 액체질소 저장탱크(30)로 이송스크류(40)의 회전을 통해 바로 공급된다.
상기 냉각분쇄 대상물은 다양하게 적용이 가능하다. 구체적인 예로서, 합성수지를 그 대상으로 한다.
상기 액체질소 저장탱크(30)는 본 발명의 중요 구성에 해당하는 부분으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 외부를 이루는 외부관(301)과, 내부를 이루는 내부관(302)의 2중관 일체형 구조를 갖는다.
상기 내부관(302)은 개방되고, 상기 외부관(301)과 내부관(302) 사이는 일정 간격 이격되되 밀폐된 공간을 형성하며,
상면의 일측에 질소주입구(301a)를 형성하여 액체 질소를 상기 밀폐된 공간으로 주입하고, 상면의 다른 일측에 가스배출구(301b)를 형성하여 밀폐된 공간에서 발생된 가스를 외부로 배출하도록 구성된다.
상기 내부관(302)은 상·하로 개방된 관형을 이루고 있으며, 상기 내부관(302)의 중심부에는 이송스크류(40)가 설치된다.
그리고, 상기 외부관(301)과 내부관(302) 사이에는 일정한 간격을 두고 공간을 형성하게 되며, 이때 상부와 하부는 닫힌 구조로 이루어져 밀폐된 공간을 형성하게 된다.
또한, 상기 외부관(301)과 내부관(302)의 하부는 테이블 형상의 냉각장치 고정베이스(60)에 연설되어 일체를 이루게 된다.
상기 액체질소 저장탱크(30)의 액체질소는 시간이 경과함에 따라 온도가 상승하게 되어, 가스가 발생하게 되고, 이와 같은 가스의 발생은 압력 상승을 유도하게 된다. 따라서, 일정조건하에서 밸브를 열어줌으로써, 상기 액체질소 저장탱크(30)의 내부의 가스를 외부로 배출한다. 그리고 가스의 배출에 따른 부족분의 액체 질소는 새롭게 투입하여 줌으로써, 순환구조를 이루게 한다.
상기 외부관(301)은 열전도도가 낮은 스텐인리스 강으로 구성되고, 내부관(302)은 열전도도가 높은 알루미늄으로 구성되며, 상기 스테인리스 강과 알루미늄은 용접에 의해 일체화시킨다.
상기 외부관(301)을 이루는 스테인리스강은 금속 조직학적 미세 구조와 결정학적 인자에 의해 오스테나이트계, 페리이트계, 마르텐사이트계, 석출경화형, 그리고 이상 스테인리스강(duplex stainless steel)으로 구별된다. 일반적으로 이들 사이의 내식성은 오스테나이트계 스테인리스강이 가장 우수하고 마르텐사이트계 스테인리스강이 이들 중에서 가장 열악한 것으로 알려져 있다.
스테인리스강은 Cl- 등의 공격성 음이온이 존재하는 해수와 부식 용액 및 염산이나 황산 등의 고농도의 산 용액에서는 내식성이 충분하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 부식저항성을 향상시킬 수 있도록 Fe 59.95wt%, Cr 27wt%, Ni 7wt%, Mo 2.5wt%, W 3.2wt%, N 0.35wt%로 조성되는 스테인리스 강을 1,100~1,200℃에서 1~5분 동안 1차 열처리 후 수냉한 후, 다시 800~900℃에서 10~20분 동안 2차 열처리 후 수냉한 것을 사용한다.
상기 Cr첨가의 주된 목적은 내식성의 향상이다. 스테인리스강의 고유 내식성을 얻는데 반드시 필요한 원소이며, 내식성 및 내산화성은 Cr 함량이 증가함에 따라 커진다. 이러한 Cr은 스테인리스강의 표면에 얇은 산화 피막을 형성함으로써 산화나 부식을 지연시키거나 방지한다.
상기 Ni은 다른 원소들이 고정되어 있을 경우 내식성과 석출 경향성에 간접적인 영향을 끼치게 된다. 따라서 내식성 향상과 페라이트상의 분해를 억제하기 위해 다른 원소들의 함량을 고정시킬 경우 Ni의 중요성은 크게 된다.
상기 Mo는 첨가로 내식성을 향상에 기여하는 것으로서, MoO4 2 - 이온이 이온 선택층을 형성하여 내식성 향상에 기여한다.
상기 W은 오스테나이트계의 스테인리스강에 첨가 시 낮은 pH영역에서 안정한 WO3의 부동태 피막을 형성하여 내식성에 기여한다.
상기 N는 침입형 원소로써 거의 오스테나이트 상에 고용되어 페라이트 상에 비해 공식저항성이 떨어지는 오스테나이트상의 내식성을 향상시킴으로써 내식성 향상에 크게 기여한다. 그리고 첨가시 Cr, Mo의 두 상간의 효과를 균일하게 하는 역할을 하여 페라이트 상의 분해를 어느 정도 지연시키는 효과가 있다.
질소는 고온에서도 오스테나이트 상을 안정하게 하여 상태도상에서 이상 구역을 더 넓게 해준다. 그러나 질소가 많이 첨가될수록 Cr2N이 소둔 열처리 시에도 생성되어 내식성에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다.
상기 내부관(302)은 열전도도를 향상시킨 알루미늄으로 이루어지는 것으로서, 알루미늄 빌렛을 400~480℃의 온도조건에서 4.0~5.5mm/s의 압출속도로 압출하고, 압출물을 400~440℃에서 2~3시간 동안 열처리한 후에 그래핀 코팅을 하되,
상기 그래핀은 흑연 5~13wt%와, 황산과 질산을 7:3 중량비율로 배합한 혼합용액 75~83wt%와, 산화제인 KMnO4 5~13wt%를 혼합하여 제조된 것을 증류수로 세척한 후, 70~75℃에서 진공건조하여 제조된 산화흑연을 1,000℃로 열처리하여 합성한 것이며,
상기 코팅은 에탄올 100중량부에 대하여,
상기 그래핀 1~10중량부와,
Methyltriethoxysilane(MTEOS), Ethyltriethoxysilane(ETEOS), Dimethyldiethoxysilane(DMDEOS), Methyldichlorosilane(MDS) 중 선택되는 어느 1종 이상의 분산제 1~10중량부로 배합한 것을 1.3~1.7㎖/㎠의 분사량으로 코팅처리한 후, 450~490℃에서 1~4분간 열처리를 하여 분산제를 증발시켜 코팅을 완료한다.
상기 산화제의 양이 10wt%를 초과하게 되는 경우에는 그래핀에 결함을 주어 그래핀의 물성저하를 줄 수 있으므로, 상기 산화제의 양은 10wt% 이하로 하되, 더욱 구체적으로는 5~10wt%의 범위 내로 사용한다.
그리고 상기 열처리 온도가 1,000℃ 이외의 온도에서 이루어질 경우 그래핀의 품질이 떨어질 수 있기 때문에 상기 열처리 온도는 1,000℃를 유지하는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 상기 그래핀은 흑연 5g, 황산과 질산을 7:3 중량비율로 배합한 혼합용액 75g, 산화제인 KMnO4 20g을 혼합하여 제조된 것을 증류수로 세척한 후, 70℃에서 진공건조하여 제조된 산화흑연을 1,000℃로 열처리하여 합성한 것을 사용한다.
또한, 상기 코팅의 구체적인 예는 에탄올 100g에 대하여, 상기 그래핀 10g, Methyldichlorosilane(MDS) 10g으로 배합조성된 코팅액을 전기분무증착(Electro spray coating) 장비를 이용하여 상기 내부관(302) 표면에 분당 250 ㎕의 분사속도로 분사하며, 이때 15kV 전압을 걸어 분산액을 고루 퍼지게 한다. 이때 분사량은 1.3㎖/㎠으로 하여 코팅을 한다.
상기 이송스크류(40)는 상기 액체질소 저장탱크(30)의 내부관(302) 중심축을 회전축으로 하여 외면에 스크류 날개가 형성되어 있다. 상기 스크류 날개는 도 3에 도시된 바와 같이, 상부로는 투입컨베이어(10)가 설치되어 있는 높이까지 형성되고, 하부로는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내부관(302)이 끝나는 지점까지 형성된다.
그리고 상기 이송스크류(40)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상부에 수직방향으로 설치되는 봉 형상의 연결축(50)에 연결 설치되어 있으며, 상기 연결축(50)의 다른 방향으로는 스크류 회전모터(60)가 연결 설치된다. 즉 상기 이송스크류(40)와 스크류 회전모터(60)는 상기 연결축(50)에 의해 연결되며, 상기 회전축은 상기 스크류 회전모터(60)에서 발생하는 동력을 이송스크류(40)에 전달하게 된다.
더욱 상세하게는, 상기 이송스크류(40)의 상단에는 상부가 개방된 원통 형상의 스크류 연결 플랜지(401)가 고정설치되고, 상기 연결축(50)은 상기 스크류 연결 플랜지(401)의 개방된 방향으로 삽입된다. 그리고 상기 연결축(50)을 고정하기 위해, 상기 스크류 연결 플랜지(401)와 연결축(50)에 형성되어 있는 관통공으로 연결축 고정핀(402)을 끼운다.
그리고 상기 스크류 회전모터(60)와 연결축(50)이 맞닿는 부분은 원통형의 연결축 커플링(403) 내부로 상호 끼움 결합하여 고정된다.
또한 상기 연결축(50)은 다수의 지지베어링(501)에 끼움 결합되고, 상기 지지베어링(501)은 다시 고정브라켓(70)에 고정됨으로써, 상기 연결축(50)이 완전 고정을 이루어 스크류 회전모터(60)로부터 공급되는 회전동력에 의해 이송스크류(40)가 안정적으로 회전할 수 있도록 한다.
상기 이송스크류(40)의 회전은 일정한 값으로 진행되거나, 또는 더욱 작업 효율성을 높이기 위해 인버터를 이용하여 회전수를 변경하는 방식을 적용하는 것도 가능하다.
즉, 아래의 상황에 맞춰 인버터를 통해 이송스크류(40)의 회전 속도를 조절하게 된다.
액체질소 저장탱크(30)의 온도가 떨어질수록 이송스크류(40)의 회전을 빨라지고, 온도가 상승할수록 이송스크류(40)의 회전을 느리게 하며,
분쇄 대상물의 비중이 클수록, 분쇄 대상물의 내부에 꽉 차서 이송될 경우 등에는 이송스크류(40)의 회전을 느리게 한다.
따라서, 액체질소 저장탱크(30)의 온도, 분쇄 대상물의 열전도도, 비중, 이동량의 상관관계를 고려하여 모터의 회전을 자동적으로 계산하여 회전시킨다.
이때 모터 회전수 제어는 인버터, DC 모터, 서버 모터에 의해 컴퓨터에 입력된 데이터 값에 따라 자동 계산되어 스크류 회전을 제어하는 공지의 일반기술을 적용한다.
상기 고정브라켓(70)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임 구조를 이루어, 일측이 상기 액체질소 저장탱크(30)의 상부 외주연을 따라 고정되고, 타측이 상기 연결축(50) 및 상기 연결축(50)에 동시에 고정되어 프레임 구조를 이루는 고정브라켓(70)과, 지지베어링(501)과 고정됨으로써, 질소냉각 분쇄장치(1)가 견고한 결합 구조를 유지할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 고정브라켓(70)의 상부로 '┐'형상의 모터고정브라켓(701)이 설치되며, 상기 모터고정브라켓(701)은 상부가 스크류 회전모터(60)에 연결되어, 상기 스크류 회전모터(60)를 지지 고정하는 역할을 하게 된다.
상기 냉각장치 고정베이스(80)는 도 4 및 도 8에 도시된 바와 같이, 액체질소 저장탱크(30)의 하부와 일체로 연결되어 있으며, 형상은 테이블 구조를 이루고 있어 액체질소 저장탱크(30)를 포함하여 냉각장치 고정베이스(80) 상부에 형성되어 있는 장치들을 지지하여 안정성을 확보한다.
그리고 상기 액체질소 저장탱크(30)와 연결되는 부위는 상부에서 스크류 회전에 의해 공급되는 냉각분쇄 대상물이 파쇄기(90)로 공급될 수 있도록 통공을 이루고 있으며, 상기 통공은 다시 하부에 설치되는 파쇄기(90)의 상부에 형성된 통공과 일치된다. 따라서 상기 액체질소 저장탱크(30)의 내부관(302)의 직경과 파쇄기(90) 상부에 형성된 통공이 서로 일치되도록 맞닿아 있는 구조를 이룬다.
이와 같은 구조로 인해, 상기 액체질소 저장탱크(30)의 내부관(302)으로부터 공급되는 냉각분쇄 대상물이 바로 파쇄기(90)로 원활하게 공급될 수 있다.
상기 파쇄기(90)는 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 파쇄기의 외관을 이루는 파쇄기 커버(901)와,
상기 커버(901)의 상부에 관통 형성되어 냉각 냉각분쇄 대상물을 파쇄기 내부로 투입하기 위한 냉각분쇄 대상물 투입 홀(902)과,
상기 커버(901)의 일측에 형성되는 파쇄물 배출구(903)와,
상기 파쇄기(90) 내부 중심에 축을 이루는 회전축(904)과,
상기 회전축(904)을 중심으로 방사형으로 형성되는 파쇄 날개(905)와,
상기 회전축(904)의 상·하부에 형성된 회전축 베어링(906)과,
상기 회전축(904)의 하단에 연결되어 회전축으로 회전동력을 공급하는 회전 모터(907)를 포함하여 이루어진다.
상기 파쇄기 커버(901)는 호루라기 형상을 이루어, 상부 일측면에 형성된 냉각분쇄 대상물 투입 홀(902)로부터 공급된 질소 냉각물을 원통형의 몸체부에서 파쇄한 후, 일측에 형성되어 있는 파쇄물 배출구(903)를 통해 파쇄물이 배출될 수 있도록 구성된다.
상기 냉각분쇄 대상물 투입 홀(902)은 상기 액체질소 저장탱크(30)의 내부관(302)과 동일한 직경의 홀을 형성하여, 상기 내부관(302)과 맞닿아 있기 때문에, 내부관(302)으로부터 바로 파쇄기로 냉각분쇄 대상물이 투입될 수 있도록 한다.
상기 파쇄기(90)의 원통형의 몸체의 내부 중앙에는 회전축(904)이 형성되어 있으며, 상기 회전축(904)에는 방사형으로 파쇄 날개(905)가 설치되어 있다. 그리고 상기 회전축(904)의 상단과 하단에는 회전축 베어링(906)이 설치되어 있다.
상기 회전축(904)은 회전동력을 공급하는 회전모터(907)와 연결되는데, 상기 회전모터(907)와 회전축(904)이 맞닿는 부분은 원통형의 고정커플링(904) 내부로 상호 끼움 결합하여 고정된다.
그리고, 상기 회전모터(60)는 파쇄기 커버(901)의 하부에 '└'형상의 모터고정브라켓(909)에 의해 고정된다.
또한, 상기 파쇄기 커버(901)의 상부에는 파쇄기 고정 브라켓(910)이 다수 설치된다.
상기 파쇄기(90)에서의 파쇄는 칼날을 이용하여 파쇄하는 것이 아니라, 냉각 상태에 있는 물질에 바(bar)를 이용하여 충격을 줌으로써 파쇄가 이루어지고, 이와 같이 파쇄된 물질들은 바의 회전운동에너지를 통해 외부로 배출되게 된다.
투입컨베이어(10)로 이송된 냉각분쇄 대상물은 액체질소 냉각통 속으로 통하면서 냉각되게 되며, 이때 액체질소 냉각통 속으로 보내는 것은 스크류에 의하여 밑으로 이송되게 된다.
그리고 냉각된 냉각분쇄 대상물은 고속으로 회전하는 날개에 의해 파쇄되고, 이때 파쇄되는 입자의 크기는 하강속도와 회전수 변화로 인해 결정된다. 이와 같은 과정을 거쳐 파쇄된 입자는 배출구를 통해 배출된다.
시간이 경과함에 따라 온도 상승으로 인해 액체 질소로부터 가스가 발생하게 되며, 이와 같이 발생한 가스는 내부 압력을 상승시키게 되므로 압력을 일정하게 유지시키기 위해, 압력 밸브를 이용하여 질소가스를 대기중으로 방출한다.
이때 방출되는 질소가스는 무해하기 때문에 환경에 영향을 미치지 않으며, 질소 통의 온도가 올라가면 액체질소를 보충한다. 그리고 스크류에 의해 내면에 있는 얼음을 제거한다.
본 발명에 따른 질소냉각 분쇄장치는 2중관 구조의 액체질소 저장탱크를 이용함으로써 액체질소의 소모량을 최소화하면서도 질소냉각 효율을 극대화시킬 수 있다는 장점을 갖으며, 또한 분쇄하고자 하는 물질의 열전도도, 비열등을 고려하여 스크류의 회전속도를 조절함으로써 물질에 맞는 적정 냉각을 이룰 수 있기 때문에 산업상 이용가능성이 크다.
1: 질소냉각 분쇄장치
10:투입컨베이어
20:호퍼
30:액체질소 냉각탱크
40:이송스크류
50:연결축
60:스크류 회전모터
70:고정브라켓
80:냉각장치 고정베이스
90:파쇄기

Claims (5)

  1. 냉각분쇄 대상물을 호퍼(hopper)로 이송하는 투입컨베이어(10)와,
    상기 투입컨베이어(10)로부터 냉각분쇄 대상물을 공급받는 호퍼(20)와,
    상기 호퍼(20) 하부에 연설되어 액체질소를 이용하여 냉각분쇄 대상물을 냉각시키는 것으로서, 스테인리스강으로 이루어지는 외부관(301)과, 알루미늄으로 이루어지는 내부관(302)의 2중관 일체형 구조를 가지며,
    상기 내부관(302)은 개방되고, 상기 외부관(301)과 내부관(302) 사이는 일정 간격 이격되되 밀폐된 공간을 형성하며,
    상면의 일측에 질소주입구(301a)를 형성하여 액체 질소를 상기 밀폐된 공간으로 주입하고, 상면의 다른 일측에 가스배출구(301b)를 형성하여 밀폐된 공간에서 발생된 가스를 외부로 배출하도록 구성된 관형상의 액체질소 냉각탱크(30)와,
    상기 액체질소 냉각탱크(30)의 내부 중심축에 설치되어 스크류 날개의 회전을 통해 냉각분쇄 대상물을 상부에서 하부로 이송시키는 이송스크류(40)와,
    일측이 상기 이송스크류(40)의 상단에 연결되고, 타측이 스크류 회전모터(60)에 연결되어 상기 스크류 회전모터(60)의 회전동력을 상기 이송스크류(40)에 전달하는 봉 형상의 연결축(50)과,
    상기 연결축(50)과 연결되어 이송스크류(40)에 회전동력을 공급하는 스크류 회전모터(60)와,
    일측이 상기 액체질소 냉각탱크(30)의 상부 외부면에 고정되고, 타측이 상기 연결축(50)에 고정되어 스크류 회전모터(60), 연결축(50) 및 액체질소 냉각탱크(30)를 동시에 고정시키는 고정브라켓(70)과,
    상기 액체질소 저장탱크(30)의 하부와 일체를 이루어 테이블 형상을 갖는 냉각장치 고정베이스(80)와,
    상기 냉각장치 고정베이스(80)의 하부에 설치되어, 상기 액체질소 저장탱크(30)의 하부에 형성된 배출구를 통해 배출되는 냉각 냉각분쇄 대상물을 공급받아 고속으로 회전하는 날개를 이용하여 파쇄하는 파쇄기(90)를 포함하여 이루어지는 것에 있어서,
    상기 외부관(301)은 Fe 59.95wt%, Cr 27wt%, Ni 7wt%, Mo 2.5wt%, W 3.2wt%, N 0.35wt%로 조성되는 스테인리스 강을 1,100~1,200℃에서 1~5분 동안 1차 열처리 후 수냉한 후, 다시 800~900℃에서 10~20분 동안 2차 열처리 후 수냉한 스테인리스 강으로 이루어지며,
    내부관(302)은 알루미늄 빌렛을 400~480℃의 온도조건에서 4.0~5.5mm/s의 압출속도로 압출하고, 압출물을 400~440℃에서 2~3시간 동안 열처리한 후, 내부관(302)의 표면에 그래핀 코팅 처리한 것으로서,
    상기 그래핀은 흑연 5~13wt%와, 황산과 질산을 7:3 중량비율로 배합한 혼합용액 75~83wt%와, 산화제인 KMnO4 5~13wt%를 혼합하여 제조된 것을 증류수로 세척한 후, 70~75℃에서 진공건조하여 제조된 산화흑연을 1,000℃로 열처리하여 합성한 것이며,
    상기 코팅은 에탄올 100중량부에 대하여,
    상기 그래핀 1~10중량부와,
    Methyltriethoxysilane(MTEOS), Ethyltriethoxysilane(ETEOS), Dimethyldiethoxysilane(DMDEOS), Methyldichlorosilane(MDS) 중 선택되는 어느 1종 이상의 분산제 1~10중량부로 배합한 것을 1.3~1.7㎖/㎠의 분사량으로 코팅처리한 후, 450~490℃에서 1~4분간 열처리를 하여 분산제를 증발시켜 이루어지는 것임을 특징으로 하는 질소냉각 분쇄장치.










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