KR102057452B1 - System of continuous mass producing nano particle with classification - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노입자를 대량으로 연속 생산하고 크기별로 정밀하게 선별하여 분류하는 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 마이크로미터(um) 크기의 원재료를 기계적 다단계 충격에 의하여 일정한 크기의 나노미터(nm) 크기의 나노 입자로 분쇄하고 수집하여 냉각시킨 후 강한 물리적 다단계 충격을 인가하여 미세 나노 입자로 변환시키며 일정한 크기별로 각각 자동 선별하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for continuously producing nanoparticles in large quantities and precisely sorting and sorting them by size, and more particularly, to nanometer (nm) sizes of micrometer-sized raw materials by mechanical multi-stage impact. The present invention relates to a mass production and sorting system for nanoparticles, which is pulverized into nanoparticles, collected, cooled, and then subjected to a strong physical multi-stage impact to be converted into fine nanoparticles and automatically sorted by a certain size.
극미세 분말 재료(Nanostructured Powder Materials, 나노 입자)의 생산 기술은 나노 장치(Device)를 포함하는 새로운 기술 분야에 응용되는 기반 기술이며 중요하게 인식되고 있다.The production technology of nanostructured powder materials (nanoparticles) is a foundation technology applied to new technology fields including nano devices and is recognized as important.
나노입자는 직경 100 나노미터(nm) 이하 크기를 일반적으로 지칭하며, 크기가 작은 나노 입자의 특성에 의하여 표면적이 증가하므로, 기존 재료로 확보할 수 없는 특이한 전기적, 전자적, 기계적, 촉매적 등의 특성이 있으며, 이러한 특성을 이용하여 초고강도 부품, 자성부품, 열전센서, 필터, 촉매 등과 같이 차세대 기능성 소재로 산업 전분야에서 응용되고 있다. Nanoparticles generally refer to a size of less than 100 nanometers (nm) in diameter, and the surface area is increased due to the characteristics of the small nanoparticles, and thus, specific electrical, electronic, mechanical, and catalytic properties that cannot be obtained with conventional materials In addition, by using these characteristics, ultra-high strength parts, magnetic parts, thermoelectric sensors, filters, catalysts, and the like, are being applied in all fields of the industry as next-generation functional materials.
한편, 첨단산업의 발전에 따라 부품과 시스템의 고성능화 및 소형화가 요구되고 있으며, 현재는 마이크론 또는 서브 마이크론 크기의 입자가 사용되고 있고, 나노 입자는 부품, 시스템의 고성능화와 소형화에 대한 기존 기술의 한계성을 극복하면서 새로운 성능이 출현될 수 있으므로 미래기술과 첨단제품 개발에 필수적인 재료에 해당한다. On the other hand, with the development of high-tech industry, high performance and miniaturization of parts and systems are required, and micron or sub-micron size particles are currently used, and nano particles have limited limitations of existing technologies for high performance and miniaturization of parts and systems. Overcoming, new performance can emerge, making it an essential material for future technology and advanced product development.
즉, 나노입자는 나노스케일 크기의 입자이며, 전자전이에 필요한 에너지가 물질의 크기에 따라 변화되는 양자크기제한현상(quantum confinement effect)과 상대적으로 넓은 표면적으로 인하여 벌크 상태의 물질과는 전혀 다른 광학적, 전기적, 자기적 특성을 나타내고, 이러한 성질 때문에 촉매분야, 전기자기분야, 광학분야, 의학분야 등에서의 이용가능성에 대한 많은 관심이 집중되고 있다. In other words, nanoparticles are nanoscale particles, which are completely different from bulk materials due to their relatively large surface area and quantum confinement effect, in which the energy required for electron transfer varies with the size of the material. , Electrical and magnetic properties, and because of these properties, much attention has been paid to the applicability in the field of catalysts, electro-magnetics, optics, medical.
나노 입자(튜브) 특히, 탄소 나노입자는 1990년대 초에 발견되었고, 그 후 다양한 공업적 용도로 사용하기 위한 나노 입자의 집중적인 연구가 수행되어 왔다. 사실상, 탄소 나노구조물은 인공근육, 바이오센서, 복합체 물질, 도전성 플라스틱, 편평-패널 디스플레이, 마이크로 전자 디바이스, 초강성 섬유, 전자장 방출(electron field emission), 가스 축적, 기계적 텍스타일(technical textile), 방염 보호 및 정전기 방지 등의 많은 분야에서 기계적, 전기적, 자기적, 광학적 및 열적으로 매우 이례적이며 유용한 특성을 보여주고 있다. Nanoparticles (tubes) In particular, carbon nanoparticles were discovered in the early 1990s, and since then intensive research has been conducted on nanoparticles for use in various industrial applications. In fact, carbon nanostructures can be used for artificial muscles, biosensors, composite materials, conductive plastics, flat-panel displays, microelectronic devices, super-rigid fibers, electron field emission, gas accumulation, technical textiles, and flame retardants. Many fields, such as protection and anti-static, show very unusual and useful properties mechanically, electrically, magnetically, optically and thermally.
한편, 나노 입자의 특성을 조절하는 다양한 생산 방식으로 레이저 삭마, 전기적 아크 방전, 금속성 촉매에 의한 탄화수소의 촉매적 탄소 증착(CCVD) 방식을 포함하는 여러 가지 방법들이 개발되었다. 특히, CCVD 방법은 다른 방식에 비하여, 높은 수율과 우수한 품질의 탄소 나노 입자(튜브)를 제공하고, 공업적 제조공정을 단순화시킨다. CCVD 기술을 이용한 대부분의 연구는 현재 탄소 나노튜브의 유형(단일, 이중, 다중벽), 직경, 길이, 순도를 조절하기 위한 새로운 촉매를 개발하는데 집중되고 있다. 탄소 나노 튜브(입자)의 구조적, 물리적, 화학적 특성은 전기 전도 용량, 기계적 강도, 열적, 광학적, 자기적 특성에 관련되어 있다. Various methods have been developed, including laser ablation, electrical arc discharge, and catalytic carbon deposition (CCVD) of hydrocarbons using metallic catalysts as various production methods for controlling the properties of nanoparticles. In particular, the CCVD method provides high yield and good quality carbon nanoparticles (tubes) and simplifies the industrial fabrication process compared to other methods. Most research using CCVD technology is currently focused on developing new catalysts to control the type (single, double and multiwall), diameter, length and purity of carbon nanotubes. The structural, physical and chemical properties of carbon nanotubes (particles) are related to electrical conduction capacity, mechanical strength, thermal, optical and magnetic properties.
탄소 나노 튜브(Carbon Nano tubes)는 하나의 탄소 원자에 세 개의 탄소 원자가 이웃하여 결합되므로 육각 환형을 이루고, 이러한 육각 환형이 벌집 형태로 반복된 평면이 말려 원통형 또는 튜브 형태를 이룬 형상이다. 이러한 탄소 나노 튜브는 그 구조에 따라 금속적 도전성 또는 반도체적 도전성을 나타낼 수 있는 성질을 가지며, 여러 기술 분야에 폭넓게 응용될 수 있어 미래의 신소재로 각광을 받고 있다. 예컨대, 탄소 나노 튜브는 이차 전지, 연료 전지 또는 수퍼 캐패시터와 같은 전기 화학적 저장 장치의 전극, 전자파 차폐, 전계 방출 디스플레이 또는 가스 센서 등에 적용 가능하다. Carbon nanotubes are hexagonal annular because three carbon atoms are bonded to one carbon atom adjacently, and the hexagonal annular shape is formed in a cylindrical or tubular shape by curled planes. Such carbon nanotubes have a property of exhibiting metallic conductivity or semiconductor conductivity according to their structure, and are widely attracted as new materials of the future because they can be widely applied in various technical fields. For example, carbon nanotubes are applicable to electrodes of electrochemical storage devices such as secondary cells, fuel cells or supercapacitors, electromagnetic shielding, field emission displays or gas sensors.
이러한 나노 입자를 생산하는 종래기술로 대한민국 특허 등록번호 제10-0586184호(2006. 05. 26.)에 의한 ‘나노입자 생산 시스템의 정전 분산 및 분급장치’가 있다. Conventional technology for producing such nanoparticles is the 'electrostatic dispersion and classifier of nanoparticle production system' according to Korean Patent Registration No. 10-0586184 (2006. 05. 26.).
도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 나노 입자를 생산하는 시스템의 기능 구성도 이다. 1 is a functional configuration diagram of a system for producing nanoparticles according to an embodiment of the prior art.
첨부된 도면을 참조하여 종래기술을 상세히 설명하면, 교반기(10)에 나노 입자의 생산을 위한 재료가 투입되어 교반되고, 펌프(20)에 의하여 교반된 재료가 분쇄기(30)로 전달된다. Referring to the accompanying drawings, the prior art will be described in detail. A material for the production of nanoparticles is introduced into the
분쇄/분산기(30)는 펌프(20)를 통해 전달된 재료를 분쇄와 분산시키고, 분쇄/분산기(30)가 배출한 재료는 분급기(40)에 의하여 나노 입자가 분리(분급)되며, 분급기(40)에 의하여 분급되지 못한 재료는 순환회로를 통하여 다시 교반기(10)로 순환시키는 구성이다. 정전분산장치(60)는 교반기(10), 펌프(20), 분쇄/분산기(30), 분급기(40), 순환회로(50) 중 선택된 구성에 설치되어 재료에 정전기력을 부가하므로 재료가 분산되도록 한다. The pulverizer /
종래기술은 나노 입자의 크기가 비교적 제한되어 초미세 나노입자를 생산할 수 없고, 나노 입자의 대량 생산이 어려워 생산가격이 비싸자는 문제가 있다. In the prior art, the size of the nanoparticles is relatively limited, and thus, ultrafine nanoparticles cannot be produced, and mass production of nanoparticles is difficult, resulting in a high production price.
이러한 종래기술을 일부 개선한 것으로 대한민국 특허 등록번호 제10-0977459호(2010. 08. 17.)에 의한 것으로 ‘액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템’이 있다. Part of the improvement in the prior art is the Korean Patent Registration No. 10-0977459 (2010. 08. 17.), there is a method and system for mass production of nano powder by electric explosion in liquid.
그러나 개선된 종래기술의 경우에도 초미세 나노입자의 생산이 비교적 어렵고 생산된 나노입자를 액체와 분리하는 공정이 필요하므로 시스템 구성이 비교적 복잡하고 생산성이 낮으며 시스템의 유지보수와 나노입자의 생산 비용이 많이 소요되는 등의 문제가 여전히 남아 있다. However, even in the improved prior art, the production of ultra-fine nanoparticles is relatively difficult and a process for separating the produced nanoparticles from the liquid is required. Therefore, the system configuration is relatively complicated, the productivity is low, the maintenance of the system and the production cost of the nanoparticles. This still takes a lot of trouble.
따라서 나노입자를 생산하는데 있어서, 시스템 구성과 생산공정이 비교적 간단하고 나노입자의 생산 비용이 비교적 낮으면서 생산성이 높고 입자의 크기가 일정한 나노입자 대량 생산기술을 개발할 필요가 있다. Therefore, in the production of nanoparticles, it is necessary to develop a nanoparticle mass production technology that has a relatively simple system configuration and a production process, a relatively low production cost of nanoparticles, and a high productivity and a constant particle size.
상기와 같은 종래 기술의 문제점과 필요성을 해소하기 위하여 안출한 본 발명은 비교적 간단한 구성으로 균일한 품질의 미세한 나노입자를 대량 생산하며 시스템의 구성과 유지보수 비용이 저렴하게 소요되는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다. The present invention devised in order to solve the problems and necessity of the prior art as described above is a mass production of nanoparticles with a relatively simple configuration and mass production of fine nanoparticles of uniform quality and low cost of configuration and maintenance of the system The purpose is to provide a screening system.
또한, 본 발명은 생산되는 나노입자의 크기를 일정하게 균일한 크기로 선별 분류하면서 미세 또는 초미세 나노입자를 저렴한 비용으로 빠르게 대량 생산할 수 있는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.In addition, an object of the present invention is to provide a continuous mass production and screening system for nanoparticle mass production that can rapidly and mass-produce fine or ultra-fine nanoparticles at a low cost while sorting the size of the nanoparticles produced to a uniform uniform size. to be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템은 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템에 있어서, 유입된 나노 입자 원재료를 순차 다단계로 기계적 파쇄하여 나노 크기의 나노입자로 분쇄하는 분쇄부; 상기 분쇄부로부터 나노 입자를 유입하여 습도를 조절하고 규정된 크기 이하의 나노입자만 여과시키는 수집부; 상기 수집부로부터 유입된 나노 입자를 냉각시키고 불활성 기체와 혼합시켜 전처리시키는 전처리부; 상기 전처리부로부터 전처리되어 유입된 나노입자에 순차 다단계 물리적 충격을 인가하여 미세 나노입자로 변환하는 충격부; 상기 충격부로부터 유입되는 미세 나노입자를 포집하여 농축하고 크기별 다단계로 분류하는 선별부; 를 포함할 수 있다. In order to achieve the above object, the nanoparticle mass continuous production and sorting system of the present invention is a nanoparticle mass continuous production and sorting system, wherein nanoparticles having nano size by mechanically crushing the introduced nanoparticle raw materials in multiple stages sequentially Grinding unit for grinding; A collector for controlling the humidity by introducing the nanoparticles from the mill and filtering only nanoparticles of a prescribed size or less; A pretreatment unit cooling the nanoparticles introduced from the collection unit and pretreating the mixture with an inert gas; An impact unit converting the nanoparticles pre-treated from the pretreatment unit into nanoparticles by sequentially applying a multi-stage physical impact; A sorting unit for collecting and concentrating the fine nanoparticles introduced from the impact unit and classifying them in multiple stages by size; It may include.
상기 분쇄부는 상기 유입된 나노 입자 원재료를 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 1차 분쇄하는 제 1 분쇄부; 상기 1차 분쇄된 나노 입자 원재료를 유입하고 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 2차 분쇄하므로 나노 크기의 나노입자로 분쇄하는 제 2 분쇄부; 를 포함할 수 있다. The crushing unit is a first crushing unit for crushing the first nanoparticle raw material introduced by multi-stage mechanical friction; A second pulverizing unit for pulverizing the first crushed nanoparticle raw material and crushing the second raw crushed by multi-stage mechanical friction to crush the nano-sized nanoparticles; It may include.
상기 수집부는 상기 분쇄부로부터 비산되어 유입되는 나노입자를 흡입하여 농축하는 컴프레셔부; 상기 컴프레셔부로부터 유입되는 나노입자를 지정된 온도와 10 % 이하의 습도로 안정화시키는 건조부; 상기 건조부로부터 유입되는 나노입자를 지정된 크기 이하만 여과시켜 통과시키는 여과부; 를 포함할 수 있다. The collecting unit is a compressor unit for sucking and concentrating the nanoparticles scattered from the crushing unit; A drying unit stabilizing the nanoparticles introduced from the compressor unit at a specified temperature and a humidity of 10% or less; A filtration unit configured to pass the nanoparticles introduced from the drying unit by filtering only a predetermined size or less; It may include.
상기 전처리부는 상기 수집부로부터 유입되는 나노입자를 영하 140도 범위로 급속 냉각시는 냉각부; 상기 냉각된 나노입자에 불활성 가스를 30 % 범위의 농도로 혼합하는 불활성부; 를 포함할 수 있다.The pretreatment unit is a cooling unit during rapid cooling of the nanoparticles flowing from the collection unit to minus 140 degrees range; An inert part mixing inert gas at a concentration in a range of 30% to the cooled nanoparticles; It may include.
상기 충격부는 상기 전처리부로부터 유입되는 나노입자에 제 1 농도의 수소 가스를 인젝션부로 유입하여 혼합하고 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가하는 제 1 충격부; 상기 제 1 충격부로부터 유입되는 나노입자에 제 2 농도의 수소 가스를 인젝션부로 유입하여 혼합하고 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가하는 제 2 충격부; 를 포함할 수 있다. The impact unit may include: a first impact unit configured to apply a physical impact to the nanoparticles by injecting and exploding hydrogen gas having a first concentration into the injection unit into the nanoparticles introduced from the pretreatment unit; A second impact unit configured to apply a physical impact to the nanoparticles by injecting, mixing and exploding hydrogen gas having a second concentration into the injection unit to the nanoparticles introduced from the first impact unit; It may include.
상기 선별부는 상기 충격부로부터 유입되는 미세나노입자를 포집하여 지정된 밀도로 농축하는 포집농축부; 상기 포집농축부로부터 농축된 미세나노입자를 크기 별 다단계로 선별 분류하는 분류부; 를 포함할 수 있다. The sorting unit for collecting the fine nano-particles flowing from the impact unit for collecting concentration to concentrate to a specified density; A sorting unit for sorting and sorting the fine nanoparticles concentrated from the collection concentration unit in multiple stages for each size; It may include.
상기 제 1 분쇄부와 제 2 분쇄부는 각각 밀폐된 몸체를 형성하며 내부에 비어 있고 하측면에 배출구가 형성된 원통공간부가 구비된 몸체부; 상기 몸체부의 상측 일부에 형성되고 나노입자 재료를 상기 원통공간부에 유입시키는 유입구; 상기 몸체부의 상측 외부 중앙부분에 고정 설치되고 해당 제어신호에 의하여 1200 RPM 범위로 회전축을 회전시키는 분쇄모터부; 상기 분쇄모터부의 회전축에 연결되고 원통형상을 하며 상기 원통공간부에 회전상태로 설치되는 원통부; 상기 원통부의 외주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 다수 구비된 회전커터부; 상기 원통공간부의 내주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 구비되되 상기 회전커터부와 충돌되지 않게 지정된 간격으로 상하 이격되어 설치되는 고정커터부; 상기 몸체부에 설치되어 냉각을 위한 냉매가 이동하는 냉각라인부; 상기 원통공간부의 중앙 위치에 고정 설치되고 밀폐된 원통형상을 하며 상측 외주면을 따라 관통되어 이물질의 통과를 차단하는 스크린이 구비된 고정원통부; 를 포함할 수 있다. A body part having a cylindrical space part in which the first pulverization part and the second pulverization part respectively form a sealed body and are empty inside and have a discharge hole formed on a lower side thereof; An inlet formed in an upper portion of the body portion to introduce nanoparticle material into the cylindrical space portion; A grinding motor part fixedly installed at an upper outer center part of the body part and rotating a rotating shaft in a 1200 RPM range by a corresponding control signal; A cylindrical part connected to the rotating shaft of the grinding motor part and having a cylindrical shape and installed in the cylindrical space part in a rotational state; Rotating cutter unit provided with a plurality of at least two grinding cutters in the upper and lower left and right uniform intervals and width on the outer peripheral surface of the cylindrical portion; Two or more grinding cutters provided on the inner circumferential surface of the cylindrical space part at equal intervals and widths of up, down, left and right, and fixed cutter parts installed at a predetermined interval so as not to collide with the rotary cutter part; A cooling line unit installed in the body part to move a refrigerant for cooling; A fixed cylindrical part fixed at a central position of the cylindrical space part and having a closed cylindrical shape and having a screen penetrating along an upper outer circumferential surface to block a passage of foreign matter; It may include.
상기 제 1 분쇄부의 배출구와 상기 제 2 분쇄부의 유입구는 배관부에 의하여 연결되는 구성으로 이루어질 수 있다. The outlet of the first mill and the inlet of the second mill may be configured to be connected by a pipe.
상기 컴프레셔부는 상기 나노입자를 진공으로 흡입하여 농축하는 구성으로 이루어질 수 있다. The compressor unit may be configured to suck and concentrate the nanoparticles in a vacuum.
상기 건조부는 상기 나노입자가 실온을 유지하고 습도는 10 % 이하로 항상 일정하게 유지시키는 구성으로 이루어질 수 있다. The drying unit may be configured such that the nanoparticles maintain room temperature and humidity is constantly maintained at 10% or less at all times.
상기 냉각부는 코일 형상의 냉각 파이프 라인에 액체질소가 순환되고 코일 형상이 형성하는 내부 관통경로를 통하여 나노입자가 통과하면서 섭씨 영하 100도 이하 범위로 냉각시키는 구성으로 이루어질 수 있다. The cooling unit may be configured to cool the liquid nitrogen is circulated in the coil-shaped cooling pipeline, and the nanoparticles pass through the internal through path formed by the coil shape to cool the temperature below 100 degrees Celsius or less.
상기 불활성부는 질소를 혼합하는 구성으로 이루어질 수 있다. The inert portion may be configured to mix nitrogen.
상기 제 1 충격부와 제 2 충격부는 각각 4 사이클 내연기관의 구조를 하면서 상기 나노입자를 흡입공정으로 유입하면서 지정된 농도의 수소 가스를 함께 유입하고 압축공정으로 함께 압축하며 폭발공정으로 폭발시키고 배기공정으로 배출하는 내연기관 구성으로 이루어질 수 있다. The first impact portion and the second impact portion each have a structure of four cycle internal combustion engines, while introducing the nanoparticles into the suction process, introducing hydrogen gas of a specified concentration together, compressing them together in a compression process, exploding in an explosion process, and an exhaust process. It may consist of an internal combustion engine configuration to discharge.
상기 포집농축부는 농축된 미세나노입자를 지정된 극성으로 대전시키는 구성이 더 포함되고, 상기 분류부는 해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 1 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 1 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 1 롤러부; 해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 2 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 2 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 2 롤러부; 해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 3 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 3 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 3 롤러부; 해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 4 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 4 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 4 롤러부; 를 포함하여 이루어질 수 있다. The collection concentrator further includes a configuration for charging the concentrated fine nanoparticles to a predetermined polarity, wherein the sorting unit has a first charge amount while having a polarity opposite to the polarity of the fine nanoparticles charged by the control signal. And collecting a portion of the fine nanoparticles introduced from the collection and concentration portion, and then charged with the same polarity and the same amount of charge as the first amount of charge to drop the collected fine nanoparticles to collect the first pair A roller part; The part of the roller which rotates according to the control signal is charged with the second electric charge while having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and collects a part of the fine nanoparticles flowing from the collection and concentration part, and then has the same polarity. A pair of second roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles again charged with the same amount of charge as the second amount of charge; A portion of the roller rotating by the control signal is charged with a third charge amount having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and after collecting a portion of the fine nanoparticles flowing from the collection and concentration part, the same polarity and the A pair of third roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles again charged with the same charge amount as the third charge amount; The part of the roller which rotates according to the control signal is charged with the fourth electric charge while having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and collects a part of the fine nanoparticles flowing from the collecting concentrator, and then has the same polarity. A pair of fourth roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles by being charged again with the same amount of charge as the fourth amount of charge; It may be made, including.
상기 제 1 충격부와 제 2 충격부의 피스톤이 움직이는 내연기관 내부 벽면에는 그래핀으로 코팅되어 이루어질 수 있다. Graphene may be coated on the inner wall of the internal combustion engine in which the pistons of the first impact part and the second impact part move.
상기 분쇄모터부는 스텝모터로 이루어지고 1000 내지 1500 RPM의 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 회전하는 구성으로 이루어질 수 있다. The grinding motor unit may be made of a step motor and configured to rotate to any one value selected from the range of 1000 to 1500 RPM.
상기 회전커터부와 고정커터부가 인접하여 형성하는 간격은 100 내지 500 마이크로 미터 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어질 수 있다. The interval between the rotating cutter unit and the fixed cutter unit may be formed to be any one value selected from 100 to 500 micrometers.
상기 불활성 가스는 질소가스류, 헬륨가스류, 알곤가스류 중에서 선택된 어느 하나 또는 선택된 어느 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. The inert gas may be used by mixing any one selected from nitrogen gas, helium gas, argon gas, or any one or more selected.
상기 불활성 가스는 30 %의 부피농도로 혼합하여 사용할 수 있다. The inert gas may be used by mixing at a volume concentration of 30%.
상기 나노입자는 섭씨 영하 100 도 이하로 냉각시킬 수 있다. The nanoparticles can be cooled to below 100 degrees Celsius.
상기 피스톤을 상하 방향으로 구동하는 캠의 회전축은 구동모터에 의하여 구동될 수 있다. The rotating shaft of the cam for driving the piston in the vertical direction may be driven by a drive motor.
상기 회전커터부와 고정커터부가 파쇄를 위하여 형성하는 간격은 조절할 수 있다. The spacing between the rotary cutter and the fixed cutter unit can be adjusted.
상기 회전커터부와 고정커터부가 파쇄를 위하여 형성하는 간격은 100 내지 500 마이크로 미터 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어질 수 있다. The interval formed by the rotary cutter unit and the fixed cutter unit for crushing may be made of any one value selected from the range of 100 to 500 micrometers.
상기와 같은 구성의 본 발명은 비교적 간단한 구성의 시스템을 이용하여 나노입자를 빠르게 대량 생산하고 시스템 유지보수 비용이 저렴하게 소요되는 장점이 있다. The present invention having the above configuration has the advantage of rapidly mass production of nanoparticles using a relatively simple configuration of the system, and low cost of system maintenance.
또한, 제조된 나노입자의 크기 선별 공정에 의하여 생산되는 나노입자의 크기가 균일하고 저렴한 비용으로 품질이 우수한 나노입자를 대량 생산하는 생산성이 우수한 장점이 있다. In addition, the size of the nanoparticles produced by the size selection process of the prepared nanoparticles has the advantage of excellent productivity of mass production of high quality nanoparticles at a uniform and low cost.
도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 나노 입자를 생산하는 시스템의 기능 구성도,
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템의 기능 블록 구성도,
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템의 형상화 블록 구성도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 분쇄부 구성을 설명하는 부분 단면도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 충격부를 구성하는 내연기관의 각 행정별 구동 상태 설명도,
그리고
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 분류부의 각 구성을 설명하는 확대도시도 이다. 1 is a functional configuration diagram of a system for producing nanoparticles according to an embodiment of the prior art,
2 is a functional block diagram of a nanoparticle mass continuous production and sorting system according to an embodiment of the present invention,
3 is a block diagram showing the configuration of a nanoparticle mass continuous production and sorting system according to an embodiment of the present invention;
Figure 4 is a partial cross-sectional view illustrating the configuration of the grinding unit according to an embodiment of the present invention,
5 is an explanatory diagram of driving states of respective strokes of the internal combustion engine constituting the impact unit according to an embodiment of the present invention;
And
6 is an enlarged view for explaining each configuration of the classification unit according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템의 기능 블록 구성도 이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템의 형상화 블록 구성도 이고, 도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 분쇄부 구성을 설명하는 부분 단면도 이고, 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 충격부를 구성하는 내연기관의 각 행정별 구동 상태 설명도 이고, 도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 분류부의 각 구성을 설명하는 확대도시도 이다.Figure 2 is a functional block diagram of a nanoparticle mass continuous production and sorting system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a shaping block of the nanoparticle mass continuous production and sorting system according to an embodiment of the present invention 4 is a partial cross-sectional view illustrating a crushing unit configuration according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a driving state for each stroke of an internal combustion engine constituting an impact unit according to an embodiment of the present invention. 6 is an explanatory diagram illustrating each configuration of a classification unit according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 상세히 설명하면 본 발명의 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템(900)은 분쇄부(1000), 수집부(2000), 전처리부(3000), 충격부(4000), 선별부(5000) 및 중앙제어부(6000)를 포함하는 구성이다. Hereinafter, with reference to all the accompanying drawings in detail the nanoparticles mass continuous production and
나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템(900)의 각 기능부는 구성과 동작하는데 전혀 문제가 없는 구조와 상태 인 것으로 설명하기로 한다. Each functional unit of the nanoparticle mass production and
분쇄부(1000)는 나노입자를 만들기 위하여 유입된 원재료를 순차 다단계로 기계적 구성을 이용하여 파쇄하므로 100 내지 500 나노미터(nm) 크기의 나노입자로 분쇄한다. 이때 유입되는 원재료는 500 마이크로 미터(um)의 크기인 것으로 설명한다. The crushing
이하에서 크기는 물체의 가장 큰 부분에 대한 지름 크기 값을 의미하는 것으로 설명하고 이해하기로 한다. Hereinafter, the size will be described and understood to mean a diameter size value for the largest portion of the object.
분쇄부(1000)는 유입된 500 마이크로미터 크기에 의한 원재료를 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 1차 분쇄하는 제 1 분쇄부(1100)와 제 1 분쇄부(1100)에 의하여 1차 분쇄된 상태를 유입하고 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 2차 분쇄하므로 100 내지 500 나노 미터(nm) 크기의 나노입자로 분쇄하는 제 2 분쇄부(1200)를 포함하는 구성이다. The crushing
제 1 분쇄부(1100)와 제 2 분쇄부(1200)는 동일한 구성이며, 각각 몸체부(1110), 원통공간부(1111), 상부뚜껑부(1112), 하부뚜껑부(1113), 배출구(1114), 유입구(1120), 분쇄모터부(1130), 원통부(1140), 회전커터부(1150), 고정커터부(1160), 냉각라인부(1170), 고정원통부(1180), 배관부(1190)를 포함하는 구성이다. The first crushing
제 1 분쇄부(1100)와 제 2 분쇄부(1200)는 동일한 구성이므로 한번만 설명하기로 한다. Since the first crushing
몸체부(1110)는 밀폐된 몸체를 형성하며 내부에 비어 있고 하측면에 배출구(1114)가 형성된 원통공간부(1111)가 구비된다. The
유입구(1120)는 몸체부(1110)의 상측 일부에 형성되고 나노입자를 위한 원재료 또는 1차 분쇄된 원재료를 원통공간부(1111)에 유입시키는 구성이다. The
한편, 필요에 의하여 원재료를 투입할 때 순수한 물 또는 액체를 함께 투입할 수 있다. 이때, 투입되는 액체의 양은 원재료의 부피를 기준으로 10 내지 80 프로(%) 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 유입구(1120)에 투입할 수 있다. 투입된 물은 분쇄과정에서 원재료와 혼합된다. On the other hand, when the raw material is added as needed, pure water or liquid can be added together. In this case, the amount of liquid introduced may be added to the
이하의 설명에서 투입된 원재료와 가공 과정 중에 있는 원재료를 모두 나노입자로 기재하기로 하고, 필요한 경우 세분하여 구분 기재하기로 한다. In the following description, both the raw materials added and the raw materials in the process of processing will be described as nanoparticles, and if necessary, they will be divided and described.
분쇄모터부(1130)은 몸체부(1110)의 상측 외부 중앙부분에 고정 설치되고 중앙제어부(6000)로부터 인가되는 해당 제어신호에 의하여 1200 RPM 범위로 회전축을 회전시킨다. 필요에 의하여 1000 내지 1500 RPM 범위에서 선택된 어느 하나의 값으로 회전할 수 있음은 매우 당연하고, 제어가 용이한 스텝모터로 구성된다. 회전력은 시스템을 구동하기에 충분한 출력을 갖는 것으로 설명한다. The grinding
원통부(1140)는 분쇄모터부(1130)의 회전축에 연결되고 전체적으로 하부가 개방된 원통형상을 하며 원통공간부(1111)에 회전상태로 설치된다. The
회전커터부(1150)는 원통부(1140)의 외주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 동일한 선상의 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 다수가 반복 고정 배치된다.
회전커터부(1150)는 분쇄되는 나노입자의 흐름을 원활하게 유도하기 위하여 측면 벽 또는 상면에 돌기를 하나 이상 다수 구성할 수 있다. 이때 돌기는 나노입자 또는 액체가 포함된 나노입자로 이루어진 유체를 하방향으로 흐르도록 하는 기류 형성의 기능과 형상의 구성을 구비한다. 이러한 구성은 일반적으로 알 수 있다. The
고정커터부(1160)는 원통공간부(1111)의 내주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 다수가 반복 구비(배치)되되 회전커터부(1150)와 충돌되지 않게 지정된 간격을 유지하면서 상하 이격되어 설치된다. 동일한 수평선상에서 좌우로 이격된 간격은 단위 고정커터부(1160)가 형성하는 수평 방향의 폭 해당 값 이상으로 이격으로 반복 구성하는 것이 바람직하다. The fixed
고정커터부(1160)와 회전커터부(1150)가 분쇄를 위하여 인접된 상태로 형성하는 상하 간격은 100 내지 500 마이크로 미터(um) 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값에 의한 상하 간격을 형성하고, 250 마이크로 미터의 간격이 유지되도록 구성하는 것이 비교적 바람직하다. 이러한 간격은 분쇄되는 물질의 종류에 따라 다르게 적용됨은 매우 당연하다. 고정커터부(1160)는 해당 조정에 의하여 이러한 간격을 조절할 수 있는 구성이다. The vertical gap formed by the fixed
회전커터부(1150)와 고정커터부(1160)는 분쇄를 위하여 상호 교차하는 부분의 각이 예각이거나 직각이거나 둔각과 같이 각을 형성하여 상호 교차하면서 그 사이에 위치한 물체를 절단 등으로 분쇄할 수 있으면 충분하다. 직각을 형성하는 것이 유지보수와 수명유지 측면에서 비교적 바람직하다. 이러한 각은 나노입자의 유체가 하방향으로 흐르는 기류가 형성되도록 하는 구성에 포함됨은 매우 당연하다. The
일 실시예로, 회전커터부(1150)가 고정커터부(1160)의 상측에 위치하여 분쇄 기능을 하는 경우, 회전커터부(1150)의 날이 둔각을 형성하고 고정커터부(1160)의 날은 예각 또는 직각을 형성하는 경우, 유체가 하방향으로 흐르는 기류를 형성할 수 있다. In one embodiment, when the
다른 일 실시예로, 회전커터부(1150)가 고정커터부(1160)의 하측에 위치하여 분쇄 기능을 하는 경우, 회전커터부(1150)의 날이 예각을 형성하고 고정커터부(1160)의 날은 둔각 또는 직각을 형성하는 경우, 유체가 하방향으로 흐르는 기류를 형성할 수 있다. In another embodiment, when the
회전커터부(1150)와 고정커터부(1160)는 각각 가상의 해당 수평선 상에 2 개 이상 다수가 구비되고, 또한, 각각 가상의 수직선 상에 2 개 기상의 다수가 구비되는 구성이다. 필요에 의하여 2 개 이상의 다수 관통 구멍이 형성된 평편한 디스크로 대체되고 이러한 디스크가 수직 방향으로 균일한 간격을 유지하면서 반본적으로 다수 배치되는 구성일 수 있다. The
냉각라인부(1170)는 몸체부(1110)에 설치되어 몸체부(1110)를 포함하는 분쇄부(1000) 전체를 냉각시키기 위한 구성으로 냉매가 이동하는 파이프 라인이고, 냉매로는 물, 액체 질소, 액체 헬륨 등이 사용된다. The
고정원통부(1180)는 원통공간부(1111)의 중앙 위치에 고정 설치되고 상측 끝단부는 밀폐되며 하측 끝단부는 개방된 원통형상을 하고 상측 외주면을 따라 부분적으로 관통되어 이물질의 통과를 차단하는 스크린(1181)이 구비된다. The fixed
스크린(1181)은 분쇄된 나노입자를 500 마이크로미터 크기 이상의 물체가 통과하지 못하도록 여과하는 구성이고 분리되어 유지 보수할 수 있는 구성인 것으로 설명한다. The
배관부(1190)는 제 1 분쇄부(1100)로부터 배출되는 나노입자를 제 2 분쇄부(1200)의 유입구(1120)에서 유입하도록 전송하는 파이프 라인이다. The
또한, 매우 미세한 나노 입자 또는 균일한 크기의 나노입자 확보 등과 같은 필요에 의하여 분쇄부(1000)는 제 3 분쇄부, 제 4 분쇄부 및 제 n 분쇄부를 더 구비할 수 있음은 매우 당연하며, 구비되는 숫자를 더 줄일 수도 있다. In addition, it is very natural that the crushing
수집부(2000)는 분쇄부(1000)로부터 나노 입자를 유입하여 습도를 조절하고 규정된 크기 이하의 나노입자만 여과시키며 컴프레셔부(2100), 건조부(2200), 여과부(2300)를 포함하는 구성이다. The
컴프레셔부(2100)는 분쇄부(1000)의 제 2 분쇄부(1200)로 비산되어 유입되는 나노입자를 흡입과 포집하여 농축한다. 이러한 구성은 비교적 일반적이므로 구체적인 설명을 생략하기로 한다. The
건조부(2200)는 컴프레셔부(2100)로부터 유입되는 나노입자를 지정된 온도와 비교적 낮은 습도로 안정화시키는 구성이며, 일반적인 항온항습 장치와 유사하므로 더 이상의 구체적인 설명을 생략하기로 한다. 지정된 온도는 실내온도이며 약 섭씨 25 도가 바람직하고 습도는 필요에 의하여 3 % 내지 12 % 범위에서 선택된 어느 하나의 값이 되도록 제어할 수 있다. 여기서 바람직한 습도는 4 %를 일정하게 유지하는 것이다. The
여과부(2300)는 건조부(2200)로부터 유입되는 나노입자를 100 내지 500 마이크로미터 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값에 의한 크기 이하를 여과시켜 통과시키는 구성인 것으로 설명한다. The
전처리부(3000)는 수집부(2000)로부터 유입된 나노 입자를 냉각시키고 불활성 기체와 혼합시켜 전처리시키는 것으로 냉각부(3100), 불활성부(3200)를 포함하는 구성이다. The
냉각부(3100)는 수집부(2000)로부터 유입되는 나노입자를 급속 냉각시키는 구성이며, 코일 형상의 냉각 파이프 라인에 액체질소가 손실 없이 회수되어 재사용되는 상태로 순환되고 코일 형상이 형성하는 내부 관통경로를 통하여 나노입자가 통과하면서 나노입자가 섭씨 영하 100 내지 146도 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 급속 냉각되며, 섭씨 영하 146 도로 냉각되는 것이 바람직하다. 냉각 온도가 낮을수록 냉각되는 나노입자의 수분 함량을 낮추는 것이 비교적 바랍직하다. The
불활성부(3200)는 냉각된 나노입자에 불활성 가스를 단위 체적 당 약 25 내지 50 % 값에 의한 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값이 되도록 해당 제어신호에 의하여 조정하여 폭발을 방지한다. 바람직하게는 단위 체적당 30 % 범위의 부피농도로 혼합하여 나노입자가 여러 가지 원인에 의하여 폭발되는 것을 방지한다. The
한편 불활성 가스는 질소 가스류, 헬륨 가스류, 알곤 가스류 중에서 선택된 어느 하나 또는 선택된 어느 하나 이상을 혼합하여 사용한다. On the other hand, the inert gas is used by mixing any one selected from nitrogen gas, helium gas, argon gas or at least one selected.
충격부(4000)는 전처리부(3000)로부터 전처리되어 유입된 나노입자에 순차 다단계에 의한 물리적 충격을 인가하여 10 나노미터 이하의 미세 나노입자로 변환하며, 제 1 충격부(4100)와 제 2 충격부(4200)로 구성된다. The
제 1 충격부(4100)와 제 2 충격부(4200)는 4 사이클 내연기관과 동일한 구성이며 동일한 방식으로 동작하므로 구체적인 구성과 동작 설명은 생략하고 필요한 사항만 설명하기로 한다. Since the
4 사이클 내연기관과 같은 형상의 제 1 충격부(4100)와 제 2 충격부(4200)를 구성하는 피스톤을 상하 이동하도록 구동하는 캠(cam)의 회전축은 별도의 구동 모터(motor)에 의하여 회전하는 것으로 설명한다. 이러한 구동 모터는 중앙제어부(6000)의 해당 제어에 의하여 지정된 RPM(회전수 또는 회전속도)으로 회전하고, 1500 내지 2000 RPM 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 회전하며, 1500 RPM이 비교적 바람직하다. 그러나 필요에 의하여 회전속도를 가감할 수 있음은 매우 당연하다. A rotating shaft of a cam for driving the pistons constituting the
제 1 충격부(4100)는 피스톤이 상하 왕복운동하는 실린더의 벽 부분에 냉매가흐르는 냉각부(4020)를 구비하므로 폭발 등에 의하여 발생되는 열을 강제로 식힌다. Since the
제 1 충격부(4100)는 전처리부(3000)로부터 유입되는 나노입자에 중앙제어부(6000)의 해당 제어신호에 의하여 동작하는 인젝션부(4040)를 통하여 액체수소를 주입하므로 제 1 농도의 수소 가스가 유입 혼합되도록 한다, 필요에 의하여 액화된 LPG 가스를 주입할 수도 있다. 이와 같이 주입되어 혼합되는 가스는 내연기관의 4 사이클에 의한 순서적 동작과 점화플러그의 작용에 의하여 폭발된다. The
즉, 인젝션부(4040)를 통하여 실린더에 유입되는 수소가스 또는 LPG 가스는 폭발력만을 생성하는데 사용되고, 이러한 폭발력에 의하여 나노입자가 더욱 세분화 되어 더욱 미세한 크기의 나노입자가 된다. That is, the hydrogen gas or LPG gas introduced into the cylinder through the
이러한 유입과 혼합은 4 사이클 내연기관에 의한 흡입 공정(사이클, cycle)과 동일하게 구동된다. 한편, 4 사이클 내연기관에 의한 압축공정을 거치고 폭발 공정에 의하여 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가한다. 이때, 나노입자는 그 크기가 더욱 세분화되어 미세 나노입자가 되고, 4 사이클 내연기관의 배기 공정에 의하여 배출된다. This inflow and mixing is driven in the same way as the intake process (cycle) by a four cycle internal combustion engine. On the other hand, it undergoes a compression process by the four-cycle internal combustion engine and explodes by the explosion process to apply a physical shock to the nanoparticles. At this time, the nanoparticles are further subdivided into fine nanoparticles, and are discharged by an exhaust process of a four cycle internal combustion engine.
제 2 충격부(4200)의 구성과 동작은 제 1 충격부(4100)와 동일하다. The configuration and operation of the
제 2 충격부(4200)는 제 1 충격부(4100)로부터 유입되는 나노입자(미세나노입자)에 제 2 농도의 수소 가스를 인젝션부(4040)로 유입하여 혼합하고 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가한다. The
여기서 제 1 농도와 제 2 농도는 임의 결정될 수 있으므로 구체적인 설명을 하지 않기로 한다. Here, since the first concentration and the second concentration may be arbitrarily determined, detailed description will not be made.
충격부(4000)는 4 사이클 내연기관의 피스톤이 상하방향으로 이동하는 실린더 내벽에 그래핀(graphene)을 코팅하여 마모를 줄이고, 열의 전도를 높이므로 효율을 높이면서 냉각이 원활하게 이루어지도록 한다. The
충격부(4000)는 필요에 의하여 제 3 충격부, 제 4 충격부 및 제 n 충격부를 더 구비할 수 있음은 매우 당연하며 그 구성을 더 줄일 수도 있다. 충격부 구성이 늘어날수록 생성되는 미세나노입자의 크기를 더욱 작아진다고 할 수 있다.The
즉, 충격부(4000)가 n 개의 충격부를 더 구비하는 경우 안정적이며 우수한 품질의 그래핀(graphene)을 대량 생산할 수 있다. 또한, 필요에 의하여 충격부의 구성 숫자를 더 줄일 수도 있다. 각 충격부의 구성이 더욱 정밀하게 구성되고 폭발력을 조정하는 경우는 동일한 결과를 나타내면서 충격부의 구성 숫자를 더 적게 구비할 수 있다. That is, when the
선별부(5000)는 충격부(4000)로부터 유입되는 미세 나노입자를 포집하여 농축하고 크기별 다단계로 분류하며 포집농축부(5100)와 분류부(5200)를 포함하는 구성이다. The
포집농축부(5100)는 충격부(4000)로부터 유입되는 미세나노입자를 포집하여 지정된 밀도로 농축하고 음(-) 극성 또는 양(+) 극성 중 지정된 어느 하나의 극성으로 나노입자가 대전되도록 하는 구성이며 잘 알려진 구성이므로 구체적인 설명은 생략하기로한다. The
분류부(5200)는 포집농축부(5100)로부터 농축되고 음(-)과 양(+)의 전하 중 어느 하나의 전하로 대전되거나 제전되고, 대전된 미세나노입자를 크기 별 다단계로 선별 분류하는 구성이며 제 1 롤러부(5210), 제 2 롤러부(5220), 제 3 롤러부(5230), 제 4 롤러부(5240)를 포함하는 구성이다. The
제 1 롤러부(5210), 제 2 롤러부(5220), 제 3 롤러부(5230), 제 4 롤러부(5240)는 동일한 구성이고, 각각은 대전부(5202)와 제전부(5204)를 각각 구비한다. The
첨부된 도 6 에 대전부(5202)와 제전부(5204)가 구비된 롤러부(5210, 5220, 5230, 5240)가 확대 상태로 상세히 잘 도시되어 있다. 6, the
각각의 제 1 롤러부(5210)와 제 2 롤러부(5220)와 제 3 롤러부(5230)와 제 4 롤러부(5240)는 인접하고 서로의 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 원통형 롤러로 이루어지며, 도면에서는 인접한 부분이 위로 올라가는 형상으로 구성된 것으로 도시되어 있으나 아래로 내려가는 형상으로 구성될 수도 있다. Each of the
즉, 롤러부(5210, 5220, 5230, 5240)의 회전방향은 필요에 의하여 변경될 수 있으며, 또한, 각각의 대전부(5202)와 제전부(5204)에 인가되는 전압의 극성이 변경될 수 있음은 매우당연하다. That is, the rotation direction of the
미세나노입자는 크기가 워낙 작으므로 서로 인접하고 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 원통형 롤러 사이의 이격 거리(A)는 100 내지 500 마이크로 미터 범위의 간격 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이격되어도 충분하다. 바람직하게는 100 마이크로 미터로 간격을 유지하도록 구성한다. Since the fine nanoparticles are so small in size, the separation distance A between the pair of cylindrical rollers adjacent to each other and rotating in opposite directions may be spaced at any one value selected from the intervals in the range of 100 to 500 micrometers. It is preferably configured to maintain a spacing of 100 micrometers.
대전부(5202)는 중앙제어부(6000)의 해당 제어신호에 의하여 각각에 의한 제 1 롤러부(5210), 제 2 롤러부(5220), 제 3 롤러부(5230), 제 4 롤러부(5240)의 표면을 일직선으로 대전(charging)하고, 제전부(5204)는 중앙제어부(6000)의 해당 제어신호에 의하여 각각에 의한 제 1 롤러부(5210), 제 2 롤러부(5220), 제 3 롤러부(5230), 제 4 롤러부(5240)의 표면을 일직선으로 제전(discharging)한다.The
중앙제어부(6000)는 해당 제어신호에 의하여 제 1 롤러부(5210), 제 2 롤러부(5220), 제 3 롤러부(5230), 제 4 롤러부(5240)의 표면을 대전하는 경우는 포집농축부(5100)에서 미세나노입자를 대전시킨 전하의 극성과 반대 극성이 되도록하여 대전시킨다. The
대전부(5202)와 반대극성으로 대전된 미세나노입자는 분류부(5200)의 해당 한쌍의 롤러에 의하여 선별되고, 제전부(5204)에 의하여 대전된 상태가 제전되므로 지정된 위치에 낙하되어 포집되므로 분류된다. 낙하된 미세나노입자를 포집하는 구성은 일반적이므로 구체적인 설명을 생략한다. The fine nanoparticles charged in the opposite polarity to the
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. Although the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations are possible within the technical spirit of the present invention, and such modifications and modifications belong to the appended claims.
900 : 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템
1000 : 분쇄부 1100 : 제 1 분쇄부
1110 : 몸체부 1111 : 원통공간부
1112 : 상부뚜껑부 1113 : 하부뚜껑부
1114 : 배출구 1120 : 유입구
1130 : 분쇄모터부 1140 : 원통부
1150 : 회전커터부 1160 : 고정커터부
1170 : 냉각라인부 1180 : 고정원통부
1181 : 스크린 1190 : 배관부
1200 : 제 2 분쇄부 2000 : 수집부
2100 : 컴프레셔부 2200 : 건조부
2300 : 여과부 3000 : 전처리부
3100 : 냉각부 3200 : 불활성부
4000 : 충격부 4040 : 인젝션부
4100 : 제 1 충격부 4200 : 제 2 충격부
5000 : 선별부 5100 : 포집농축부
5200 : 분류부 6000 : 중앙제어부900: Mass Production and Sorting System of Nanoparticles
1000: grinding unit 1100: first grinding unit
1110: body portion 1111: cylindrical space portion
1112: upper lid portion 1113: lower lid portion
1114: outlet 1120: inlet
1130: grinding motor portion 1140: cylindrical portion
1150: rotation cutter unit 1160: fixed cutter unit
1170: cooling line portion 1180: fixed cylinder portion
1181: screen 1190: piping
1200: second grinding unit 2000: collecting unit
2100: compressor unit 2200: drying unit
2300: filtration unit 3000: pretreatment unit
3100: cooling part 3200: inert part
4000: impact portion 4040: injection portion
4100: first impact portion 4200: second impact portion
5000: sorting unit 5100: collecting concentration unit
5200: classification unit 6000: central control unit
Claims (22)
유입된 나노 입자 원재료를 순차 다단계로 기계적 파쇄하여 나노 크기의 나노입자로 분쇄하는 분쇄부;
상기 분쇄부로부터 나노 입자를 유입하여 습도를 조절하고 규정된 크기 이하의 나노입자만 여과시키는 수집부;
상기 수집부로부터 유입된 나노 입자를 냉각시키고 불활성 기체와 혼합시켜 전처리시키는 전처리부;
상기 전처리부로부터 전처리되어 유입된 나노입자에 순차 다단계 물리적 충격을 인가하여 미세 나노입자로 변환하는 충격부;
상기 충격부로부터 유입되는 미세 나노입자를 포집하여 농축하고 크기별 다단계로 분류하는 선별부; 를 포함하고,
상기 분쇄부는
상기 유입된 나노 입자 원재료를 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 1차 분쇄하는 제 1 분쇄부;
상기 1차 분쇄된 나노 입자 원재료를 유입하고 다단의 기계적 마찰로 파쇄하여 2차 분쇄하므로 나노 크기의 나노입자로 분쇄하는 제 2 분쇄부; 를 포함하며,
상기 분쇄부는 회전커터부와 회전커터부에 의하여 유체가 하방으로 흐르는 기류를 형성하고,
상기 선별부는 포집 농축된 미세나노입자를 다단계 전하량으로 크기를 선별 분류하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
In the nanoparticle mass production and sorting system,
A crushing unit which mechanically crushes the introduced nanoparticle raw materials in a multi-step sequence and pulverizes them into nano-sized nanoparticles;
A collector for controlling the humidity by introducing the nanoparticles from the mill and filtering only nanoparticles of a prescribed size or less;
A pretreatment unit cooling the nanoparticles introduced from the collection unit and pretreating the mixture with an inert gas;
An impact unit converting the nanoparticles pre-treated from the pretreatment unit into nanoparticles by sequentially applying a multi-stage physical impact;
A sorting unit for collecting and concentrating the fine nanoparticles introduced from the impact unit and classifying them in multiple stages by size; Including,
The grinding unit
A first pulverizing unit crushing the introduced nanoparticle raw material by multiple stages of mechanical friction to first crush;
A second pulverizing unit for pulverizing the first crushed nanoparticle raw material and crushing the second raw crushed by multi-stage mechanical friction to crush the nano-sized nanoparticles; Including;
The pulverization portion forms a flow of air flows downward by the rotary cutter portion and the rotary cutter portion,
The sorting unit is a nanoparticle mass continuous production and sorting system, characterized in that consisting of the configuration to sort the size of the collected concentrated nanoparticles in multi-step charge amount.
상기 수집부는
상기 분쇄부로부터 비산되어 유입되는 나노입자를 흡입하여 농축하는 컴프레셔부;
상기 컴프레셔부로부터 유입되는 나노입자를 지정된 온도와 습도로 안정화시키는 건조부;
상기 건조부로부터 유입되는 나노입자를 지정된 크기 이하만 여과시켜 통과시키는 여과부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 2,
The collection unit
A compressor unit for sucking and concentrating the nanoparticles scattered and introduced from the grinding unit;
A drying unit to stabilize the nanoparticles introduced from the compressor unit at a predetermined temperature and humidity;
A filtration unit configured to pass the nanoparticles introduced from the drying unit by filtering only a predetermined size or less; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 전처리부는
상기 수집부로부터 유입되는 나노입자를 급속 냉각시키는 냉각부;
상기 냉각된 나노입자에 불활성 가스를 혼합하는 불활성부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 2,
The pretreatment unit
A cooling unit for rapidly cooling the nanoparticles introduced from the collection unit;
An inert unit for mixing an inert gas to the cooled nanoparticles; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 충격부는
상기 전처리부로부터 유입되는 나노입자에 제 1 농도의 수소 가스를 인젝션부로 유입하여 혼합하고 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가하는 제 1 충격부;
상기 제 1 충격부로부터 유입되는 나노입자에 제 2 농도의 수소 가스를 인젝션부로 유입하여 혼합하고 폭발시켜 나노입자에 물리적 충격을 인가하는 제 2 충격부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 2,
The impact unit
A first impact unit configured to apply a physical shock to the nanoparticles by mixing and exploding the hydrogen gas having a first concentration into the injection unit to the nanoparticles introduced from the pretreatment unit;
A second impact unit configured to apply a physical impact to the nanoparticles by injecting, mixing and exploding hydrogen gas having a second concentration into the injection unit to the nanoparticles introduced from the first impact unit; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 선별부는
상기 충격부로부터 유입되는 미세나노입자를 포집하여 지정된 밀도로 농축하는 포집농축부;
상기 포집농축부로부터 농축된 미세나노입자를 크기 별 다단계로 선별 분류하는 분류부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 2,
The sorting unit
A collecting enrichment unit for collecting the fine nanoparticles introduced from the impact unit and concentrating them to a specified density;
A sorting unit for sorting and sorting the fine nanoparticles concentrated from the collection concentration unit in multiple stages for each size; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 제 1 분쇄부와 제 2 분쇄부는 각각
밀폐된 몸체를 형성하며 내부에 비어 있고 하측면에 배출구가 형성된 원통공간부가 구비된 몸체부;
상기 몸체부의 상측 일부에 형성되고 나노입자 재료를 상기 원통공간부에 유입시키는 유입구;
상기 몸체부의 상측 외부 중앙부분에 고정 설치되고 해당 제어신호에 의하여 회전축을 회전시키는 분쇄모터부;
상기 분쇄모터부의 회전축에 연결되고 원통형상을 하며 상기 원통공간부에 회전상태로 설치되는 원통부;
상기 원통부의 외주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 다수 구비된 회전커터부;
상기 원통공간부의 내주면에 2개 이상 다수의 분쇄용 커터가 상하좌우 균일한 간격과 폭으로 구비되되 상기 회전커터부와 충돌되지 않게 지정된 간격으로 상하 이격되어 설치되는 고정커터부;
상기 몸체부에 설치되어 냉각을 위한 냉매가 이동하는 냉각라인부;
상기 원통공간부의 중앙 위치에 고정 설치되고 밀폐된 원통형상을 하며 상측 외주면을 따라 관통되어 이물질의 통과를 차단하는 스크린이 구비된 고정원통부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 2,
The first crushing unit and the second crushing unit, respectively
A body part having a cylindrical space part which forms a closed body and is empty inside and has a discharge hole at a lower side thereof;
An inlet formed in an upper portion of the body portion to introduce nanoparticle material into the cylindrical space portion;
A grinding motor part fixedly installed at an upper outer center part of the body part to rotate a rotating shaft according to a corresponding control signal;
A cylindrical part connected to the rotating shaft of the grinding motor part and having a cylindrical shape and installed in the cylindrical space part in a rotational state;
Rotating cutter unit provided with a plurality of at least two grinding cutters in the upper and lower left and right uniform intervals and width on the outer peripheral surface of the cylindrical portion;
A fixed cutter portion having two or more pulverizing cutters disposed on the inner circumferential surface of the cylindrical space portion at regular intervals and widths vertically and vertically spaced apart from each other at a predetermined interval so as not to collide with the rotary cutter portion;
A cooling line unit installed in the body part to move a refrigerant for cooling;
A fixed cylindrical part fixed at a central position of the cylindrical space part and having a closed cylindrical shape and having a screen penetrating along an upper outer circumferential surface to block a passage of foreign matter; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 제 1 분쇄부의 배출구와 상기 제 2 분쇄부의 유입구는 배관부에 의하여 연결되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 7, wherein
The nanoparticle mass continuous production and sorting system, characterized in that the outlet of the first crushing unit and the inlet of the second crushing unit is configured by a pipe connected.
상기 컴프레셔부는
상기 나노입자를 진공으로 흡입하여 농축하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 3, wherein
The compressor unit
Mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that the nanoparticles are vacuum suction and condensation.
상기 건조부는
상기 나노입자가 실온을 유지하고 습도는 10 % 이하로 항상 일정하게 유지시키는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 3, wherein
The drying unit
Mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that the nanoparticles are configured to maintain a room temperature and the humidity is always kept constant below 10%.
상기 냉각부는
코일 형상의 냉각 파이프 라인에 액체질소가 순환되고 코일 형상이 형성하는 내부 관통경로를 통하여 나노입자가 통과하면서 냉각시키는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 4, wherein
The cooling unit
A mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that the liquid nitrogen is circulated in the coil-shaped cooling pipeline and the nanoparticles are cooled while passing through an internal through path formed by the coil-shaped.
상기 불활성부는 질소를 혼합하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 4, wherein
The inert portion of the nanoparticles mass continuous production and sorting system, characterized in that consisting of a configuration for mixing.
상기 제 1 충격부와 제 2 충격부는 각각
4 사이클 내연기관의 구조를 하면서
상기 나노입자를 흡입공정으로 유입하면서 지정된 농도의 수소 가스를 함께 유입하고 압축공정으로 함께 압축하며 폭발공정으로 폭발시키고 배기공정으로 배출하는 내연기관 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 5,
The first impact portion and the second impact portion, respectively
While the structure of the four cycle internal combustion engine
Continuous mass production and screening of nanoparticles, characterized in that the nanoparticles are introduced into the suction process, the hydrogen gas of a specified concentration is introduced together, compressed together by the compression process, composed of an internal combustion engine that explodes by the explosion process and is discharged by the exhaust process. system.
상기 포집농축부는 농축된 미세나노입자를 지정된 극성으로 대전시키는 구성이 더 포함되고,
상기 분류부는
해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 1 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 1 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 1 롤러부;
해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 2 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 2 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 2 롤러부;
해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 3 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 3 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 3 롤러부;
해당 제어신호에 의하여 회전하는 롤러의 일부분을 상기 미세나노입자가 대전된 극성과 반대 극성이면서 제 4 전하량으로 대전시키고 상기 포집농축부로부터 유입되는 미세나노입자의 일부를 포집한 후, 동일한 극성이면서 상기 제 4 전하량과 동일한 전하량으로 다시 대전되어 포집된 미세나노입자를 떨어트리므로 수집되도록 하는 한쌍의 제 4 롤러부; 를 포함하여 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 6,
The collection concentrate portion further includes a configuration for charging the concentrated fine nanoparticles to a specified polarity,
The classification unit
The part of the roller which rotates according to the control signal is charged with the first electric charge while having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and collects a part of the fine nanoparticles flowing from the collection and concentration part, and then has the same polarity. A pair of first roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles by being charged again with the same amount of charge as the first amount of charge;
The part of the roller which rotates according to the control signal is charged with the second electric charge while having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and collects a part of the fine nanoparticles flowing from the collection and concentration part, and then has the same polarity. A pair of second roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles again charged with the same amount of charge as the second amount of charge;
A portion of the roller rotating by the control signal is charged with a third charge amount having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged, and after collecting a portion of the fine nanoparticles flowing from the collection and concentration part, the same polarity and the A pair of third roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles again charged with the same charge amount as the third charge amount;
The part of the roller which rotates according to the control signal is charged with the fourth electric charge while having a polarity opposite to that of the fine nanoparticles charged and collects a part of the fine nanoparticles flowing from the collecting and concentration part, and then has the same polarity. A pair of fourth roller parts configured to be collected by dropping the collected fine nanoparticles by being charged again with the same amount of charge as the fourth amount of charge; Nanoparticles continuous mass production and screening system characterized in that the configuration consisting of.
상기 제 1 충격부와 제 2 충격부의 피스톤이 움직이는 내연기관 내부 벽면에는 그래핀으로 코팅되어 이루어지는 구성을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 13,
The mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that the first impact portion and the piston is moved to the inner wall of the internal combustion engine moving the piston is coated with graphene.
상기 분쇄모터부는
스텝모터로 이루어지고 1000 내지 1500 RPM의 범위 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 회전하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 7, wherein
The grinding motor unit
Mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that consisting of a step motor and consisting of a configuration that rotates to any value selected from the range of 1000 to 1500 RPM.
상기 회전커터부와 고정커터부가 인접하여 형성하는 간격은 100 내지 500 마이크로미터 중에서 선택된 어느 하나의 값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 16,
The rotary cutter portion and the fixed cutter portion formed adjacent intervals of nanoparticle mass continuous production and sorting system, characterized in that made of any one value selected from 100 to 500 micrometers.
상기 불활성 가스는
질소가스류, 헬륨가스류, 알곤가스류 중에서 선택된 어느 하나 또는 선택된 어느 하나 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 4, wherein
The inert gas is
Mass production and sorting system for nanoparticles, characterized in that any one selected from nitrogen gas, helium gas, argon gas or any one or more selected by mixing.
상기 불활성 가스는 30 %의 부피농도로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 18,
The inert gas is a nanoparticle mass continuous production and screening system, characterized in that used in a mixture of 30% by volume.
상기 나노입자는 섭씨 영하 100 도 이하로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 11,
The nanoparticles mass continuous production and screening system, characterized in that the cooling to below 100 degrees Celsius.
상기 피스톤을 상하 방향으로 구동하는 캠의 회전축은 구동모터에 의하여 구동되는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 15,
The rotating shaft of the cam for driving the piston in the vertical direction is a nanoparticle mass continuous production and sorting system, characterized in that consisting of a configuration driven by a drive motor.
상기 회전커터부와 고정커터부가 파쇄를 위하여 형성하는 간격은 조절할 수 있는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노입자 대량 연속 생산과 선별 시스템.
The method of claim 7, wherein
The rotary cutter portion and the fixed cutter portion formed for crushing the gap is characterized in that the nanoparticle mass continuous production and sorting system consisting of an adjustable configuration.
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Legal Events
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |