KR102335914B1 - 가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기 - Google Patents

Abstract

분쇄재료중 지방이 많이 포함된 대두와 같은 재료는 분쇄 도중 발생되는 열과 원료에 함유된 유지방과 당분등의 영향으로 서로 응집되어 뭉치는 케이킹현상 및 분쇄물의 흐름성이 저하되어 분쇄된 재료가 분쇄기 안에 머물며 뭉치는 브릿지 현상이 발생되어 분쇄를 어렵게 하는 요인이 되고 있다. 현재 분쇄분야에서는 이를 타개하기 위하여 대두등을 분쇄시 액체질소, 또는 드라이아이스를 원료와 섞어 분쇄하여 분쇄열을 상쇄하거나 원료를 미리 액체질소에 함침후 분쇄기에 투입하여 -196℃의 냉각열을 이용해 분쇄열을 상쇄하여 분쇄하는 방법을 사용하는 실정이다. 이러한 분쇄법은 소모성 액체질소, 또는 드라이아이스를 다량 사용함으로 분쇄비용이 상승하고 분쇄재료가 분쇄후 외부로 배출 될 시에 공기중의 수분에 의하여 결로현상이 발생하는등의 문제를 안고 있다.
본발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 호퍼로(201) 투입되는 원료가 스크류(207)에 의하여 실린더를(208) 통과하는 시점부터 저온상태를 유지하게 하며, 분쇄원료의 저온에 의한 분쇄중 흐름성을 향상하는 방법을 제공하고, 액체질소를 사용하지 않음으로 분쇄비용을 줄일수 있으며 분쇄후 배출되는 분쇄물에 포함된 액체질소의 저온에 의한 결로현상을 막을수 있는 방법을 구현하고, 1회의 분쇄로 원하는 입도의 분쇄물만 재료포집부로 배출이 되고 분쇄되지 않은 재료는 분쇄부에서 계속 분쇄되게 하여 1회의 분쇄로 분쇄물 전량이 원하는 입도로 분쇄되는 구조의 분쇄기를 구현하는 것을 그 과제로 한다

Description

가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기{A crusher including a gas-vaporized raw material cooling device}

본발명은 원료냉각장치(200)를 포함하는 분쇄기에 관한 것으로 분쇄부의(300) 측면에 설치되고 그상부에 원료를 투입하는 호퍼가(201) 설치되며 호퍼의 하단부에 직각으로 교차되는 실린더(208), 실린더의 말단부에는 공기흡입공을(206) 형성하며 실린더의 내부에 스크류(207)를 배치하고 이를 감싸는 냉각장치 하우징(205), 냉각장치하우징(205)의 하단에 기화 가스를 공급하는 기화가스입구(204), 냉각장치하우징(205)의 상부에 기화가 완료된 가스를 배출하는 기화가스출구(203), 기화가스입구(204)와 기화가스출구(203)를 연결하는 가스냉매 사이클(600)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 가스기화식 원료냉각장치를 갖춘 분쇄기에 관한 것이다.

이 발명을 지원한 국가연구개발사업

과제고유번호: 116127-01-1-SB010

부처명 : 농림수산식품부

연구관리전문기관: 한국에너지기술

연구과제명 : 초미분 저온 분쇄기의 개발

기여율 : 1/3

주관기관 : 한국에너지기술

연구기간 : 2016.12.05 ~ 2017.12.04

분쇄재료중 지방이 많이 포함된 대두와 같은 재료는 분쇄 도중 발생되는 열과 원료에 함유된 유지방과 당분등의 영향으로 서로 응집되어 뭉치는 케이킹현상 및 분쇄물의 흐름성이 저하되어 분쇄된 재료가 분쇄기 안에 머물며 뭉치는 브릿지 현상이 발생되어 분쇄를 어렵게 하는 요인이 되고 있다. 현재 분쇄분야에서는 이를 타개하기 위하여 대두등을 분쇄시 액체질소, 또는 드라이아이스를 원료와 섞어 분쇄하여 분쇄열을 상쇄하거나 원료를 미리 액체질소에 함침후 분쇄기에 투입하여 -196℃의 냉각열을 이용해 분쇄열을 상쇄하여 분쇄하는 방법을 사용하는 실정이다. 이러한 분쇄법은 소모성 액체질소, 또는 드라이아이스를 다량 사용함으로 분쇄비용이 상승하고 분쇄재료가 분쇄후 외부로 배출 될 시에 공기중의 수분에 의하여 결로현상이 발생하는등의 문제를 안고 있다.

본발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 호퍼로(201) 투입되는 원료가 스크류(207)에 의하여 실린더를(208) 통과하는 시점부터 저온상태를 유지하게 하며, 분쇄원료의 저온에 의한 분쇄중 흐름성을 향상하는 방법을 제공하고, 액체질소를 사용하지 않음으로 분쇄비용을 줄일수 있으며 분쇄후 배출되는 분쇄물에 포함된 액체질소의 저온에 의한 결로현상을 막을수 있는 방법을 구현하고, 1회의 분쇄로 원하는 입도의 분쇄물만 재료포집부로 배출이 되고 분쇄되지 않은 재료는 분쇄부에서 계속 분쇄되게 하여 1회의 분쇄로 분쇄물 전량이 원하는 입도로 분쇄되는 구조의 분쇄기를 구현하는 것을 그 과제로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 원료냉각장치에(200) 관한 것으로 분쇄부의(300) 측면, 분쇄부원료입구(301)에 설치되고 그 상부에 원료를 투입하는 호퍼(201), 호퍼의(201) 하단부에 직각으로 교차되는 실린더(208), 실린더의(208) 말단부에는 공기흡입공을(206) 형성하며 스크류구동모터(202), 스크류(207), 실린더를(208) 내부에 배치하고 이를 감싸는 냉각장치하우징(205), 냉각장치하우징의 하단에 기화 가스를 공급하는 기화가스입구(204), 냉각장치하우징의(205) 상부에 기화가 완료된 가스를 배출하는 기화가스출구(203), 기화가스입구와 기화가스 출구를 연결하는 냉매압축·응축기유니트(600)를 포함하여 구성되는것을 특징으로 하는 원료냉각장치(200)를 포함하는 것을 특징으로 한다. :

또한 중심부에 분쇄축이(307) 삽입되는 분쇄축삽입공, 내부의 원주면에 방사형으로 다수개 구성된 원료충돌홈(309), 분쇄축삽입공과 원료충돌홈(309) 사이의 투입공간과 분쇄부원료입구(301)를 연결하는 원료투입공(310), 투입공간과 연결되는 조분재순환흡입공(312), 착탈이 가능한 구조의 재순환부(305)가 포함되어 구성되는것을 특징으로 하는 트랙하우징(302)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 모터(101)와 벨트(103)를 이용하여 회전되는 분쇄축삽입공에 삽입된 분쇄축(307), 분쇄축에(307) 연결되어 회전하는 로터디스크(313), 로터디스크를(313) 경계로 분급부쪽에 형성된 분급부날개(312), 로터디스크(313)를 경계로 투입공간쪽에 형성된 분쇄부날개(311), 중심부에 분쇄축체결구가(315) 형성되는 로터부싱을(314) 일체로한 구조의 로터(306)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상부에 형성된 조분재순환토출공(311), 로터의(306) 회전과 분급부 날개(312)에 의하여 형성된 원심력에 의하여 조분과 미분을 분리하는 원주형 공간을 포함하여 구성된 분급하우징을(303) 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 분쇄부(300)의 미분배출구와(308) 연결되는 분쇄미분입구(402), 집진부(402), 집진부의 상부에 구성된 공기배출구(401), 집진부에서 걸러진 분쇄분말이 모이는 미분용기를 포함하여 구성되는 재료포집부(400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기는 실린더를 온도조절 가능한 가스기화열을 이용하여 냉각시킨후 분쇄원료가 실린더 내부를 스크류에 의해 일정하게 분쇄기의 내부로 이동하기 때문에 분쇄원료가 분쇄영역에 도달할 때에는 유분이 응결, 또는 고형화 되어 유분이 많고 당분이 많은 원료인 경우에도 분쇄할 수 있다. 또한 1회의 분쇄로 원하는 입도의 분쇄물만 재료포집부로 배출이 되고 원하는 입도에 도달치 못한 재료는 분쇄부에서 계속 반복 분쇄됨으로 1회의 작업으로 분쇄물 전량이 원하는 입도로 분쇄되는 미분쇄와 저온분쇄를 동시에 실현하는 효과가 있다.

도 1 : 가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기의 사시도
도 2 : 가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기의 분해사시도
도 3 : 가스기화식 원료냉각장치를 구성하는 사시도
도 4 : 재료포집부의 사시도
도 5 : 분쇄부의 절단면 사시도
도 6 : 트랙하우징의 충돌홈을 표기하기 위한 절단면 사시도
도 7 : 로터의 사시도
도 8 : 로터의 단면 사시도

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 원료냉각장치에(200) 관한 것으로 그 상부에 원료를 투입하는 호퍼(201), 호퍼의(201) 하단부에 직각으로 교차되는 실린더(208), 실린더의(208) 말단부에는 공기흡입공을(206) 형성하며 스크류구동모터(202), 스크류(207), 실린더를(208) 내부에 배치하고 이를 감싸는 냉각장치하우징(205), 냉각장치하우징의 하단에 기화 가스를 공급하는 기화가스입구(204), 냉각장치하우징의(205) 상부에 기화가 완료된 가스를 배출하는 기화가스출구(203), 기화가스입구와 기화가스 출구를 연결하는 냉매압축·응축기유니트(600)를 포함하여 구성되는 것이다.

냉매압축·응축기유니트(600)는 냉매압축기, 응축기, 응축기핀을 냉각하기 위하여 구성된 냉각팬이 하나의 케이스에 일체화된 것으로서 프레온 계열의 냉매가스를 압축, 냉각하여 냉매가스를 고압의 액화가스로 만들어 주는 장치로서 냉각장치하우징(205)의 온도에 따라 냉매압축기의 운전을 on, off 하여 원료냉각장치(200)의 온도를 조절할 수 있다. 본 발명에서는 냉매압축·응축기유니트(600)는 공지되고 보편타당한 기술이며 산업계에서 다량 사용 하고 있는 장치임으로 본 발명에서 그의 구조나 작용은 생략하도록 한다. 다만 분쇄기의 제어장치에서 원료냉각장치의 온도가 적정온도보다 높으면 냉매압축·응축기유니트(600)의 냉매압축기를 가동하여 냉매가 순환되게 하여 원료냉각장치의 온도를 낮추고, 원료냉각장치의 온도가 적정온도보다 낮으면 냉매압축·응축기유니트(600)의 냉매압축기를 가동 정지하여 냉매의 순환을 멈추게 하여 원료냉각장치의(200) 온도를 높여서 냉각온도를 조절할 수 있다. 냉각장치하우징의 하단에 기화 가스를 공급하는 기화가스입구(204)는 자체적으로 가스통과 구멍의 크기를 조절하여 모세관의 역활을 하게 하거나 별도로 팽창밸브를 통과하여 기화중인 냉매가스를 기화가스입구(204)에 공급하는 구성을 취할 수 있다. 이러한 구조로서 호퍼에 투입된 분쇄재료는 도 1의 화살표로 표시된 방향과 같이 진행하며 분쇄되게 된다.

이때 분쇄재료은 원료냉각장치(200)의 호퍼(201)에서 실린더로(208)의 연결부로 중력에 의하여 공급되며 실린더(208)내부에 설치된 스크류와(207) 결합된 스크류구동모터의(202) 회전에 의하여 일정한 속도와 일정한 양으로 실린더(208)를 통과하며 냉각되게 된다.

냉각된 분쇄재료는 실린더 말단의 공기흡입공을(206) 통과한 공기와 섞이어 분쇄부(300)의 분쇄부 원료입구(301)와 원료투입공(310)을 통과하여 분쇄부의(300)투입공간으로 공급된다. 이때 공기흡입공은(206) 구멍으로 도시하였지만 필요에 따라 공기필터등을 부착, 추가 할 수 있다.

분쇄부에 공급된 분쇄재료는, 중심부에 분쇄축이(307) 삽입되는 분쇄축삽입공, 내부의 원주면에 방사형으로 다수개 구성된 원료충돌홈(309), 분쇄축삽입공과 원료충돌홈(309) 사이의 투입공간과 분쇄부원료입구(301)를 연결하는 원료투입공(310), 투입공간과 연결되는 조분재순환흡입공(312), 착탈이 가능한 구조의 재순환부(305)가 포함되어 구성되는것을 특징으로 하는 트랙하우징(302)의 투입공간에서는 공급된 분쇄재료가 회전하는 로터의 분쇄부 날개의 회전에 의하여 가속이 된 후 원료충돌홈에(309)에 충돌하여 전단력과 충격력에 의하여 분쇄되게 된다. 이때 원료충돌홈이(309) 설치된 트랙하우징(302)의 내주면은 분쇄축삽입공 보다 크게 구성 되어야 한다.

이때 로터는 분쇄축에(307) 연결되어 회전하는 로터디스크(313), 로터디스크를(313) 경계로 분급부쪽에 형성된 분급부날개(312), 로터디스크(313)를 경계로 투입공간쪽에 형성된 분쇄부날개(311)로 구성되어 분쇄축의 회전에 따라 회전하게 된다.

이때 로터는 원료충돌홈이(309) 설치된 트랙하우징(302)의 내부 원주면내에서 회전 하게 되며 로터디스크를(313) 경계로 투입공간쪽에 형성된 분쇄부날개(311)에 의하여 분쇄재료는 원심력과 회전력을 얻게 되어 속도에너지를 갖게 된다. 이때 트랙하우징(302)의 내부 원주면은 로터의 회전 영역보다 크게 구성 되어야 한다.

이러한 속도에너지를 가진 분쇄재료는 트랙하우징(302)의 원료충돌홈에(309) 충돌하게 되어 이에 대한 반발력으로 분쇄가 이루어진다.

로터는(306) 로터디스크를(313) 경계로 분쇄부날개(311)의 면적이 분급부날개(312)의 면적보다 크게 구성한다. 이는 로터의 날개의(311, 312) 원심력에 의한 압력이 분쇄부가 분급부보다 크게 되어 기류가 분쇄부에서 분급부로 이동하는 원인이 된다.

이에 대한 영향으로 분쇄된 분쇄재료는 로터디스크의(313) 분급부날개의(312) 영역으로 이동하게 된다. 이러한 구조는 로터디스크의(313)를 기준으로 양흡입팬의 원리가 적용되기 때문이며 분급부날개는 회전영역의 외측부에, 분쇄부날개(311)부위는 회전영역의 내측을 연통하는 재순환부(305) 및 이로 인한 통로로 이동하는 기류의 흐름이 발생하게 된다.

이때 분급하우징(303) 내에 설치된 원주형 분급공간에서는 분급부날개의(312) 회전력에 의하여 분쇄된 재료가 회전하게 되며 원심력과 항력에 의하여 미분은 중심부에, 조분은 외곽부위로 이동하여 회전하게 된다. 이때 조분은 상기에 기술한 이유로 분급하우징(303) 상부에 형성된 조분재순환토출공(311)과 재순환부(305), 조분재순환흡입공(312)을 이동하여 트랙하우징(302)의 투입공간으로 이동하게 된다. 투입공간으로 이동된 분쇄재료의 조분은 다시 분쇄부날개(311)에 의하여 속도에너지와 원심력을 얻게되어 상기의 분쇄과정을 되풀이 하게 된다. 이때 분급하우징(303) 내에 설치된 원주형 분급공간에서 분급부날개의(312) 회전력에 의하여 분쇄된 재료가 회전하게 되며 원심력과 항력에 의하여 미분은 중심부에 모이게 되는데 분급하우징의 일단에 설치된 미분 배출부의(304) 미분배출구(308)을 통과하여 재료포집부로(400) 이동하게 된다.

이때 미분 배출부의(304) 미분배출구(308)의 구경은 로터의 회전하는 외경보다 작게 구성 되어야 한다. 미분배출구(308)의 구경이 작을수록 분급영역이 작아짐으로 더욱 미분을 분쇄할 수 있다. 이러한 원리로 미분배출구의(308) 구경과 로터의(306) 회전속도의 조합으로 분쇄입도를 조절 할 수 있다.

또한 분쇄부(300)의 미분배출구와(308) 연결되는 분쇄미분입구(402), 집진부(402), 집진부의 상부에 구성된 공기배출구(401), 집진부에서 걸러진 분쇄분말이 모이는 미분용기를 포함하여 구성되는 재료포집부(400)는 공기배출구(401)의 전단에 원심식 송풍기를 설치 하거나 공기배출구의 후단에 진공장치를 추가하여 분쇄효율을 높이게 구성 할 수도 있다. 집진부에는 분쇄미분입구(402)로 공급된 분쇄재료가 필터에 의하여 걸러져서 미분용기로 포집되고 필터를 통과한 공기는 공기배출구(401)로 배출 되거나 공기배출구(401)에 연결된 진공장치로 이동하여 배출되게 된다. 물론 이때 기계구성의 편의에 따라 필터의 후단에 직접 진공장치를 추가하여 구성 할 수도 있을 것이다. 이러한 진공장치의 적용은 본 발명의 주된 내용이 아니고 공지된 기술임으로 자세한 설명은 생략한다.

본발명에 의한 분쇄기는 유분이나 당분이 다량 함유된 재료의 분쇄를 소모성 냉매의 사용이 없이 분쇄가 가능하게 하며 이러한 분쇄기는 전두부 생산공정, 제과공정, 제약공정에서 사용이 가능하다.

1 100 동력수단 1 101 모터
1 102 모터축풀리 1 103 벨트
1 104 분쇄축풀리 1 105 베어링하우징
1 11 원료진행방향 1 12 미분진행방향
1 13 공기배출방향 1 200 원료냉각장치
1 201 호퍼 1 202 스크류구동모터
1 203 기화가스출구 1 204 기화가스입구
1 205 냉각장치하우징 1 206 공기흡입공
1 300 분쇄부 1 301 분쇄부원료입구
1 302 트랙하우징 1 303 분급하우징
1 304 미분배출부 1 305 재순환부
1 400 재료포집부 1 401 공기배출구
1 402 집진부 1 403 미분용기
2 101 모터 2 102 모터축풀리
2 103 벨트 2 104 분쇄축풀리
2 105 베어링하우징 2 12 미분진행방향
2 13 공기배출방향 2 200 원료냉각장치
2 201 호퍼 2 202 스크류구동모터
2 203 기화가스출구 2 204 기화가스입구
2 205 냉각장치하우징 2 206 공기흡입공
2 207 스크류 2 208 실린더
2 209 냉각원료배출구 2 210 팽창밸브
2 300 분쇄부 2 301 분쇄부원료입구
2 302 트랙하우징 2 303 분급하우징
2 304 미분배출부 2 305 재순환부
2 306 로터 2 307 분쇄축
2 317 분급하우징연결부 2 400 재료포집부
2 401 공기배출구 2 402 집진부
2 403 미분용기 3 100 동력수단
3 203 기화가스출구 3 204 기화가스입구
3 210 팽창변 3 300 분쇄부
3 400 재료포집부 3 600 냉매압축,응축기유니트
3 601 냉매압축기하우징 3 602 고압가스출구
3 603 저압가스입구 3 604 고압액화가스 경로
3 605 저압기화가스 경로 4 12 미분진행방향
4 13 공기배출방향 4 401 공기배출구
4 402 집진부 4 403 미분용기
4 404 분쇄미분입구 5 104 분쇄축풀리
5 105 베어링하우징 5 301 분쇄부원료입구
5 302 트랙하우징 5 303 분급하우징
5 304 미분배출부 5 305 재순환부
5 306 로터 5 308 미분배출구
5 310 원료투입공 5 311 조분재순환토출공
5 312 조분재순환흡입공 5 318 원료배출공
5 319 분급부 6 302 트랙하우징
6 309 원료충돌홈 7 306 로터
7 311 분쇄부날개 7 312 분급부날개
7 313 로터디스크 7 314 로터부싱
7 315 분쇄축체결구 8 306 로터
8 311 분쇄부날개 8 312 분급부날개
8 313 로터디스크 8 314 로터부싱

Claims (8)

1. 동력수단(100), 원료냉각장치(200), 분쇄부(300), 재료포집부(400)로 구성된 분쇄기로서,
   상기 동력수단(100)은 모터(101), 모터축풀리(102), 분쇄축풀리(104), 벨트(103)로 구성되며,
   상기 재료포집부(400)는 분쇄미분입구(404), 집진부(402), 상기 집진부(402)의 상부에 구성된 공기배출구(401)로 구성되며,
   상기 원료냉각장치(200)는 밀봉된 압력용기로 이루어진 냉각장치하우징(205), 상기 냉각장치하우징(205)의 하부에 설치되는 기화가스입구(204), 상기 냉각장치하우징(205)의 상부에 설치되는 기화가스출구(203), 상기 냉각장치하우징(205) 내부에 설치된 실린더(208), 상기 실린더(208) 내부에 설치되는 스크류(207), 상기 스크류(207)를 회전하기 위한 스크류구동모터(202), 분쇄부원료입구(301)와 연결되는 냉각원료배출구(209), 상기 실린더(208)와 연결되는 호퍼(201), 상기 기화가스입구(204)와 상기 기화가스출구(203)에 연결되는 냉매압축응축기유니트(600)로 구성되며,
   상기 분쇄부(300)는, 피분쇄물을 투입할 수 있는 원료투입공(310)과, 조분재순환흡입공(312)이 형성되고 일측단에 로터(306)보다 큰 직경의 분급하우징연결부(317)가 형성된 트랙하우징(302),
   상기 트랙하우징(302)의 중심부에 배치되고 상기 모터(101)와 연결되는 분쇄축(307),
   상기 트랙하우징(302) 내부벽에 반원형 또는 반원과 원호를 결합한 형태로 형성되되, 방사형으로 배치되는 원료충돌홈(309),
   일측에는 상기 로터(306)의 직경보다 작은 원료배출공(318), 상기 원료배출공(318)의 직각방향으로 형성된 조분재순환토출공(311), 원료배출공(318)의 반대측은 상기 원료배출공(318)의 직경보다 큰 분급부(319)가 형성된 분급하우징(303),
   상기 트랙하우징(302)의 상기 조분재순환흡입공(312)과 상기 분급하우징(303)의 조분재순환토출공(311)을 연결하되, 단면이 원형인 파이프 형태이고 탈부착 가능한 구조의 재순환부(305),
   로터디스크(313)를 경계로 분쇄부날개(311)와 분급부날개(313)로 영역이 구성된 것으로서 상기 분쇄축(307)에 연결되어 회전하되, 날개들은 분쇄축체결구(315)를 중심으로 방사형으로 배치되되, 상기 분쇄부날개(311)의 면적이 상기 분급부날개(312)의 면적보다 크게 구성되는 상기 로터(306),
   를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스기화식 원료냉각장치를 포함하는 분쇄기.
   
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