KR102439695B1 - 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 함진 가스에 포함된 미세 분말을 포집하여 회수할 수 있는 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템에 관한 것으로서, 속이 빈 통형상으로 형성되어, 함진 가스가 유동하면서 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말이 포집될 수 있는 포집 공간이 형성되는 본체와, 상기 포집 공간으로 상기 함진 가스가 유입될 수 있도록, 상기 본체의 일측에 형성되는 가스 유입구 및 상기 포집 공간에서 유동된 상기 함진 가스가 상기 포집 공간의 외부로 배출될 수 있도록, 상기 본체의 타측에 형성되는 가스 배출구를 포함하고, 상기 본체는, 상기 포집 공간에 온도 편차가 형성되어 상기 함진 가스의 와류 현상(Vortex)을 유도할 수 있도록, 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역 또는 전방 영역과 후방 영역이 서로 다른 온도를 가지는 영역으로 분할되게 구획될 수 있다.

Description

미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템{Fine powder recovery device and fine powder recovery system}

본 발명은 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템에 관한 것으로서, 함진 가스에 포함된 미세 분말을 포집하여 회수할 수 있는 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템에 관한 것이다.

적층세라믹콘덴서(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)는 전자 회로에서 일시적으로 전기를 충전하거나 노이즈를 제거하는 칩 형태의 캐패시터로서, 전류를 저장했다가 필요한 만큼만 전기를 안정적으로 공급해 전자 장치가 올바르게 동작하도록 하는 부품이다. 현대에서, 상기 적층세라믹콘덴서는 전자 산업의 쌀이라고 불릴 정도로 많은 수요가 있고, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터나 스마트폰에는 약 1000여 개가 필요하고, 텔레비전에는 약 2000여 개가 필요하다.

이러한 적층세라믹콘덴서는 MLCC는 크기를 감소시키고 저장전기용량을 증가시킬 필요가 있다. 이를 위하여, 적층세라믹콘덴서는 내부에 약 500층의 세라믹층과 니켈전극층이 번갈아 적층된 구조를 가진다. 적층세라믹콘덴서는 이형필름 상에 세라믹 시트를 형성하는 성형공정, 상기 세라믹 시트에 전극 패턴을 형성하는 인쇄공정, 및 상기 세라믹 시트를 절단하고 이형 필름을 제거한 후, 상기 세라믹 시트와 니켈 전극층을 적층하는 적층 공정으로 형성된다. 상기 적층세라믹콘덴서에서 중요한 기술은 니켈전극층을 최대한 얇게 하고 또한 많이 적층시키고, 1000℃ 이상의 고온에서 균열 없이 형성하는 것이다.

이러한, 적층세라믹콘덴서의 니켈 전극층은 화학반응을 이용한 분말 합성 공정으로 제조된 니켈 분말을 이용하여 형성될 수 있다. 일반적으로, 분말 합성 공정을 이용한 니켈 분말 제조 공정은, 합성 장치에서 휘발이나 응축 또는 화학 반응으로 니켈 분말의 합성 공정이 이루어진 후, 생성된 니켈 분말이 반응 후 남은 잔류 가스와 함께 상기 합성 장치로부터 함진 가스로 배출되고, 백필터(Bag filter)를 이용한 미세 분말 회수 장치에서 상기 함진 가스에 포함된 니켈 분말을 포집하여 회수하는 과정으로 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 종래의 미세 분말 회수 장치는, 일정 시간 포집 시 백필터에 차압이 발생함으로써, 이를 해소하기 위해 공정 중단 후 제트 등을 이용한 백필터의 재생이 필요하여, 생산성이 낮아지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 백필터 앞에 싸이클론을 설치하여 백필터의 부하를 저감하는 방법도 사용되고 있지만, 싸이클론은 미분과 조분을 분리하는 장치로서 미세 분말의 제거가 용이하지 않아 백필터 부하 저감에 효과가 크지 않다는 문제점이 있었다.

아울러, 콜드 트랩(Cold trap)을 이용하여 냉각에 의한 열영동으로 미세 분말을 포집하여 회수하는 방법도 제안되고 있지만, 이 또한, 효율이 좋지 않아 냉각표면을 극대화하기 위해 헬리컬(Helical) 구조나 다단 구조 등을 사용함으로써, 콜드 트랩 내에 복잡하게 형성된 유로에서 포집된 미세 분말의 회수가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 백필터 앞에서 조분 뿐만 아니라 일부 미분을 미리 회수하여 백필터의 부하를 저감시킬 수 있고, 단순한 구조를 사용해 제작 및 포집된 미세 분말의 회수가 용이한 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세 분말 회수 장치가 제공된다. 상기 미세 분말 회수 장치는, 속이 빈 통형상으로 형성되어, 함진 가스가 유동하면서 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말이 포집될 수 있는 포집 공간이 형성되는 본체; 상기 포집 공간으로 상기 함진 가스가 유입될 수 있도록, 상기 본체의 일측에 형성되는 가스 유입구; 및 상기 포집 공간에서 유동된 상기 함진 가스가 상기 포집 공간의 외부로 배출될 수 있도록, 상기 본체의 타측에 형성되는 가스 배출구;를 포함하고, 상기 본체는, 상기 포집 공간에 온도 편차가 형성되어 상기 함진 가스의 와류 현상(Vortex)을 유도할 수 있도록, 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역 또는 전방 영역과 후방 영역이 서로 다른 온도를 가지는 영역으로 분할되게 구획될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 본체는, 상기 본체의 내벽면의 적어도 일부 영역에 형성되고, 제 1 온도를 가지는 제 1 영역부; 및 상기 본체의 내벽면의 나머지 다른 영역에 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 낮은 제 2 온도를 가지는 제 2 영역부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부는, 고온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 높은 상기 제 1 온도로 형성되고, 상기 제 2 영역부는, 저온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 낮은 상기 제 2 온도로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부의 상기 제 1 온도는, 400K 내지 650K의 온도로 형성되고, 상기 제 2 영역부의 상기 제 2 온도는, 250K 내지 423K의 온도로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 본체는, 중력 방향과 수직한 수평 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부는, 상기 본체의 상기 수평 방향으로 형성되는 제 1 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 1 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 하부 영역에 형성되고, 상기 제 2 영역부는, 상기 제 1 횡단면을 기준으로 상기 본체의 상부 영역에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부는, 상기 본체의 상기 수평 방향으로 형성되는 제 1 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 1 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 상부 영역에 형성되고, 상기 제 2 영역부는, 상기 제 1 횡단면을 기준으로 상기 본체의 하부 영역에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 본체는, 중력 방향과 평행한 수직 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부는, 상기 본체의 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 형성되는 제 2 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 2 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 하부 영역에 형성되고, 상기 제 2 영역부는, 상기 제 2 횡단면을 기준으로 상기 본체의 상부 영역에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 영역부는, 상기 본체의 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 형성되는 제 2 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 2 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 상부 영역에 형성되고, 상기 제 2 영역부는, 상기 제 2 횡단면을 기준으로 상기 본체의 하부 영역에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 본체는, 상기 제 1 온도를 가지는 상기 제 1 영역부와 상기 제 2 온도를 가지는 상기 제 2 영역부 사이의 경계부분을 따라서 형성되는 단열부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 미세 분말 회수 시스템이 제공된다. 상기 미세 분말 회수 시스템은, 화학 반응을 이용한 분말 합성 공정으로 미세 분말을 합성하는 합성 장치; 상기 합성 장치로부터 배출되는 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말을 1차로 포집하여 회수하는 미세 분말 회수 장치; 및 상기 미세 분말 회수 장치로부터 배출되는 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말을 2차로 포집하여 회수하는 백필터 장치;를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 합성 장치와 상기 미세 분말 회수 장치를 연결하는 연결관;을 더 포함하고, 상기 연결관은, 관 형상으로 형성되고, 상기 합성 장치로부터 일직선으로 연장되게 형성되는 제 1 부분; 및 관 형상으로 형성되고, 상기 제 1 부분의 일단으로부터 소정 각도로 경사지게 형성되어 상기 제 1 부분의 일단과 상기 미세 분말 회수 장치의 상기 가스 유입구를 연결하는 제 2 부분;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제 2 부분은, 내부 공간에 온도 편차를 형성하여 상기 내부 공간에서 유동하는 상기 함진 가스의 와류 현상을 유도할 수 있도록, 서로 다른 온도를 가지는 복수의 영역으로 구획될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 연결관의 상기 제 2 부분과 상기 미세 분말 회수 장치의 연결부에 설치되어, 상기 제 2 부분에서 포집된 상기 미세 분말이 수거되는 제 1 수거 포트; 및 상기 미세 분말 회수 장치의 일측에 설치되어, 상기 미세 분말 회수 장치에서 포집된 상기 미세 분말이 수거되는 제 2 수거 포트;를 더 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세 분말의 포집 공간이 형성되는 본체에 고온부와 저온부를 배치해 온도편차를 형성하여, 포집 공간에서 유동하는 미세 분말을 포함하는 함진 가스에 부력효과를 발생시켜 와류 현상을 유도함으로써, 함진 가스의 체류시간을 증가시켜 함진 가스에 포함된 미세 분말 입자가 평균자유행로 이상으로 이동하기에 충분한 시간을 확보할 수 있다. 이에 따라, 포집 공간 내에서 미세 분말 끼리 충돌하여 응집된 조분화된 분말이 자중에 의해 바닥면으로 낙하되어 회수될 수 있다. 또한, 포집 공간에 형성된 온도편차는 열영동을 유발하여 차가운 벽면으로 미세 분말 또한 포집되어 회수할 수 있다.

이에 따라, 백필터 앞에서 함진 가스에 포함된 조분 뿐만 아니라 미세 분말도 일부 미리 회수하여 백필터의 부하를 효율적으로 저감시킴으로써, 차압을 해소하기 위한 백필터의 재생 공정을 줄여 공정이 중단되는 시간을 줄이고, 전체적인 미세 분말 회수 공정의 생산성을 증가시키는 효과를 가지는 미세 분말 회수 장치 및 미세 분말 회수 시스템을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치를 개략적으로 나타내는 정면도 및 측면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이다.
도 5 및 도 6은 미세 분말 회수 장치의 본체의 온도 편차 발생 유무에 따른 포집 공간에서 함진 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지들이다.
도 7은 도 1의 미세 분말 회수 장치가 적용된 미세 분말 회수 시스템을 개략적으로 나타내는 공정도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치(100)를 개략적으로 나타내는 정면도 및 측면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치(100)를 개략적으로 나타내는 정면도 및 평면도이다. 그리고, 도 5 및 도 6은 미세 분말 회수 장치(100)의 본체(110)의 온도 편차 발생 유무에 따른 포집 공간에서 함진 가스의 유동을 해석한 결과를 나타내는 이미지들이다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치(100)는, 크게, 본체(110)와, 가스 유입구(120) 및 가스 배출구(130)를 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(110)는, 속이 빈 통형상으로 형성되어, 내부에 함진 가스가 유동하면서 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말이 포집될 수 있는 포집 공간이 형성될 수 있다.

예컨대, 본체(110)는, 속이 빈 원통 형상으로 형성되어, 양측에 가스 유입구(120) 및 가스 배출구(130)가 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 가스 유입구(120)는, 본체(110) 내부의 상기 포집 공간으로 상기 함진 가스가 유입될 수 있도록, 본체(110)의 일측에 형성되고, 가스 배출구(130)는, 상기 포집 공간에서 유동된 상기 함진 가스가 상기 포집 공간의 외부로 배출될 수 있도록, 본체(110)의 타측에 형성될 수 있다.

이때, 본체(110)의 상기 포집 공간으로 상기 함진 가스가 원활하게 유입 및 배출될 수 있도록, 가스 유입구(120)와 가스 배출구(130)는 본체(110)의 양측에 서로 마주 보게 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 원통 형상의 본체(110)의 중심축(A1)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

그러나, 가스 유입구(120)와 가스 배출구(130)의 위치는 반드시 도 1 및 도 2에 국한되지 않고, 본체(110)의 상기 포집 공간에서 상기 함진 가스가 충분히 유동한 이후에 배출될 수 있도록, 가스 유입구(120)와 가스 배출구(130) 중 적어도 어느 하나가 본체(110)의 중심축(A1)을 기준으로 편심 되게 위치함으로써, 가스 유입구(120)와 가스 배출구(130)가 본체(110)의 양측에 서로 엇갈리게 배치될 수도 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(110)는, 상기 포집 공간에 온도 편차가 형성되어 상기 함진 가스의 와류 현상(Vortex)을 유도할 수 있도록, 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역 또는 전방 영역과 후방 영역이 서로 다른 온도를 가지는 적어도 두 개의 영역으로 분할되게 구획될 수 있다.

예컨대, 본체(110)는, 본체(110)의 내벽면의 적어도 일부 영역에 형성되고, 제 1 온도를 가지는 제 1 영역부(111) 및 본체(110)의 내벽면의 나머지 다른 영역에 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 낮은 제 2 온도를 가지는 제 2 영역부(112)를 포함하여, 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)가 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 본체(110)의 내벽면을 두 개의 영역으로 분할하도록 형성될 수 있다.

더욱 구체적으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(110)는, 중력 방향과 수직한 수평 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제 1 영역부(111)는, 본체(110)의 상기 수평 방향으로 형성되는 제 1 중심축(A1)을 지나고 본체(110)를 양분하는 가상의 제 1 횡단면(P1)을 기준으로, 본체(110)의 하부 영역에 형성되고, 제 2 영역부(112)는, 제 1 횡단면(P1)을 기준으로 본체(110)의 상부 영역에 형성될 수 있다. 이에 따라, 본체(110)가 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역이 서로 다른 온도를 가지는 두 개의 영역으로 양분되어, 서로 다른 영역으로 구획될 수 있다.

그러나, 본체(110)를 두 개의 영역으로 분할하는 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)의 배치는 반드시 도 1 및 도 2에 국한되지 않고, 제 1 영역부(111)가 제 1 횡단면(P1)을 기준으로 본체(110)의 상부 영역에 형성되고, 제 2 영역부(112)가 제 1 횡단면(P1)을 기준으로 본체(110)의 하부 영역에 형성될 수도 있다.

이외에도, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(110)는, 상기 중력 방향과 평행한 수직 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성되고, 이때, 제 1 영역부(111)는, 본체(110)의 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 형성되는 제 2 중심축(A2)을 지나고 본체(110)를 양분하는 가상의 제 2 횡단면(P2)을 기준으로, 본체(110)의 하부 영역에 형성되고, 제 2 영역부(112)는, 제 2 횡단면(P2)을 기준으로 본체(110)의 상부 영역에 형성될 수도 있다. 이에 따라, 본체(110)가 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 전방 영역과 후방 영역이 서로 다른 온도를 가지는 두 개의 영역으로 양분되어, 서로 다른 영역으로 구획될 수도 있다.

그러나, 본체(110)가 상기 중력 방향과 평행한 수직 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성될 경우, 본체(110)를 두 개의 영역으로 분할하는 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)의 배치는 반드시 도 3 및 도 4에 국한되지 않고, 제 1 영역부(111)가 제 2 횡단면(P2)을 기준으로 본체(110)의 상부 영역에 형성되고, 제 2 영역부(112)가 제 2 횡단면(P2)을 기준으로 본체(110)의 하부 영역에 형성될 수도 있다.

이러한, 본체(110)를 적어도 두 개의 영역으로 양분하는 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)의 배치는, 상술한 실시 예들에만 반드시 국한되지 않고, 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)가 본체(110)를 적어도 두 개의 영역으로 양분하여 구획할 수 있는 모든 형태의 배치가 적용될 수 있다.

이때, 제 1 영역부(111)는, 고온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 높은 상기 제 1 온도로 형성되고, 제 2 영역부(112)는, 저온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 낮은 상기 제 2 온도로 형성될 수 있다.

예컨대, 본체(110)의 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도가 400K일 경우, 제 1 영역부(111)의 상기 제 1 온도는, 400K 내지 650K의 온도로 형성되고, 제 2 영역부(112)의 상기 제 2 온도는, 250K 내지 423K의 온도로 형성될 수 있으며, 더욱 바람직하게는, 제 1 영역부(111)의 상기 제 1 온도는 600K의 고온부로 형성되고, 제 2 영역부(112)의 상기 제 2 온도는 300K의 저온부로 형성될 수 있다.

이때, 고온부인 제 1 영역부(111)와 저온부인 제 2 영역부(112) 간에 열전도가 일어나, 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)에 의해 본체(110)에 발생하는 온도 편차가 소멸되거나 그 경계가 모호해지는 것을 방지할 수 있도록, 상기 제 1 온도를 가지는 제 1 영역부(111)와 상기 제 2 온도를 가지는 제 2 영역부(112) 사이의 경계부분을 따라서 단열부(140)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 단열부(140)가 고온부인 제 1 영역부(111)와 저온부인 제 2 영역부(112)를 열적으로 분리하여, 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112) 간에 열전도가 일어나는 것을 효과적으로 방지함으로써, 본체(110)의 상기 포집 공간에서 온도 편차가 명확하게 발생하도록 유도할 수 있다. 여기서, 단열부(140)는, 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112) 간의 열전도를 방지할 수 있는 모든 종류의 단열재가 적용될 수 있다.

따라서, 본체(110)는, 600K의 고온부인 제 1 영역부(111)와 300K의 저온부인 제 2 영역부(112)가 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역 또는 전방 영역과 후방 영역으로 본체(110)를 양분하는 형태로 형성되어, 상기 포집 공간내에서 온도 편차를 유발함으로써, 상기 포집 공간에서 유동하는 상기 함진 가스의 와류 현상을 유도할 수 있다.

예컨대, 도 5의 해석 결과에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 상기 포집 공간 내에 온도 편차가 형성되지 않을 경우, 가스 유입구(120)를 통해 유입된 상기 함진 가스가 상기 포집 공간을 일직선 형태로 통과하여 바로 가스 배출구(130)를 통해 배출되는 것으로 확인이 되었다.

그러나, 도 6의 해석 결과에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 상기 포집 공간 내에 온도 편차가 제 1 영역부(111)와 제 2 영역부(112)에 의해 양분되어 분할되게 형성될 경우, 가스 유입구(120)를 통해 유입된 상기 함진 가스에 와류 현상이 발생하여, 상기 함진 가스가 상기 포집 공간 내에서 다방향으로 유동하다가 가스 배출구(130)를 통해 배출되는 것으로 확인이 되었다.

따라서, 본 발명의 여러 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치(100)에 따르면, 상기 미세 분말의 상기 포집 공간이 형성되는 본체(110)에 고온부와 저온부를 배치해 온도편차를 형성함으로써, 상기 포집 공간에서 유동하는 상기 미세 분말을 포함하는 상기 함진 가스에 부력효과를 발생시켜 와류 현상을 유도할 수 있다.

그러므로, 상기 포집 공간 내에서 상기 함진 가스의 체류시간을 증가시켜 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말 입자가 평균자유행로 이상으로 이동하기에 충분한 시간을 확보함으로써, 상기 포집 공간 내에서 상기 미세 분말 끼리 충돌하여 응집된 조분화된 분말이 자중에 의해 바닥면으로 낙하되어 회수될 수 있으며, 상기 포집 공간에 형성된 온도 편차는 열영동을 유발하여 차가운 벽면으로 석출된 미세 분말 또한 포집되어 회수할 수 있다.

도 7은 도 1의 미세 분말 회수 장치(100)가 적용된 미세 분말 회수 시스템(1000)을 개략적으로 나타내는 공정도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 회수 시스템(1000)은, 크게, 합성 장치(200)와 미세 분말 회수 장치(100) 및 백필터 장치(300)를 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 합성 장치(200)는, 화학 반응을 이용한 분말 합성 공정으로 미세 분말을 합성할 수 있다. 예컨대, 합성 장치(200)에서 합성되는 상기 미세 분말이 니켈 나노 분말 일 경우, 합성 장치(200)는, 캐리어 가스에 의해 내부로 유입된 니켈 염으로부터 환원 가스를 이용한 환원 반응으로 니켈 입자를 핵생성 및 성장시켜 상기 니켈 나노 분말을 형성할 수 있다.

이와 같이, 합성 장치(200)에서 합성된 상기 미세 분말은, 화학 반응 후 잔류 가스와 함께 상기 함진 가스로 배출될 수 있으며, 미세 분말 회수 장치(100)는, 합성 장치(200)로부터 배출되는 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말을 1차로 포집하여 회수할 수 있다.

여기서, 합성 장치(200)와 미세 분말 회수 장치(100)를 연결하는 연결관(400)은, 관 형상으로 형성되고, 합성 장치(200)로부터 일직선으로 연장되게 형성되는 제 1 부분(410) 및 관 형상으로 형성되고, 제 1 부분(410)의 일단으로부터 소정 각도(a)로 경사지게 형성되어 제 1 부분(410)의 일단과 미세 분말 회수 장치(100)의 가스 유입구(120)를 연결하는 제 2 부분(420)을 포함할 수 있다.

이때, 연결관(400)의 제 1 부분(410)은, 합성 장치(200)로부터 배출되는 고온의 상기 함진 가스가 소정의 온도로 냉각될 수 있도록, 합성 장치(200)로부터 배출되는 상기 함진 가스 보다 낮은 온도로 형성될 수 있다. 이러한, 제 1 부분(410)은, 도시되진 않았지만 내부 또는 외주면을 따라 냉각 유로가 형성되어, 상기 냉각 유로를 따라 유동하는 냉각수에 의해 수냉 방식으로 냉각되는 냉각부일 수 있다.

또한, 제 2 부분(420)은, 내부 공간에 온도 편차를 형성하여 상기 내부 공간에서 유동하는 상기 함진 가스의 와류 현상을 유도할 수 있도록, 서로 다른 온도를 가지는 복수의 영역으로 구획될 수 있다.

예컨대, 원형의 관 형상인 제 2 부분(420)의 중심축을 기준으로 상부 부분(421)은, 제 1 부분(410)에서 상기 소정의 온도로 냉각된 상기 함진 가스의 온도 보다 낮은 제 1 온도로 형성되어 저온부로 형성되고, 하부 부분(422)은, 상기 함진 가스의 온도 보다 높은 제 2 온도로 형성되어 고온부로 형성될 수 있다.

이러한, 제 2 부분(420)의 상부 부분(421)은, 수냉 방식 또는 공냉 방식에 의해 저온부로 형성될 수 있으며, 하부 부분(422)은, 열선에 의한 가열 방식으로 고온부로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 부분(420)의 상부 부분(421)이 고온부로 형성되고, 하부 부분(422)이 저온부로 형성될 수도 있으나, 상기 함진 가스의 원활한 와류 현상 유도를 위해, 상부 부분(421)이 저온부로 형성되고, 하부 부분(422)이 고온부로 형성되는 것이 가장 바람직할 수 있다.

이에 따라, 제 2 부분(420)을 통과하는 상기 함진 가스 중, 고온부인 하부 부분(422)을 흐르는 함진 가스는 가열되어 상승 기류를 가지고, 저온부인 상부 부분(421)을 흐르는 함진 가스는 냉각되어 하류 기류를 가짐으로써, 와류 현상이 발생할 수 있다.

상술한 와류 현상에 의해, 상기 함진 가스 내에 포함된 상기 미세 분말 끼리 충돌하여 응집된 조분화된 분말이 자중에 의해 바닥면으로 낙하되어 회수될 수 있으며, 고온부와 저온부의 온도 편차로 유발된 열영동에 의해 차가운 벽면으로 상기 미세 분말에 포함된 미반응 잔여 전구체가 석출되어 회수될 수 있다.

이와 같이, 연결관(400)의 제 2 부분(420)에서 회수된 조분화된 분말 및 석출된 잔여 전구체는, 연결관(400)의 제 2 부분(420)과 미세 분말 회수 장치(100)의 연결부에 설치된 제 1 수거 포트(500)에 의해 수거될 수 있다. 이러한, 제 1 수거 포트(500)는, 석출된 잔여 전구체의 쉘층을 습식으로 제거할 수 있도록 습식 세척용 포트를 포함할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 미세 분말 회수 시스템(1000)은, 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말을 1차로 포집하여 회수하는 미세 분말 회수 장치(100) 이전에 연결관(400)을 통해서 상기 함진 가스가 유동하는 과정에서, 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말 중 적어도 일부를 사전에 회수함으로써, 상기 미세 분말의 회수 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 연결관(400)을 통과하여 미세 분말 회수 장치(100)로 유입된 상기 함진 가스는, 미세 분말 회수 장치(100)에 형성된 온도 편차에 의해 발생하는 부력효과에 의해 와류 현상이 유도되어, 미세 분말 회수 장치(100)의 포집 공간에서 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말 끼리 충돌하여 응집된 조분화된 분말이 자중에 의해 바닥면으로 낙하되어 회수될 수 있으며, 고온부와 저온부의 온도 편차로 유발된 열영동에 의해 차가운 벽면으로 상기 미세 분말에 포함된 미반응 잔여 전구체가 석출되어 회수될 수 있다.

여기서, 미세 분말 회수 장치(100)는, 상술한 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 여러 실시예들에 따른 미세 분말 회수 장치(100)의 구성 요소들과 그 구성 및 역할이 동일할 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이, 미세 분말 회수 장치(100)에서 회수된 조분화된 분말 및 석출된 잔여 전구체는, 미세 분말 회수 장치(100)의 일측에 설치된 제 2 수거 포트(600)에 의해 수거될 수 있다. 이러한, 제 2 수거 포트(600)는, 석출된 잔여 전구체의 쉘층을 습식으로 제거할 수 있도록 습식 세척용 포트를 포함할 수 있다.

이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 미세 분말 회수 장치(100)에서 1차로 상기 미세 분말이 포집된 상기 함진 가스는, 미세 분말 회수 장치(100)의 가스 배출구(130)와 연결된 다른 연결관(800)을 통해 백필터 장치(300)로 유입되고, 백필터 장치(300)는, 상기 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말을 2차로 포집하여 회수할 수 있다.

예컨대, 백필터 장치(300)의 백필터 챔버(310)는, 내부에 적어도 하나의 백필터(330)를 수용할 수 있도록 전체적으로 원통 형상으로 형성되고, 미세 분말 배출구(321)가 형성되는 하부의 적어도 일부분은 하단으로 갈수록 그 단면적이 점차 작아지는 역원뿔 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 백필터 챔버(310)는, 미세 분말 회수 장치(100)에서 1차로 상기 미세 분말을 포집하는 과정에서 잔여 전구체가 석출되어 회수된 상기 함진 가스에서 순수한 고순도의 상기 미세 분말만을 회수할 수 있도록, 고온부로서 상기 제 2 온도 이상의 온도로 가열될 수 있다. 그러나, 백필터 챔버(310)의 온도는 상기 제 2 온도 이상으로 반드시 국한되지 않고, 상기 미세 분말을 용이하게 회수할 수 있는 매우 다양한 온도가 적용될 수 있다.

이에 따라, 백필터 챔버(310)의 하단부 일측에 형성된 함진 가스 유입부(311)로 유입된 상기 함진 가스는, 백필터 챔버(310)의 내부에 설치된 백필터(330)를 통과하여, 백필터 챔버(310)의 상단부 일측에 형성된 함진 가스 배출부(313)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이와 같이, 상기 함진 가스가 백필터(330)를 통과하는 과정에서 상기 함진 가스에 잔류하는 상기 미세 분말이 백필터(330)에 포집될 수 있다.

또한, 백필터 챔버(310)에 설치된 백필터(330)의 상부에는, 고압 공기 저장부(321)와, 고압 공기 공급관(322) 및 백필터(330)와 대응되는 위치에 설치되는 적어도 하나의 고압 공기 분사 노즐(323)을 포함하는 고압 공기 분사부(320)가 설치될 수 있다.

이에 따라, 백필터(330)에 일정 수준의 상기 미세 분말이 포집되면 차압이 발생하고, 백필터(330)의 상부에 설치된 고압 공기 분사 노즐(323)을 통해 백필터(330)로 고압 공기를 분사하게 되면 백필터(330)에 포집된 상기 미세 분말이 떨어지면서 백필터 챔버(310)의 하부에 쌓일 수 있다. 이어서, 백필터 챔버(310) 하단에 형성된 미세 분말 배출구(321)를 개방하여 포집 용기(700)로 상기 미세 분말을 포집할 수 있다.

이와 같은, 백필터(330) 차압 발생에 따른 고압 공기 분사과정은, 미세 분말 회수 장치(100)를 통해, 1차로 상기 함진 가스에 포함된 조분화된 분말 및 잔여 전구체를 회수했기 때문에, 종래의 미세 분말 회수 시스템에 비해 긴 주기로 수행될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 분말 회수 장치(100) 및 이를 포함하는 미세 분말 회수 시스템(1000)에 따르면, 백필터 앞에서 상기 함진 가스에 포함된 조분 뿐만 아니라 미반응 잔여 전구체를 포함하는 미세 분말도 일부 미리 회수하여 백필터의 부하를 효율적으로 저감시킴으로써, 차압을 해소하기 위한 백필터의 재생 공정을 줄여 공정이 중단되는 시간을 줄이고, 전체적인 미세 분말 회수 공정의 생산성을 증가시키는 효과를 가질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 미세 분말 회수 장치
110: 본체
111: 제 1 영역부
112: 제 2 영역부
120: 가스 유입구
130: 가스 배출구
140: 단열부
200: 합성 장치
300: 백필터 장치
310: 백필터 챔버
320: 고압 공기 분사부
330: 백필터
400: 연결관
410: 제 1 부분
420: 제 2 부분
500: 제 1 수거 포트
600: 제 2 수거 포트
700: 포집 용기
800: 연결관
1000: 미세 분말 회수 시스템

Claims (15)

1. 속이 빈 통형상으로 형성되어, 함진 가스가 유동하면서 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말이 포집될 수 있는 포집 공간이 형성되는 본체;
   상기 포집 공간으로 상기 함진 가스가 유입될 수 있도록, 상기 본체의 일측에 형성되는 가스 유입구; 및
   상기 포집 공간에서 유동된 상기 함진 가스가 상기 포집 공간의 외부로 배출될 수 있도록, 상기 본체의 타측에 형성되는 가스 배출구;를 포함하고,
   상기 본체는,
   상기 포집 공간에 온도 편차가 형성되어 상기 함진 가스의 와류 현상(Vortex)을 유도할 수 있도록, 상기 함진 가스의 유동 방향을 기준으로 일측 영역과 타측 영역 또는 전방 영역과 후방 영역이 서로 다른 온도를 가지는 영역으로 분할되게 구획되고,
   상기 본체의 내벽면의 적어도 일부 영역에 형성되고, 제 1 온도를 가지는 제 1 영역부; 및
   상기 본체의 내벽면의 나머지 다른 영역에 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 낮은 제 2 온도를 가지는 제 2 영역부;를 포함하고,
   상기 제 1 영역부는,
   고온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 높은 상기 제 1 온도로 형성되고,
   상기 제 2 영역부는,
   저온부로 형성될 수 있도록, 상기 포집 공간으로 유입되는 상기 함진 가스의 온도 보다 낮은 상기 제 2 온도로 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 영역부의 상기 제 1 온도는, 400K 내지 650K의 온도로 형성되고,
   상기 제 2 영역부의 상기 제 2 온도는, 250K 내지 423K의 온도로 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체는,
   중력 방향과 수직한 수평 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 영역부는,
   상기 본체의 상기 수평 방향으로 형성되는 제 1 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 1 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 하부 영역에 형성되고,
   상기 제 2 영역부는,
   상기 제 1 횡단면을 기준으로 상기 본체의 상부 영역에 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 제 1 영역부는,
   상기 본체의 상기 수평 방향으로 형성되는 제 1 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 1 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 상부 영역에 형성되고,
   상기 제 2 영역부는,
   상기 제 1 횡단면을 기준으로 상기 본체의 하부 영역에 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 본체는,
   중력 방향과 평행한 수직 방향으로 길게 연장되는 원통 형상으로 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 영역부는,
   상기 본체의 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 형성되는 제 2 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 2 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 하부 영역에 형성되고,
   상기 제 2 영역부는,
   상기 제 2 횡단면을 기준으로 상기 본체의 상부 영역에 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 영역부는,
    상기 본체의 상기 수직 방향과 수직한 수평 방향으로 형성되는 제 2 중심축을 지나고 상기 본체를 양분하는 가상의 제 2 횡단면을 기준으로, 상기 본체의 상부 영역에 형성되고,
    상기 제 2 영역부는,
    상기 제 2 횡단면을 기준으로 상기 본체의 하부 영역에 형성되는, 미세 분말 회수 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 제 1 온도를 가지는 상기 제 1 영역부와 상기 제 2 온도를 가지는 상기 제 2 영역부 사이의 경계부분을 따라서 형성되는 단열부;
    를 더 포함하는, 미세 분말 회수 장치.
12. 화학 반응을 이용한 분말 합성 공정으로 미세 분말을 합성하는 합성 장치;
    상기 합성 장치로부터 배출되는 함진 가스에 포함된 상기 미세 분말을 1차로 포집하여 회수하는 제 1 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 10 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 미세 분말 회수 장치; 및
    상기 미세 분말 회수 장치로부터 배출되는 상기 함진 가스에 포함된 미세 분말을 2차로 포집하여 회수하는 백필터 장치;
    를 포함하는, 미세 분말 회수 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 합성 장치와 상기 미세 분말 회수 장치를 연결하는 연결관;을 더 포함하고,
    상기 연결관은,
    관 형상으로 형성되고, 상기 합성 장치로부터 일직선으로 연장되게 형성되는 제 1 부분; 및
    관 형상으로 형성되고, 상기 제 1 부분의 일단으로부터 소정 각도로 경사지게 형성되어 상기 제 1 부분의 일단과 상기 미세 분말 회수 장치의 상기 가스 유입구를 연결하는 제 2 부분;
    을 포함하는, 미세 분말 회수 시스템.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 부분은,
    내부 공간에 온도 편차를 형성하여 상기 내부 공간에서 유동하는 상기 함진 가스의 와류 현상을 유도할 수 있도록, 서로 다른 온도를 가지는 복수의 영역으로 구획되는, 미세 분말 회수 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연결관의 상기 제 2 부분과 상기 미세 분말 회수 장치의 연결부에 설치되어, 상기 제 2 부분에서 포집된 상기 미세 분말이 수거되는 제 1 수거 포트; 및
    상기 미세 분말 회수 장치의 일측에 설치되어, 상기 미세 분말 회수 장치에서 포집된 상기 미세 분말이 수거되는 제 2 수거 포트;
    를 더 포함하는, 미세 분말 회수 시스템.

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