KR20020096065A - 고 효율 이중 분급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정류기능이 강화된 분급기 장치와 그 분급 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전축에 의해 2개의 분급로터가 연결되어지도록 구성하고 분급로터가 고속회전하므로서 조분과 미분으로 혼합되어 있는 통상의 원료를 그 입자들의 입도의 분포에 따라 미분과 조분으로 분리가 신속하고 원활하게 이루어지도록 선별분류하는 공정 및 분급을 필요로 하는 분야에서 사용되는 분급효율과 분급기능을 극대화시킨 분급장치에 관한 것이다. 본 발명은 분급챔버내에서 유체의 기류에 의해 발생하는 원심력의 차이를 이용하여 입자의 입도분포별 분급효율을 높이기 위하여 고속으로 회전하는 회전축을 중심으로 하부에 여러개의 익편을 가진 테이퍼진 형상의 분급로터와 상부에는 이보다 작은 직경의 테어퍼진 형상의 분급로터를 내설하고 원료분말의 입도에 따라 조분과 미분을 선별분류하여 배출시켜주는 배출기와 분급케이싱 하부에는 원료분말을 유입시켜주는 유입구를 포함하는 특징이 있다. 따라서, 본 발명은 분쇄챔버 내부의 축을 중심으로 직경이 서로다른 2개의 분급로터를 설치하여 고속회전시킴으로써 입자에 작용하는 원심력을 조절하여 구심력과 중력의 상호작용원리를 이용하여 이중분급을 가능하게 하였다. 분급실 내부로 유입된 원료를 입도의 크기에 따라 미분과 조분으로 선별 분류하여 미분의 분급효율을 극대화 시키고 여러분급실에서 이루어지는 공정의 번거로움을 탈피하고 공정의 간소화를 얻을 수 있다.

Description

고 효율 이중 분급장치{a high degree of efficiency classifier}

본 발명은 정류기능이 강화된 분급기 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말에 대하여 원심력과 구심력, 중력의 상호작용을 이용하여 정분과 조분으로 혼합되어 있는 통상의 원료를 분리하고 입도에 따라 미분과 조분으로 분류하는 공정 및 분급을 필요로 하는 분야에서 사용되는 분급장치에 관한 것이다. 주지된 바와 같이, 분급이라는 것은 분입체 입자를 입자의 크기(입도)차에 의해 분리하는 조작으로 기체나 액체로부터 역학적인 작용을 받은 입자의 거동이 그 입자크기에 의해 달라지는 것을 이용하는 시스템이다. 즉, 유체분급 조작은 입자의 유체역학적 거동의 차를 이용하여 입자를 분급하는 물리적 조작으로서, 어떤 흐름의 장에 들어간 2개 입자의 물리적 거동이 같다면 이 흐름장에 관한한 2개의 입자는 등가이므로 같은 분급기 안에서 같은 유체역학적 거동을 하는 입자는 같은 크기의 입자로 간주될 수 있다.

이러한 시스템은 분급케이싱 내부의 중력장에서 입자에 원심력과 구심력 사이의 상호작용을 이용하여 입자의 침강속도를 조절하여 입도분포별로 선별분급 할 수 있도록 한다. 입자가 매우 작아서 침강속도가 작으면 침강속도를 높이기 위하여 입자에 작용하는 중력대신에 일정한 유량하에서 분급기 로터의 직경을 변화시키거나 회전속도를 조절하여 로터의 강력한 원심력을 얻어낼 수 있다. 최근 소형장치로써 원심력을 이용한 입도 분리 장치가 매우 광범위하게 사용되고 있으며, 아주 작은 고체입자나 액적을 액체 또는 기체로부터 효율적으로 분리 할 수 있는 장점이 있다. 이와 같이 화학공업에 있어서 각종 혼합물을 구성성분으로 분리하기 위하여 사용되는 원심력을 이용한 분급장치는 공정을 단순화 시킬 수 있다는 특성과 원심력과 구심력의 특성을 이용하여 원하는 크기의 분말을 누구나 손쉽게 성력화 및 자동화 할수 있어서 그 경제적 효과가 매우 크다.

2000년대에는 운전의 안정성, 제품의 품질 향상 및 가격이 제품개발의 주요 기준이 될 것이며, 분체산업 역시 타 분야와 마찬가지로 기술혁신이 끊임없이 요구되고 있으며 이에 따른 고분급효율의 분급기 출현은 시급한 과제라고 할수 있으며 산업의 다양화로 인하여 그 효과는 더욱 크다고 할수 있을 것이다. 이러한 분급개발기술이 적용되는 분야를 알아보면 크게 6가지로 나누어 볼수 있는데 식품공업, 의약품, 공업약품, 화학공업, 요업토석품, 분말야금이 있다. 식품공업의 경우 건강식품, 천연조미료, 화학조미료, 향신료, 음료식품, 식품첨가물, 색소 등 식품생산의 전반적인 부분에 적용되며 의약품으로 생약, 신약, 한방제재등에 사용되며, 농약, 화장품, 무기, 유기 공업약품에 쓰인다. 또한 화학공업으로는 비료, 사료, 염료, 유지, 세재, 효소 등에 쓰이고 요업토석품의 경우 흑연제품, 주조용 도포제, 석탄, 내화재에 사용되고 분말야금으로 철분, 자동차 부품, 용접피복제 등의 넓은 분야에 사용되고 있다.

이에 본 발명자는 원심력과 구심력, 중력을 이용한 시스템의 장점을 극대화시키는 동시에 기존 단순 기능으로 사용되는 분급장치의 성능 한계에 따른 문제점을 해결하기 위하여 분급기술에 대하여 연구한 결과, 일정한 유량에 대하여 로터의 회전을 이용하여 원심력과 구심력의 상호작용을 조절함으로서, 여러과정에 걸쳐 시행되는 공정의 번거로움을 탈피하여 한 시스템 안에서 다양한 종류와 크기의 재료에 사용 가능하도록 하는 고 효율 이중 분급장치를 개발함으로써, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 원심력과 구심력 및 중력의 상호작용을 이용하여 정분과 조분으로 혼합되어 있는 통상의 원료를 선별분리하기 위하여 안출된 것으로서, 종래의 분급장치의 단점을 보완하고자 입도별 분급효율을 극대화시키고 원심력을 발생시키는 분급 로터를 설치함에 있어 직경이 서로다른 2개의 분급로터를 분급챔버내의 상하부에 수직방향으로 이중으로 내설하여 유입된 원료의 분급과정을 두번 거치게 함으로써 원하고자 하는 입도 범위에 속하는 미립자 분말을 변별 분리할 수 있도록 하는 고 효율 이중 분급장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 이중 분급장치를 보인 정면도

도 2, 3은 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 이중 분급장치의 분급로터 형상

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 분급장치의 분급실 정면도

도 5는 테이퍼형 로터와 테이퍼지지 않은 원통형 로터에 대하여 입도분포별 분급효율 비교

도 6은 테이퍼형과 직경이 일정한 원통형의 분급 로터의 형상에 대하여 유량의 변화에 따른 분급효율 비교

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 분쇄물질을 분급케이싱 내부로 유입시켜주는 유입부와 분급케이싱 상부에는 원하는 크기의 범위에 있는 입자를 가진 미분을 배출시켜주는 배출부와 일정한 유량 하에서 원하는 범위의 미분을 선별 분급 하고자 아래로 테이퍼지게 하여 직경의 변화를 준 분급로터와 상부의 로터의 가장 작은 직경을 기준으로 아래로 테이퍼지게 하여 원료의 입자로 하여금 분급과정을 두 번 거치게 함으로써 더욱 작은 미립자를 선별분류 할 수 있도록 상하부의 이중로터를 구성시킨 분급로터부와 제품으로써 선별된 미립자 분말을 배출할 수 있는 배출부와 이중 분급로터와 축으로 연결되어 Invertor controller에 의하여 로터의 회전수의 변화에 따른 풍속과 풍량의 변화를 가져올 수 있는 구동부를 포함하는 원심력 분급장치를 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 유입부는 분급 케이싱의 옆면의 하부의 3분의 1정도의 위치에 구비되어 있으며, 상기 분급케이싱의 배출부(4, 12)는 각각의 로터(1, 13)에 따라 두부분으로 나뉘어져 있고 분급챔버내의 유입부(5) 밑부분으로 하부로 갈수록 테이퍼져 있어 입도의 임계범위를 넘은 잔여물은 자연배출될 수 있도록 되어있다. 또한 분급과정중에 아래로 침강하는 굵은 입자가 챔버내의 유체의 기류에 의해 다시 로터부분으로의 상승을 방지하기 위하여전체 챔버 3분의 1의 하부에 분리판(14)을 설치하여 굵은 입자를 분급공정에 다시 유입되지 못하도록 하였다. 도 1은 분급기의 모습을 보여주고 있다. 상기 분급 로터(1, 13)는 축을 중심으로 분급챔버내의 상하부에 이중으로 구성되어 있으며 일정한 유량에 대해서 로터의 직경과 선별입도의 비례관계를 이용하여 임계범위의 미립자 분말을 정류하기 위하여 각각 아래로 테이퍼진 형상으로 직경을 변화시킨 로터로서, 각각 로터마다 분급실을 구성하여 상대적으로 입도가 큰 입자는 하부의 로터에 설치된 분급실에서 분급되게 되고 입도가 작은 입자의 경우 상부의 로터의 분급실에서 분급되게 된다.

도 2, 3은 입도분포별 선별분급하기 위하여 아래로 테이퍼진 로터의 형상을 보여준다. 테이퍼형 로터는 상하부분에 관계없이 고속회전함으로써 유체의 기류에 의해 발생하는 원심력과 구심력을 유입된 입자에 같은 힘으로 작용시켜 특정범위에 있는 입도를 가진 입자를 선별분급하는데 유리하다. 도 5는 테이퍼형 로터와 테이퍼지지 않은 원통형 로터에 대하여 입도분포별 분급효율을 나타낸 것이다. 테이퍼형 로터의 경우 입도가 큰 입자로부터 입도가 감소할수록 분말의 총 배출양에 대하여 분포비율이 서서히 증가하다가 특정범위의 입도 이하에 대하여 미분의 분급량이 급격히 높아진 반면 원통형 로터의 경우 분급된 분말의 입도분포의 경향은 테이퍼형 로터와 비슷하게 나타났지만 입도가 매우 작은 미분의 선별분급함에 있어서는 테이퍼형 보다 효율이 낮게 나타났다. 도 6은 테이퍼형과 원통형의 로터에 대하여 유량의 변화에 따른 미분의 분급효율을 보여주고 있다. 도 6에서 보여주는 바와 같이 아주 미세한 미분을 제외한 특정범위이상의 큰 입도를 가진 조분을 분급하는데있어서는 원통형로터가 테이퍼형 로터보다 더욱 효과적인 분급효율을 보여주었으나 임계범위 이하의 미세한 분말을 분급하는데 있어 테이퍼형 로터에서 특정범위 이하의 입도를 가진 미분의 분포가 급격히 늘어나면서 배출분말의 약 82%를 차지하였으나 원통형 로터의 경우, 약 67%를 차지하여 상대적으로 미분말의 선별분급효율은 테이퍼형 로터에 비해 효과적이지 못하였다. 그러므로 위의 연구의 결과를 바탕으로 테이퍼형 로터를 선택하여 직경의 크기를 구별하여 상하부에 두 개의 로터에 각각 분급실을 구성하여 한 공정안에서 입도분포별 분급이 가능하게 하였다.

상부에 설치된 로터(1)의 작은 직경을 하부 로터(13)의 중심으로 잡고 아래로 테이퍼지게 하여 점차로 직경이 작아지는 로터로 구성하고 로터에 각각 분급실을 설치하여 1차 로터(13)에 의하여 선행 정류된 입자들은 1차 분급실(11)에서 분급되게 하고 1차 분급실(11)에서 분급되지 않은 미세한 입자들은 직경이 큰 2차 로터(1)에 의하여 2차 분급실(10)에서 분급되어 배출부를 통하여 밖으로 나가게 된다. 특히 여러공정에 의하여 입도분포별 분급하는 번거로움을 없애고 유입된 입자중 상대적으로 굵은 입자들은 구심력의 더 큰 영향을 받아 1차 분급로터(13)에 의하여 분급실에서 분급되고 미세한 입자들은 상승하여 상부의 2차 분급로터(1)에 의하여 분급되는 원리를 이용한다. 도 4는 분급실내부의 모터에 연결된 축을 보여주고 있다. 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 구동부는 축(7)을 중심으로 한 분급로터의 회전속도과 유량을 조절 가능하게 하여 입자에 작용하는 원심력을 변화시킬 수 있도록 구성된다. 도면 6은 테이퍼형과 직경이 일정한 원통형의 분급 로터의 형상에 대하여 유량의 변화에 따른 분급효율을 나타낸 것이다. 테이퍼형과 원통형 로터에 대한 미분의 분급효율은 유량이 커질수록 감소하는 경향을 보였지만 테이퍼형 로터의 경우 모든 유량에 대하여 원통형 로터보다 입도가 상대적으로 작은 미분의 선별분급효율이 높게 나타났다. 유량이 클때는 두 경우의 미분 분급효율의 격차가 현저하게 나타나지만 유량이 감소할수록 효율의 격차가 점점 감소하였으며 이로부터 분급효율은 유량이 클수록 로터의 형상에 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 이중 분급장치를 보인 것이고, 도 2, 3은 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 이중 분급장치의 분급로터를 보인 것이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고 효율 분급장치의 분급실을 보인 것이다. 도 5는 테이퍼형 로터와 테이퍼지지 않은 원통형 로터에 대하여 입도분포별 분급효율을 보인 것이다. 도 6은 테이퍼형과 직경이 일정한 원통형의 분급 로터의 형상에 대하여 유량의 변화에 따른 분급효율을 보인 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 고 효율 이중 분급장치는 회전축(7)을 중심으로 상하로 직경이 서로 다른 분급로터를 이중으로 설치하여 원하는 범위의 미분을 선별 분급하고자 하였으며, 미세한 입도의 임계범위에 있는 미립자 분말을 선별분급하기 위하여 각각 아래로 테이퍼진 형상의 로터를 구성하여 분급효율을 극대화 시켰으며 상부에 설치된 로터(1)의 작은 직경을 하부 로터(13)의 중심으로 잡고 아래로 테이퍼지게 하여 점차로 직경이 작아지는 로터로 구성되어 1차 로터(13)에 의하여 선행분급된 입자들이 1차 분급실(11)로 분급되고 직경이 큰 2차 로터(1)에 의하여 더욱 미세한 미립자를 분급하게한 분급로터부와, 분쇄물질을 분급케이싱(2) 내부로 유입시켜주는 유입부(5)와 분급케이싱(2) 하부에는 원하는 크기의 미분을 제외한 나머지 조분과 정분을 배출시켜주는 하부배출부와 1, 2차 필터링에 의하여 선별된 미세립자 분말이 생산되는 상부 배출구(4)와 입자들에 작용하는 원심력을 변화시키기 위하여 로터의 회전속도를 조절할수 있는 구동부(3)로 구성된다.

부연하면, 직경이 서로 다른 이중 분급로터가 일정한 유량하에서 분급케이싱 내부에서 고속회전함으로써 원심력장을 형성하고 이에 원심력과 구심력에 의하여 입자들은 수평선회운동을 하게되고 1차 분급로터(13)에 이르러 임계범위의 입도를 가진 입자들은 1차 선별분류되고 다시 2차 분급로터(1)에 이르는 동안 중력에 의하여 상하 분류층을 이루고 수평선회운동을 하다가 2차 분급로터에 의하여 더 작은 미세립자로 분류되는 2차 선별분급 작용이 이루어지게 되며 1, 2차 분급공정을 벗어난 입도가 굵은 입자들은 챔버내의 원심력으로 인하여 다시 상승하지 않도록 챔버하부에 분리판(14)을 설치하여 아래의 배출부로 통해 밖으로 나오게 하였다.

분급 로터에 의하여 발생하는 원심력은 입자에 작용하는 유체흐름의 저항과 구심력에 반대로 작용하므로 공기의 저항에 알맞고 원심력보다 큰 구심력을 얻은 미세입자는 내부장치로부터 밖으로 배출시키게 하였다.

그리고 분급케이싱(2)과 분급로터부는 서로 분리 될 수 있도록 3방향에서 나사로 체결한 플레이트(6)로 하여 분리가 가능하게 함으로써, 전체적인 장비구조를 슬림화 및 소형화시킬 뿐 아니라 분급공정 후의 청소작업도 원활하게 하였고 로터축(7)의 상부의 연결체(8)에 의하여 분급챔버와 구동부와의 분리를 가능하게 하였다.

또한 이중 로터의 형상에 있어서 임계범위의 입자를 선별하도록 전체적으로 테이퍼지도록 익편을 포함하게 될 두 개의 원형 링의 크기를 다르게 하여 구성하였으며 분급로터의 최하단부분에는 콘형상으로 구성하여 고속 회전운동을 하고 있는 입자들과 분급로터와의 마찰과 충격을 완화시키고 늘어붙지 않도록 구성하였다. 또한 축과 분급로터를 조립식으로 구성하여 다양한 크기의 로터를 교체할 수 있으며 내부의 점검과 유지 보수가 용이하도록 하였다.

그리고 구동부(3)는 분급로터의 회전축(7)이 모터와 연결되어져 있고, Invertor Controller를 설치하여 회전속도를 조절가능하게 함으로써 원하는 임계치 이하의 크기의 미세분말을 주어진 시간내에 얻을 수 있도록 하였고 유량을 조절하여 사용할 수 있도록 하여 효율을 극대화 시켰다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 원심력 분급장치에 따르면 전체 시스템으로 유입되는 유체의 흐름을 일괄적으로 통제할 수 있게 됨으로써 분체의 입도에 따라 선별분리 할 수 있도록 원심력과 구심력, 중력을 이용하여 미세립자의 선별분류를 가능하게 함으로써 공정을 단순화시키고 취급이 간편해짐은 물론 시스템을 소형화할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 충격시험기는 원심력과 구심력의 상호작용을 이용할 수 있도록 두 개의 로터에 각각 분급실을 구성함으로써 여러번에 걸쳐 시행되는 번거로움을 탈피하여 단시간에 한 공정안에서 여러종류의 미세분말을 선별분리 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명되어 있지만 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 상부에 설치된 로터(1)의 작은 직경을 하부 로터(13)의 중심으로 잡고 아래로 테이퍼지게 하여 점차로 직경이 작아지는 로터로 구성하고 로터에 각각 분급실을 설치하여 1차 로터(13)에 의하여 선행 정류된 입자들은 1차 분급실(11)에서 분급되게 하고 1차 분급실(11)에서 분급되지 않은 미세한 입자들은 직경이 큰 2차 로터(1)에 의하여 2차 분급실(10)에서 분급되어 배출부를 통하여 밖으로 나가는 것을 특징으로 하는 고효율 이중 분급 장치.
2. 분급케이싱(2)과 분급로터부는 서로 분리 될 수 있도록 3방향에서 나사로 체결한 플레이트(6)로 하여 분리가 가능하게 함으로써, 전체적인 장비구조를 슬림화 및 소형화시킬 뿐 아니라 분급공정 후의 청소작업도 원활하게 하였고 로터축(7)의 상부의 연결체(8)에 의하여 분급챔버와 구동부와의 분리가 가능함을 특징으로 하는 고효율 이중 분급 장치.
3. 구동부(3)는 분급로터의 회전축(7)이 모터와 연결되어져 있고, Invertor Controller를 설치하여 회전속도를 조절가능하게 함으로써 원하는 임계치 이하의 크기의 미세분말을 주어진 시간내에 얻을 수 있도록 하였고 유량을 조절하여 사용할 수 있도록 하여 효율의 극대화를 가져옴을 특징으로 하는 고효율 이중 분급 장치.
4. 분급과정중에 아래로 침강하는 굵은 입자가 챔버내의 유체의 기류에 의해 다시 로터부분으로의 상승을 방지하기 위하여 전체 챔버 3분의 1의 하부에 분리판(14)을 설치하여 굵은 입자를 분급공정에 다시 유입되지 못하는 것을 특징으로 하는 고효율 이중 분급 장치.