KR200328349Y1 - 나노분말 제조용 전기폭발 장비 - Google Patents

나노분말 제조용 전기폭발 장비 Download PDF

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KR200328349Y1
KR200328349Y1 KR20-2003-0017877U KR20030017877U KR200328349Y1 KR 200328349 Y1 KR200328349 Y1 KR 200328349Y1 KR 20030017877 U KR20030017877 U KR 20030017877U KR 200328349 Y1 KR200328349 Y1 KR 200328349Y1
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임근희
정용훈
김종수
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한국전기연구원
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Abstract

본 고안은 전기적으로 안정성을 확보한 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 제공하기 위한 것으로, 금속와이어를 챔버 안으로 이송시키기 위해 롤러를 회전시키는 모터를 피딩챔버의 외부에 설치하고, 또 상기 모터의 회전력을 상기 롤러에 전달하는 모터 샤프트를 절연재질로 구성하며, 또한 상기 모터를 구동 제어하는 모터 컨트롤러에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성함으로써, 고전압이 롤러를 타고 피딩장치의 모터나 모터 컨트롤러로 방전이 되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 전기폭발시 발생하는 수십 kA의 서지가 전원을 타고 모터나 모터 컨트롤러에 인가되는 것도 방지할 수 있게 된다.

Description

나노분말 제조용 전기폭발 장비 {Wire Electric Explosion Equipment For Manufacturing Nano-powder}
본 고안은 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적으로 안정성을 확보한 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 관한 것이다.
현재, 산업기술의 급속한 발달로 극도의 미세한 부품 및 이를 이용한 기기들의 요구에 부합하는 새로운 재료의 필요성에 의해서, 종래의 마이크로미터 크기의 재료에 비해 탁월한 성질을 갖는 수십~수백 나노미터 이하의 나노분말(nanopowder)의 합성 및 응용에 관한 연구가 21세기를 선도하는 첨단재료과학의 연구 분야로 관심을 모으고 있다.
이러한 나노분말의 제조에 사용되고 있는 전기폭발(WEE) 장비는, 도 1에 도시한 바와 같이 모터(M)를 구동하여 휠(32)에 감겨진 금속와이어(28)를 롤러(24)에 의하여 변형부를 통해서 챔버(26)의 내부로 이송하고, 이 이송된 금속와이어(28)가 원형 평판전극(24)에 접근하면 갭스위치(20,22)(갭전극간의 거리는 2~5mm)에서 절연파괴가 일어나고, 이에 따라 고전압발생기(10)를 통하여 커패시터 뱅크(C)에 저장된 고전압을 평판전극(24)에 인가하여, 평판전극(24)과 접지전극(30)사이에서 금속와이어(28)를 매개하여 전기 폭발을 발생시키도록 되어 있다. 즉, 금속와이어(28)가 트리거 역할을 하게 된다.
도 1에서 금속와이어(28)의 피딩을 위해서는 피딩 챔버 안에 모터(M)가 설치되고, 피딩 모터 컨트롤러(12)로부터의 제어 전원은 진공 커넥터(36)를 통해서 모터(M)에 인가되도록 되어 있다. 그리고, 챔버(26)에 인가되는 전압 및 전류는 고전압 프루브(14) 및 전류센서(16)에 의하여 계측된다.
이와 같은 전기폭발 장비로 나노분말을 제조할 때, 나노분말의 입도에 가장 큰 영향을 미치는 변수는 전기폭발 공정 시간이다. 즉, 전기폭발 공정 시간이 짧아지면, 에너지 집중도가 높아져서 저항발열 효과가 극대화되고, 이로 인하여 플라즈마 온도의 상승으로 와이어의 기화 및 이온화 비율이 높아져서 나노분말의 평균 입도가 작아지게 된다. 또한, 냉각속도가 증가하여 분말의 응집을 줄일 수 있다.
도 1과 같은 전기폭발 장비에서는 전기폭발로 제조되는 나노분말의 입도는 공정시간이 짧을수록 작아지는 경향이 있다. 즉, 같은 조건에서 인가전압이 높아지고, 커패시턴스가 낮아지면 공정시간이 짧아지게 되어, 에너지 집중도가 증가하게 된다. 즉, 나노분말의 수율을 높이기 위해서는 인가전압을 높이고, 커패시턴스를 낮추어야 한다.
도 1과 같은 전기폭발 장비에서는 10kV까지의 전압을 기준으로 피딩장치 및 챔버를 설계하면 문제가 발생하지 않지만, 나노분말의 수율을 높이기 위해 인가전압을 10~25kV로 올리고, 충전용 커패시터 뱅크(C)의 커패시턴스를 낮추면서 문제가 발생하게 되었다. 예를 들면, 20kV의 고전압을 인가하면, 금속와이어(28) 자체에 걸리는 전압이 10kV 이상이 되므로 고전압이 금속 재질인 롤러(34)를 타고 피딩장치의 모터(M)나 모터 컨트롤러(12)로 방전이 되면서 과전류가 발생하여 모터(M) 또는 모터 컨트롤러(12)의 고장이 일어나게 되고, 이와는 별도로 전기폭발시 발생하는 수십 kA의 서지(surge)가 전원을 타고 모터(M)나 모터 컨트롤러(12)에 흘러 고장의 원인이 되기도 한다.
본 고안은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전기적으로 안정성을 확보한 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 고안에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비는, 금속와이어를 챔버 안으로 이송시키기 위해 롤러를 회전시키는 모터를 피딩챔버의 외부에 설치하고, 상기 모터의 회전력을 상기 롤러에 전달하는 모터 샤프트를 절연재질로 구성한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 피딩 챔버를 고정시키고 있는 랙(rack)에서 모터까지 절연지지대를 만들어서 모터를 고정하고, 상기 모터를 구동제어하는 모터 컨트롤러에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 고안에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 모식적으로 도시한 도면이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 고전압발생기 12 : 피딩 모터 컨트롤러
14 : 고전압 프루브 16 : 전류 센서
20,22 : 갭전극 24 : 평판전극
26 : 챔버 28 : 금속 와이어
30 : 접지전극 32 : 휠
34 : 롤러 36 : 진공커넥터
40 : 절연샤프트 42 : 절연변압기
44 : 절연지지대 L : 저항
C : 커패시터 뱅크 M : 모터
이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 고안에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 모식적으로 도시한도면이다. 본 고안의 나노분말 제조용 전기폭발 장비는 고전압으로부터 모터의 절연내력을 확보하고, 서지(surge)로부터 모터 컨트롤러를 보호할 수 있도록 설계되었다.
동 도면에 도시한 바와 같이 본 고안의 나노분말 제조용 전기폭발 장비는, 금속와이어(28)를 챔버(26) 안으로 이송시키기 위해 롤러(34)를 회전시키는 모터(M)가 피딩 챔버의 외부에 설치되어 있다. 즉, 기존의 샤프트에 유니버셜 커플링을 이용하여 10cm 이상 되는 POM 또는 아크릴, 강화 플라스틱 재질의 절연샤프트(40)를 연결하고, 와이어 피딩장치용 모터(M)를 피딩 챔버 밖에 설치하였다. 그리고, 피딩 챔버를 고정시키고 있는 랙(rack)에서 모터까지 절연지지대(44)(백크라이트, 테프론, POM 재질 중에서 하나 사용)를 만들어서 모터를 고정시켰다. 결과적으로, 모터를 고전압으로부터 보호할 수 있도록 충분한 절연내력을 확보하였다.
또한, 서지(surge)로부터 모터 컨트롤러(12)를 보호할 수 있도록 절연변압기(42)를 컨트롤러(12)와 전원 연결부 사이에 설치하였다.
한편, 본 고안은 전술한 전형적인 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 고안의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 실용신안등록청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 고안에 속하는 것으로 보아야 한다.
이상 상세히 설명한 바와 같이 본 고안에 따르면, 고전압이 롤러를 타고 피딩장치의 모터나 모터 컨트롤러로 방전이 되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 전기폭발시 발생하는 수십 kA의 서지가 전원을 타고 모터나 모터 컨트롤러에 인가되는 것도 방지할 수 있게 된다.

Claims (5)

  1. 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 있어서,
    금속와이어를 챔버 안으로 이송시키기 위해 롤러를 회전시키는 모터를 피딩챔버의 외부에 설치하고, 상기 모터의 회전력을 상기 롤러에 전달하는 모터 샤프트를 절연재질로 구성한 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터를 구동제어하는 모터 컨트롤러에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 피딩 챔버를 고정시키고 있는 랙(rack)에서 모터까지 절연지지대를 만들어서 모터를 고정한 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모터 샤프트는 강화 플라스틱 재질, POM 재질 또는 아크릴 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 절연지지대는 백크라이트, 테프론, POM 재질 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
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