KR20060059138A - 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한미세입자를 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

할로겐족의 요오드와 금속과의 화합물을 이용하여 고압 방전의 전자 출력기구인 발광관안에서 증발되어 발광체로서 사용되는 균일한 크기를 갖는 미세입자를 제조하기 위한 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템이 개시된다. 본 발명은 고순도 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물을 용융용기에 투입하여 열을 가하여 충분하게 용융시키는 단계; 상기 단계에서 용융용기에서 용융된 상태의 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물에 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스를 투입하여 충분하게 혼합시키는 단계; 및 상기 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스가 충분하게 혼합된 금속할로겐화물 또는 그 혼합물의 용융물에 진동장치를 통하여 일정주파수의 진동을 전달함으로서 노즐을 통하여 낙하하는 용융물질이 냉각관을 통과시켜 균일한 크기의 구형상의 미세입자로 제조하는 단계를 포함하는 것이다.

Description

고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템{methode for manufacturing a equality particle from a halogenide and a mixture including a halogenide and system for performing the same}

도 1은 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세입자를 제조하기 위한 시스템을 보여주기 위한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세입자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따라 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 제조된 미세입자를 메탈할라이드램프의 아크튜브에 주입하는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 투입구 2 : 용융용기

3 : 전기로 4 : 냉각관

5 : 수집관 6 : 노즐

7 : 필터 9 : 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물

10 : 가스주입구 11 : 가스배출구

본 발명은 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 할로겐족의 요오드와 금속과의 화합물을 이용하여 고압 방전의 전자 출력기구인 발광관안에서 증발되어 발광체로서 사용되는 균일한 크기를 갖는 미세입자를 제조하기 위한 고순도할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법 및 이를 수행하기 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 1940년대 고압 방전등에 대한 연구가 시작된 이래 지난 1980년대부터 메탈할라이드 램프에 대한 연구가 지속적으로 진행되어왔으며, 최근에는 자동차 전조등으로까지 응용되어 사용되기 시작했다. 메탈할라이드램프란 발광관안에 금속할라이드화물을 주입하여 전기방전장치에 의해 방전시킴으로서 금속 고유의 색깔을 방사하는 램프이다. 이런 메탈할라이드램프는 사용수명이 적게는 3,000시간부터 많게는 15,000시간까지 매우 다양하며 램프마다 고유의 색온도와 와트당루멘, 연색성지수등을 고순도의 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물의 크기 또는 혼합정도에 따라 조절할 수 있다.

메탈할라이드램프에 사용되는 고순도의 금속 할로겐화물은 할로겐족의 요오드와 금속과의 화합물로서 요오드화 나트륨, 요오드화 세슘, 요오드화 리튬, 요오드화 탈륨, 요오드화 칼륨, 요오드화 스칸듐, 요오드화 홀뮴, 요오드화 디스프로시 윰, 요오드화 튤륨등이다.

이와 같은 금속 할로겐화물 또는 이 금속 할로겐화물의 혼합물을 미세한 구형상의 입자들로 가공하고, 가공된 고순도 금속할로겐화물의 미세 입자들을 고압방전의 전자 출력기구인 메탈할라이드램프의 발광관안에 투입하면, 투입된 금속 할로겐화물의 미세입자들은 발광관내부에서 증발되어 발광체의 역할을 수행하는 것이다.

즉, 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물들은 적당한 크기와 질량으로 제조하여 메탈할라이드램프의 아크튜브에 주입시킴으로써 램프의 색온도의 편차나 와트당 루멘 그리고 연색성지수같은 램프의 품질을 좌우하는 중요 특성치들을 조절할 수 있는 것이다.

그러나 종래의 메탈할라이드램프의 발광체로서 사용되어 온 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물들로부터 제조되는 미세입자들은 그 펠렛 한개 크기 또는 질량의 편차 범위가 ±10%~30%에 이를 정도로 균일하지 못한 문제점이 있었다.

그러므로 크기 또는 질량에 대한 편차가 심한 고순도 금속할로겐화물의 미세입자를 사용하여 제조되는 메탈할라이드램프마다 색온도의 편차나 와트당 루멘 그리고 연색성지수같은 램프의 품질을 좌우하는 중요 특성치들이 일정하기 않아 메탈할라이드램프의 품질을 개선하는 데 한계를 갖는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 종래의 질량에 대한 표준 편차가 심한 금속할로겐화물의 미세입자를 사용함으로서 발생되는 메탈 할라이드램프 품질을 개선하기 위하여 금속할로겐화물의 미세입자 크기의 지름이 100마이크론이하 50마이크론이상이 되도록 균일하게 제어하여 제조하는 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조함으로서 메탈할라이드램프마다 일정한 색온도, 와트당루멘과 연색성지수를 구현할 수 있도록 하기 위한 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법을 제공하는 데 제 1 목적이 있다.

본 발명의 제 2 목적은 상기한 제 1 목적을 수행하기 위한 시스템을 제공하는 것이다.

이와 같은 제 1 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

고순도 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물을 용융용기에 투입하여 열을 가하여 충분하게 용융시키는 단계;

상기 단계에서 용융용기에서 용융된 상태의 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물에 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스를 투입하여 충분하게 혼합시키는 단계; 및

상기 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스가 충분하게 혼합된 금속할로겐화물 또는 그 혼합물의 용융물에 진동장치를 통하여 일정주파수의 진동을 전달함으로서 노즐을 통하여 낙하하는 용융물질이 냉각관을 통과시켜 균일한 크기의 구형상의 미세입자로 제조하는 단계를 포함하는 것이다.

또한, 본 발명의 제 2목적을 달성하기 위하여,

부에는 투입구(1)가 형성되고. 용융용기(2)의 하부에는 필터(7)가 부착된 깔때기 형상의 낙하노즐(6)이 일체로 형성되며 일측에는 가스를 배출하기 위한 배출구(11)가 형성된 용융용기(2);

상기 용융 용기(2)의 하단에 상기 용융 용기(2)와 수직으로 밀폐되어 형성되고, 하부에는 수집관(5)이 일체로 형성되며 일측에는 혼합을 위한 분활성가스를 주입하기 위한 가스주입구(10)가 형성된 원통형의 냉각관(4);

상기 용융용기(2)의 둘레에 형성되어 열을 가하기 위한 전기로(3); 및

상기 용융용기(2)와 접촉되도록 형성되고 상기 용융용기(2)에 진동을 주기 위한 진동시스템(8)을 포함하는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세 입자를 제조하기 위한 시스템을 보여주기 위한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세 입자를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따라 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 제조된 미세입자를 메탈할라이드램프의 아크튜브에 주입하는 과정을 설명하기 위한 구성도이다.

본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세 입자를 제조하기 위한 방법은 먼저, 고순도 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물을 용융용기에 투입하여 용융하는 과정과, 용융용기에서 용융된 상태의 고순도 금속할로겐화 물 또는 그 혼합물에 불활성가스를 투입하여 혼합하는 과정 및 혼합된 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물이 투입된 용융용기에 진동장치를 통하여 진동을 전달함으로서 노즐을 통하여 낙하하는 용융물질이 냉각관을 거치면서 균일한 크기의 구형상의 미세입자를 제조하는 과정을 포함한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세 입자를 제조하기 위하여 정제된 금속할로겐화물 또는 그 혼합물을 원통형의 용융 용기(2)에 투입된다. 용융용기(2)의 상부에는 투입구(1)가 형성되고. 용융용기(2)의 하부에는 깔때기 형상의 낙하노즐(6)이 일체로 형성된다.

용융 용기(2)의 하단에는 역시 원통형의 냉각관(4)이 용융 용기(2)와 수직으로 밀폐되어 형성되고, 냉각관(4)의 하부에는 수집관(5)이 일체로 형성된다. 용융용기(2)의 둘레에는 열을 가하기 위한 전기로(3)가 형성되고, 용융용기(2)의 하부에는 깔때기 형상의 낙하노즐(6)에는 인위적인 미세 불순물을 제거하기 위하여 필터(7)가 부착된다.

또한 용융용기(2)의 일측에는 용융용기(2)에 진동을 주기 위한 진동시스템(8)이 부착되며, 용융용기(2)의 일측에는 가스를 배출하기 위한 배출구(11)가 형성되며 냉각관(4)의 일측에는 혼합을 위한 불활성가스를 주입하기 위한 가스주입구(10)가 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물로부터 미세 입자를 제조하기 위한 시스템은 먼저, 투입구(1)를 통하여 용융용기에 고순도의 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)을 투입한다.

용융용기(2)내부로 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)을 투입하고 난 다음 용융용기(2)안의 수분과 용융되어 질 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 함유하고 있을지 모른 수분 제거를 위하여 전기로(3)를 동작시켜 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)을 용융을 시작함과 동시에 일측에 형성된 가스 배출구(11)를 통해서 일정한 온도에서 일정 시간동안 가스를 배출한다.

가스배출구(11)를 통하여 충분하게 가스를 배출하고 난 다음 전기로(3)를 통하여 용융용기(2)에 적재된 용융물질을 녹는점 이상으로 가열한다. 용융용기(2)에 투입된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 전기로(3)를 통하여 녹는 점 이상의 온도로 가열되어 용융 되면 용융용기(2)의 하부에 형성된 노즐(6)과 냉각관(4)의 일측에 형성된 가스 주입구(10)를 통해서 아르곤이나 헬륨같은 불활성 가스를 일정시간 투입하여 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)과 충분히 혼합되도록 한다.

만약, 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 2종이상의 혼합물인 경우 가스 주입구(10)를 통해서 투입되는 아르곤이나 헬륨같은 불활성 가스의 투입시간을 증가시켜 동일 혼합비를 구성하도록 도와준다.

이와 같이 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 가스 주입구(10)을 통해서 아르곤이나 헬륨같은 불활성 가스와 충분하게 혼합되고 나면, 가스의 공급을 중지하고 용융용기(2)의 일측에 부착된 진동 시스템(8)을 동작시켜 용융용기(2)에 일정주파수의 진동을 가하게 된다.

용융용기(2)에 진동을 가하게 되면 용융용기(2)가 일정한 주파수 간섭을 받 게 되어 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)은 도 2에서 보는 바와 같이 노즐(6)을 통하여 구형상으로 용융용기(2)의 하부에 형성된 냉각관(4)으로 낙하하여 냉각관(4)를 통과하면서 응고되어 수집관(5)에 모이게 된다.

도 2에서 보는 바와 같이 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 충진된 용융용기(2)에 진동을 가하게 되면 노즐(6)을 통하여 일정한 크기의 구형상이 낙하하게 되는 데 노즐(6)의 구멍의 크기는 1879년 노벨화학상 수상자인 로드레일 라이경의 논문에 기술된 내용에 의하면 분사되는 노즐에서의 수평 동요는 동요진폭이 분사의 직경과 동일한 값에 도달할 때까지 액체가 흐름에 따라 증가하고 진동폭의 증가 속도는 액체의 표면 장력에 따라 직접적으로 변하며, 낙하하는 용융된 액적의 크기가 노즐 구멍직경 크기의 1.91배가 되도록 하는 진동 주파수 V일때 최대 분사 안정성이 발생한다고 적고 있다.

이러한 원리에 의하여 진동 시스템(8)에서 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 용융된 상태로 충진된 용융용기(2)에 진동을 전달 시켜서 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 노즐(6)의 구멍을 통과할 때 일정한 크기의 개별입자로 분리되도록 한다. 노즐(9)의 구멍을 통하여 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)은 낙하시의 표면장력에 의하여 완전한 구형이 되며, 구형으로 낙하하는 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)은 용융용기(2)와 수직으로 밀폐되어 연결된 냉각관(4)를 통과하면서 응고되어 수집관(5)에 모이게 된다.

이때, 노즐(9)의 구멍은 적어도 하나이상 다수개로 형성될 수 있으며 이럴 경우에 미세입자의 제조의 효율이 향상될 수 있다. 진동시스템(8)에서의 진동 주파 수는 1-25,000헤르츠까지 사용할 수 있으나, 진동시스템(8)의 진동 주파수를 제어하여 용융된 물체의 분리를 제어한다. 즉, 노즐(9)의 구멍크기가 일정할 경우 압력차이가 주어진 상태에서의 낮은 주파수 상태에서 노즐을 통하여 낙하하는 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)은 액적의 입자 크기는 크게 되고, 높은 주파수 상태에서는 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)은 액적의 입자 크기는 더 작게 분리 될 것이다.

상술한 로드 레일라이경의 수식(액적의 직경=1.91x노즐크기의 구멍)에 의하여 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)을 100마이크론이하의 미세한구형의 입자로 생산할시 노즐(9)의 구멍크기는 50마이크론 정도면 된다.

실제로, 50마이크론 크기의 노즐(9)구멍에서 주파수와 용융용기(2)와 수직으로 상부에 형성된 투입구(1)을 통해서 주어지는 압력을 달리하며 얻은 결과 진동시스템(8)에서 약 4300헤르츠의 진동을 용융용기(2)에 가하면, 투입된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)의 약 60%의 50-100마이크론 크기의 입자를 가진 미세입자를 얻을 수 있었다.

이와 같이 본발명에 따르면, 금속화합물의 밀도를 감안하여 주파수와 용융물질에 가해지는 압력 그리고 노즐 구멍 크기의 수치 조정으로 원하는 크기의 미세입자를 얻을 수 있음을 알 수 있는 데, 도 2에서 보는 바와 같이, 노즐(9)의 구멍을 2-10개로 형성시킴으로서 용융된 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)이 필터(7)를 통과하면서 노즐 한개의 구멍 크기보다 큰 불순 입자로 인한 노즐 구멍이 막히는 현상을 보완하고 가스 주입구(10)를 통해 노즐(9)을 통하여 주입되어 용융된 금 속할로겐화물 또는 그들의 혼합물(9)과 혼합되는 아르곤이나 헬륨같은 불활성 가스의 주입이 원활하여 혼합이 용이한 장점이 있다.

이와 같이 제조된 100마이크론 이하의 미세 입자로 제조된 금속할로겐화물은 도 3에서 보는 바와 같이, 메탈할라이드램프의 아크튜브에 주입되는 데, 할로겐화물 또는 그 혼합물의 미세입자(18)는 주입구(12)를 통해 저장통(13)에 저장되며 , 저장된 미세입자(18)들은 그 하중으로 인하여 미리 계산된 일정 체적의 계량용기(16)에 이동되게 된다.

계량용기(16)에 이동된 미세입자(18)는 밀링판(14)을 수평으로 이동시키면, 계량용기(16)부분을 통과하여 계량용기(16)에 담겨진 일정량의 미세입자만이 차단부 (15)에 의하여 갇히게 된다. 메탈할라이드램프의 아크튜브(17)가 준비되면 차단부(15)를 개방시키는 방향으로 이동함으로서 계량용기(16)에 담긴 미세입자(18)들은 아크 튜브(17)에 주입되는 것이다.

본 발명에 따르면, 미세한 크기로 제조된 구형상의 미세입자들을 도 3의 주입장치를 통하여 메탈할라이드램프의 아크튜브(17)에 주입하는 경우에 아크튜브에 주입되는 미세입자(18)의 질량 편차를 ±2%이내로 제어할 수 있기 때문에 일정한 특성을 가진 고압 방전등 메탈 할라이드 램프를 제조할 수 있도록 도와주는 것이다. 즉, 도 2의 주입장치는 50-100마이크론 크기로 제조된 구형상의 미세 입자(18)들을 램프의 와트당 필요 주입량을 계산하여 미리 제작된 원통형의 용기이기 때문에 편차를 줄일 수 있고, 보통 250와트의 고압 메탈할라이드램프를 생산시 램프의 아크튜브에는 고순도요오드화 혼합물이 제조사에 따라서 10-20mg정도가 주입된다.

종래의 제조방법으로 제조된 개당 10mg의 질량을 가진 펠렛을 한개를 주입하여 램프를 제조할 경우 펠렛 한개 질량에 대한 편차가 ㅁ10%에 이르므로 실제로 아크튜브에는 9.0mg서부터 11mg까지 주입될수 있는 것이다. 9.0mg이 주입된 램프와 11mg이 주입된 램프와는 광속, 색온도, 연색성지수등과 같은 특성치 수치에서 비록 같은 250와트라도 서로 다른 결과를 낳게 되는 것이다.

따라서 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 50-100마이크론 크기로 제조된 고순도할로겐화물 또는 그 혼합물의 미세입자를 일정한 체적을 가진 원통형의 용기에 계량되어 아크튜브에 주입함으로서 램프 아크튜브에 주입되는 할라이드 양의 표준 편차를 현격하게 줄임으로서 램프의 품질을 크게 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물들을 입자크기를 50마이크론 100마이크론으로 미세하게 제어하여 구형상으로 정밀하게 제조함으로서 기존의 질량 편차가 심한 펠렛 대신 메탈할라이드램프의 아크튜브에 정량을 주입함으로서 메탈할라이드램프마다 일정한 색온도, 와트당루멘과 연색성지수를 구현할 수 있도록 하여 메탈할라이드램프의 품질을 증진시킨다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

1. 고순도 금속할로겐화물 또는 그들의 혼합물을 용융용기에 투입하여 열을 가하여 충분하게 용융시키는 단계;

   상기 단계에서 용융용기에서 용융된 상태의 고순도 금속할로겐화물 또는 그 혼합물에 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스를 투입하여 충분하게 혼합시키는 단계; 및

   상기 아르곤이나 헬륨같은 불활성가스가 충분하게 혼합된 금속할로겐화물 또는 그 혼합물의 용융물에 진동장치를 통하여 일정주파수의 진동을 전달함으로서 노즐을 통하여 낙하하는 용융물질이 냉각관을 통과시켜 균일한 크기의 구형상의 미세입자로 제조하는 단계를 포함하는 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하는 방법.
2. 상부에는 투입구(1)가 형성되고. 용융용기(2)의 하부에는 필터(7)가 부착된 깔때기 형상의 낙하노즐(6)이 일체로 형성되며 일측에는 가스를 배출하기 위한 배출구(11)가 형성된 용융용기(2);

   상기 용융 용기(2)의 하단에 상기 용융 용기(2)와 수직으로 밀폐되어 형성되고, 하부에는 수집관(5)이 일체로 형성되며 일측에는 혼합을 위한 불활성가스를 주입하기 위한 가스주입구(10)가 형성된 원통형의 냉각관(4);

   상기 용융용기(2)의 둘레에 형성되어 열을 가하기 위한 전기로(3); 및

   상기 용융용기(2)와 접촉되도록 형성되고 상기 용융용기(2)에 진동을 주기 위한 진동시스템(8)을 포함하는 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하기 위한 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐(9)은 2-10개의 구멍이 형성됨을 특징으로 하는 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하기 위한 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 수집관(5)에는 상기 할로겐화물 또는 그 혼합물의 미세입자(18)를 주입구(12)를 통해 저장하기 위한 저장통(13)과, 상기 저장통(13)의 하부에 형성된 밀링판(14)을 수평으로 이동에 의하여 상기 저장통(12)에 저장된 상기 미세입자(18)들을 하중에 의하여 이송받는 일정 체적의 계량용기(16); 상기 계량용기(16)의 하단에 형성되어 개폐되는 차단부(15)를 갖는 상기 미세입자(18)들을 아크 튜브(17)에 자동으로 정량 주입하기 위한 주입장치가 더 형성됨을 특징으로 하는 고순도 할로겐 화물 및 그들의 혼합물로부터 균일한 미세입자를 제조하기 위한 시스템.

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