KR20090049104A

KR20090049104A - 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20090049104A
Application number: KR1020070115165A
Authority: KR
Inventors: 조주현
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2007-11-13
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-05-18
Also published as: KR100977459B1

Abstract

본 발명은 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 형태의 폭발재를 사용하여 나노분말을 대량 생산하고, 전기폭발에 의한 충격으로부터 피딩부가 파손되는 것을 방지하며, 고전압 전극의 구조를 계단 원추형 용기 형태로 제작하여 다양한 형태와 길이의 폭발재료를 미끄러짐없이 고전압 전극 사이에 안착시키고, 전기폭발시 발생하는 콜로이드 액체를 농축하여 하부챔버에 재유입시시키는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템에 관한 것이다.

이에 본 발명은 로봇팔 및 회전기를 이용하여 반복적으로 막대형상의 폭발재료를 전극부에 공급하고, 농축장치 및 순환장치를 사용하여 전기폭발시 분출하는 콜로이드 액체를 농축 및 재유입시킴으로써 입자와 분리된 액체를 재활용하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템을 제공한다.

나노분말, 전기폭발, 콜로이드, 고전압 전극, 로봇팔, 모터, 순환, 농축, 대량생산

Description

액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템{Method and system for mass production of nanopowders by wire explosion in liquid}

최근에 신소재로서 극미세 분말 재료(Nanostructured Powder Materials)의 기술 개발은 나노 디바이스를 포함하는 새로운 분야의 기반 기술로 응용될 수 있기 때문에 매우 중요하게 인식되고 있다.

극미세분말 재료는 재료 구조의 미세화(100nm 이하)와 이에 따른 표면적의 증가로 인하여 기존의 재료에서는 얻을 수 없는 특이한 전ㆍ자기적, 기계적 및 촉매 특성을 나타낼 수 있으므로, 초고강도 부품, 자성 부품, 열전, 센서, 필터, 촉매 등의 차세대 기능성 소재로서 산업 전반에 걸쳐 새로운 수요를 창출할 것임에 틀림없다.

첨단산업의 발전에 따라 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화가 진행되고 있으며, 현재는 물리/화학/생물학적 특성을 결정하는 현상학적 길이가 마이크론 또는 서브 마이크론인 구성인자가 사용되고 있다.

이에, 나노 기술의 중요성은 부품 및 시스템의 고성능화 및 소형화에 대한 기존 기술의 한계성을 극복할 수 있는 기술이며, 또한 현상학적 길이가 감소함에 따라 새로운 성능이 발현될 수 있기 때문에 미래기술의 전형이면서 첨단제품의 개발에 필수적인 요소라 할 것이다.

현재, 어떠한 재료를 나노 분말로 제조하는 방법은 다양한 방법이 알려져 있지만, 그 중에서 펄스파워를 이용한 전기 폭발법에 의한 금속 나노분말 제조 기술이 널리 알려져 있으며 지금도 활발히 연구중에 있다.

펄스파워를 이용한 나노 분말 제조 방법은 산업응용 측면에서 매우 중요한 의의를 갖고 있을 뿐만아니라 경제적으로도 나노 분말의 다른 제조방법에 비하여 매우 유리하다.

여기서, 펄스파워를 이용한 전기 폭발법에 의한 종래 금속 나노분말 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.

기존의 금속 나노분말 제조 방법은 기(氣)중 전기폭발법을 이용한 것으로서, 공기 혹은 불활성 가스로 채워진 소정의 챔버를 제공하는 단계와; 챔버 내부에 금속 와이어를 피딩하는 단계와; 챔버 내의 금속 와이어를 펄스파워를 이용하여 전기적으로 폭발시켜 증기화하는 단계와; 분위기 가스에 의하여 냉각/응축되며 생성되는 금속 나노분말을 공기필터를 이용하여 포집하는 단계 등을 포함하여 진행되고 있다.

그러나, 위와 같은 공정으로 진행되는 종래 기중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 대부분의 금속 나노분말은 포집 및 취급과정에서 공기중에 노출되어 산화하기 쉬운 단점이 있고, 공정 중에 분진 폭발의 위험성이 내재되어 있어 취급에 어려움이 있다.

둘째, 나노분말 제조공정에서 챔버의 내부에 퇴적되는 분말로 인한 절연파괴가 빈발하여 정기적으로 퇴적된 분말을 청소해야 하는 불편한 점이 있고, 이에따라 생산성 및 작업성이 크게 떨어지는 단점 또한 있다.

셋째, 기중에서 포집되는 나노분말은 그 특성상 응집되기 쉬워서 그 사이즈(size)별로 분급하는데 어려움이 있다.

넷째, 응집된 분말을 이용하기 위해서는 나노분말을 분산제에 분산시키는 필수적인 공정이 더 들기 때문에, 공정상 비효율적이며 비경제적인 측면이 있다.

이러한 종래 기중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법 보완하고자 액중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법이 제안되고 있다.

상기 액중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법은 분말의 질적 측면에서 종래 제조방법이 갖지 못한 장점을 갖고 있으나, 대량생산하기에 어려운 문제점이 있다.

구체적으로, 기중 및 액중에서 나노분말을 제조하는 방법은 모두 1mm 이하의 가는 와이어를 롤피딩하는 방식으로 전극간에 와이어를 피딩하는데, 이와 같은 롤피딩 방식은 액중 폭발의 경우 충격파에 의한 와이어의 변형이 발생하여 연속적인 피딩이 불가능해지는 문제점이 있다.

따라서, 액중 전기폭발법에 의한 나노분말 제조 방법은 와이어와 전극 사이의 갭이 기중법에 비해 훨씬 작아야 폭발이 가능하므로 종래 기중법에 사용하던 피딩방식을 사용시 대량생산에 적용하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래 액중 전기폭발에 의한 나노분말 시스템에서 극복할 수 없었던 생산량의 한계를 극복하여 분말야금 등의 산업에 적용가능한 대량생산 시스템을 구현하기 위한 것인바, 막대 형태의 폭발재료를 피딩부 작동에 의해 반복적으로 전극부에 공급한 후, 원추 계단형으로 이루어진 고압전극에 안착된 폭발재료를 전기폭발시키고, 폭발재료의 전기폭발에 의해 발생하는 콜로이드 액체를 농축장치로 농축하여 전기폭발이 일어나는 하부챔버로 재유입시키는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법 및 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은

상부챔버의 상단에 설치되되 콘베이어에 의해 이송된 폭발재료가 적재되는 슬롯과; 상기 슬롯의 하부에 설치되어 상기 폭발재료를 낙하시키는 피딩부와; 상부에 상기 피딩부가 장착되되 내부가 액체로 채워지는 하부챔버와; 상기 피딩부 하부에 설치되어 피딩부와 하기 전극부를 격리시키는 슬라이딩 도어와; 상기 하부챔버의 하부에 장착되어 피딩부에 의해 안착된 폭발재료를 전기폭발시키는 전극부; 로 이루어지는 폭발장치와;

전기폭발에 의해 분출되는 콜로이드를 임시로 저장하는 투명재질의 저장용기와; 상기 하부챔버의 일측에 연결되어 상기 하부챔버와 저장용기를 연통시키는 채취관과; 상기 저장용기의 일측에 연결되어 콜로이드의 유입량을 조절하는 유입조절 밸브와; 상기 저장용기로부터 유입되는 콜로이드를 농축시키는 농축부; 로 이루어지는 농축장치와;

상기 농축장치와 하부챔버를 연통시키는 순환파이프와; 상기 순환파이프에 설치되어 하부챔버로 재유입되는 농축 콜로이드의 유량 및 속도를 조절하는 유량 조절밸브 및 순환모터; 로 이루어지는 순환장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피딩부는 구동모터를 포함하되 상기 하부챔버의 상단에 설치되는 회전기와; 상기 회전기의 양측에 장착되되 전자석을 이용하여 상기 폭발재료를 탑 재 및 이탈시키는 로봇팔;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

덧붙여, 상기 전극부는 계단식 원추형 용기형태로 형성되는 고전압 전극과; 상기 고전압 전극의 하부에 설치되어 상기 고전압 전극을 절연 및 지지하는 전극 지지체;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 농축부는 상기 유입조절 밸브에 의해 조절 유입되는 콜로이드 액체를 저장하는 액체용기와; 상기 액체용기의 일측에 설치되어 콜로이드 액체를 가열하는 가열부와; 상기 액체용기의 상부에 장착되어 상기 가열부에 의해 증발된 콜로이드 증기를 냉각 액화시키는 응결기와; 상기 응결기의 하부에 설치되어 상기 응결기에 의해 액화된 입자분리 액체를 저장하되, 상기 순환파이프와 연결되는 농축용기;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 실시예에 있어서,

(a)슬롯에 적재된 폭발재료를 피딩부의 작동에 의해 낙하시켜 전극부에 안착시키는 단계와;

(b)상기 피딩부와 전극부 사이에 설치된 슬라이딩 도어를 닫아 전기폭발전에 상기 전극부와 피딩부를 격리시키는 단계와;

(c)고전압 전극에 펄스 파워를 공급하여 액체가 채워진 하부챔버내에서 상기 전극부에 안착된 폭발재료를 전기폭발시키는 단계와;

(d)상기 전기폭발에 의해 분출되는 콜로이드 액체를 상기 채취관을 통해 상기 저장용기에 저장하는 단계와;

(e)상기 저장용기로부터 유입 조절밸브에 의해 적정량으로 유입된 콜로이드 액체를 농축부를 사용하여 입자 분리시키는 단계와;

(h)순환장치를 사용하여 상기 농축부에 의해 입자 분리된 액체를 하부챔버로 재유입시키는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폭발재료는 일정한 길이로 절단된 막대형태를 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 (a)단계는 슬롯에 적재된 폭발재료를 전자석이 부착된 로봇팔을 사용하여 탑재 및 이탈시키되, 상기 로봇팔은 폭발재료가 탑재 및 이탈되는 과정이 반복되는 사이에 구동모터의 작동으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

덧붙여, 상기 (e)단계는 상기 유입 조절밸브에 의해 적정량으로 유입된 콜로이드를 액체용기에 저장하는 단계; 상기 액체용기에 저장된 콜로이드 용액을 가열부로 가열 증발시키는 단계; 증발된 콜로이드를 응결기로 냉각 액화시키는 단계; 상기 액화로 인해 입자 분리된 액체를 농축용기에 저장하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량 생산 방법 및 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

우선, 로봇팔 및 구동모터가 설치된 피딩부를 이용하여 폭발재료를 반복적으로 전극부에 공급함으로써, 다양한 형태의 폭발재료를 사용할 수 있고, 또한, 나노분말을 대량 생산하는 것이 가능해지고,

폭발재료가 하부챔버에 공급된 후 슬라이딩 도어를 닫아 피딩부와 전극부를 격리시킴으로써, 전기폭발에 의한 충격으로부터 피딩부가 파손되는 것을 방지하고,

고전압 전극의 구조를 계단 원추형 용기 형태로 제작하여 다양한 형태와 길이의 폭발재료를 미끄러짐없이 고전압 전극 사이에 안착시키고,

농축장치를 이용하여 전기폭발시 발생하는 콜로이드 액체를 농축함으로써, 입자상 물질이 분리된 입자분리 액체를 생성하고,

순환장치를 이용하여 입자분리 액체를 하부챔버에 재유입시킴으로써, 하부챔버 내부에서 전기폭발시 채워지는 액체의 손실을 최소화시키는 효과가 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또 는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템의 개시도이고, 도 2는 도 1의 폭발장치 개시도이다.

본 발명은 막대 형태의 폭발재료(160)를 피딩부(100) 작동에 의해 반복적으로 전극부(110)에 공급한 후, 원추 계단형으로 이루어진 고전압 전극(111)에 안착된 폭발재료(160)를 전기폭발시키고, 폭발재료(160)의 전기폭발에 의해 발생하는 콜로이드 액체를 농축장치(20)로 농축(콜로이드 액체로부터 입자 분리)하여 전기폭발이 일어나는 하부챔버(120)로 재유입시킴으로써, 나노분말을 대량으로 생산하는 것이 가능해지는 액중 전기폭발 시스템을 제공한다.

본 발명의 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템의 각 구성에 대한 상세한 설명과 더불어 나노분말이 제조되는 방법에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템은 크게 폭발재료(160)가 반복적으로 공급되어 전기폭발하는 폭발장치(10)와, 전기폭발에 의해 분출되는 콜로이드가 농축되는 농축장치(20)와, 농축 콜로이드를 재유입시키는 순환장치(30)로 이루어진다.

상기 폭발장치(10)는 내부에 빈 공간이 형성된 상부챔버(120)의 상단에 슬롯(140)이 설치되어 콘베이어(미도시)에 의해 이송된 폭발재료(160)가 적재되고, 적재된 폭발재료(160)는 피딩부(100)의 작동에 의해 전극부(110)로 낙하된다.

이때, 상기 폭발재료(160)는 0.5mm~2mm 정도의 직경을 갖되, 일정한 길이로 절단된 막대형태로 형성된채 슬롯(140)에 적재되어 로봇팔(101) 및 회전기(104)의 구동에 의해 반복적으로 고전압 전극(111)에 공급됨으로써, 액중 전기폭발에서 종래 와이어를 롤피딩 방식으로 피딩하여 연속적인 피딩이 어려웠던 점을 보완하게 된다.

또한, 상기 피딩부(100)는 슬롯(140)의 하부에서 전자석(102)을 이용하여 폭발재료(160)를 취출 및 낙하시키는 로봇팔(101)과 중심에서 로봇팔(101)을 회전시키기 위해 회전축 및 구동모터(103)를 포함하는 회전기(104)로 이루어진다.

상기 피딩부(100)의 중심이 되는 회전기(104)는 상부챔버(120)의 하부에 놓인 하부챔버(120)(스테인레스 강 재질) 상부에 장착되고, 상기 하부챔버(120)의 내부에는 슬라이딩 도어(150)가 설치되어 전기폭발시 피딩부(100)와 전극부(110)를 격리시키게 된다.

상기 하부챔버(120)의 내부는 일정공간이 액체(113)(증류수, 알콜류 등과 같은 유기용매)로 채워지되, 액체(113)안에는 전극부(110)가 설치되어 피딩부(100)에 의해 안착된 폭발재료(160)를 전기폭발시키게 된다.

여기서, 상기 전극부(110)는 고전압 전극(111)의 구조가 원추 계단형 용기형태로 형성되어 폭발재료(160) 낙하시 미끄러짐을 방지하고 다양한 길이와 형상의 폭발재료(160)가 실패없이 전극사이에 안착되도록 하며, 고전압 전극(111)은 고전압 및 접지전극을 사용하여 폭발재료(160)가 피딩부(100)로부터 낙하하여 전극에 안전하게 접촉될 수 있도록 한다.

그리고, 상기 고전압 전극(111)은 하부에 테프론(Teflon) 재질의 전극 지지체(112)가 설치되어 고전압 전극(111)을 절연 및 지지하게 되며, 케이블에 의해 별도의 커패시터와 연결된다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 고전압 전극(111)은 전극 지지체(112)에 삽입 장착되어 하부챔버(120)의 내부에 고정되고, 그 단면은 양쪽에서 내부로 들어 갈수록 일정한 깊이의 단차면이 형성되는 대칭구조를 이루게 된다.

이하 첨부 도면을 참조하여 상기 폭발장치의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 피딩부의 작동도이다.

우선, 도 3에서 도시한 바와 같이, 회전기(104) 일측의 로봇팔(101a)에 부착된 전자석(102)에 전류를 공급하여 이에 의해 발생하는 자력으로 슬롯(140)에 적재된 폭발재료(160)를 취출하면, 구동모터(103)의 작동에 의해 회전축을 중심으로 로봇팔(101)을 180도 회전시킴으로써, 폭발재료(160)가 부착된 로봇팔(101a)은 고전압 전극(111) 상부에, 반대측 로봇팔(101b)은 슬롯(140)의 하부에 위치시키게 된다.

이후, 고전압 전극(111) 상부에 위치한 로봇팔(101a)에 전류공급을 중단하여 전자석(102)에 부착된 폭발재료(160)를 고전압 전극(111) 방향으로 낙하시키고, 슬롯(140)하부에 위치한 로봇에는 전류를 공급하여 폭발재료(160)를 반복적으로 취출한다.

다음으로, 구동모터(103)의 작동으로 로봇팔(101)을 90도 회전시킨 후, 슬라 이딩 도어(150)를 닫아 피딩부(100)와 전극부(110)를 격리시킴으로써, 전기폭발에 의해 로봇팔(101), 회전기(104) 및 슬롯의 폭발재료(160) 등이 충격파에 의해 변형되는 것을 방지하게 된다.

또한, 슬라이딩 도어(150)가 닫히는 동시에 스위치의 작동으로 고전압 전극(111)에 펄스 파워를 공급하여 고전압 전극(111)에 안착된 폭발재료(160)를 전기폭발시키게 되고, 전기폭발후 슬라이딩 도어(150)가 열리면서 로봇팔(101)이 다시 90도씩 회전하여 폭발재료(160)를 반복적으로 공급하게 된다.

이때, 상기 전기폭발에 투입되는 전기에너지는 종래의 수KJ에서 100KJ까지 늘려 전기폭발 1회시 생성되는 나노분말의 양을 극대화한다.

그리고, 상기와 같이, 폭발재료 공급-로봇팔 회전-슬라이딩 도어 닫힘-전기폭발로 이루어지는 과정은 수초간에 연속적으로 일어나게 되고, 이 과정의 반복을 통해 나노분말의 대량생산이 가능하게 된다.

한편, 상기 농축장치(20)는 폭발장치(10)의 일측에 설치되어 전기폭발에 의해 발생하는 콜로이드 액체를 농축(입자 분리)하는 구성으로서, 하부챔버(120) 내부에서 전기폭발로 분출하는 콜로이드 액체를 채취하기 위해 하부챔버(120)의 상부 일측에 채취관(200)이 장착되고, 이 채취관(200)은 하부챔버(120)와 투명재질의 저장용기(210)를 연통시키는 역할을 제공한다.

또한, 저장용기(210)에 임시로 저장된 콜로이드 액체(211)는 유입 조절밸브(220)에 의해 농축부(25)로 유입되는 그 용량이 조절되고, 농축부(25)의 액체용기(230)에 유입된 콜로이드 액체는 액체용기(230)의 일측에 설치된 가열부(240)에 의해 가열된다.

상기 액체용기(230) 상부에는 응결파이프(250) 및 응결기(260)가 설치되어 가열에 의해 증발되는 콜로이드를 냉각 액화시키고, 응결파이프(250)의 일측 하부에는 농축용기(270)가 연결되어 액화된 입자분리 액체(271)를 저장한다.

상기 순환장치(30)는 입자분리 액체(271)를 하부챔버(120)로 재유입시키는 구성으로, 농축용기(270)와 하부챔버(120)를 연결하는 순환파이프(300)가 설치되어 입자분리 액체(271)가 이동하는 루트를 제공하고, 순환파이프(300)상에는 순환모터(320)가 장착되어 입자분리 액체가 재유입되도록 하는 동력원을 제공한다.

또한, 농축용기(270)의 일측에 위치한 순환파이프(300)상에는 전단유량 조절밸브(310)가 설치되어 농축용기(270)로부터 배출되는 입자분리 액체(271)의 유량을 조절하고, 하부챔버(120)의 일측에 위치한 순환파이프(300)상에는 후단유량 조절밸브(330)가 설치되어 하부챔버(120)로 유입되는 입자분리 액체의 유량을 조절하게 된다.

이하 상기 농축장치 및 순환장치의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

하부챔버(120) 내부에서 폭발재료(160)를 전기폭발시켜 분출하는 콜로이드 액체를 하부챔버(120)의 상부에 설치된 채취관(200)으로 채취하고, 채취된 콜로이드 액체를 저장용기(210)에 임시로 저장한다.

이후, 저장용기(210)의 일측에 장착된 유입 조절밸브(220)를 이용하여 저장용기(210)에서 액체용기(230)로 공급되는 콜로이드(211) 액체의 적정유량을 조절하고, 액체용기(230)로 유입된 콜로이드 액체(231)는 가열부(240)를 사용하여 가열하 게 된다.

여기서, 상기 가열부(240)는 마이크로 웨이브를 이용한 통상적인 마이크로파 가열기를 사용하는 것이 가능하고, 그 밖에 전열선에 전기를 공급하여 열을 발생시키는 전열선 가열기 또는 가스를 이용한 가스버너 가열기 등을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 상기 가열부(240)에 어떠한 가열기를 사용할지에 대한 선택은 가열되는 콜로이드 액체의 부피, 각 가열기의 설치 및 유지비용, 가열환경에 따른 열효율성 등을 고려하여 결정하게 된다.

다음으로, 가열부(240)에 의해 증발하는 콜로이드는 응결기(260)를 거쳐 냉각 액화되고, 액화된 입자분리 액체(271)는 응결파이프(250)를 따라 농축용기(270)에 저장한다.

이때, 채취관(200)으로 채취된 콜로이드 액체를 그대로 하부챔버(120)에 재유입시키지 않고, 가열-증발-냉각-액화 과정을 거쳐 입자분리 액체(271)를 생성한뒤 재유입시키는 것은 채취된 콜로이드로부터 입자 등을 걸러내기 위함이다.

한편, 농축용기(270)에 저장된 입자분리 액체(271)는 농축용기(270)의 일측에 연결된 순환파이프(300)를 따라 하부챔버(120)로 재유입된다. 이때, 순환파이프(300)상에 설치된 유입 조절밸브(220) 및 순환모터(320)를 작동하여 입자분리 액체의 유량 및 속도를 적정한 수치로 조절하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 로봇팔(101) 및 회전기(104)를 이용하여 반복적으로 막대형상의 폭발재료(160)를 전극부(110)에 공급함으로써 나노분말을 대량으로 생 산할 수 있고, 농축장치(20) 및 순환장치(30)를 사용하여 전기폭발시 분출하는 콜로이드 액체를 농축 및 재유입시킴으로써 입자와 분리된 액체를 재활용하는 것이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템의 개시도,

도 2는 도 1의 폭발장치 개시도,

도 3은 본 발명에 따른 피딩부의 작동도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 폭발장치 20 : 농축장치

30 : 순환장치 100 : 피딩부

110 : 전극부 120 : 하부챔버

140 : 슬롯 150 : 슬라이딩 도어

160 : 폭발재료 200 : 채취관

210 : 저장용기 300 : 순환파이프

Claims

(a)슬롯에 적재된 폭발재료를 피딩부의 작동에 의해 낙하시켜 전극부에 안착시키는 단계와;

(b)상기 피딩부와 전극부 사이에 설치된 슬라이딩 도어를 닫아 전기폭발전에 상기 전극부와 피딩부를 격리시키는 단계와;

(c)고전압 전극에 펄스 파워를 공급하여 액체가 채워진 하부챔버내에서 상기 전극부에 안착된 폭발재료를 전기폭발시키는 단계와;

(d)상기 전기폭발에 의해 분출되는 콜로이드 액체를 상기 채취관을 통해 상기 저장용기에 저장하는 단계와;

(e)상기 저장용기로부터 유입 조절밸브에 의해 적정량으로 유입된 콜로이드 액체를 농축부를 사용하여 입자 분리시키는 단계와;

(h)순환장치를 사용하여 상기 농축부에 의해 입자 분리된 액체를 하부챔버로 재유입시키는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 폭발재료는 일정한 길이로 절단된 막대형태를 사용하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (a)단계는 슬롯에 적재된 폭발재료를 전자석이 부착된 로봇팔을 사용하여 탑재 및 이탈시키되, 상기 로봇팔은 폭발재료가 탑재 및 이탈되는 과정이 반복되는 사이에 구동모터의 작동으로 회전하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 (e)단계는 상기 유입 조절밸브에 의해 적정량으로 유입된 콜로이드 액체를 액체용기에 저장하는 단계; 상기 액체용기에 저장된 콜로이드 액체를 가열부로 가열 증발시키는 단계; 증발된 콜로이드 증기를 응결기로 냉각 액화시키는 단계; 상기 액화로 인해 입자 분리된 액체를 농축용기에 저장하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 방법.
상부챔버의 상단에 설치되되 콘베이어에 의해 이송된 폭발재료가 적재되는 슬롯과; 상기 슬롯의 하부에 설치되어 상기 폭발재료를 낙하시키는 피딩부와; 상부에 상기 피딩부가 장착되되 내부가 액체로 채워지는 하부챔버와; 상기 피딩부 하부 에 설치되어 피딩부와 하기 전극부를 격리시키는 슬라이딩 도어와; 상기 하부챔버의 하부에 장착되어 피딩부에 의해 안착된 폭발재료를 전기폭발시키는 전극부; 로 이루어지는 폭발장치와;

전기폭발에 의해 분출되는 콜로이드를 임시로 저장하는 투명재질의 저장용기와; 상기 하부챔버의 일측에 연결되어 상기 하부챔버와 저장용기를 연통시키는 채취관과; 상기 저장용기의 일측에 연결되어 콜로이드의 유입량을 조절하는 유입 조절밸브와; 상기 저장용기로부터 유입되는 콜로이드를 농축시키는 농축부; 로 이루어지는 농축장치와;

상기 농축장치와 하부챔버를 연통시키는 순환파이프와; 상기 순환파이프에 설치되어 하부챔버로 재유입되는 농축 콜로이드의 유량 및 속도를 조절하는 유량 조절밸브 및 순환모터; 로 이루어지는 순환장치;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 피딩부는 구동모터를 포함하되 상기 하부챔버의 상부에 설치되는 회전기와; 상기 회전기의 양측에 장착되되 전자석을 이용하여 상기 폭발재료를 탑재 및 이탈시키는 로봇팔;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 전극부는 계단식 원추형 용기형태로 형성되는 고전압 전극과; 상기 고전압 전극의 하부에 설치되어 상기 고전압 전극을 절연 및 지지하는 전극 지지체;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템.
청구항 5에 있어서, 상기 농축부는 상기 유입조절 밸브에 의해 조절 유입되는 콜로이드 액체를 저장하는 액체용기와; 상기 액체용기의 일측에 설치되어 콜로이드 액체를 가열하는 가열부와; 상기 액체용기의 상부에 장착되어 상기 가열부에 의해 증발된 콜로이드 증기를 냉각 액화시키는 응결기와; 상기 응결기의 하부에 설치되어 상기 응결기에 의해 액화된 입자분리 액체를 저장하되, 상기 순환파이프와 연결되는 농축용기;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 가열부는 마이크로파 가열기, 전열선 가열기 또는 가스버너 가열기중 하나를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 액중 전기폭발에 의한 나노분말 대량생산 시스템.