KR20130092151A - 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분쇄실에서의 과-분쇄를 방지하고, 열에 의한 원료의 성질 변형을 방지할 수 있으며, 고점도 원료와 저점도 원료 등 분쇄를 위해 공급되는 원료의 성질에 맞게, 또한 다양한 직경의 비즈를 사용할 수 있도록 여러 종류의 분리기 부품들을 호환하여 장착시켜 사용하는 것이 가능하며, 장치에 걸리는 과부하를 방지하고, 분쇄실 내의 비즈의 충전량을 높일 수 있어 더 많은 운동 에너지를 발생시켜 분쇄 속도 및 효율을 향상시킬 수 있으며, 더우기 분쇄실의 형태를 수직형 혹은 수평형 등 구조에 구애됨이 없이 원료의 특성에 따라 자유롭게 설치할 수 있는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명은 슬러리 원료 탱크로부터 원료공급관로를 통해 연속하여 공급되는 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄 매개체를 내부에 수용하고 있는 분쇄실과; 상기 분쇄실 내에 회전축에 의하여 회전되게 설치되는 회전 로터와; 상기 회전 로터와 함께 회전하도록 회전축에 복수개가 마련되는 핀과; 상기 회전축을 구동하기 위한 모터 구동수단과; 상기 분쇄실과 접속관로를 통해 연통되어 상기 분쇄실 내에서 분쇄된 슬러리 및 분쇄 매개체가 이송되어 수집되는 분리실과; 상기 분리실 내에 회전축에 의해 회전되게 설치되어 슬러리 속에 포함된 분쇄 매개체를 걸러 내고, 슬러리만을 통과시켜 상기 회전축의 중심을 통해 외부로 배출토록 하는 분리기와; 상기 분리기를 장착한 회전축을 구동하기 위한 모터와; 상기 분리기를 통해 외부로 배출되지 못하고 분쇄 매개체를 포함한 채 상기 분리실 내에 잔류하는 잉여 슬러리가 상기 분쇄실 측으로 순환되도록 형성되는 복귀관로;를 포함하여 구성되어 있다.

Description

원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치{Grinding and dispersing apparatus for processing of minute particle of materials}

본 발명은 원료를 분쇄하여 일정한 입도 이하의 미립자로 가공하는 수직 또는 수평형 분쇄 및 분산장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수개의 분쇄 매개체(Grinding media)를 사용하여 원료를 분쇄 및 분산하는 분쇄실과, 원료를 분쇄 매체와 분리시켜주는 분리기를 장착한 분리실을 별도로 구비한 분쇄 및 분산장치에 관한 것이다.

분쇄 및 분산장치는 각종 페이스트의 제조 설비 및 화학원료, 예를 들면 잉크, 안료, 페인트, 화장품, 의약품 및 도료 등과, 각종 코팅제, 연마제, 세라믹 또는 금속 분말 또는 각종 전자재료(PZT, 유전체, MLCC, Ferrite, 디스플레이 재료) 등을 미세하게 분쇄 혹은 분산시키기 위하여 사용되며, 이를 위해 연속 습식 분쇄장치와 같은 다양한 형태가 이 분야에 공지되어 있다.

일반적으로, 원료를 분쇄하여 일정한 입도 이하의 미립자로 가공하기 위한 분쇄·분산장치의 구성은 원료를 투입하는 투입구, 원료를 분쇄하는 공간인 분쇄실, 분쇄실 내에 머무는 분쇄 매개체(Grinding Media)인 비즈(Beads)에 운동에너지를 가하는 회전로터 혹은 핀, 슬러리 형태로 공급된 후 잘게 분쇄된 원료로부터 분쇄 매개체인 비즈를 분리시켜 원료만을 빠져나가게 해주는 분리기(Separator) 장치, 분쇄된 원료가 빠져나가는 배출구를 구비하여 원료를 연속적으로 분쇄할 수 있도록 하는 구조로 되어 있다.

이에 따라 분쇄·분산장치를 구동하면 분쇄실 내의 로터, 혹은 핀이 회전하며, 분쇄실에 충전되어 있는 비즈가 운동하기 시작한다. 구동상태에서 원료를 투입하면 비즈의 운동에너지에 의해 원료는 분쇄·분산되기 시작한다. 이렇게 분쇄·분산된 원료는 배출구를 통해서 나오게 되는데, 이때 분리기에 의해 분쇄된 원료는 걸러지고, 비즈는 분쇄실에 머무르게 되어 계속 핀 혹은 로터에 의한 운동을 일으킨다.

이처럼 습식 분쇄 분산장치는 실린더 내부에 있는 디스크(disk) 형상의 로터(rotor)가 회전하면서 연마액, 연마석, 가공재료 등이 혼합된 유체와 회전되는 디스크 사이에 전단력이 발생하여 유체 내에 경도와 비중이 큰 연마석과 입도가 큰 재료는 서로 충돌하게 되고, 따라서 재료의 분쇄 및 분산이 연속적으로 일어나게 되는 것이다.

도 5는 종래 공지된 전형적인 습식 분쇄 및 분산장치를 도시한 것으로서, 도 5를 참조하여 종래 구조에 대해 보다 자세히 상술하면, 도시를 생략한 원료 탱크 내의 원료 슬러리는 펌프에 의하여 라인을 따라 이송되어 원료를 투입하는 투입구(41)를 통해 분쇄실(42) 내로 투입이 된다. 이에 따라, 공급된 원료 슬러리는 원료를 분쇄하는 공간인 분쇄실(42) 내부에 위치하고 그리고 중심축(43)을 가진 로터(44)의 회전에 의하여 분쇄실(42) 내에 충전되어 있는 분쇄 매개체, 예를 들면 비즈(beads)와 함께 교반 및 혼합이 되면서 회전하는 핀(45)들에 의해 바깥으로 쳐내지는 작용을 통해 비즈에 의해 작은 크기의 입자로 분쇄가 된다. 로터(44)와 핀(45) 또는 임펠러는 원료 슬러리를 계속적으로 순환시키고 그리고 비즈의 운동 에너지에 의해 분쇄된 슬러리는 분쇄실(45) 내의 상부 공간에 설치된 분리기(46,separator)를 통해 비즈로부터 분리되어 배출구(47)를 통해 분쇄실(42)의 외부로 배출되어 도시하지 아니한 수집 탱크로 이송되는 것이다. 여기서, 상기 중심축(43)은 구동 모터(M)에 연결된 풀리(P1, P2)에 의하여 회전될 수 있게 구성되며, 분쇄 과정에서 원료 슬러리는 중심축(43)의 중심을 통하여 원료 탱크로 순환이 될 수 있게 구성하는 것도 가능하고, 이러한 슬러리의 순환을 위하여 회전 축(43)은 내부가 빈 중공 형태가 되도록 형성할 수도 있으며, 분쇄 과정에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여 냉각수가 별도의 냉각수 탱크(Chiller)로부터 냉각수 입구(48)를 통하여 워터재킷(49)으로 유입되어 냉각 후 냉각수 출구(50)를 통하여 배출되는 순환과정이 반복 되도록 구성되어 있다.

그런데 종래의 분쇄 및 분산장치의 구동 중 비즈(Beads)가 분쇄실(42)을 이탈하여 분쇄실(42) 내의 비즈(Beads)의 충전량이 적어지면 분쇄·분산 효과는 급격히 떨어진다. 이에 따라 비즈(Beads)를 분쇄실(42) 내에 머무르게 하면서 분쇄된 원료 슬러리만을 배출하게 하는 분리기(46)(separator)의 형태가 분쇄 및 분산장치의 성능을 좌우한다. 현재 기술로는 사용되는 분리기의 구조에 따라 직경 0.1mm 정도까지의 비즈(Beads)를 분쇄 및 분산장치에 사용할 수 있는 것으로 알려져 있다.

현재 분쇄 및 분산장치에 사용할 수 있는 여러 형태의 분리기가 개발되어 있으며, 아래에 나열된 분리기들의 형태가 대표적이라고 할 수 있다.

1) 회전 디스크와 고정 디스크 사이의 간극(Gap)을 조정하여 그 틈새로 분쇄된 원료를 지나가게 하는 구조 (Gap Separator : 직경 0.3mm 이상의 비즈 사용에 적합)(도 4(C),(D) 참조),

2) 촘촘한 철망형태의 스크린(Screen)을 장착하는 구조 (Screen Separator : 직경 0.1mm 크기까지의 비즈 사용 가능)(도 4(B) 참조),

3) 다수의 틈새 사이로 원료를 지나가게 하는 구조 (Slit hole Separator),

4) 다수의 날개부를 가진 원통을 회전시켜 비즈는 쳐내고, 원료 슬러리만 지나가게 하는 구조 (원심 분리형 Separator : 일정 속도를 유지해야 하며, 점도가 낮은 원료에 적합)(도 4(A) 참조).

상기에 기술한 것 같이 미립자 분리에 사용되던 종래 미립자 분리장치(분리기)로는 스크린(미세망)을 이용하거나, 나선형의 슬릿(slit) 홈을 이용하거나, 또는 디스크와 실린더 사이의 작은 틈을 이용하거나 원심력을 이용하여 비즈를 밖으로 쳐내는 원심분리형을 이용하고 있다.

그러나 미세망은 납땜이나 용접에 의하여 미립자가 배출되는 구멍에 고정하기 때문에 미세망이 손상되면 교체하기가 어렵고, 입자에 의하여 막히면 청소를 하는 중에 미세망에 결함이 발생하는 문제점이 있다.

또한 나선형의 슬릿 홈을 이용한 미립자의 분리는 분리 효율이 높고 수명이 긴 장점도 있지만, 경도가 높은 재료를 가공할 경우에 슬릿이 손상되어 미립자의 분리가 원활하지 못하며, 이 경우 손상된 분리장치 전체를 교환해야 하는 단점이 있다.

또한 디스크와 실린더 사이의 작은 틈을 이용한 미립자 분리방법은 디스크의 마모나 틈새에 분말이 끼었을 때 분리성능이 현격하게 저하되는 현상이 나타나는 문제점이 있다. 또한, 상기 원심분리형을 제외한 분리방법들은 직경이 약 0.3㎜ 이하의 초미립자의 분리에는 적용이 힘들다는 문제점이 있어, 각기 조건에 따라 분리기를 선택하여야 한다.

그런데 상기에서 기술한 바와 같이 종래의 분쇄 및 분산장치는 여러 가지 형태로 원료와 비즈를 분리하는 각기 다른 분리기가 채택되고 있으나, 도 4에 도시한 것처럼 분쇄 공정과 분리배출 공정이 분쇄실(42)이라는 하나의 단일 공간 안에서 이루어지는 구조로 되어 있다는 공통점을 가지고 있다.

이에 따라 원료 슬러리로 집중적으로 전달되어야 할 비즈의 운동에너지가 분리기(46)에도 전달되어 분리기 부품에 충격을 가하거나 마모시켜 파손을 유발함으로써 비즈의 이탈, 즉 외부 유출이 일어날 수 있다. 또한, 파손 및 마모된 부품의 스크랩이 원료(슬러리)와 섞여 원료의 순도를 떨어트리고, 분쇄된 원료 슬러리에 섞여 유출된 비즈는 기기에 치명적인 결함을 일으키고, 또한 비즈의 부족을 가져와 기기 분쇄 성능의 저하를 일으킨다.

또한 기존 분쇄 및 분산장치는 분리기(46)와 로터(44) 및 핀(51)이 하나의 회전축(43)에 결합되어 있어, 핀(51) 및 로터(44)와 함께 동일한 속도의 고속으로 회전을 하기 때문에 과 분쇄가 되기도 하고, 열에너지에 의해 원료의 성질이 변하거나, 분쇄된 원료의 재응집이 일어나기도 한다.

이러한 현상을 방지코자 회전축(43)을 저속으로 회전을 시키면 원심분리형 분리기의 경우 원심력의 부족으로 비즈가 바깥쪽으로 확산되지 못하고 압출에 의해 밀어내어지는 원료와 함께 외부로 배출되어 분쇄 효과가 저하되거나 기기를 훼손시킬 수 있다.

또한 원심분리형 분리기의 경우 날개와 날개 사이의 배출 공간(슬릿홈)이 크기 때문에 비즈가 빠져나가는 것을 방지하기 위하여 비즈의 충전량이 제한되며, 임계 속도 이상 회전시키지 않으면(즉, 원심력이 작으면), 비즈가 슬러지 원료에 섞여 외부로 누출되는 문제가 있으며, 회전축이 수평으로 배설되는 수평형 분쇄 및 분산 시스템에서는 비즈가 원심형 분리기를 채워 장치의 구동초기 날개 사이의 큰 배출공간을 통한 비즈의 외부 누출을 피할 수 없는 문제로 수평형 장치에는 사용할 수 없는 문제가 있었다.

이러한 문제들과 원료가 가지는 점도 특성으로 인하여, 상대적으로 높은 점도의 슬러지 원료의 분리 및 미세 분쇄가 가능한 원심형 분리기는 수직형에만 적용 가능하고, 수평 및 수직장치에 모두 적용 가능한 스크린(디스크 등의 틈새 방식 포함) 분리기는 슬러지의 점도가 높으면 작은 틈새를 막게 되어 틈새를 일정 크기 이하로 할 수 없고, 이 때문에 미세 비즈 사용에 있어 한계가 있음으로 해서, 필요에 따라, 예를 들면 고점도 원료와 저점도 원료별로, 원료의 성질에 맞추어 분리기의 종류를 교체하여 사용하는 데 제한이 따르는 문제가 있다.

또한, 분리기와 함께 같은 회전축에 장착되어 회전하는 핀(45)의 회전 속도 조절이 불가능하여 과-분쇄를 유발하거나 또는 분쇄 효과가 저하되는 문제를 가지고 있으며, 특히 분쇄실의 회전축의 고속 회전 시 비즈에의 운동 에너지의 증가로 분쇄 효율이 상승하는 반면, 열에 민감한 원료의 경우 성질의 변형을 유발할 수 있다는 문제가 지적되고 있다.

또, 종래장치의 경우 비즈의 운동 공간이 없을 경우 분쇄 분산이 이루어질 수 없고, 장치에 과부하가 걸리게 되는 관계로 분쇄실의 비즈 충전량이 분쇄실 용량의 최대 85%까지 밖에 못하여 분쇄 효율이 저하되는 문제가 있었다.

이에 본 발명은 상기한 종래 기술들의 문제점을 감안하여 제안한 것으로, 분쇄실에서의 과-분쇄를 방지하고, 열에 의한 원료의 성질 변형을 방지할 수 있는 구조의 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 고점도 원료와 저점도 원료 등 분쇄를 위해 공급되는 원료의 성질에 맞게 또한 다양한 직경의 비즈를 사용할 수 있도록 여러 종류의 분리기 부품들을 호환하여 장착시켜 사용하는 것이 가능한 구조의 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 하나의 목적은 장치에 걸리는 과부하를 방지하고, 분쇄실 내의 비즈의 충전량을 높일 수 있어 더 많은 운동 에너지를 발생시켜 분쇄 속도 및 효율을 향상시킬 수 있는 구조의 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 분쇄실의 형태를 수직형 혹은 수평형 등 구조에 구애됨이 없이 원료의 특성에 따라 자유롭게 설치할 수 있는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위한 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치는, 슬러리 원료 탱크로부터 원료공급관로를 통해 연속하여 공급되는 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄 매개체를 내부에 수용하고 있는 분쇄실과; 상기 분쇄실 내에 회전축에 의하여 회전되게 설치되어 상기 매개체에 운동 에너지를 줌으로써 슬러리와 분쇄 매개체를 교반하고 분쇄하는 분쇄수단과; 상기 회전축을 구동하기 위한 모터 구동수단과; 상기 분쇄실과 접속관로를 통해 연통되어 상기 분쇄실 내에서 분쇄된 슬러리 및 분쇄 매개체가 이송되어 수집되는 분리실과; 상기 분리실 내에 회전축에 의해 회전되게 설치되어 슬러리 속에 포함된 분쇄 매개체를 걸러 내고, 슬러리만을 통과시켜 상기 회전축의 중심을 통해 외부로 배출토록 하는 분리기와; 상기 분리기를 장착한 회전축을 구동하기 위한 모터와; 상기 분리기를 통해 외부로 배출되지 못하고 분쇄 매개체를 포함한 채 상기 분리실 내에 잔류하는 잉여 슬러리가 상기 분쇄실 측으로 순환되도록 형성되는 복귀관로;를 포함하여 구성된다.

본 발명에 의하면, 상기 복귀관로는 원료공급관로를 경유하여 상기 분쇄실 측에 잉여 슬러리를 리턴시키도록 연결하는 관로이며, 상기 분리실 측에서 상기 원료공급관로 측으로 분쇄 매개체를 포함하고 있는 슬러지의 순환이동만을 허용하는 체크밸브가 상기 복귀관로의 도중에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 상기 분리실은 상기 분쇄실보다 상측에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면, 상기 분리기는 원심분리형 분리기, 고정 및 회전 디스크 사이의 갭을 이용한 갭 분리기, 스크린 분리기, 슬롯 홀 분리기, 그리드 링 분리기 및 그리드 심 링 분리기 중에서 선택되는 어느 하나로서, 상기 분리기들을 호환하여 회전축에 교체 장착 가능한 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면, 상기 분쇄실 및 로터와 핀을 장착한 회전축은 수직 또는 수평으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면, 상기 분리기를 통과한 슬러리는 회전축의 속이 빈 중공부를 통해 외부로 배출되게 구성된 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면, 상기 분쇄수단을 구동하는 모터와 상기 분리기를 구동하는 모터는 각기 개별적으로 구동속도가 제어되는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면, 상기 분리기는 그의 회전속도 조절을 통하여 원하는 입도의 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 분쇄 및 분산장치는 습식 및 건식에 모두 적용 가능한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 분쇄실과 분리실을 별도로 분리시켜 형성하는 데 따라 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

1) 분리기는 분리실에 별도로 장착된 회전축을 통해 고속으로 회전하므로, 분쇄실의 로터와 핀을 장착한 회전축은 원료 특성에 맞추어 회전 속도의 조정이 자유롭다.

-. 소프트한 분산을 위해 분쇄실의 회전축을 저속으로 돌려 과-분쇄를 막을 수 있으며, 필요에 따라서는 분리기의 회전축보다 고속으로 회전시킬 수도 있다.

-. 분쇄실의 회전축을 고속으로 돌리면 분쇄 매개체인 비즈에 운동에너지를 많이 전달해 주는 장점이 있지만, 비즈가 원료를 분쇄하는 과정에서 열에너지가 발생하게 되며, 이에 따라 열에 민감한 원료의 경우 성질의 변형이 일어나게 되나, 본 발명은 이때 분쇄실의 회전축 속도를 조정하여 분쇄실의 온도를 조정하여 이 문제를 해결할 수 있다.

2) 분리기가 별도로 장착되어 있어 상황에 맞추어 분쇄용 회전축과 달리 회전 속도를 자유롭게 설정 및 조정할 수 있어 갭 분리기(Gap Separator), 스크린 분리기(Screen Separator), 슬롯 홀 분리기(Slit hole Separator), 원심분리형 분리기 등 여러 가지 형태의 부품을 선택해서 장착할 수 있다.

-. 여러 형태의 부품을 호환 장착할 수 있으므로 고점도 원료, 저점도 원료 등 원료의 성질에 맞게 사용할 수 있다.

-. 분리기 부품을 교체하여 직경 0.03mm 등 기존 분쇄·분산장치에서는 사용할 수 없는 직경의 비즈(Beads)도 사용할 수 있다. 비즈의 직경이 작아지면 작아질수록 분쇄된 원료의 입도 또한 작아지게 된다.

3) 기존 분쇄·분산장치의 분쇄실 비즈의 충전량은 분쇄실 용량의 최대 85%까지 충전하지 못하였다. 그 이유는 기계에 과부하가 걸릴 수 있고, 비즈의 운동 공간이 없으면 분쇄 및 분산이 이루어질 수 없기 때문이다. 그러나 본 발명은 비즈가 분쇄실과 분리실 사이를 이동하기 때문에 분쇄실 내에 100% 비즈 충전이 가능하다. 이에 따라 비즈 충전량을 종래보다 높일 수 있어 더 많은 운동에너지를 발생시켜 분쇄 속도와 분쇄 효율을 높일 수 있다.

4) 분쇄실의 형태를 수직, 혹은 수평형 등 구조에 구애를 받지 않고 원료의 특성에 따라 선정할 수 있다.

5) 원심분리형 분리기는 많은 장점이 있음에도 불구하고, 종래에는 비즈의 외부 누출 문제로 인해 수평형 구조(분쇄실이 수평으로 설치)에는 사용치 못하고, 수직형 구조(분쇄실이 수직 방향으로 설치)의 분쇄·분산장치에서만 사용이 가능하였으나, 본 발명의 경우 분쇄실과 분리실을 분리시킨 별도 분리실 적용으로 비즈의 외부 누출 문제가 사라져 수평형에서도 적용할 수 있어 설치의 자유도 및 분리기의 호환 장착성이 크게 증대된다.

도 1은 본 발명에 의한 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 나타낸 도면으로, 분쇄실이 수직형인 실시예의 경우이다.
도 2는 본 발명에 의한 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 나타낸 도면으로, 분쇄실이 수평형인 실시예의 경우이다.
도 3은 본 발명에 사용할 수 있는 일반적 구조의 분리기를 예로서 나타낸 도면으로, (A)는 원심분리형 분리기의 구조를 타나낸 평면도와 정면도이며, (B)는 디스크 타입의 스크린형 분리기를 나타낸 평면도 및 정면도이다.
도 4는 종래 각각의 타입별 분리기의 장착 부위를 확대하여 나타낸 도면으로, (A)는 원심분리 타입의 분리기의 장착부를 나타낸 도면이고, (B)는 스크린 타입의 분리기의 장착부를 나타낸 도면이며, (C)는 갭 타입의 분리기의 장착부를 나타낸 도면이며, (D)는 그리드 링 타입의 분리의 장착부를 나타낸 도면이며, 그리고 (E)는 그리드 심 링 타입의 분리기의 장착부를 나타낸 도면이다.
도 5는 종래 기술을 나타낸 도면이다.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분쇄실과 분리실이 분리된 수직형 구조를 가진 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 원료(슬러지)의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치(100)는, 미립자로 분쇄시킬 슬러지 원료를 외부로부터 공급받아 분쇄 작업을 수행하는 미립자 분쇄장치(110)와, 그 미립자 분쇄장치(110) 내에 일단이 수용되게 설치되는 회전축(120)을 구동하기 위하여 모터(130)와 풀리(140,150) 및 벨트(160)를 포함하는 모터구동수단(170), 그 미립자 분쇄(110)에서 분쇄된 슬러지를 유입시켜 도입된 슬러지 속에 포함된 분쇄 매개체(예를 들면 비즈)를 분리시킨 후 슬러지만을 외부로 배출하는 미립자 분리장치(180) 및 상기 미립자 분리장치(180) 내에 일단이 수용되게 장착되는 회전축(190)을 구동하는 모터(200)를 포함하여 구성되고 있다.

상기 모터(130)는 전기 에너지를 기계에너지로 변환시켜 주며, 모터(130)의 회전력은 풀리(140, 150)와 벨트(160)에 의해 회전축(120)으로 전달되며, 상기 동력전달 수단으로서는 벨트 풀리 뿐 아니라 기어체인 방식 등이 사용될 수 있다.

상기 미립자 분쇄 및 분리장치(110)(180)는 각각의 회전축(120)(200)으로부터 동력을 전달받아 공급되는 슬리리 원료를 분쇄 매개체인 비즈에 의해 미립자로 분쇄 및 분산하고, 비드와 미립자화된 슬러리를 분리하여 미립자(슬러지)만을 외부로 배출한다. 펌프(도시하지 않음)는 미립자 분쇄 및 분리장치(110, 180)로 공급되는 슬러지 원료를 계속적으로 가압하여 공급한다.

여기서 본 발명의 종래 기술과 구별되는 가장 큰 특징은 분쇄장치(110)와 분리장치(180)가 별도로 마련되는 점에 있으며, 이에 따라 그 두 개의 장치(110)(180)는 접속관로(210)를 통해 연결되고 있다.

상기 분쇄장치(110)는 수직으로 입설, 즉 중심축선이 수직으로 위치하는 실린더 형태의 분쇄실(220)과, 상기 회전축(120)에 설치되어 슬러지와 비즈를 교반하면서 슬러지 내에 포함된 입자를 미립화하도록 비즈에 운동 에너지를 주는 분쇄수단으로서 로터(230) 및/또는 복수개의 핀(240)들을 포함하고 있으며, 상기 분쇄실(220)의 내부에는 냉각수를 순환시켜 분쇄수단(230,240)에 의해 발생되는 분쇄실 내부의 열을 냉각하기 위한 워터재킷(250)을 형성하기 위한 원통격벽(260)이 마련되어 있으며, 상기 분쇄실(220)의 일단의 유입구(270)는 슬러지 원료의 공급관로(280)를 통해 도시하지 않은 펌프와 원료탱크 측에 접속되며, 타단의 유출구(290)는 상기 접속관로(210)를 통해 상기 분리장치(180)의 분리실(300)의 입구부(310)에 연통하며, 상기 분리장치(180)는 분리실(300)과 회전축(190) 및 그 회전축(190)에 장착된 분리기(320)를 포함하여 구성되는바, 상기 분리실(300)은 다시 그의 배출구(330)가 복귀관로(340)를 통해 분쇄실(220) 측에 연결되거나 또는 도시한 것처럼 복귀관로(340)의 도중에 마련되는 체크밸브(350)를 경유하여 상기 원료 공급관로(280) 측에 접속하고 있다.

그리고 상기 워터재킷(250)에는 도시를 생략한 펌프에 접속하는 냉각수 유입구(360)와 냉각수 유출구(370)를 구비하고 있으며, 상기한 장치들(110, 170, 180)은 바퀴(380) 달린 이동식 기대(390)에 장착되어 원하는 작업 장소로 자유로이 이동할 수 있게 되어 있다.

그리고 바람직하기로는 상기 분리실(300)은 상기 분쇄실(220) 보다 상측에 위치하도록 설치되며, 상기 분리실(300) 내에 설치되는 회전축(190)에는 분리기(320)를 통해 비즈를 걸러 내고 분쇄된 미립자를 포함하고 있는 슬러지를 배출관로(400)를 통해 수집탱크(도시 생략) 측에 이송할 수 있게 배출관로(400)에 연통하게 접속되는 속이 빈 중공부(410)를 구비하고 있으며, 또한 상기 분리기(320) 회전축(190)의 회전 속도를 조절할 수 있게 제어하여 원하는 입도 크기를 제어할 있게 구성되어 있다.

도 3은 본 발명에서 사용되는 통상적 구조의 대표적인 분리기(320)를 도시한 것으로, (A)는 원심형 분리기(320a)를 나타낸 평면도 및 정면도 형상이며, (B)는 스크린형 분리기(320b)(320c)를 나타낸 평면도 및 정면도 형상이다.

상기 회전축(190)에 장착되는 원심형 분리기(320a)는 평면 형상이 마치 수차처럼 배열되는 날개(420)들이 방사상 방향으로 형성되고, 그들 날개(420)들 사이의 슬릿공간(430,슬릿홈,틈새)을 통해 상기 분리실(300) 내부와 상기 중공부(410)가 서로 연통하며, 상기 스크린 분리기(320b,320c)는 마치 원판처럼 생긴 복수개의 디스크(400)(400a)들이 축 방향을 따라 적층된 구조물 또는 철망 형상의 구조물로서, 인접한 디스크들 사이에 미세한 두께의 홈, 예를 들면 디스크의 일측 표면을 미세한 높이로 단차가 지게 연마하고 이웃한 디스크를 적층시킴으로써 슬릿홈(디스크와 디스크 사이에 형성되는 틈새로서, 비즈는 통과시키지 않는 크기로 형성된다)이 형성되며, 이 슬릿홈을 통해 분리실(300)과 중공부(410)가 연통하게 구성된다.

도 4는 종래 각각의 타입별 분리기의 장착 부위를 확대하여 나타낸 도면으로, (A)는 원심분리 타입의 분리기(320a)의 장착부를 나타낸 도면이고, (B)는 스크린 타입의 분리기(320b,320c)의 장착부를 나타낸 도면이며, (C)는 갭 타입의 분리기(320d)의 장착부를 나타낸 도면이며, (D)는 그리드 링 타입의 분리기(320e)의 장착부를 나타낸 도면이며, 그리고 (E)는 그리드 심 링 타입의 분리기(320f)의 장착부를 나타낸 도면으로, 분쇄실에 핀 등과 함께 설치되던 종래 분리기 구조 자체는 분쇄실로부터 별도로 분리시킨 본 발명의 분리실(300)에 수직으로 설치된 회전축(190)에 그대로 장착하여 적용하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치를 나타낸 도면으로, 분쇄실이 수평형인 실시예의 경우로서, 분쇄실(220a)과 회전축(120a)이 앞서 기술한 도 1의 수직형 설치 구조와 달리 수평으로 설치되는 점을 제외하면 나머지 구성들은 도 1의 실시예 구성과 동일하므로, 나머지 구성들에 대해서는 반복되는 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 작동에 대해 도면을 참조하여 상술한다.

도 1에 있어서, 분쇄실(220) 내부에는 분쇄 매개체, 예를 들면, 직경이 0.05 내지 0.5mm 정도 크기(필요에 따라 조정되는 수치이다)의 비즈가 가득 충전되어 있으며(종래는 최대 85% 충전), 이 상태에서 탱크에 있는 원료(슬러리 형태로서, 미분쇄되어야 할 입자들을 포함하고 있다)를 펌프 가동을 통해 공급라인(280)을 거쳐 분쇄실(220) 내로 연속하여 공급한다.

이와 동시에 모터(130)가 구동되어 회전축(120)이 회전을 시작하면, 로터(230)와 핀(240)들이 회전하면서 슬러리와 비즈를 교반 분산시키게 되며, 이에 의해 금속이나 세라믹 등으로 형성된 고-경도의 비즈가 원심력에 의한 운동 에너지를 받아 슬러리와의 마찰에 의해 미세한 입자가 되도록 잘게 부수기 시작하며, 이때 분쇄실(220) 내로 연속해서 밀려드는 슬러리의 일부는 접속관로(210)를 통해 분리실(300)로 계속해서 이송되므로, 회전축(120)의 과-부하가 방지되며, 비즈가 분쇄실(220)과 분리실(300)를 사이를 이동하기 때문에 비즈의 운동과 분쇄 및 분산에 지장이 없다.

분쇄실(220)에서 분쇄된 슬러리(비즈를 포함한 상태)는 접속관로(210)를 통해 별도의 방을 형성하고 있는 분리실(300) 내로 유입되며, 분리실(300) 내의 회전축(190)은 별도의 구동 모터(200)에 의해 회전 속도가 제어되도록 구동되며, 이에 따라 분리기(320)가 회전하여 비중이 큰 비즈는 바깥측으로 밀려나 분리되고, 비즈가 분리된 슬러리는 펌프의 압출력을 받아 분리기(320a 또는 320b 또는 320c)의 좁은 슬릿홈(틈새, 430)을 통해 회전축(190)의 중공부(410)로 강제로 배출되게 되며(이때 스크린형의 경우 상기 슬릿홈보다 비즈가 크기 때문에 비즈는 슬릿홈을 통과하지 못하고 걸러지게 되며 또는 비즈가 빠져나갈 수 있을 만큼 배출 틈새가 큰 원심형인 경우 비즈가 분리기에 접근하면 회전하는 날개에 의해 비즈를 바깥쪽으로 튕겨내어 분리시킨다), 중공부(410)로 배출된 슬러리는 관로(400)를 따라 이송되어 도시를 생략한 회수탱크에 회수되는 것이다.

한편, 상기 슬러리로부터 분리된 비즈 및 슬릿홈을 통과하지 못한 채 분리실에 잔류하는 잉여 슬러리는 계속 유입되는 슬러리의 공급 압력에 의해 복귀관로(340)를 통해 분쇄실측, 또는 도시한 실시예에서는 원료 공급라인(280) 측으로 밀어내어짐으로써, 원료 탱크로부터 공급되는 슬러리와 함께 다시 분쇄실(220)에 투입되는 순환 과정을 반복하게 되며, 복귀관로(340)의 도중에는 일방향으로만 흐름을 허용하는 체크밸브(340)가 있어, 원료 공급관로(280) 측의 슬러리 및 비즈가 분리실(300)로 역류하는 일은 발생하지 않는다.

이 같은 본 발명에 의하면, 분쇄실(220)과 분리실(300)이 각기 독립하여 분리 설치되고, 또 모터(130)(200)에 의해 독립적으로 회전구동이 제어되는 회전축(120)(190)이 각기 설치되기 때문에, 양측 회전축(120)(190)의 회전 속도를 조건에 따라 달리 조정할 수 있어, 발명의 효과 난에 기재한 것과 같은 효과를 얻을 수 있고, 특히 수평과 수직형의 자유로운 적용이 가능하고, 습식(유체를 이용한 이동 방식)과 건식(기체를 이용한 이동 방식)에 공히 적용 가능하며, 분리기의 사용종류에 제한이 없어 한 대의 장치로 모든 요구 조건을 충족할 수 있기 때문에 설비의 수요가 감소되고 효율성 높은 장치를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 분쇄 및 분산장치 110 : 분쇄장치
120 : 회전축 130 : 모터
140,150 : 풀리 160 : 벨트
170(130,140,150,160) : 모터구동수단
180 : 분리장치 190 : 회전축
200 : 모터 210 : 접속관로
220 : 분쇄실 230 : 로터
240 : 핀 250 : 워터재킷
270 : 유입구 280 : 원료공급관로
290 : 유출구 300 : 분리실
320(320a ~ 320f) : 분리기 340 : 복귀관로
350 : 체크밸브 400 : 배출관로
410 : 중공부(회전축과 분리기) 420 : 날개
430 : 슬릿홈(틈새, 공간) 440,440a : 디스크

Claims (9)

1. 슬러리 원료 탱크로부터 원료공급관로를 통해 연속하여 공급되는 슬러리를 분쇄하기 위한 분쇄 매개체를 내부에 수용하고 있는 분쇄실과;
   상기 분쇄실 내에 회전축에 의하여 회전되게 설치되어 상기 매개체에 운동 에너지를 줌으로써 슬러리와 분쇄 매개체를 교반하고 분쇄하는 분쇄수단과;
   상기 회전축을 구동하기 위한 모터 구동수단과;
   상기 분쇄실과 분리되게 설치되어 접속관로를 통해 연결됨으로써 상기 분쇄실 내에서 분쇄된 슬러리 및 분쇄 매개체가 이송되어 수집되는 분리실과;
   상기 분리실 내에 회전축에 의해 회전되게 설치되어 슬러리 속에 포함된 분쇄 매개체를 걸러 내고, 슬러리만을 통과시켜 외부로 배출토록 하는 분리기와;
   상기 분리기를 장착한 회전축을 구동하기 위한 모터; 및
   상기 분리기를 통해 외부로 배출되지 못하고 분쇄 매개체를 포함한 채 상기 분리실 내에 잔류하는 잉여 슬러리가 상기 분쇄실 측으로 순환되도록 형성되는 복귀관로;를 포함하여 구성된 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복귀관로는 원료공급관로를 경유하여 상기 분쇄실 측에 잉여 슬러리를 리턴시키도록 연결하는 관로이며, 상기 분리실 측에서 상기 원료공급관로 측으로 분쇄 매개체를 포함하고 있는 슬러리의 순환이동만을 허용하는 체크밸브가 상기 복귀관로의 도중에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 분리실은 상기 분쇄실보다 상측에 설치되는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 분리기는 원심분리형 분리기, 고정 및 회전 디스크 사이의 갭을 이용한 갭 분리기, 스크린 분리기, 슬롯 홀 분리기, 그리드 링 분리기 및 그리드 심 링 분리기 중에서 선택되는 어느 하나로서, 상기 분리기들을 호환하여 회전축에 교체 장착 가능한 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
5. 제1항 내지 제5항 중 한 항에 있어서, 상기 분쇄실 및 로터와 핀을 장착한 회전축은 수직 또는 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 분리기를 통과한 슬러리는 회전축의 속이 빈 중공부를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 분쇄수단을 구동하는 모터와 상기 분리기를 구동하는 모터는 각기 개별적으로 구동속도가 제어되는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 분리기의 회전속도 조절을 통하여 원하는 입도의 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 한 항에 있어서, 상기 분쇄 및 분산장치는 습식 및 건식에 적용 가능한 것을 특징으로 하는 원료의 미립자 가공을 위한 분쇄 및 분산장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

Images