KR20180044046A - 미세입자 건조장치 - Google Patents

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Abstract

미세입자 건조장치는 예열기, 메인건조탱크, 분리부재, 및 재공급부재를 포함한다. 상기 예열기는 건조하고 고온의 공기를 생성한다. 상기 메인건조탱크는 상기 예열기로부터 공급받은 건조하고 고온의 공기, 건조의 대상이 되는 습한 미세입자, 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 미세입자보다 큰 크기를 갖는 제1 매개입자, 및 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 제1 매개입자와 다른 크기를 갖는 제2 매개입자를 이용하여, 상기 습한 미세입자가 건조된다. 상기 분리부재는 상기 메인건조탱크로부터 건조된 미세입자를 분리한다. 상기 재공급부재는 상기 건조된 미세입자가 분리된 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 및 상기 제2 매개입자를 상기 메인건조탱크로 다시 주입하는 재공급부재를 포함한다.

Description

미세입자 건조장치{Apparatus for Drying Fine Particles}
본 발명은 미세입자 건조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 건조된 미세입자가 응집되는 것을 방지하여 건조효율이 향상되는 미세입자 건조장치에 관한 것이다.
미세입자들은 일반적으로 수십 나노미터 내지 수 마이크로미터 정도의 매우 작은 크기를 갖는다. 미세입자들은 큰 입자들에 비해 높은 비표면적(specific surface)을 가지며, 표면적과 부피의 비율이 높은 편이다.
미세입자들은 일반적으로 액체용매를 이용하여 생성된다. 액체용매를 이용하여 생성된 미세입자들은 후처리과정으로 건조과정이 필수적으로 요구된다. 그러나 미세입자들은 높은 비표면적 등의 특징으로 인하여 응집력이 높아서, 건조과정 중에 응집체가 쉽게 형성된다.
건조방법으로는 유동 배드(fluidized bed)를 이용한 건조방법이 있다. 그러나 유동 배드를 이용한 건조방법은 유동화된 입자들이 채널을 형성하여 일부에서만 흐르는 편류현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 미세입자들이 뭉쳐서 응집체를 형성하는 문제점도 존재한다.
대한민국실용신안등록 제20-0334236호(2014. 4. 24), "유동층 건조장치" 대한민국특허등록 제10-047560호(2004. 4. 6), "유동매체를 이용한 액상건조장치"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 건조된 미세입자가 응집되는 것을 방지하여 건조효율이 향상되는 미세입자 건조장치에 관련된 기술을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 미세입자 건조장치는 예열기, 메인건조탱크, 분리부재, 및 재공급부재를 포함한다. 상기 예열기는 건조하고 고온의 공기를 생성한다. 상기 메인건조탱크는 상기 예열기로부터 공급받은 건조하고 고온의 공기, 건조의 대상이 되는 습한 미세입자, 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 미세입자보다 큰 크기를 갖는 제1 매개입자, 및 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 제1 매개입자와 다른 크기를 갖는 제2 매개입자를 이용하여, 상기 습한 미세입자가 건조된다. 상기 분리부재는 상기 메인건조탱크로부터 건조된 미세입자를 분리한다. 상기 재공급부재는 상기 건조된 미세입자가 분리된 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 및 상기 제2 매개입자를 상기 메인건조탱크로 다시 주입하는 재공급부재를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 메인건조탱크는, 상기 건조하고 고온의 공기를 공급받아 상기 습한 미세입자와 혼합하는 윈드박스; 및 상기 윈드박스와 연결되어, 상기 윈드박스로부터 공급받은 공기와 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 및 상기 습한 미세입자를 혼합하는 메인원통을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 분리부재는, 상기 메인원통으로부터 공급받은 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 상기 건조하고 고온의 공기, 및 상기 건조된 미세입자를 균일하게 분배하는 공기 분배기; 상기 공기 분배기로부터 공급받은 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 상기 건조하고 고온의 공기, 및 상기 건조된 미세입자에 선회 흐름을 형성하여 상기 건조된 미세입자를 분리하는 사이클론; 및 상기 사이클론으로부터 분리된 상기 건조된 미세입자를 포집하는 백 하우스를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 재공급부재는 상기 사이클론으로부터 분리된 나머지 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 및 상기 제2 매개입자를 상기 메인원통으로 다시 주입하는 다운스트림 파이프를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 미세입자 건조장치는 건조시키기 위한 공기를 소정의 압력으로 주입하는 에어 컴프레셔; 상기 에어 컴프레셔의 출력부에 연결되어 상기 에어 컴프레셔로부터 공급받은 공기의 수분을 제거하여 건조한 공기를 생성하는 공기 건조기; 상기 공기 건조기의 출력부에 연결되어, 상기 공기 건조기로부터 상기 건조한 공기를 공급받아 상기 예열기에 일정한 속도로 공급하는 공기 조정기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 매개입자의 크기는 상기 미세입자의 10배 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 매개입자의 크기는 상기 제1 매개입자의 2배 이상일 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 서로 다른 크기를 갖는 두 가지 종류의 매개입자들을 이용하여 습한 미세입자를 건조시킴으로써 미세입자 건조장치의 메인건조탱크 내에서 건조과정 중에 발생될 수 있는 편류현상이 방지된다.
더욱이 서로 다른 크기의 매개입자들이 메인건조탱크 내에서 외벽과 충돌하여 습한 미세입자가 메인건조탱크의 외벽에 응집체를 형성하는 것이 방지된다.
따라서 미세입자를 건조하는데 소요되는 에너지가 감소하고 건조에 소요되는 시간이 절약된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 건조장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치의 메인원통(9)을 나타내는 단면도이다.
도 3은 한 가지 종류의 매개입자만이 투입된 메인원통을 나타내는 단면도이다.
도 4a 내지 도 9b는 진공오븐을 이용하여 건조되거나 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조된 알루미늄 플럭스 및 구리 덴드리머 가루를 나타내는 주사전자현미경(SEM) 이미지들이다.
도 10a는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치의 시간에 따른 절대습도 및 온도를 나타내는 그래프이다.
도 10b는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치의 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 1에 도시된 미세입자 건조장치의 시간에 따른 건조속도를 나타내는 그래프이다.
도 12a는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 시간에 따른 알루미늄 플럭스(Al flux)의 건조속도를 나타내는 그래프이다.
도 12b는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 시간에 따른 구리 덴드리머 가루의 건조속도를 나타내는 그래프이다.
도 13a는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 알루미늄 플럭스 가루에 대하여 제1 매개입자 및 제2 매개입자를 이용하여 건조된 경우를 나타내는 이미지이다.
도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 건조장치에서 알루미늄 플럭스 가루에 대하여 제1 매개입자만을 이용하여 건조된 경우를 나타내는 이미지이다.
도 13c는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 구리 덴드리머 가루에 대하여 제1 매개입자 및 제2 매개입자를 이용하여 건조된 경우를 나타내는 이미지이다.
도 13d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 건조장치에서 구리 덴드리머 가루에 대하여 제1 매개입자만을 이용하여 건조된 경우를 나타내는 이미지이다.
도 14는 미세입자와 매개입자의 다양한 비율에 대하여, 시간에 따른 건조비율을 나타내는 그래프이다.
도 15는 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)과 최대건조속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 16은 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 유입 공기 온도(inlet gas temperature)에 따른 최대건조속도(RDmax)를 나타내는 그래프이다.
도 17은 도 1에 도시된 미세입자 건조장치에서 유입되는 공기의 온도와 건조에 소요되는 에너지 효율을 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세입자 건조장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 미세입자 건조장치는 에어 컴프레셔(1), 공기 건조기(2), 공기 조정기(3), 유량계(4), 예열기(5), 온도계들(6a, 6b), 제1 밸브(7), 윈드박스(wind box)(8), 메인원통(9), 사이클론(cyclone)(10), 다운스트림 파이프(downstream pipe)(101), 제2 밸브(11), 백 하우스(bag house)(12), 및 습도계(13)를 포함한다.
에어 컴프레셔(1)는 공기건조기(2)로 건조시키기 위한 공기를 소정의 압력으로 주입한다.
공기 건조기(2)는 에어 컴프레셔(1)의 출력부에 연결되며, 에어 컴프레셔(1)로부터 공급받은 공기에서 수분을 제거하여 건조한 공기를 생성한다.
공기 조정기(3)는 공기 건조기(2)의 출력부에 연결되며, 공기 건조기(2)로부터 건조한 공기를 공급받아 일정한 속도로 공급한다.
유량계(4)는 공기 조정기(3)에 연결되며, 공기 조정기(3)로부터 공급받은 건조한 공기의 속도를 측정한다. 본 실시예에서, 공기 조정기(3)는 유량계(4)로부터 측정된 공기의 속도를 이용하여 공기의 일정한 속도를 유지한다.
예열기(5)는 공기 조정기(3)에 연결되며, 공기 조정기(3)로부터 일정한 속도로 공급받은 건조한 공기를 유입되는 공기의 온도(Tg)로 가열한다. 유입되는 공기의 온도(Tg)는 건조시키기 위한 온도, 예열온도 등으로 표현될 수도 있다.
온도계들(6a, 6b)은 각각 예열기(5) 및 공기분배기(97)에 배치되어, 예열기(5)를 통하여 유입되는 공기의 온도(Tg)(또는 예열온도), 및 공기분배기(97)를 통과하는 공기의 온도를 측정한다.
제1 밸브(7)는 예열기(5)와 윈드박스(8) 사이에 배치되어, 예열기(5)로부터 공급된 공기가 윈드박스(8)로 유입되는 것을 조절한다. 본 실시예에서, 제1 밸브(7)는 솔레노이드 밸브를 포함한다.
윈드박스(8)는 제1 밸브(7)를 통과하는 공기를 공급받아 공기의 흐름을 조절함과 동시에, 동압(動壓)의 대부분을 정압(靜壓)으로 변환시켜, 메인원통(9)으로 보내지는 공기흐름이 소정의 일정한 분포 또는 대칭적인 흐름이 되도록 하는 공기상자이다. 예를 들어 이동 화격자의 예에서와 같이 화격자의 위치에 따라 공급 공기량을 조절하기 위해 화격자를 칸막이하고, 댐퍼를 설치한 공기 상자일 수 있다.
메인원통(9)은 윈드박스(8)에 연결되어, 윈드박스(8)로부터 공급받은 공기와 메인원통(9) 내부에 배치되는 제1 매개입자(도 2의 91), 제2 매개입자(도 2의 93), 및 습한 미세입자들(도 2의 71a)이 혼합된다. 본 실시예에서, 습한 미세입자들(도 2의 71a)은 윈드박스(8)를 통하여 공급받을 수 있다. 다른 실시예에서, 습한 미세입자들(도 2의 71a)은 제1 밸브(7)를 통하여 공급받을 수도 있다.
본 실시예에서, 메인원통(9)은 중앙에 빈 공간이 있는 원통형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 중앙에 빈 공간을 포함하기만 한다면, 메인원통(9) 대신에 사각기둥 형상, 다각기둥 형상, 구형 형상의 다양한 형태의 메인건조탱크가 가능하다. 예를 들어, 메인원통(9)은 0.087m(지름)×1.0m(높이)의 크기를 가질 수 있다.
본 실시예에서, 미세입자 건조장치는 공기분배기(air distributor)(97)를 더 포함할 수 있다. 공기 분배기(97)는 메인원통(9)과 사이클론(10) 사이에 배치되어, 메인원통(9)으로부터 유입되는 물질을 사이클론(10)으로 균일하게 분배한다. 메인원통(9)으로부터 유입되는 물질은 제1 매개입자(91), 제2 매개입자(93), 습한 미세입자(71a), 건조된 미세입자(71b), 및 건조한 공기를 포함할 수 있다. 구체적으로, 공기 분배기(97)는 물질이 유입되는 일단이 메인원통(9)의 상부에 연결되고, 물질이 유출되는 타단이 사이클론(10)의 상부에 연결된다.
예를 들어, 공기 분배기(97)는 0.003m(지름)×0.2m(높이)의 크기를 가질 수 있다.
사이클론(10)은 공기 분배기(97)에 연결되어, 공기분배기(97)를 통하여 유입되는 제1 매개입자(91), 제2 매개입자(93), 습한 미세입자(71a), 건조된 미세입자(71b), 및 건조한 공기에 선회 흐름을 형성한다.
제1 매개입자(91), 제2 매개입자(93), 습한 미세입자(71a), 건조된 미세입자(71b), 및 건조한 공기 중에서, 제1 매개입자(91), 제2 매개입자(93), 및 제1 매개입자(91) 또는 제2 매개입자(93)에 부착된 습한 미세입자(71a)는 원심력에 의해 회전하더라도 자중에 의해 사이클론(10)의 중앙부분에서 선회 흐름을 하게 되지만, 건조된 미세입자(71b)는 가볍기 때문에 사이클론(10)의 주변부로 선회 흐름을 하게 되어 포집된다. 본 실시예에서, 사이클론(10) 내에 별도의 구동장치가 없더라도, 가벼운 건조된 미세입자(71b)와 무거운 제1 매개입자(91) 또는 제2 매개입자(93)에 부착된 습한 미세입자(71a)가 원심력에 의해 자연스럽게 분리된다.
백 하우스(bag house)(12)는 사이클론(10)의 외측에 배치되어, 사이클론(10)으로부터 분리되는 건조된 미세입자(71b)를 포집한다.
본 실시예에서, 건조된 미세입자(71b)는 사이클론(10) 및 백 하우스(12)를 이용하여 포집한다. 다른 실시예에서, 건조된 미세입자(71b)를 포집할 수 있다면, 다양한 구조의 분리부재가 사용될 수 있다.
다운스트림 파이프(101)는 사이클론(10)과 메인원통(9) 사이를 연결하고 사이클론(10)을 통과한 물질을 메인원통(9)으로 재공급한다. 구체적으로, 다운스트림 파이프(101)는 물질이 유입되는 일단이 사이클론(10)의 하부에 연결되고, 물질이 유출되는 타단이 메인원통(9)에 연결된다. 본 실시예에서, 다운스트림 파이프(101)의 물질이 유출되는 타단은 메인원통(9)의 측면 중에서 아래쪽에 인접하게 배치된다.
예를 들어, 다운스트림 파이프(101)는 0.025m의 지름을 가지며 스테인레스 재질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 다운스트림 파이프(101)는 건조된 미세입자(71b)가 분리된 습한 미세입자(71a), 제1 매개입자(91), 및 제2 매개입자(93)가 메인원통(9)으로 다시 공급될 수 있다면, 다양한 구조의 재공급부재를 포함할 수 있다.
제2 밸브(11)는 다운스트림 파이프(101) 상에 배치되어, 다운스트림 파이프(101)를 통과하는 물질의 유동을 조절한다.
습도계(13)는 백 하우스(12)와 연결되어, 백 하우스(12)를 통과하는 공기의 습도를 측정한다. 백 하우스(12)를 통과하는 공기의 습도는 건조된 미세입자(71b)의 습도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 미세입자 건조장치의 메인원통(9)을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 습한 미세입자들(71a)과 함께 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)가 메인원통(9) 내에 유입된다.
본 실시예에서, 습한 미세입자들(71a)은 알루미늄 플럭스(aluminum flux; Al flux) 및 구리 덴드리머 가루(copper dendrimer powder; copper dendrimer)를 포함한다. 예를 들어, 알루미늄 플럭스와 구리 덴드리머 가루의 물성은 [표 1]에 도시된 바와 앝다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 1]에서, 알루미늄 플럭스의 습도는 30.2%이고, 밀도는 2,730 kg/m3이고, 크기는 0.8 내지 20μm이며, 평균지름은 8.6μm이었다. 구리 덴드리머 가루의 습도는 25.0%이고, 밀도는 5,980 kg/m3이며, 크기는 0.2 내지 20μm이고, 평균지름은 2.7μm이었다.
제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)는 불활성 입자들(inert particles)이 사용된다. 불활성 입자들은 유동 배드 내에서 유동화되고(fluidizing), 열전도도가 높으며, 확산되는 특정을 갖는다. 불활성 입자들이 유동화되지 않고 딱딱한 경우, 입자들의 이탈이 어렵기 때문이다. 또한, 불활성 입자들이 유동화됨으로써 습윤한 미세입자들 사이의 접촉면적을 증가시켜서 건조효율을 향상시킬 수 있다.
제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)는 유리구슬, 실리카 모래, 활성 알루미나(activated aluminia) 등이 사용될 수 있다. 건조가 진행되는 동안, 습한 미세입자들(71a)은 유동화된 제1 매개입자(91) 또는 제2 매개입자(93)의 표면에 부착된 상태에서 습기가 제거된다. 습기가 제거된 미세입자들(71b)은 제1 매개입자(91) 또는 제2 매개입자(93)로부터 이탈되어 백 하우스(12)에 포집된다.
본 실시예에서, 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)는 서로 다른 크기를 갖기 때문에, 이동성에 차이가 있으므로 매개입자들 상호간 및/또는 메인원통(9)의 외벽과 활발한 충돌이 발생한다. 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)가 메인원통(9)의 내벽과 활발한 충돌이 발생하는 경우, 습한 미세입자들(71a)이 메인원통(9)의 내벽에 응집되는 것(95)이 거의 없다.
제1 매개입자(91)는 미세입자(71a)보다 큰 크기를 가져서 건조과정 중에 습한 미세입자(71a)가 제1 매개입자(91)의 외면 상에 부착될 수 있다. 제1 매개입자(91)는 미세입자(71a)보다 10배 이상의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제1 매개입자(91)는 미세입자(71a)보다 20배 이상의 크기를 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 제1 매개입자(91)는 미세입자(71a)보다 10배 내지 67배의 크기를 가질 수 있다.
제1 매개입자(91)는 제2 매개입자(93)보다 작은 크기를 갖는다. 제2 매개입자(93)와 제1 매개입자(91)보다 1.5매 내지 10배의 크기를 갖는다. 바람직하게는 제2 매개입자(93)는 제1 매개입자(91)의 2.5배 내지 3.5배의 크기를 갖는다. 더욱 바람직하게는 제2 매개입자(93)는 제1 매개입자(91)에 비해 2.78배 또는 3배의 크기를 가질 수 있다.
[표 1]을 다시 참조하면, 제1 매개입자(91, [표 1]의 fine)의 습도는 0%이며, 밀도는 2,500 kg/m3이고, 크기는 150 내지 212μm이며, 평균 지름은 180μm이었다. 제2 매개입자(93, [표 1]의 coarse)의 습도는 0%이며, 밀도는 2,500 kg/m3이고, 크기는 400 내지 600μm이며, 평균 지금은 500μm이었다. 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)의 비율은 50%:50%이었다.
메인원통(9) 내에서 순환하는 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)의 표면속도(Ug)는 0.825 m/s이었고, 최소 유동속도는 0.28 m/s이었다.
도 3은 한 가지 종류의 매개입자만이 투입된 메인원통을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에서, 제1 매개입자가 사용되지 않는 것을 제외한 나머지 구성요소는 도 2에 도시된 실시예와 동일하므로 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 습한 미세입자(71a)가 제2 매개입자(93)와 함께 메인원통(9) 내에 투입된다. 제2 매개입자(93)만이 투입되는 경우, 제2 매개입자들(93)은 크기가 동일하기 때문에 메인원통(9) 내에서 서로 충돌하지 않고 균일한 흐름(laminar flow)을 나타낸다. 제2 매개입자들(93)이 균일한 흐름을 나타내는 경우, 제2 매개입자들(93)이 흐르지 않는 부분에서 습한 미세입자들(71a)의 응집체(95a)가 형성된다. 예를 들어, 메인원통(9)의 내면 상에 응집체(95a)가 형성되어 건조효율이 저하되고 에너지가 낭비된다.
반면에, 도 2에 도시된 본 실시예에서는, 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)가 함께 투입되기 때문에, 미세입자(71a)가 메인원통(9)의 내면에 응집되지 않고 건조효율이 향상되고 에너지가 절약된다.
건조속도 및 건조효율
온도계 및 습도계를 이용하여 상대습도 및 온도를 구한다. 절대습도(Y)는 하기의 [식 1]과 같이 구할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00002
이때, mA, mB, RH, P, 및 PA,sat는 각각 물의 질량, 건조한 공기의 질량, 상대습도, 전체 압력, 및 포화수증기압을 나타낸다.
습한 부피(humid volume)(V)는 하기의 [식 2]와 같이 절대습도(Y)로부터 구해질 수 있다.
[식 2]
Figure pat00003
이때, MA, MB, 및 Tg는 각각 물의 분자량, 건조한 공기의 분자량, 및 건구온도를 나타낸다. 건구온도는 윈드박스의 온도 및 유입되는 공기의 온도와 동일하다.
건조로 인하여 제거된 물의 질량(WA)은 하기의 [식 3]으로부터 구할 수 있다.
[식 3]
Figure pat00004
이때,
Figure pat00005
, Yout, Yin, 및 Q는 질량흐름률(mass flow rate), 배출공기의 절대습도, 유입공기의 절대습도, 및 공기의 체적유량(volumetric flow rate)를 나타낸다.
건조율(drying rate, RD)은 하기의 [식 4]와 같이 단위면적당 제거되는 습도의 비율에 의해 구해질 수 있다.
[식 4]
Figure pat00006
이때, At는 단면적을 나타낸다.
건조효율(
Figure pat00007
)은 [식 5]와 같이 습기를 증발시키는데 필요한 에너지(Ein)와 투입된 에너지(Eused)의 비율에 의해 정의될 수 있다.
[식 5]
Figure pat00008
실시예
3.8kg의 유리구슬들이 유동화되는 매개입자로 사용되었다. 뜨거운 공기가 공기 건조기(2), 공기 조정기(3), 유량계(4), 및 예열기(5)를 통하여 낮은 습도로 공급되었다.
가열된 매개입자들이 메인원통(9) 내에 일정한 온도로 머무르는 동안, 뜨거운 공기가 유입되는 것을 차단하여 상기 공기가 제1 밸브(7)에 의해 우회되었다. 습한 미세입자들이 윈드박스(8) 내에 배치되는 경우, 제1 밸브(7)가 꺼지고, 매개입자들이 습한 미세입자들과 함께 유동화되었다. 유입되는 공기의 온도(Tg)는 수분동안 감소되었다가 이후 급격히 상승하였다. 유입되는 공기의 표면적인 가스 속도는 0.087m의 지금을 갖는 원통에서 0.825m/s의 속도를 가졌다. 또한, 열손실을 줄이기 위하여, 미세입자 건조장치의 외벽은 유리섬유로 절연되었다.
건조된 미세입자들은 이후 사이클론(10)으로 이동되었고, 사이클론(10)에 포집되지 않을 정도로 충분히 건조된 미세입자들은 이후 백 하우스(12)에 포집되었다. 본 실시예에서, 습기의 응축을 방지하기 위하여 백 하우스(12)가 가열되었다. 백 하우스(12)에 포집된 미세입자들의 무게는 실험전후 백 하우스(12)의 무게를 측정하여 그 차이값으로 구하였다.
습도계(13)를 이용하여 백 하우스(12)로부터 배출되는 공기의 습도를 측정하였다.
건조효율을 판단하기 위하여, 건조과정에 소모된 에너지를 측정하였다. 예열기(5)의 경우 사용한 전기에너지를 측정하였다. 에어 컴프레셔(1)에서 사용된 에너지는 Kunii 및 Levenspiel의 1991년 논문(D.Kunii, O.Levenspiel, Fluidization engineering, second edition, New York: Wiley (1991))에 개시된 방법으로 구하였다. 건조 에너지 효율은 제거된 수분의 잠열로 나누어서 구해질 수 있다.
실험예
내부지름이 0.087m이고, 높이가 1.0m인 유동 배드(fluidized bed) 내에서, 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)를 이용하여 미세입자(71a, 71b)가 건조된다. 제1 매개입자(91)는 180μm의 크기를 가지며, 제2 매개입자(93)는 500μm의 크기를 갖는다. 제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)는 다른 물질과 반응하지 않는 불활성 특성을 갖는다. 미세입자들(71a, 71b)과 매개입자들(91,93)의 질량비(F/I)는 0.05 내지 0.2일 수 있다. 유동 배드 내의 불활성 가스는 40℃ 내지 100℃의 온도를 가지며, 표면상의 가스 속도는 0.825m/s이다.
본 실시예에서, 구리 덴드리머 가루(copper dendrimer power) 및 알루미늄 플럭스(aluminum flux)가 습윤한 미세입자(71a)로 사용된다. 예를 들어, 구리 덴드리머 가루는 X0= 25.0% wet basis, dp= 2.7 μm, ρp= 5980 kg/m3의 특성을 가질 수 있으며, 알루미늄 플럭스는 X0= 30.2% wet basis, dp= 8.6 μm, ρp= 2730 kg/m3의 특성을 가질 수 있다. 제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)는 각각 180μm의 크기 및 500μm의 크기를 갖는 유리구슬이 사용될 수 있다.
건조된 미세입자(71b)의 습도는 0.2% 내지 0.7%이다. 응집체는 거의 나타나지 않으며, 단일 매개입자가 사용된 경우에 비해 2~3배 가량 차이가 있었다. 에너지 효율은 60 oC의 온도(Tg)에서, 미세입자들(71a, 71b)과 매개입자들(91, 93)의 질량비(F/I)가 0.1일 때 가장 우수했다.
도 4a 내지 도 9b는 진공오븐을 이용하여 건조되거나 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조된 알루미늄 플럭스 및 구리 덴드리머 가루를 나타내는 주사전자현미경(SEM) 이미지들이다. 상기 오븐을 이용한 건조의 경우, 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃이었으며 24시간 건조되었다. 상기 미세입자 건조장치를 이용한 건조의 경우, 건조된 후에 0.2% 내지 0.7%의 잔류습도가 관측되었다.
도 4a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에 1,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 4b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에, 1,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 5a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에 2,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 5b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에, 2,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 6a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 1μm의 스케일에 10,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 6b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 알루미늄 플럭스(Al flux)를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 1μm의 스케일에, 10,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 4a, 5a, 및 6a를 참조하면, 오븐을 이용하여 알루미늄 플럭스를 건조시킨 경우, 미세입자들이 몇 개의 커다른 응집체(agglomeration)를 형성하였고, 각 응집체가 여러개의 부분으로 부서졌다.
도 4b, 5b, 및 6b를 참조하면, 본 발명의 미세입자 건조장치를 이용하여 알루미늄 플럭스를 건조시킨 경우, 미세입자들이 균일하게 분포되어 있으며, 응집체를 형성하지 않았다.
도 7a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에 1,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 7b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에, 1,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 8a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에 2,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 8b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 10μm의 스케일에, 2,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 9a는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 오븐에서 건조시킨 경우이며, 1μm의 스케일에 10,000배율인 주사전자현미경 이미지이며, 도 9b는 유입되는 공기의 온도(Tg)는 100℃에, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I ratio)이 0.1이고, 구리 덴드리머 가루를 도 1에 도시된 미세입자 건조장치를 이용하여 건조시킨 경우이며, 1μm의 스케일에, 10,000배율인 주사전자현미경 이미지이다.
도 7a, 8a, 및 9a를 참조하면, 오븐을 이용하여 구리 덴드리머 가루를 건조시킨 경우, 미세입자들이 몇 개의 커다른 응집체(agglomeration)를 형성하였고, 각 응집체가 여러개의 부분으로 부서졌다.
도 7b, 8b, 및 9b를 참조하면, 본 발명의 구리 덴드리머 가루를 이용하여 알루미늄 플럭스를 건조시킨 경우, 미세입자들이 균일하게 분포되어 있으며, 응집체를 형성하지 않았다.
알루미늄 플럭스와 구리 덴드리머 가루를 비교해보면, 본 발명의 미세입자 건조장치를 이용하는 경우에는 두 경우 모두 미세입자들이 균일하게 분포되어 응집체를 형성하지 않았다.
다만, 오븐을 이용하는 경우, 알루미늄 플럭스가 건조되어 형성되는 응집체의 크기가 구리 덴드리머 가루가 건조되어 형성되는 응집체의 크기에 비해 크고 갈라짐이 더 심했다.
도 10a는 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s인 경우, 시간에 따른 절대습도 및 온도를 나타내는 그래프이다. 도 10a에서, 절대습도(absolute humidity)는 그래프의 좌측에 대응되고, 유출되는 물질의 온도(outlet temperature), 유입 공기의 온도(inlet gas temperature), 메인원통(도 1의 9)의 온도(temperature in bed)는 그래프의 우측에 대응된다.
도 10a를 참조하면, [식 1]을 이용하여 측정된 상대습도와 온도로부터 시간에 따른 절대습도를 구하였다.
미세분말 건조장치에 의해 제거된 수분의 질량은 [식 3]을 이용하여 수치해석으로 계산하였다. 측정된 질량은 0.128kg으로 이론상 값인 0.164kg보다 적었다. 결과적으로, 미세입자 내에 잔류하는 수분의 질량은 0.024kg이며, 사이클론(도 1의 10) 출구에서 절연되지 못하여 응축되는 수분은 0.012kg이었다. 미세입자 건조장치는 35분동안 구동되었다.
도 10a에서, 절대습도(absolute)의 그래프와 메인원통의 온도(temperature in bed)가 서로 반대되는 경향을 보이는 이유는 물의 잠열 때문이다. 유입 공기의 온도(inlet gas temperature)가 60℃임에 비해, 유출되는 물질의 온도(outlet temperature)가 40℃인 이유는, 미세입자 건조장치 내의 열손실 때문이다.
도 10b는 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이고, 유입되는 물질의 습도가 30.2%이며, 건조전 물질의 전체 질량이 0.544 kg인 경우, 미세입자 건조장치의 각 부분인, 예열기(도 1의 5), 윈드박스(도 1의 8), 메인원통(temperature in bed, 도 1의 9), 사이클론(도 1의 10)에서 시간에 따른 온도변화를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 10b를 참조하면, 예열기(5)에 비해 사이클론(10)에서 많은 온도차가 발생했는데, 이는 공기분배기(97) 및 사이클론(10)에서 열손실이 발행했기 때문이다. 반면에, 예열기(5)와 윈드박스(8)에서는 열손실이 거의 없었다.
도 11은 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이고, 유입되는 물질의 습도가 30.2%이며, 건조전 물질의 전체 질량이 0.544 kg인 경우, 시간에 따른 건조속도를 나타내는 그래프이다.
도 1, 도 2, 및 도 11을 참조하면, 건조속도는 절대습도와 비슷한 경향을 나타낸다. 실험시작직후, 최대건조속도(RDmax)가 나타났다. 구체적으로 메인원통(9) 내의 습한 미세입자들(7a)이 제1 매개입자들(91) 및 제2 매개입자들(93) 상에 분산되는 경우, 매우 넓은 표면적을 형성한다. 이후 습한 미세입자들(7a)이 건조된다. 이후 건조된 미세입자들(7b)은 제1 매개입자들(91) 및 제2 매개입자들(93)로부터 이탈되어 사이클론(10)을 통하여 백 하우스(12)에 포집되지만, 제1 매개입자들(91), 제2 매개입자들(93), 및 매개입자들(91, 93)과 결합된 습한 미세입자들(7a)은 사이클론(10)을 통과하여 다운스트림 파이프(101)로 유입되고 메인원통(9)으로 다시 유입된다.
건조과정이 진행됨에 따라 메인원통(9) 내의 습한 미세입자들(7a)이 줄어들어 건조속도가 감소한다.
도 12a는 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이고, 유입되는 물질의 습도가 30.2%이며, 건조전 물질의 전체 질량이 0.544 kg인 경우, 시간에 따른 알루미늄 플럭스(Al flux)의 건조속도를 나타내는 그래프이며, 도 12b는 유입되는 공기의 온도(Tg)가 100℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이고, 유입되는 물질의 습도가 25%이며, 건조전 물질의 전체 질량이 0.507 kg인 경우, 시간에 따른 구리 덴드리머 가루의 건조속도를 나타내는 그래프이다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 건조 초기단계에서는 알루미늄 플럭스의 최대 건조속도가 구리 덴드리머 가루의 최대 건조속도에 비해 높으나, 구리 덴드리머 가루의 전체 건조시간은 알루미늄 플럭스의 건조시간보다 적은 23분이었다. 제1 및 제2 매개입자들을 이용하여 구리 덴드리머 가루를 건조하는 경우(Binary), 제2 매개입자만 이용하여 구리 덴드리머 가루를 건조하는 경우(Mono), 제1 및 제2 매개입자들을 이용하여 알루미늄 플럭스를 건조하는 경우(Binary 1st, Binary 2nd), 제2 매개입자만 이용하여 알루미늄 플럭스를 건조하는 경우(Mono)의 건조실험의 물성이 [표 2]에 정리되어 있다.
[표 2]
Figure pat00009
[표 2]에서 구리 덴드리머 가루의 'Binary'는 제1 매개입자(도 2의 91) 및 제2 매개입자(도 2의 93)를 모두 이용하는 경우이며, 'Mono'는 제1 매개입자(도 2의 91)만을 단일 매개입자로 사용하여 미세입자(71a)를 건조하는 경우를 나타낸다. 또한, 알루미늄 플럭스의 'Binary 1st, Binary 2nd'는 제1 매개입자 및 제2 매개입자를 모두 이용하여 2차례 실험한 결과이며, 'Mono'는 제1 매개입자만을 단일 매개입자로 사용하여 미세입자(71a)를 건조하는 경우를 나타낸다.
도 2, 도 12a 및 [표 2]을 참조하면, 알루미늄 플럭스의 경우, 제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)를 모두 이용하는 경우(Binary 1st, Binary 2nd), 제1 매개입자(91)만을 이용하는 경우(Mono)에 비해, 초기 최대 건조속도는 높으나 건조시간은 짧았다. 또한 수집된 미세입자의 질량이 3배가량 차이가 나는데, 이는 제1 매개입자(91)만을 사용하는 경우 유입된 미세입자의 상당수가 응집체로 메인원통(도 1의 9)의 내벽에 부착되었기 때문이다.
도 13a는 알루미늄 플럭스 가루에 대하여 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스 가루의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이되, 제1 매개입자 및 제2 매개입자를 이용하여 건조된 경우를 나타내고, 도 13b는 알루미늄 플럭스 가루에 대하여 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 알루미늄 플럭스 가루의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이되, 제1 매개입자만을 이용하여 건조된 경우를 나타낸다.
도 1 내지 도 3, 도 13a, 및 도 13b를 참조하면, 제1 매개입자(91)만을 사용하는 경우, 메인원통(9)의 내벽에 알루미늄 플럭스의 미세입자(71a)의 응집체(95a)가 다수 형성된다(도 13b). 반면에, 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)를 함께 사용하는 경우, 알루미늄 플럭스의 미세입자들(71a)이 메인원통(9)의 내벽에 거의 응집되지 않는다(도 13a).
도 13c는 구리 덴드리머 가루에 대하여 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 구리 덴드리머 가루의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이되, 제1 매개입자 및 제2 매개입자를 이용하여 건조된 경우를 나타내고, 도 13d는 구리 덴드리머 가루에 대하여 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 구리 덴드리머 가루의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이되, 제1 매개입자만을 이용하여 건조된 경우를 나타낸다.
도 1 내지 도 3, 도 13c, 및 도 13d를 참조하면, 제1 매개입자(91) 및 제2 매개입자(93)를 사용하는 경우, 메인원통(9)의 내벽에 구리 덴드리머 가루의 미세입자(71a)의 응집체(95a)가 다수 형성된다(도 13d). 반면에, 제1 매개입자(91)와 제2 매개입자(93)를 함께 사용하는 경우, 구리 덴드리머 가루의 미세입자들(71a)이 메인원통(9)의 내벽에 거의 응집되지 않는다(도 13c).
도 14는 미세입자와 매개입자의 다양한 비율에 대하여, 시간에 따른 건조비율을 나타내는 그래프이다. 도 14에서, 유입되는 공기의 온도(Tg)가 60℃이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s이되, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)은 0.05, 0.1, 0.15, 및 0.2로 각각 변경되어 실험되었다.
도 14를 참조하면, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.05일 경우, 건조비율은 0.015 kg/m2s이었다. 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1일 경우, 건조비율이 일반적인 그래프 형상을 나타냈다. 반면에, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.15 및 0.2일 경우, 건조비율은 불규칙적인 피크들을 나타냈다. 따라서, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)은 0.1에서 최적의 값을 나타냈다.
도 15는 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)과 최대건조속도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15를 참조하면, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1보다 작은 경우, 건조비율은 건조용량에 따라 증가하였다. 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1보다 큰 경우, 건조비율은 감소하였다. 따라서 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1인 경우, 건조비율이 최적화되었다.
도 16은 유입되는 공기의 온도(Tg)가 40℃ 내지 100℃이고, 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이며, 건조된 미세입자의 질량이 0.380 kg이고, 표면 가스 속도(Ug)가 0.825 m/s인 경우, 유입 공기 온도(inlet gas temperature)에 따른 최대건조속도(RDmax)를 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 16을 참조하면, 최대건조속도(RDmax)는 유입되는 공기의 온도(Tg)가 증가함에 따라 증가하였다. 최대건조속도(RDmax)에서 메인원통(9) 내의 표면 가스 속도(superficial gas velocity)는 1.60 내지 1.75 m/s였으며, 이는 일반적인 표면 가스 속도인 0.825 m/s의 두 배가량 되었다.
도 17은 미세입자와 매개입자의 비율(F/I)이 0.1이고, 표면가스속도(Ug)가 0.825 m/s이며, 구리 덴드리머 가루의 경우 초기습도(X0)가 25.0%이되, 알루미늄 플럭스 가루의 경우 초기습도(X0)가 30.2%일 경우, 유입되는 공기의 온도와 건조에 소요되는 에너지 효율을 나타내는 그래프이다.
도 17에서, 유입되는 공기온도(Tg)가 40, 60, 80, 및 100℃로 각각 변경되어 실험되었다. 유입되는 공기온도(Tg)가 100℃인 경우, 건조속도는 빨랐지만, 에너지 소모량은 급격하게 증가하여 에너지 효율이 낮았다. 유입되는 공기온도(Tg)가 낮은 경우(20 또는 40℃), 소모되는 에너지는 적으나 건조속도가 느려서, 에너지 효율이 낮았다.
유입되는 공기온도(Tg)가 60℃인 경우, 에너지 효율이 최적화되었다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 서로 다른 크기를 갖는 두 가지 종류의 매개입자들을 이용하여 습한 미세입자를 건조시킴으로써 미세입자 건조장치의 메인건조탱크 내에서 건조과정 중에 발생될 수 있는 편류현상이 방지된다.
더욱이 서로 다른 크기의 매개입자들이 메인건조탱크 내에서 외벽과 충돌하여 습한 미세입자가 메인건조탱크의 외벽에 응집체를 형성하는 것이 방지된다.
따라서 미세입자를 건조하는데 소요되는 에너지가 감소하고 건조에 소요되는 시간이 절약된다.
본 발명의 미세입자 건조장치는 중화학공업, 2차전지산업, 의료산업, 농업, 등의 분야에 사용될 수 있는 산업상 이용가능성을 갖는다.
1: 에어 컴프레셔 2: 공기 건조기
3: 공기 조정기 4: 유량계
5: 예열기 6a, 6b: 온도계
7: 제1 밸브 8: 윈드박스
9: 메인원통 10: 사이클론
11: 제2 밸브 12: 백 하우스(bag house)
13: 습도계 71a, 71b: 미세입자
91: 제1 매개입자 93: 제2 매개입자
95a: 응집체 97: 공기분배기
101: 다운스트림 파이프

Claims (7)

  1. 건조하고 고온의 공기를 생성하는 예열기;
    상기 예열기로부터 공급받은 건조하고 고온의 공기, 건조의 대상이 되는 습한 미세입자, 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 미세입자보다 큰 크기를 갖는 제1 매개입자, 및 상기 미세입자와 화학적으로 반응하지 않으며 상기 제1 매개입자와 다른 크기를 갖는 제2 매개입자를 이용하여, 상기 습한 미세입자가 건조되는 메인건조탱크; 및
    상기 메인건조탱크로부터 건조된 미세입자를 분리하는 분리부재; 및
    상기 건조된 미세입자가 분리된 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 및 상기 제2 매개입자를 상기 메인건조탱크로 다시 주입하는 재공급부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인건조탱크는,
    상기 건조하고 고온의 공기를 공급받아 상기 습한 미세입자와 혼합하는 윈드박스; 및
    상기 윈드박스와 연결되어, 상기 윈드박스로부터 공급받은 공기와 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 및 상기 습한 미세입자를 혼합하는 메인원통을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 분리부재는,
    상기 메인원통으로부터 공급받은 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 상기 건조하고 고온의 공기, 및 상기 건조된 미세입자를 균일하게 분배하는 공기 분배기;
    상기 공기 분배기로부터 공급받은 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 상기 제2 매개입자, 상기 건조하고 고온의 공기, 및 상기 건조된 미세입자에 선회 흐름을 형성하여 상기 건조된 미세입자를 분리하는 사이클론; 및
    상기 사이클론으로부터 분리된 상기 건조된 미세입자를 포집하는 백 하우스를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 재공급부재는 상기 사이클론으로부터 분리된 나머지 상기 습한 미세입자, 상기 제1 매개입자, 및 상기 제2 매개입자를 상기 메인원통으로 다시 주입하는 다운스트림 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  5. 제1항에 있어서, 건조시키기 위한 공기를 소정의 압력으로 주입하는 에어 컴프레셔;
    상기 에어 컴프레셔의 출력부에 연결되어 상기 에어 컴프레셔로부터 공급받은 공기의 수분을 제거하여 건조한 공기를 생성하는 공기 건조기;
    상기 공기 건조기의 출력부에 연결되어, 상기 공기 건조기로부터 상기 건조한 공기를 공급받아 상기 예열기에 일정한 속도로 공급하는 공기 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 매개입자의 크기는 상기 미세입자의 10배 이상인 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 매개입자의 크기는 상기 제1 매개입자의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 미세입자 건조장치.
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