KR20230046540A

KR20230046540A - 다층 구조를 갖는 스크랩수거장치의 스크랩분리기

Info

Publication number: KR20230046540A
Application number: KR1020210129643A
Authority: KR
Inventors: 이영한; 이시영; 정현종
Original assignee: 주식회사 듀크린
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-06
Also published as: KR102532526B1

Abstract

"스크랩수거장치용 스크랩분리기"가 개시된다. 본 발명에 의한 "스크랩수거장치용 스크랩분리기"는, 일측에 스크랩(S)과 분진(B)이 혼합된 투입물(B+S)이 투입되는 스크랩투입구(111a)가 형성되며 상부에 흡입압력을 인가하는 집진장치(200)가 결합되며, 상기 흡입압력에 의한 사이클론 작용에 의해 상기 스크랩(S)과 상기 분진(B)의 분리가 진행되는 분리하우징(110)과; 상기 분리하우징(110)의 하부에 결합되며 상기 분리하우징(110)에서 분리된 스크랩(S)이 포집되는 포집호퍼(120)를 포함한다.
여기서, 상기 분리하우징(110)의 내부에는 상부에 수직하게 결합되며 스크랩과 분리된 분진을 상기 집진장치로 배출시키며 판면에 상기 분진(B)이 흡입되는 배출공(113a)이 복수개 관통형성된 분진배출관(113)과; 상기 분진배출관(113)의 하부에 수평하게 결합되고 판면에 복수개의 관통공(115a,116a,117a)이 관통형성되어 상승되는 내부상승선회기류(A2)가 충돌되며 내부상승선회기류(A2)의 선회반경을 증가시켜 내부상승선회기류(A2)와 함께 이동되는 스크랩(S)의 이동속도를 감소시키고 분진(B)은 상기 분진배출관(113)으로 안내하는 둘 이상의 충돌판(115,116,117)을 포함하는 것이 바람직하다.

Description

다층 구조를 갖는 스크랩수거장치의 스크랩분리기{Scrap separator having multi-layer structure for scrap collector}

본 발명은 스크랩분리기에 관한 것으로서, 보다 자세히는 스크랩수거장치에 결합되어 분진과 함께 투입되는 스크랩의 분리효율을 향상시켜 스트랩이 분진의 배출경로를 막는 것을 방지할 수 있는 스크랩분리기에 관한 것이다.

일반적으로 반도체와 같은 전자부품의 생산 또는 처리공정에서 필름형태를 갖는 다양한 크기와 종류의 부산물이 발생하는데 이를 보통 스크랩이라 한다. 스크랩은 스크랩 수거장치에 의해 수거되어 폐기처분되거나 재활용되기도 한다.

종래 스크랩 수거장치의 일례가 등록특허 제10-1896490호 "스크랩 수거장치"에 개시된 바 있다.

개시된 바와 같은 종래 스크랩 수거장치는 외부로부터 함께 투입되는 스크랩과 분진을 분리하는 스크랩분리부와, 스크랩분리부에서 분리된 스크랩이 저장되는 저장부를 갖는다.

도 1은 종래 스크랩 수거장치의 스크랩분리부(10)가 스크랩(S)을 분리하는 과정을 개략적으로 도시한 개략도이다.

도시된 바와 같이 종래 스크랩분리부(10)는 스크랩투입구(11a)가 형성된 분리하우징(11)과, 분리하우징(11)의 하부에 구비되어 스크랩(S)이 포집되는 포집호퍼(13)와, 분리하우징(11)의 내부에 구비되어 스크랩(S)과 분진(B)의 이동경로를 안내하는 내부안내관(12)과, 내부안내관(12)의 내부에 수직하게 배치되어 분진(B)을 외부로 배출시키는 배출관(15)을 포함한다.

내부안내관(12)의 하부에는 스크랩(S)의 유입을 차단하는 복수개의 미세차단공(12a)이 형성된다.

분리하우징(11)의 배출관(15)은 집진장치(20)와 연결되고 분리하우징(11)의 내부로 흡입압력을 인가하여 스크랩투입구(11a)로 투입된 투입물(B+S)이 스크랩(S)과 분진(B)으로 분리되게 한다. 분리하우징(11)은 사이클론 작용에 의해 투입물(B+S)에 혼합된 스크랩(S)과 분진(B)이 분리되게 한다. 도시된 바와 같이 투입물(B+S)은 스크랩투입구(11a)로부터 분리하우징(11)의 내벽면을 따라 원심력에 의해 의해 선회하면서 하강한다. 이 과정에서 상대적으로 비중이 무거운 스크랩(S)은 분진(B)에 비해 원심력을 더 많이 받으므로 분리하우징(11)의 내벽면과 부딪치면서 계속적으로 아래의 포집호퍼(13)로 낙하되어 분리된다.

한편, 비중이 가벼운 분진(B)은 반전상승하여 배출관(15)으로 투입된 후 집진장치(20)를 통해 배출된다.

그런데, 스크랩(S)은 중량대비 면적이 넓은 스크랩(S)의 경우, 항력이 크기 때문에 외각선회류(A1)와 함께 낙하도중 스크랩(S)의 일부가 상승기류를 만나면 포집호퍼(13)로 낙하하지 않고 분진(B)과 함께 상승하는 경우가 발생하게 되고, 내부안내관(12)의 미세차단공(12a)을 막는 경우가 빈번하게 발생한다.

도 1에 확대도시된 바와 같이 스크랩(S)이 미세차단공(12a)을 막으면 분진(B)이 배출관(15)으로 이동되는 경로를 막아 분진(B)과 유체가 외부로 배출되지 못하는 문제점이 있다.

또한, 스크랩(S)과 분진(B)을 운송하는 유체의 흐름이 차단되면 스크랩(S)이 발생하는 영역에서 스크랩의 회수가 안되 불량이 발생가능하고, 집진수단에 흡입유량이 줄거나 차단되어 문제가 발생될 수 있다.

문헌 1. 대한민국특허청, 등록번호 제10-1896490호, "스크랩 수거장치" 문헌 2. 대한민국특허청, 등록번호 제10-1694655호, "사이클론 집진 장치"

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 내부상승선회기류의 이동경로를 변화시키고, 배출경로를 충돌판의 상부와 하부로 이원화하며 스크랩과 분진을 포함하는 내부상승선회기류의 선회반경을 증가시켜 스크랩과 분진의 원활한 분리가 이루어지는 스크랩분리기를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적은 스크랩수거장치에 결합되어 스크랩과 분진을 분리하는 스크랩분리기에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 스크랩분리기는, 일측에 스크랩(S)과 분진(B)이 혼합된 투입물(B+S)이 투입되는 스크랩투입구(111a)가 형성되며 상부에 흡입압력을 인가하는 집진장치(200)가 결합되며, 상기 흡입압력에 의한 사이클론 작용에 의해 상기 스크랩(S)과 상기 분진(B)의 분리가 진행되는 분리하우징(110)과; 상기 분리하우징(110)의 하부에 결합되며 상기 분리하우징(110)에서 분리된 스크랩(S)이 포집되는 포집호퍼(120)를 포함한다.

여기서, 상기 분리하우징(110)의 내부에는 상부에 수직하게 결합되며 스크랩과 분리된 분진을 상기 집진장치로 배출시키며 판면에 상기 분진(B)이 흡입되는 배출공(113a)이 복수개 관통형성된 분진배출관(113)과; 상기 분진배출관(113)의 하부에 수평하게 결합되고 판면에 복수개의 관통공(115a,116a,117a)이 관통형성되어 상승되는 내부상승선회기류(A2)가 충돌되며 내부상승선회기류(A2)의 선회반경을 증가시켜 내부상승선회기류(A2)와 함께 이동되는 스크랩(S)의 외부선회류(A1) 방향으로 관성력을 부여하고, 분진(B)은 상기 분진배출관(113)으로 안내하는 둘 이상의 충돌판(115,116,117)을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스크랩분리기는 분리하우징 내부에서 선회하며 상승하는 내부상승선회기류의 경로를 변경하는 복수개의 충돌판을 배치하여 스크랩과 분진을 포함하는 내부상승선회기류의 선회반경을 증가시킨다.

내부상승선회기류의 선회반경이 가장 큰 영역에서 내부상승선회기류는 급격한 유동의 변화가 발생되는데 이 때 기류에 포함된 스크랩과 분진이 포집되어 높은 포집 효율을 보인다.

또한, 포집호퍼에 포집되길 원하지 않는 분진을 집진장치로 보내기 위해 내부상승선회기류의 이동경로를 따라 스크랩이 포집되지 않을 정도의 흡입력으로 각 충돌판에 형성된 흡입공을 통해 내부상승선회기류의 최대 선회 반경에 도달하지 전까지 분진을 포집한다. 이에 의해 스크랩과 분진의 선택적인 분리성능이 증가한다.

본 발명의 스크랩분리기는 스크랩의 높은 포집성능을 보이면서도 대부분의 분진은 집진장치로 보내게 되며, 종래 내부안내관과 미세차단공이 형성된 스크랩분리부에 비하여 스크랩과 분진의 분리효율 향상과 스크랩이 분진 배출경로를 막던 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 스크랩분리부가 스크랩과 분진을 분리하는 과정을 개략적으로 도시한 예시도,
도 2는 본 발명에 따른 스크랩분리기의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 스크랩분리기가 스크랩과 분진을 분리하는 과정을 도시한 단면예시도,
도 4는 본 발명에 따른 스크랩분리기의 다단 충돌판의 구성을 도시한 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 스크랩분리기에서 스크랩이 다단 충돌판을 통해 분리되는 과정을 확대하여 도시한 예시도이고,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 스크랩분리기의 내부상승선회기류의 상승과 배출과정이 나타난 CFD이미지이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.

발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 당해 구성요소만으로 이루어지는 것으로 한정되어 해석되지 아니하며, 다른 구성요소들을 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 스크랩분리기(100)가 구비된 스크랩수거장치(1)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 스크랩분리기(100)에서 스크랩(S)과 분진(B)의 분리경로를 도시한 단면예시도이다.

도시된 바와 같이 스크랩수거장치(1)는 외부로부터 투입되는 투입물(B+S)로부터 스크랩(S)과 분진(B)의 분리가 진행되는 스크랩분리기(100)와, 스크랩분리기(100)의 상부에 구비되어 집진압력을 인가하여 스크랩(S)과 분진(B)이 사이클론 작용에 의해 분리되게 하는 집진장치(200)와, 스크랩분리기(100)의 하부에 구비되어 분리된 스크랩(S)이 저장되는 저장부(30)를 포함한다.

본 발명의 스크랩분리기(100)는 외부로부터 투입된 투입물(B+S)로부터 스크랩(S)과 분진(B)을 분리하고, 스크랩(S)은 저장부(30)로 이동되고 분진(B)은 집진장치(200)로 배출되게 한다. 본 발명의 스크랩분리기(100)는 사이클론 작용에 의해 스크랩(S)과 분진(B)의 분리과정이 진행되는 분리하우징(110)과, 분리하우징(110)의 하부에 구비되어 원심력과 비중차이에 의해 낙하되는 스크랩(S)이 포집되는 포집호퍼(120)와, 포집호퍼(120)에 포집된 스크랩(S)을 저장부(30)로 이송하는 이송관(130)을 포함한다.

분리하우징(110)은 원통관 형태로 형성되는 하우징본체(111)와, 하우징본체(111)의 상부에 결합되어 하우징본체(111)의 내부로 스크랩(S)과 분진(B)이 포함된 투입물(B+S)을 투입하는 투입관(112)과, 분리하우징(110)의 내부에 수직하게 배치되어 분진(B)을 집진장치(200)로 배출시키는 분진배출관(113)과, 분진배출관(113)의 하부에 결합되어 분진(B)과 함께 상승되는 스크랩(S)의 기류를 변형시켜 분진(B)과 스크랩(S)이 분리포집되게 하는 다단 충돌판(115,116,117)을 포함한다.

여기서, 도면에 도시된 부호 A1은 스크랩(S)과 분진(B)이 함께 혼합된 투입물(B+S)이 하우징본체(111)의 내측벽을 따라 선회하며 생성되는 외부하강선회기류를 의미하고, 부호 A2는 분리하우징(110)과 포집호퍼(120)의 내부에서 발생되는 내부상승선회기류(A2)를 의미한다. 내부상승선회기류(A2)의 발생원리는 원심력방식의 집진기인 사이클론이 원리와 동일하다.

내부상승선회기류(A2)는 스크랩(S)과 분진(B)이 함께 혼합되거나, 분진(B)만 포함할 수 있다. 부호 A3, A4, A5는 각 다단 충돌판(115,116,117)에 부딪친 후 내부상승선회기류(A2)에서 하우징본체(111)의 내벽면을 향해 이동하는 일부 기류이며 충돌판에 의해 선회반경이 증가되어 발생되는 관성력과 선회하는 원심력에 의해 생성된다. 이 때 기류와 함께 이동되는 스크랩(S)이 포함된 외측이동기류를 의미한다.

부호 A2-1,A2-2,A2-3,A2-4는 내부상승선회기류(A2)로부터 분진배출관(113)으로 배출되는 기류를 구분한 것으로 스크랩은 통과하지 못하고 분리 배출하고자 하는 분진만 통과하도록 구성된다.

기류 A3,A4,A5은 내부상승선회기류(A2)에서 하우징본체(111)의 내측 방향으로 회전반경이 증가하는 기류이고, 기류 A2-1,A2-2,A2-3,A2-4는 내부상승선회기류(A2)에서 배출관(113)으로 해당 분리영역에서 선회류가 증가하는 기류로 상반되는 특징을 가진다.

여기서 주된 내부상승선회기류(A2)의 배출이 일어나는 배출공(113a)으로 유입되는 기류 A2-4를 제외한 A2-1,A2-2,A2-3은 상대적으로 원심력이 작아 스크랩의 부착을 방지하기 위하여 적정한 압력차이와 접촉면적에 대한 조정이 필요하다.

여기서 압력차이와 접촉면적은 스크랩의 부착력이며, 해당영역의 선회기류로 발생하는 스크랩의 항력보다 부착력을 작게하는 세부적인 조절이 필요하며 이는 스크랩 또는 분리하고자 하는 입자의 종류에 따라 적절한 변경이 필요하다.

하우징본체(111)의 내벽면에는 투입관(112)과 연통되어 내부로 투입물(B+S)이 유입되는 투입구(111a)가 형성된다. 하우징본체(111)의 하부는 포집호퍼(120)의 내측에 일정 깊이 삽입되게 구비되며, 포집호퍼(120)를 향해 개방된다. 이에 의해 사이클론 작용에 의해 분진(B)과 분리된 스크랩(S)이 포집호퍼(120)로 낙하된다.

분진배출관(113)은 하우징본체(111)의 상부로부터 내부로 일정 깊이 삽입되게 결합되어 분리된 분진(B)을 집진장치(200)로 배출시킨다. 또한, 분진배출관(113)은 집진장치(200)에서 인가되는 흡입압력을 하우징본체(111) 내부로 인가한다.

분진배출관(113)의 하부는 상부충돌판(115)과 결합되고, 외벽면에는 복수개의 배출공(113a)이 관통형성된다. 다단 충돌판(115,116,117)에 형성된 관통홀(115a,116a,117a)을 통해 흡입된 분진(B)과, 배출공(113a)으로 흡입된 분진(B)은 분진배출관(113)의 내부를 따라 이동되어 집진장치(200)를 통해 외부로 배출된다.

여기서, 배출공(113a)은 기류방향변경판(115)으로부터 일정높이(h) 이격된 위치에 형성된다.

다단 충돌판(115,116,117)들은 분진배출관(113)의 하부에 서로 다른 높이로 수평하게 배치되어 스크랩(S)과 분진(B)과 함께 상승되는 내부상승선회기류(A2)의 선회반경을 해당 충돌판(115,116,117)의 외경보다 크게 확장시킨다.

도 4는 다단 충돌판(115,116,117)의 평면구성을 도시한 평면도이고, 도 5는 다단 충돌판(115,116,117)에서 스크랩(S)이 분리되는 과정을 도시한 예시도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크랩분리기(100)는 상부충돌판(115), 중간충돌판(116) 및 하부충돌판(117)의 세 개의 충돌판(115,116,117)을 갖게 구비된다. 그러나, 이는 일실시예일 뿐이며 충돌판의 개수와 간극(h1,h2), 그리고 가장 아래에 배치된 하부충돌판(117)의 개구율에 의해서 결정되는 총 흡입구의 면적은 상부충돌판(115) 상부의 기류인 상부외측이동기류(A5)가 약해져 스크랩(S)이 4차분진기류(A2-4)와 이동하여 배출공(113a)를 막지 않는 범위에서 가감될 수 있다.

또한, 충돌판(115,116,117)의 외부에 연속적인 망으로 흡입면을 막아 더 안정적으로 스크랩(S)의 부착을 방지할 수도 있다. 그 형태는 내부의 충돌판의 형상을 추종하여 단을 갖는 것도 가능하고, 원뿔형태의 연속적인 기울기를 갖도록 형성되어도 무방하다. 다만, 외부에 형성된 망 형태로 구현될 경우, 스크랩의 부착을 방지할 수 있도록 위치에 따른 흡입 속도 또는 차압으로 조절되는 것이 바람직하다.

이 때, 외부에 망 또는 타공판을 이용해서 충분히 흡입속도의 제어가 가능하여 스크랩(S)의 부착이 없는 경우 내부 충돌판(116,117)은 생략이 가능하다.

복수개의 충돌판(115,116,117)은 분진배출관(113)의 하부에 수평하게 형성된 원판 형태로 구비된다. 하우징본체(111)의 내부에서 분진배출관(113)과 복수개의 충돌판(115,116,117)은 외경이 상이한 동심원 형태로 구비된다. 상부충돌판(115)과 중간충돌판(116) 및 하부충돌판(117)은 각각 판면에 관통형성되어 분진(B)을 분진배출관(113)으로 안내하는 하부관통공(117a), 중간관통공(116a) 및 상부관통공(115a)이 구비된다.

상부충돌판(115)은 분진배출관(113)의 하부에 고정결합되고, 중간충돌판(116)과 하부충돌판(117)은 각각 상부충돌판(115)의 하부에 이격되게 배치된다.

각 충돌판(115,116,117)들은 하부에서 상부로 선회하며 이동되는 내부상승선회기류(A2)와 부딪치며 내부상승선회기류(A2)의 수직이동을 방해하며 내부상승선회기류(A2)의 선회반경이 증가되게 한다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 투입구(111a)로 유입된 후 원심력에 의해 투입물(B+S)은 시계방향으로 선회하며 외부하강선회기류(A1)를 따라 이동되고, 이 과정에서 스크랩(S)은 비중차이에 의해 분리된다. 그리고, 하우징본체(111)와 포집호퍼(120) 중심에 생성되는 내부상승선회기류(A2)는 반시계방향으로 외부하강선회기류(A1)의 내부에서 선회하며 상승된다.

상승하는 내부상승선회기류(A2)는 하부충돌판(117)에 의하여 상승이동을 저지당하고, 하부충돌판(117)의 표면을 따라 외측으로 이동된다. 이 때, 내부상승선회기류(A2)의 중심과 외부하강선회기류(A1)와 인접한 최외각영역의 유동은 서로 다른 유동을 보이게 된다.

내부상승선회기류(A2)의 중심기류의 일부는 일차분진기류(A2-1)가 되어 하부충돌판(117)의 하부관통홀(117a)로 분진을 포함하여 배출된다. 내부상승선회기류(A2)의 외각기류의 일부는 하부외측이동기류(A3)가 되어 스크랩(S)을 외부하강선회기류(A1)로 전달하여 포집한다.

내부상승선회기류(A2)의 중심기류는 하부충돌판(117)과 부딪치며 반경 방향의 속도 성분을 가지며 내부상승선회기류(A2)의 회전반경이 확대된다.

한편, 하부충돌판(117)에 부딪치며 선회반경이 확장된 내부상승선회기류(A2)의 최외곽기류는 중간충돌판(116)에 부딪치며 2차로 선회반경이 확장되고 분진(B)을 포함하는 2차분진기류(A2-2)는 2차분진흡입구(116b)를 지나 중간관통공(116a)을 통해 집진장치로 배출된다.

또한, 중간충돌판(116)에 부딪친 후 상승된 내부상승선회기류(A2)는 상부충돌판(115)에 부딪치며 3차로 선회반경이 확장되고 분진(B)을 포함하는 3차분진기류(A2-3)는 3차분진흡입구(115b)를 지나 상부관통공(115a)을 통해 분진배출관(113)으로 흡입된다.

이렇게 내부상승선회기류(A2)는 다단으로 배치된 복수개의 충돌판(115,116,117)과 부딪치며 선회반경이 점차 확장되고, 스크랩(S)이 분진배출관(113)의 하부에 형성된 배출공(113a)으로 이동되어 배출공(113a)을 막을 정도의 속도를 유지하지 못하게 되고, 입자가 가벼운 분진(B)만 배출공(113a)으로 흡입되게 한다.

여기서, 본 발명의 다단 충돌판(115,116,117)들은 하부에서 상부로 이동되는 내부상승선회기류(A2)의 선회반경을 점차 확장시키기 위해 위에서 아래로 갈수록 충돌판(115,116,117)의 외경이 감소되게 구비된다(R3>R4>R5).

또한, 위에서 아래로 갈수록 충돌판(115,116,117)에 형성된 관통공(115a,116a,117a)의 크기가 작아지게 구비된다(r1>r2>r3). 또한, 위에서 아래로 갈수록 충돌판(115,116,117) 사이의 간격이 커지게 구비된다(h1<h2).

도 4의 (a)(b)(c)에 각각 도시된 바와 같이 상부충돌판(115)과 중간충돌판(116) 및 하부충돌판(117)은 원판 형태로 형성된다. 이 때, 상부충돌판(115)의 외경(R3)은 중간충돌판(116)의 외경(R4) 보다 크게 형성되고, 중간충돌판(116)의 외경(R4)은 하부충돌판(117)의 외경(R5) 보다 크게 형성된다(R3>R4>R5).

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 하부충돌판(117)의 외경(R5)은 분진배출관(113)의 외경(R2)에 대응되는 일정 범위를 갖는다(R2/2<R5<3R2/2). 하부관통공(117a)은 하부중심공(O3)를 중심으로 전체 면적을 따라 균일하게 형성된다.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 중간충돌판(116)은 하부충돌판(117)과 상부충돌판(115) 사이의 외경(R4)을 갖도록 형성된다.

중간관통공(116a)은 하부충돌판(117)의 외경(R5) 보다 작은 영역에서 형성되어야 하며 중간중심공(O2)을 중심으로 형성된다. 중간관통공(116a)이 형성되는 면적은 하부충돌판(117)의 면적 보다 좁은 면적으로 형성되어 하부관통공(117a)을 통해 이동된 분진(B)만 내측으로 집중되게 이동된 후 상부관통공(115a)으로 이동되게 한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 상부충돌판(115)은 중간충돌판(116) 보다 큰 외경(R3)을 갖게 형성된다. 여기서, 상부충돌판(115)의 외경(R3)은 하우징본체(111)의 내경(R1)의 40~90% 범위로 형성되는 것이 바람직하다. 상부충돌판(115)의 외경(R3)이 하우징본체(111)의 내경(R1)의 40% 보다 작으면 정압손실이 작아진다. 이에 의해 내부상승선회기류(A2)가 충돌에 의해 발생하는 반경방향 속도 성분이 작아져 상부충돌판(115)의 상부로 이동되는 스크랩(S)의 비율이 높아지는 문제가 있다.

반대로 상부충돌판(115)의 외경(R3)이 하우징본체(111)의 내경(R1)의 90% 보다 커지면 정압손실이 커진다. 이에 의해 상부충돌판(115)의 상부에서 하강하는 스크랩(S)과 분진(B)을 포함한 외부하강선회기류(A1)의 일부가 배출공(113a)으로 바로 배출되면서 스크랩(S)이 배출공(113a)을 막는 현상이 발생될 수 있다.

상부관통공(115a)은 중간충돌판(116)의 외경(R4) 보다 작은 영역에 형성되어야 하며 상부중심공(O1)을 중심으로 형성된다. 여기서, 상부관통공(115a)과 중간관통공(116a) 및 하부관통공(117a)은 서로 다른 형태로 형성되는 것이 스크랩(S)을 이동을 걸러주고, 분진(B)만 상부로 이송할 수 있어 바람직하다.

또한, 상부관통공(115a)의 직경(r1)이 중간관통공(116a)의 직경(r2) 보다 크고, 중간관통공(116a)의 직경(r2)이 하부관통공(117a)의 직경(r3) 보다 크게 형성되는 것이 정압손실을 줄이고 분진(B)만 흡입할 수 있는 압력을 인가할 수 있다.

동일한 원리로, 하부충돌판(117)과 중간충돌판(116) 사이의 간격(h2)은 중간충돌판(116)과 상부충돌판(115) 사이의 간격(h1)과 같거나 보다 크게 형성된다.

도 5에 도시된 바와 같이 내부상승선회기류(A2)는 제1속도(V1)로 선회하며 상승하고, 하부충돌판(117)과 부딪치며 직선이동을 저지당한다. 입자가 작은 분진(B)은 1차분진기류(A2-1)과 함께 하부충돌판(117)의 하부관통공(117a)을 통해 상승한다. 스크랩(S)이 포함된 내부상승선회기류(A2)는 하부충돌판(117)의 표면을 따라 외측으로 이동된다. 이 때, 내부상승선회기류(A2)는 하부충돌판(117)과 부딪치며 저항을 받아 속도가 저하된다(V1<V2).

스크랩(S)은 질량에 비해 표면적이 넓어 항력이 큰 특성이 있다. 하부충돌판(117)에 부딪치며 반경방향의 속도 성분이 증가된 상태로 스크랩(S)은 하부충돌판(117) 외측으로 밀려나는 영향을 받는다. 이 때, 내측상승선회기류(A2)의 선회반지름이 큰 외각기류 중 일부는 하부외측이동기류(A3)에 흽쓸려 내부상승선회기류(A2)로부터 이탈한 후 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강되며 분리되어 포집호퍼(120)에 포집된다.

하부충돌판(117)과 하우징본체(111) 사이의 폭이 좁아지는 만큼 외부하강선회기류(A1)의 속도의 영향은 더 커지게 된다. 하부충돌판(117)과의 충돌에 의해 반경 방향의 속도성분이 발생된다. 이 때, 선회속도가 낮아진 내부상승선회기류(A2)와 선회속도가 더 빨라진 외부하강선회기류(A1)의 경계면에서 스크랩(S)은 빠른 속도의 외부하강선회기류(A1)로 강제적으로 이동되는 반경방향 속도성분에 의해 내부상승선회기류(A2)로부터 분리된다.

특히, 면적이 넓고 항력이 큰 스크랩(S)의 경우 빠른 속도의 외부하강선회기류(A1)에 스크랩(S)의 형상 중 일부만 접촉하여도 강하게 하부로 이동되면서 내부상승선회기류(A2)로부터 스크랩(S)을 분리하는 성능을 향상시키게 된다

한편, 하부충돌판(117)에 충돌한 후 내부상승선회기류(A2)는 상부로 이동된다. 이 때, 하부충돌판(117)과 중간충돌판(116) 사이의 간격(h2)과 중간충돌판(116)에 의해 형성되는 2차분진흡입공(116b)으로 내부상승선회기류(A2)의 일부가 분진을 포함하여 배출되고, 내부상승선회기류(A2)의 속도가 줄어들게 된다.

상부로 이동된 내부상승선회기류(A2)는 중간충돌판(116)에 충돌한다. 중간충돌판(116)에 부딪힌 내부상승선회기류(A2)의 선회반경이 작은 내측기류의 일부와 이에 포함된 분진(B)은 3차분진흡입구(115a)를 지나 중간관통공(116a)을 통해 상부로 이동한다. 그리고, 스크랩(S)이 포함된 내부상승선회기류(A2)는 중간충돌판(116)에 부딪치며 속도가 줄어든다(V3<V2).

속도가 줄어든 내부상승선회기류(A2) 중 선회반경이 큰 일부는 와도에 영향을 받는 중간외측이동기류(A4)와 함께 바깥쪽으로 밀려 이동되고, 빠른 속도로 하강하는 외부하강선회기류(A1)에 휩쓸린다. 그리고, 중간외측이동기류(A4)에 포함된 스크랩(S)은 항력의 영향으로 외부하강선회기류(A1)에 휩쓸려 중간외측이동기류(A4)로부터 분리되어 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다.

한편, 중간충돌판(116)의 상부로 이동된 제3속도(V3)의 내부상승선회기류(A2)는 중간충돌판(116) 보다 더 큰 외경을 갖는 상부충돌판(115)과 부딪치며 선회반경이 더 커지고 제4속도로 속도가 더 줄어든다(V3<V4). 속도가 줄어든 내부상승선회기류(A2) 중 선회반경이 작은 영역의 일부기류와, 이에 포함된 분진(B)은 3차분진흡입구(115b)를 지나 3차분진기류(A2-3)와 함께 상부관통공(115a)을 통해 분진배출관(113)으로 흡입되어 이동된다.

상부충돌판(115)에 부딪친 내부상승선회기류(A2)는 와도에 영향을 받는 상부외측이동기류(A5)와 함께 바깥쪽으로 밀려 이동되고, 빠른 속도로 하강하는 외부하강선회기류(A1)에 휩쓸린다.

여기서, 외부하강선회기류(A1)는 상부일수록 더 속도가 빠르므로 상부외측이동기류(A5)와 외부하강선회기류(A1)의 속도차가 중간외측이동기류(A4)와 외부하강선회기류(A1)의 속도차, 하부외측이동기류(A3)와 외부하강선회기류(A1)의 속도차보다 현저히 크게 된다.

이에 따라 상부외측이동기류(A5)에 포함된 스크랩(S)이 거의 외부하강선회기류(A1)에 휩쓸려 상부외측이동기류(A5)로부터 분리되어 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다. 이렇게 스크랩(S)이 분리된 가벼운 분진(B)은 4차분진기류(A2-4)와 함께 배출공(113a)으로 흡입된다.

여기서, 배출공(113a)이 분진배출관(113)에 형성되는 높이(h)는 내부상승선회기류(A2)의 와도가 증가하는 구간에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 스크랩(S)이 포함된 상부외측이동기류(A5)가 와도가 강한 구간인 높이를 선회하며 상승하고 원심력에 의하여 하우징본체(111) 내측으로 밀려나고 외부하강선회기류(A1)와 함께 이동되므로 상대적으로 가벼운 분진(B)만 상승하는 4차분진기류(A2-4)를 벗어나지 못하고 배출공(113a)으로 흡입되기 때문이다.

여기서, 하우징본체(111)의 투입구(111a)로 투입된 투입물(B+S)의 유량이 Qin일 때, 외부하강선회기류(A1)를 따라 투입물(B+S)이 하강될 때 상부외측이동기류(A5)의 유량(Q_A5)가 더해지게 된다. 이에 따라 하부에서 반전되어 상승되는 내부상승선회기류(A2)의 유량(Qmax)=Qin+Q_A5로 최대가 된다.

이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 스크랩분리기(100)의 스크랩 분리과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 스크랩분리기(100)는 스크랩수거장치(1)에 결합되어 외부에서 투입되는 투입물(B+S)에 포함된 스크랩(S)과 분진(B)을 분리한다. 투입물(B+S)은 투입관(112)을 통해 투입되고, 하우징본체(111)의 투입구(111a)로 유입된다.

하우징본체(111)의 상부에 수직하게 배치된 분진배출관(113)은 집진장치(200)와 연결되고, 집진장치(200)에서 인가되는 분진 흡입압력이 하우징본체(111) 내부에 작용된다. 흡입압력의 작용에 의해 하우징본체(111) 내부에는 사이클론 원리가 작용되고, 투입물(B+S)은 분진배출관(113)의 외표면을 따라 이동되는 외부하강선회기류(A1)를 따라 하우징본체(111)의 내벽면을 선회하며 하강된다.

이 과정에서 투입물(B+S)에 혼합된 스크랩(S)과 분진(B)은 비중 차이에 의해 분리되고 스크랩(S)은 포집호퍼(120)로 낙하되어 분리된다.

포집호퍼(120)의 하부로 이동된 스크랩(S)과 분진(B)은 포집호퍼에 포집되며 포집되지 못한 스크랩(S)과 분진(B)은 상승하는 내부상승선회기류(A2)를 따라 선회하며 이동된다. 내부상승선회기류(A2)는 상승되며 하부충돌판(117)에 부딪치며 선회류의 선회반경이 커지게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이 내부상승선회기류(A2)는 상승되며 하부충돌판(117)에 부딪치며 선회반경이 1차로 확장된다. 내부상승선회기류(A)에 포함된 분진(B)은 1차분진기류(A2-1)과 함께 하부관통공(117a)을 통해 상부로 이동된다.

이 때, 내부상승선회기류(A2)에 포함된 스크랩(S)은 선회하면서 발생되는 원심력과 기류방향변경판(115)에 의하여 발생된 반경방향의 속도성분이 더해져 외부하강선회기류(A1)와 만나게 된다.

그리고, 내부상승선회기류(A2)에 포함된 스크랩(S)은 원심력과 반경방향의 관성력이 더해져 하부외측이동기류(A3)에 의해 외부하강선회기류(A1)를 향해 진행하고, 상대적으로 항력이 큰 스크랩(S)은 하부충돌판(117)과 하우징본체(111) 내벽면 사이를 통해 하강되는 외부하강선회기류(A1)의 빠른 속도에 의해 내부상승선회기류(A2)와 분리되고, 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다.

하부충돌판(117)의 표면을 따라 상부로 이동된 스크랩(S)을 포함하는 내부상승선회기류(A2)는 상부로 이동되고 중간충돌판(116)과 부딪치며 선회반경이 2차로 확장된다. 내부상승선회기류(A2)에 포함된 분진(B)은 2차분진기류(A2-2)와 함께 중간관통공(116a)을 통해 상부로 이동된다. 충돌에 의해 2차로 속도가 감소된 내부상승선회기류(A2)에 포함된 스크랩(S) 중 일부는 중간외측이동기류(A4)에 의해 외벽면으로 밀려이동되고, 외부하강선회기류(A1)와의 속도차에 의해 중간외측이동기류(A4)로부터 분리되어 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다.

한편, 중간충돌판(116)의 상부로 이동된 스크랩(S)이 포함된 내부상승선회기류(A2)는 상부충돌판(115)과 다시 부딪치며 3차로 선회반경이 확장된다. 내부상승선회기류(A2)에 포함된 분진(B)은 3차분진기류(A2-3)과 함께 상부관통공(115a)을 통해 분진배출관(113)으로 이동된다.

3차로 선회반경이 확장된 내부상승선회기류(A2)에 포함된 스크랩(S)은 상부외측이동기류(A5)에 의해 외벽면으로 밀려이동되고, 외부하강선회기류(A1)와의 큰 속도차에 의해 대부분 상부외측이동기류(A5)로부터 분리되어 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다.

그리고, 상부충돌판(115)의 상부로 이동된 분진(B)은 4차분진기류(A2-4)와 함께 배출공(113a)으로 흡입된다.

이에 의해 내부상승선회기류(A2)에 포함된 스크랩(S)은 상방향으로 이동되며 다단으로 배치된 충돌판(115,116,117)과 부딪치며 속도가 저하되어 상대적으로 속도가 빠른 외부하강선회기류(A1)와 함께 하강된다. 따라서, 배출공(113a)의 표면을 스크랩(S)이 막아 분진(B)의 배출경로를 막던 종래 문제가 해소될 수 있다.

도 6과 도 7은 본 발명의 스크랩분리기(100)가 스크랩과 분진을 분리하는 과정을 도시한 전산해석(CFD) 이미지이다.

도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 내부상승선회기류가 상승하며 각 충돌판(115,116,117)에 부딪치며 선회반경이 확장되고, 상부충돌판(117)의 상부에서 배출관(113)의 배출공(113a)으로 분진이 배출되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 스크랩분리기는 분리하우징 내부에서 선회하며 상승하는 내부상승선회기류의 경로를 변경하는 복수개의 충돌판을 배치하여 스크랩과 분진을 포함하는 내부상승선회기류의 선회반경을 증가시킨다.

이상 몇 가지의 실시예를 통해 본 발명의 기술적 사상을 살펴보았다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 상기 살펴본 실시예를 다양하게 변형하거나 변경할 수 있음은 자명하다. 또한, 비록 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다. 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.

1 : 스크랩수거장치 10 : 스크랩분리부
11 : 분리하우징 11a : 스크랩투입구
12 : 내부안내관 12a : 미세차단공
13 : 포집호퍼 15 : 배출관
15a : 배출공 20 : 집진장치
30 : 저장부 100 : 스크랩분리기
110 : 분리하우징 111 : 하우징본체
111a : 스크랩유입구 112 : 스크랩유입관
113 : 분진배출관 113a : 배출공
115 : 상부충돌판 115a : 상부관통홀
115b : 3차분진흡입구 116 : 중간충돌판
116a : 중간관통홀 116b : 2차분진흡입구
117 : 하부충돌판 117a : 하부관통홀
120 : 포집호퍼
A1 : 외부하강선회기류
A2 : 내부상승선회기류
A2-1 : 1차분진기류
A2-2 : 2차분진기류
A2-3 : 3차분진기류
A2-4 : 4차분진기류
A3 : 하부외측이동기류
A4 : 중간외측이동기류
A5 : 상부외측이동기류
B+S : 투입물
B : 분진
S : 스크랩

Claims

스크랩수거장치에 결합되어 스크랩과 분진을 분리하는 스크랩분리기에 있어서,
일측에 스크랩(S)과 분진(B)이 혼합된 투입물(B+S)이 투입되는 스크랩투입구(111a)가 형성되며 상부에 흡입압력을 인가하는 집진장치(200)가 결합되며, 상기 흡입압력에 의한 사이클론 작용에 의해 상기 스크랩(S)과 상기 분진(B)의 분리가 진행되는 분리하우징(110)과;
상기 분리하우징(110)의 하부에 결합되며 상기 분리하우징(110)에서 분리된 스크랩(S)이 포집되는 포집호퍼(120)를 포함하며,
상기 분리하우징(110)의 내부에는 상부에 수직하게 결합되며 스크랩과 분리된 분진을 상기 집진장치로 배출시키며 판면에 상기 분진(B)이 흡입되는 배출공(113a)이 관통형성된 분진배출관(113)과;
상기 분진배출관(113)의 하부에 수평하게 결합되고 판면에 복수개의 관통공(115a,116a,117a)이 관통형성되어 상승되는 내부상승선회기류(A2)가 충돌되며 내부상승선회기류(A2)의 선회반경을 증가시켜 내부상승선회기류(A2)와 함께 이동되는 스크랩(S)의 이동속도를 감소시키고 분진(B)은 상기 분진배출관(113)으로 안내하는 둘 이상의 충돌판(115,116,117)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크랩분리기.
제1항에 있어서,
상기 둘 이상의 충돌판(115,116,117)은 하부로 갈수록 면적이 작아지고 판면에 형성된 관통공(115a,116a,117a)의 크기가 작아지는 것을 특징으로 하는 스크랩분리기.
제2항에 있어서,
상기 충돌판(115,116,117)은 셋 이상으로 구비되며,
상기 충돌판(115,116,117)은 원판 형태로 형성되며,
이웃하는 충돌판(115,116,117) 사이의 간격은 하부로 갈수록 넓어지게 구비되는 것을 특징으로 하는 스크랩분리기.
제3항에 있어서,
복수개의 충돌판(115,116,117) 중 최상위에 위치된 상부충돌판(115)의 외경은 상기 분리하우징(110)의 내경의 40~90% 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 스크랩분리기.