KR20240006624A - 나선형 제트밀 및 나선형 제트밀에서 분쇄될 재료를 분쇄하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바닥(11), 커버(12), 바닥(11)과 커버(12)를 연결하는 벽(13)으로 구획되는 분쇄 챔버(10)를 가지고, 벽(13)을 관통하고 분쇄 가스 소스에 연결되는 복수의 분쇄 가스 노즐(14)을 가지는 나선형 제트밀(1)에 관한 것으로서, 분쇄 가스 노즐(14)의 적어도 일부 각각에는 분쇄 가스 소스에 대한 연결을 독립적으로 개폐할 수 있는 관련 개폐가능한 차단 기구(15)가 제공된다. 또한, 나선형 제트밀에서 밀링 재료를 분쇄하는 방법도 개시된다.
Description
본 발명은 바닥, 커버, 바닥과 커버를 연결하는 벽으로 구획되는 분쇄 챔버를 갖고, 벽을 관통하여 연결되고 분쇄 가스 소스에 연결되는 복수의 분쇄 가스 노즐을 갖는 나선형 제트밀에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 밀링 재료가 도입되고 벽을 통과하는 복수의 분쇄 가스 노즐로부터의 분쇄 가스 흐름으로 밀링 재료가 작동되는 나선형 제트밀에서 밀링 재료를 분쇄하는 방법에 관한 것이다.
처음에 언급한 유형의 나선형 제트밀은 오랫동안 알려져 왔으며, 현재 약 10 μm 미만의 직경을 가진 입자를 생산하는 것이 필요한 산업 응응분야, 특히 제약, 특수화학, 정밀화학 산업에서 매우 자주 사용된다. 나선형 제트밀의 작동 원리는, 분쇄 챔버에 유입된 밀링 재료가 초당 수백 미터의 속도로 가속되어 벽을 통과하는 분쇄 가스 노즐로부터 분쇄 챔버 내로 이동하는 강력한 분쇄 가스 흐름의 작용을 받는다는 사실에 기초한다. 분쇄 가스 노즐은 일반적으로 대략 접선 각도로 분쇄 챔버 내로 향하기 때문에, 유입되는 분쇄 가스의 흐름은 분쇄 챔버에서 나선형 모양을 가진다. 공급된 밀링 재료는 가스 제트에 의해 포획되어 가속되고 상호 입자 충돌을 이용하여 파쇄된다. 원하는 입자 크기를 가진 밀링 재료는 나선형 흐름의 회전 중심점에서 잠잠해진 분쇄 가스와 함께 분쇄 챔버로부터 배출되는 반면, 너무 거친 입자는 추가적인 분쇄 작용을 받게 된다. 이러한 점에서, 나선형 제트밀은 분쇄 챔버 내부에 내장된 요소를 이동할 필요가 없으며, 상대적으로 좁은 입자 크기 분포를 가진 특히 미세한 밀링 재료를 생산할 수 있으며, 사실상 뚜렷한 기계적 마모가 없게 된다. 그러나, 위에서 언급한 나선형 제트밀의 장점에는, 상대적으로 높은 에너지 입력과 최적의 작동점과 관련된 복잡한 조절이라는 형태의 단점이 수반되는데, 그 이유는 분쇄 챔버의 치수, 분쇄 가스 노즐의 진입 각도 또는 분쇄 가스의 질량 흐름, 또는 제품 비율과 같은 많은 영향 파라미터가 넓은 한계 내에서, 특히 밀링 재료의 함수로서 변화할 수 있기 때문이다. 이러한 나선형 제트밀의 기본 디자인은 예컨대, EP 3 613 508 A1에서 볼 수 있다.
지금까지 종래 기술에서는, 분쇄 가스 소스와 나선형 제트밀 사이에 분쇄 가스를 위한 중앙 공급 라인 내에 스로틀 밸브를 삽입하여 분쇄 가스 질량 흐름 또는 분쇄 가스 압력을 조절함으로써, 또는 분쇄 가스 소스 자체, 예컨대 압축기를 조절함으로써 파쇄 강도와 작용을 달성하였다. 예컨대, WO 2019/155038 A1, WO 2017/042341 A1, US 2004211849 및 WO 2013/156465 A1을 참조할 수 있다. 그러나, 분쇄 가스 흐름의 압력이 지속적으로 감소함에 따라 분쇄 가스 노즐의 출구에서 분쇄 챔버 내로의 이러한 흐름 속도가 마찬가지로 감소하여, 이것은 분쇄 작용과 효율에 매우 강력한 부정적인 영향을 미치고, 이것은 개선의 필요성이 있는 것으로 보인다.
또한, CN 203990833 U는 대향하는 위치에 배열된 2개의 공기 노즐이 수직하게 상향으로 배향된 바닥 노즐과 결합된 제트밀을 개시한다. 압축기의 공유 공급 라인으로부터의 압축 공기를 적용하는 것은, 분쇄 절차 시작 시 노즐에 위치한 별도의 제어 밸브 및 유량 측정 장치를 이용하여 조정되어, 3개의 노즐 모두로부터 정확히 동일한 공기 흐름이 나오게 된다. 이러한 평형 상태가 달성될 때만 재료 공급이 개방되고, 재료 공급의 개방 단면은 밀링 재료에 적합하도록 변경될 수 있다. 이것은 매우 복잡하고 분쇄 작업을 변경하기 위한 조정이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 분쇄 절차의 개선된 제어가능성에도 불구하고 고출력에서 훨씬 더 효율적인 분쇄를 수반하는 나선형 제트밀 및 나선형 제트밀에서 벌크 재료를 분쇄하는 방법을 제안하는 것이다.
언급된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 청구항 1의 특징으로 구현되는 나선형 제트밀을 제안한다.
언급된 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방법은 청구항 9의 주제이다.
본 발명의 유리한 실시예 및 변형은 각각의 종속항의 주제이다.
본 발명에 따른 제안은, 존재하는 분쇄 가스 노즐의 적어도 일부 각각에 관련 개폐가능한 차단 기구를 제공하고, 차단 기구는 다른 차단 기구와는 독립적으로 분쇄 가스 소스에 대한 연결을 개폐할 수 있는 나선형 제트밀의 실시예를 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 각각 관련 차단 기구의 개방 또는 폐쇄를 통해 설치된 분쇄 가스 노즐이 개별적으로 개폐되고, 관련 분쇄 가스 노즐의 분쇄 가스 소스로의 연결을 개방하거나 폐쇄할 수 있는 나선형 제트밀이 제공된다. 결과적으로, 본 발명에 따른 나선형 제트밀을 사용하면, 개방된 노즐의 개수와 분쇄 가스 유입을 허용할 수 있는 노즐 단면적만을 이용함으로써 분쇄 챔버 내로의 분쇄 가스 흐름을 조절하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 현재 개방된 차단 기구 및 관련 분쇄 가스 노즐의 개수에 관계없이, 분쇄 가스 소스의 최적의 최대 작동 압력이 항상 존재하고, 그에 따라 분쇄 가스가 개방된 분쇄 가스 노즐을 통해 최적의 높은 속도로 분쇄 챔버 내로 도입된다. 개방된 차단 기구와 관련 분쇄 가스 노즐의 개수가 감소하거나 증가하더라도, 분쇄 가스 노즐에 존재하는 분쇄 가스의 압력에는 변화가 없으며 분쇄 챔버 내로의 배출 속도에도 변화가 없다. 따라서, 이전에는 압력 조절되었던 나선형 제트밀에 비해 분쇄 작용과 효율성이 크게 향상되었다.
본 발명의 맥락에서, 분쇄 가스 노즐의 적어도 일부에는 본 발명에 따른 방식으로 관련 개폐가능한 차단 기구가 장착되도록 제공된다.
결과적으로, 본 발명에 따르면, 분쇄 가스 노즐의 적어도 일부 각각에는, 분쇄 가스 노즐을 개폐하기 위하여 분쇄 가스 소스에 대한 분쇄 가스 노즐의 개별적 연결을 독립적으로 개폐할 수 있는 관련된 개폐가능한 차단 기구가 제공된다. 관련 차단 기구가 장착된 각각의 분쇄 가스 노즐은 다른 분쇄 가스 노즐과는 독립적으로, 분쇄 챔버 내로 분쇄 가스를 도입하기 위해 개방 위치로의 관련 차단 기구의 대응 작동을 통해 분쇄 가스 소스에 연결될 수 있거나, 또는 분쇄 챔버 내로 어떠한 분쇄 가스도 도입하지 않도록 분쇄 가스 소스로부터 연결해제될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 관련 차단 기구의 대응 개구를 통해 분쇄 가스 소스에 연결되고 분쇄 가스를 분쇄 챔버 내로 도입하는 분쇄 가스 노즐의 개수를 증가시키거나, 또는 각각의 관련 차단 기구의 폐쇄를 통해 이러한 개수를 감소시킴으로써 분쇄 가스 흐름을 변화시키는 것이 가능하다.
본 발명의 한 제안에 따르면, 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 모든 분쇄 가스 노즐은 필요에 따라 개폐할 수 있도록 각각의 관련 개폐가능한 차단 기구를 각각 구비하는 것도 특히 가능하다.
본 발명의 목적을 위해, 차단 기구는 특히 차단 밸브, 볼 밸브, 게이트 밸브, 및 유사한 차단 장치를 포함할 수 있어서, 이것은 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 신속한 전환을 허용한다.
본 발명의 다른 제안에 따르면, 분쇄 가스 소스는 각각의 분쇄 가스 노즐로 각각 이어지는 별도의 공급 라인을 통해 이러한 분쇄 가스 노즐과 연통하고, 개폐가능한 차단 기구는 공급 라인에 제공된다. 이것은 차단 기구를 공간 절약형으로 배열할 수 있게 하고, 각각 개별적인 분쇄 가스 노즐을 분쇄 가스 소스로부터의 개별 제어 가능한 분쇄 가스의 공급과 연결시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 나선형 제트밀의 실시예의 특별한 이점은, 개별 분쇄 가스 노즐에 대한 분쇄 가스 공급의 수정 및 관련 차단 기구의 통합 이외에는, 나선형 제트밀의 나머지 요소, 특히 바닥, 커버, 바닥과 커버를 연결하는 벽에 의해 정의되는 분쇄 챔버, 밀링 재료를 위한 대응 공급 및 배출 개구가 변경되지 않고 유지되므로, 본 발명에 따른 실시예는 이미 존재하는 나선형 제트밀의 수정 또는 개조의 일부로서 달성될 수도 있다.
본 발명에 따른 나선형 제트밀은 하나의 분쇄 가스 노즐, 바람직하게는 벽의 원주 주위에 분포되는 복수의 분쇄 가스 노즐을 포함하고, 본 발명의 한 제안에 따르면, 특히 3개 내지 40개의 그러한 분쇄 가스 노즐이 제공되어, 일정한 간격으로 배치되거나 또는 벽의 원주 주위에 분포된 그룹으로 조합된다.
본 발명에 따르면, 분쇄 가스 노즐은 드 라발(de Laval) 노즐로 구현될 수 있으며, 이것은 분쇄 챔버 내로 분쇄 가스의 특히 높은 배출 속도를 생성하여 분쇄 결과에 유리하다. 지금까지 드 라발 노즐과 같은 분쇄 가스 노즐의 그러한 구현은, 존재하는 분쇄 가스 압력을 이용한 나선형 제트밀의 전통적인 조절로서 드 라발 노즐의 최적 작동점이 매우 제한된 정도로만 활용될 수 있다는 어려움을 가지고만 달성될 수 있었다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예에서는, 존재하는 분쇄 가스 압력을 조절할 필요가 없기 때문에, 드 라발 노즐의 최적 작동점을 활용하고 분쇄 가스를 음속의 수배로 가속하는 것이 거의 항상 가능하여, 이것은 최적화된 분쇄 작용으로 나타난다.
본 발명의 다른 제안에 따르면, 개별 차단 기구 및 관련 분쇄 가스 노즐을 각각의 조절 작업에 적합한 방식으로 개방하거나 폐쇄하도록 작동시키기 위해, 차단 기구의 독립적인 작동을 위한 제어 유닛이 제공된다.
본 발명에 따르면, 차단 기구는 완전 개방 상태와 완전 폐쇄 상태(개방/폐쇄) 사이에서만 전환될 수 있도록 구현되는 것이 바람직하다. 그러나, 밀링을 시작하기 전에 곧 있을 분쇄 작업을 위한 나선형 제트밀의 사전 설정의 일부로서, 개별 공정 파라미터를 조절하기 위하여 차단 기구의 전환이 나선형 제트밀의 연속 작동 중에도 마찬가지로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 개별 분쇄 가스 노즐의 개폐는 예컨대, 밀링 재료의 유형과 경도에 따른 원하는 파쇄 정도 및/또는 분쇄 챔버의 내부 압력에 기초하여 수행될 수 있다.
다른 제안에 따르면, 본 발명에 따른 나선형 제트밀은, 특히 원통형 벽을 가지도록 구현될 수도 있어서, 바닥과 커버 사이에 대응하는 원형 원통 분쇄 챔버가 정의되고, 관련 차단 기구로 개폐될 수 있는 개별 분쇄 가스 노즐이 미리 정해진 진입 각도로 분쇄 챔버 내로 공급된다. 이러한 경우, 바닥과 커버는, 분쇄 챔버에 원통형 또는 렌즈형 모양을 대응하여 부여하기 위해 평평하거나 아치형으로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 커버에는 분쇄 챔버 내로 밀링 재료를 공급하기 위한 유입구 및 분쇄 챔버에서 분쇄된 밀링 재료를 배출하기 위한 배출구가 구현된다.
나선형 제트밀에서 밀링 재료를 분쇄하기 위한 본 발명에 따른 방법은 나선형 제트밀이, 바닥, 커버, 및 벽에 의해 구획되고 밀링 재료가 유입되어 벽을 관통하는 복수의 분쇄 가스 노즐로부터의 분쇄 가스 흐름에 의해 작동하는 분쇄 챔버를 구비한다는 사실에 기초한다. 본 발명에 따르면, 분쇄 가스 흐름은 분쇄 가스 흐름으로 작동하는 분쇄 가스 노즐의 개수를 변화시킴으로써 조절된다.
종래 기술에 따른 나선형 제트밀에서 분쇄 절차의 조절은 일반적으로 중앙 유입구를 통한 분쇄 가스의 흐름을 조절, 특히 스로틀링함으로써 달성되고, 이것은 그만큼 모든 분쇄 가스 노즐에서 압력과 속도의 손실을 필연적으로 수반하는 반면, 본 발명에 따른 방법을 사용하면, 분쇄 가스 흐름에 의해 작동하는 분쇄 가스 노즐의 개수를 이용하여 분쇄 챔버 내로의 분쇄 가스 흐름을 조절하는 것이 가능하고, 분쇄 가스 흐름에 의해 작동하는 분쇄 가스 노즐에서 나오는 분쇄 가스는 항상 최대 압력과 최대 속도로 분쇄 챔버 내로 유동한다.
본 발명의 맥락에서, 이러한 접근법은 종래 기술에서 가능했던 것보다 더 넓은 범위에서 나선형 제트밀의 조절/제어를 허용한다는 것이 밝혀졌다.
특히, 본 발명은 분쇄 가스 노즐이 다른 분쇄 가스 노즐과 별도로 독립적으로 분쇄 가스 흐름으로 개방되어 작동하거나, 또는 분쇄 가스 흐름으로부터 폐쇄되고 연결해제되는 것을 제안한다. 특히, 이러한 개방 및 폐쇄는, 분쇄 가스 노즐과 대응하여 관련되고 개별 분쇄 가스 노즐로 각각 이어지는 분쇄 가스에 위한 별도의 공급 라인에 위치하는 개폐가능한 차단 기구를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 제안에 따르면, 단위 시간당 분쇄 챔버 내로의 분쇄 가스 흐름이 분쇄 가스 흐름으로 작동하는 분쇄 가스 노즐의 개수를 변경함으로써 조절되어, 본 발명에 따른 방법은 나선형 제트밀에서의 분쇄 절차를 밀링 재료의 구체적인 특성 및 개별적인 분쇄 작업에 대해 특히 효율적이고 가변적으로 조정하는 것을 허용한다.
요구되는 조절에 따라 개별 분쇄 가스 노즐에 분쇄 가스 흐름을 적용하거나 또는 흐름을 연결해제하는 것은 거의 모든 구성으로 수행될 수 있다.
본 발명의 한 제안에 따르면, 벽의 원주 방향에서 볼 때, 규칙적인 순서의 분쇄 가스 노즐이 교번하는 방식, 예컨대 개방-폐쇄-개방-폐쇄 등의 교번하는 방식으로 개방되거나 폐쇄된다. 또한, 각각의 인접한 분쇄 가스 노즐에 분쇄 가스 흐름을 동시에 적용하거나 또는 노즐로부터 분쇄 가스 흐름을 연결해제하는 것, 예컨대 2개 이상의 인접한 분쇄 가스 노즐을 개방하고 후속하는 개수의 인접한 분쇄 가스 노즐을 대응하여 폐쇄하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 제안에 따르면, 벽의 원주 방향에서 볼 때, 섹터 형태로 복수의 인접한 연속적인 분쇄 가스 노즐을 폐쇄하고 나머지 분쇄 가스 노즐을 개방하는 것도 생각할 수 있고, 폐쇄된 섹터에 포함된 분쇄 가스 노즐의 개수 및 이에 따른 나머지 개방된 분쇄 가스 노즐의 개수가 자유롭게 선택될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 매우 넓은 조절 대역폭을 이용하는 것을 특징으로 한다. 그러나, 분쇄 가스의 공급이 에너지 비효율적인 스로틀링에 종속되지 않고, 그 대신, 각각의 분쇄 가스 노즐이 개방되어 분쇄 가스 흐름에 의해 작동하거나 또는 분쇄 가스 흐름으로부터 폐쇄되어 연결해제되어 있는지 여부에 관계없이, 분쇄 가스 소스의 가능한 가장 높은 작동 압력이 각각의 개별 분쇄 가스 노즐에 존재하는 것이 필수적이다.
따라서, 본 발명에 따른 나선형 제트밀에서 달성할 수 있는 파쇄 효과 및 파쇄 강도는, 분쇄 가스 소스를 조절함으로써 조정되는 것이 아니라, 개별 분쇄 가스 노즐을 개폐하고 분쇄 가스로 분쇄 가스 노즐을 작동함으로써 조정된다. 분쇄 챔버 내로 유입되는 전체 분쇄 가스 흐름을 조정하기 위하여 분쇄 가스 흐름으로 작동되는 분쇄 가스 노즐의 개수가 변화되지만, 각각의 개별 분쇄 가스 노즐 상류의 분쇄 가스 압력은 가능한 한 높게 유지되어, 분쇄 가스 흐름에 의해 작동하는 분쇄 가스 노즐을 통한 분쇄 챔버 내로의 분쇄 가스의 도달 가능한 배출 속도도 또한 그에 대응하여 높게 유지되므로, 분쇄 가스의 운동 에너지가 효율적으로 활용된다.
가장 간단한 경우로, 사용되는 분쇄 가스 노즐은 원통형 또는 원뿔형 노즐 단면을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 변경예에서, 분쇄 가스 노즐은 드 라발 노즐로도 구현될 수 있고, 배출되는 분쇄 가스를 음속의 1배 내지 수배 범위의 속도로 가속시킬 수 있다.
본 발명의 다른 제안에 따르면, 분쇄 가스 노즐은 특히, 분쇄 챔버가 분쇄 가스 흐름에 의해 작동되는 동안 개방되거나 폐쇄되어, 연속적인 작업 동안에도, 예컨대 작업 동안의 다른 영향 파라미터 또는 방해 변수의 변화에 반응하도록 나선형 제트밀을 조절하는 것이 쉽게 가능하다.
분쇄 가스 노즐의 개방 또는 폐쇄는, 바람직하게는 원하는 입자 크기, 밀링 재료의 경도, 및/또는 분쇄 챔버의 압력의 함수로서 수행되고, 요구사항에 따라 통상의 기술자에 의해 선택되어야 한다.
본 발명의 다른 실시예와 세부사항은 예시적인 실시예를 도시하는 도면에 기초하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 나선형 제트밀의 단면을 보여주는 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 밀링 재료 공급을 보여주는 또 다른 확대도이다.
도 2는 도 1에 따른 나선형 제트밀의 단면을 보여주는 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 나선형 제트밀의 밀링 재료 공급을 보여주는 또 다른 확대도이다.
도면은, 예컨대 미립자 고체를 분쇄하기 위해, 예컨대 제약, 특수화학, 및 정밀화학 산업에서 사용되는 종류의 밀링 재료를 분쇄하기 위한 나선형 제트밀(1)의 매우 단순화된 개략도를 보여준다.
이러한 맥락에서, "미립자 고체"는 예컨대 철 산화물, 특히 α-, β-, γ- 및/또는 δ-FeOOH 상 및/또는 Fe(OH)2 상, 페리하이드라이트 상뿐만 아니라, 이들의 혼합상 및 중간상, 특히 바람직하게는 헤마타이트, 변성 α-Fe2O3, γ-Fe2O3 마그헤마이트, 마그네타이트, 망간- 또는 아연 페라이트, 루타일(rutile) 또는 아나타제(anatase) 변성과 같은 또는 루타일 혼합상 안료와 같은 티타늄 이산화물, 크롬 산화물, 아연 산화물, 아연 황화물, 울트라마린, 니켈- 또는 크롬 안티몬 티타늄 이산화물, 코발트 블루, 코발트 그린, 크롬 산화물, 또는 카본 블랙, 흑연 또는 그래핀과 같은 탄소 형태를 포함하는 것으로 이해된다. 상기 언급된 그룹으로부터의 무기 안료가 특히 바람직한 것으로 언급되어야 한다.
나선형 제트밀(1)은 바닥(11), 바닥(11)으로부터 이격된 커버(12), 바닥(11)과 커버(12)를 연결하는 벽(13)에 의해 경계가 정해지는 원형 원통형의 폐쇄된 분쇄 챔버(10)를 포함한다. 따라서, 벽(13)은 마찬가지로 원형 원통형의 실시예를 갖는다. 바닥(11) 및/또는 커버(12)의 대응하는 아치를 통해 분쇄 챔버(10)는 또한 렌즈 형상을 가질 수도 있다.
벽(13)은 다수의 분쇄 가스 노즐(14)(여기에 도시된 예시에서는 총 4개)에 의해 관통되며, 분쇄 가스 노즐은 대략 접선인 미리 결정된 진입 각도로 분쇄 챔버(10) 내로 공급된다.
단순하게 표시된 공급 라인(16)을 통해, 분쇄 가스 노즐(14)은 도시되지 않은 분쇄 가스 소스, 예컨대 압축기와 연통하고, 그로부터의 대응하는 분쇄 가스 흐름, 예컨대 압축 공기에 의해 작동된다. 분쇄 가스 노즐을 통해, 분쇄 가스는 대략 접선 방향으로 분쇄 챔버(10) 내로 이동하고, 도시된 예시적인 실시예에서는 분쇄 챔버(10) 내부에서 나선형 모양의 반시계 방향 분쇄 가스 흐름을 생성한다.
커버(12) 영역의 중심에서 벗어나 위치하며 도 3에 더 자세히 도시된 유입구(120)를 통해, 밀링 재료는 대응하는 저장 용기로부터 깔때기(121)를 통해 그리고 인젝터 노즐(122)에서 방출된 가스 흐름을 이용하여 공급되고, 인젝터 튜브(123)에서 가속되어 분쇄 챔버(10) 내로 유입된다. 이러한 챔버에서, 밀링 재료가 나선형으로 회전하는 분쇄 가스 흐름에 의해 포획되고 동반되며, 밀링 재료의 개별 조각의 가속력과 충돌은 밀링 재료의 원하는 파쇄와 분쇄를 유발한다. 밀링 재료가 원하는 입자 크기 밑으로 떨어지면, 나선형 흐름의 원심력 감소로 인해 분쇄 챔버(10)의 중앙 영역에 모이게 되고, 거기에서 마찬가지로 커버(12)에 제공된 중앙 배출구(125)를 통해 잠잠해진 분쇄 가스와 함께 나선형 제트밀(1)로부터 배출되고, 여기에 도시되지 않은 필터 또는 사이클론을 사용하는 것도 가능하다.
도시된 나선형 제트밀의 본질적인 특징은, 분쇄 챔버(10) 내부의 분쇄 과정을 조절하기 위해서, 분쇄 가스를 위한 공급 라인(16) 영역에 있는 각각의 개별 분쇄 가스 노즐(14)이 제어가능한 차단 기구(15)와는 별도로 독립적으로 제공된다는 것이고, 이것은 분쇄 가스 흐름으로 개별 분쇄 가스 노즐(14) 중 어느 하나에 작용하여 이에 따라 활성화시키거나 또는 분쇄 가스 흐름으로부터 분쇄 가스 노즐을 연결해제하여 이에 따라 비활성화하는 것을 가능하게 한다. 차단 기구(15)가 개방되자마자 대응하는 분쇄 가스 노즐(14)은 분쇄 가스 소스의 분쇄 가스로 작동되고, 반대로 관련 차단 기구(15)가 폐쇄되자마자 분쇄 가스로부터 연결해제된다. 차단 기구(15)는 예컨대, 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전환될 수 있는 차단 밸브로 구현될 수 있다.
이러한 방식으로, 분쇄 가스 소스로부터의 분쇄 가스의 지속적으로 높은 작동 압력이 모든 공급 라인(16)에 적용될 수 있으며, 개별 차단 기구(15) 또는 이들 모두를 개방함으로써 대응하는 개수의 관련 분쇄 가스 노즐이 활성화될 수 있고, 분쇄 가스 노즐로부터 분쇄 가스 흐름이 일정한 압력 및 대응하는 일정한 최대 속도로 분쇄 챔버(10) 내로 이동한다.
개별 분쇄 가스 노즐(14)의 이러한 개폐는, 분쇄 챔버(10) 내로의 분쇄 가스의 배출 속도를 감소시키지 않고 분쇄 챔버(10) 내로의 전체 분쇄 가스 흐름을 변경함으로써 나선형 제트밀(1)의 파쇄 작용 및 강도를 조절하는 데 사용될 수 있다. 이것은 분쇄 가스의 가능한 가장 효율적 활용 및 나선형 제트밀(1)의 훨씬 더 에너지 효율적인 작업으로 나타난다.
개방되고 폐쇄되는 차단 기구(15) 및 관련 분쇄 가스 노즐(14)의 개수는 나선형 제트밀의 작동 전과 작동 중에 선택적으로 변경될 수 있다. 도시된 예시적인 실시예에서, 예컨대 관련된 차단 기구(15)을 개방함으로써 분쇄 가스 흐름으로 모든 다른 분쇄 가스 노즐(14)이 작동될 수 있지만, 단지 하나의 개별 분쇄 가스 노즐(14)이 개방되거나 또는 3개의 인접한 분쇄 가스 노즐(14) 또는 모든 분쇄 가스 노즐(14)이 개방되는 것도 가능하다. 이는 더 많거나 더 적은 개수의 분쇄 가스 노즐을 가진 나선형 제트밀(1)에 대해서도 동일하고, 3개 내지 40개 범위의 개수를 가진 분쇄 가스 노즐(10)이 본 발명의 맥락에서 적합한 것으로 간주된다. 개별 차단 기구(15)의 각각의 현재 원하는 작동이 유리하게는 예컨대, 전자 시스템 제어에 따라 대응 제어 유닛에 의해 수행될 수 있다.
이전에 사용되었던 나선형 제트밀의 실시예와 비교하면, 나선형 제트밀(1)의 도시된 실시예는, 각각의 개별 분쇄 가스 노즐(14)이 독립적으로 개폐가능한 차단 기구(15)가 제공되는 별도의 공급 라인(16)을 구비한다는 점에서 개별 분쇄 가스 노즐(14)에 분쇄 가스를 공급하는 영역에서만 변형을 가진다. 그러나, 공급되는 분쇄 가스를 위한 이전의 관례적인 사전 분배기와 압력 조절 장치가 제거될 수 있다.
분쇄 챔버(10) 내로의 분쇄 가스의 흐름을 제어하기 위해 이전에 사용된 분쇄 가스의 압력 조절과 비교하면, 위에 설명된 실시예는 분쇄 가스 노즐의 유입구에서 이상적으로 일정한 고압을 달성한다. 이를 통해 분쇄 가스 노즐을 원통형이나 원뿔형뿐만 아니라 드 라발 노즐 형태로도 구현할 수 있다. 위에서 설명한 개별 분쇄 가스 노즐의 개폐를 통해, 가능하게는 밀링 재료 배출 흐름을 조정하여, 분쇄 챔버(10)의 압력을 조정하는 것이 가능하지만, 일정하게 높은 압력이 개방된 분쇄 가스 노즐에 항상 존재한다. 따라서, 개별 개방 분쇄 가스 노즐이 항상 최적의 작동점 부근에서 작동할 수 있고, 이것은 특히 드 라발 노즐로 구현될 때 에너지 효율적인 작동을 보장하게 되는데, 그 이유는 낮은 제트 발산으로 음속의 수배까지 분쇄 가스의 매우 높은 배출 속도가 달성될 수 있기 때문이다. 이것은 훨씬 더 에너지 효율적인 분쇄 작업으로 반영된다.
파쇄에 기여하지 않으며, 최적 작동점 위 또는 아래에서 드 라발 노즐로 구현되는 분쇄 가스 노즐(14)의 작동으로 인한 압축 충격 또는 큰 제트 발산에 기인하는 에너지 손실은 분쇄 가스 압력 및 분쇄 챔버 내부의 압력을 일정하게 유지함으로써 확실하게 방지할 수 있다.
예컨대, 원통형 분쇄 가스 노즐(14)이 사용되는 경우에도, 분쇄 챔버(10) 내로의 분쇄 가스의 배출 속도는, 미리 결정된 밀링 재료의 유량으로 활성화되어 개방되는 분쇄 가스 노즐(14)의 개수를 제한함으로써 음속까지 증가될 수 있고, 이것은 마찬가지로 에너지 효율적인 분쇄를 가능하게 한다.
분쇄 가스의 압력을 조절함에 의한 전통적인 흐름 제한은 또한 분쇄 가스 노즐에서 분쇄 가스 압력을 필연적으로 감소시키며, 이것은 분쇄 가스 노즐로부터 배출되는 분쇄 가스 흐름의 속도에서의 상응하는 감소를 동반하여, 에너지 균형에 부정적인 영향을 미친다. 분쇄 가스 흐름으로 작동되는 이용가능한 분쇄 가스 노즐(14)의 개수를 감소시킴에 의하는 위에서 설명한 흐름 조절로서, 분쇄 가스의 흐름도 마찬가지로 원하는 정도로 감소하지만, 최대 압력은 개방된 분쇄 가스 노즐(14)에 여전히 존재하고, 이것은 배출된 분쇄 가스의 최대 유동 속도도 아무런 변화 없이 여전히 달성된다는 것을 의미한다. 이것은 이전에 불가피했던 나선형 제트밀의 에너지 비효율적 작동을 강력하게 개선한다.
위에서 설명된 나선형 제트밀 및 방법은 새롭게 제작된 나선형 제트밀에서 뿐만 아니라 선행 기술에 따라 이미 존재하는 나선형 제트밀의 비교적 간단한 개조의 일부로서도 달성될 수 있다.
1:
나선형 제트밀
10: 분쇄 챔버
11: 바닥
12: 커버
13: 벽
14: 분쇄 가스 노즐
15: 차단 기구
16: 공급 라인
120: 유입구
121: 깔때기
122: 인젝터 노즐
123: 인젝터 튜브
125: 배출구
10: 분쇄 챔버
11: 바닥
12: 커버
13: 벽
14: 분쇄 가스 노즐
15: 차단 기구
16: 공급 라인
120: 유입구
121: 깔때기
122: 인젝터 노즐
123: 인젝터 튜브
125: 배출구
Claims (16)
- 바닥(11), 커버(12), 바닥(11)과 커버(11)를 연결하는 벽(13)으로 구획되는 분쇄 챔버(10); 및 상기 벽(13)을 관통하고 분쇄 가스 소스에 연결되는 복수의 분쇄 가스 노즐(14)을 구비하는 나선형 제트밀(1)로서,
상기 분쇄 가스 노즐(14)의 적어도 일부의 각각에 관련 개폐가능한 차단 기구(15)가 제공되고, 상기 차단 기구(15)는 분쇄 가스 소스에 대한 연결을 독립적으로 개폐할 수 있는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항에 있어서,
각각의 분쇄 가스 노즐(14)에 관련 개폐가능한 차단 기구(15)가 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 또는 제2항에 있어서,
분쇄 가스 소스는 개별적인 분쇄 가스 노즐(14)로 각각 이어지는 공급 라인(16)을 통해 분쇄 가스 노즐(14)과 연통하고, 상기 개폐가능한 차단 기구(15)는 상기 공급 라인(16)에 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
3개 내지 40개의 분쇄 가스 노즐(14)이 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분쇄 가스 노즐(14)은 드 라발(de Laval) 노즐로 구현되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 차단 기구(15)를 독립적으로 작동시키기 위한 제어 유닛이 제공되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벽(13)은 원통형으로 구현되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 분쇄 챔버(10) 내로 밀링 재료를 공급하기 위한 유입구(120), 및 상기 분쇄 챔버(10)에서 분쇄된 밀링 재료를 배출하기 위한 배출구(125)가 상기 커버(12)에 구현되는 것을 특징으로 하는 나선형 제트밀(1). - 나선형 제트밀(1)에서 밀링 재료를 분쇄하는 방법으로서,
상기 나선형 제트밀(1)은 분쇄 챔버(10)를 구비하고, 상기 분쇄 챔버(10)는 바닥(11), 커버(12), 및 벽(13)으로 구획되고, 밀링 재료는 상기 분쇄 챔버(10) 내로 유입되어, 상기 벽(13)을 관통하는 복수의 분쇄 가스 노즐(14)로부터의 분쇄 가스 흐름에 의해 작동되고,
분쇄 가스 흐름은 분쇄 가스 흐름으로 작동하는 분쇄 가스 노즐(14)의 개수를 변화시킴으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항에 있어서,
상기 분쇄 가스 노즐(14)은 다른 분쇄 가스 노즐(14)과 분리되어 독립적으로 분쇄 가스 흐름에 의해 개방되어 작동되거나 또는 분쇄 가스 흐름으로부터 폐쇄되어 연결해제되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
분쇄 가스 흐름을 조절하기 위해, 단위 시간당 분쇄 챔버(10) 내로의 분쇄 가스의 흐름이 분쇄 가스 흐름으로 작동하는 분쇄 가스 노즐(14)의 개수를 변경함으로써 변화되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
벽(13)의 원주 방향에서 볼 때, 규칙적인 순서의 분쇄 가스 노즐(14)이 교번하여 개방되거나 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
벽(13)의 원주 방향에서 볼 때, 서로 인접한 복수의 분쇄 가스 노즐(14)이 순차적으로 폐쇄되거나 개방되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
분쇄 챔버(10)가 분쇄 가스 흐름에 의해 작동되는 동안 분쇄 가스 노즐(14)이 개방되거나 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
분쇄 가스 노즐(14)로부터의 분쇄 가스 흐름이 초음속으로 분쇄 챔버(10) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법. - 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
분쇄 가스 노즐(14)의 개방 또는 폐쇄는 밀링 재료의 요구되는 입자 크기, 밀링 재료의 경도, 및/또는 분쇄 챔버(10)에서의 압력의 함수로서 변화되는 것을 특징으로 하는 분쇄 방법.
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