KR20240072808A

KR20240072808A - Ultrafine carbon particle sieving machine using pneumatic flow

Info

Publication number: KR20240072808A
Application number: KR1020220154821A
Authority: KR
Inventors: 강승범; 이경석
Original assignee: 재단법인 한국탄소산업진흥원
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-24

Abstract

본 발명은 포집부에서 포집된 상기 초미세 탄소분체를 전달받으며, 상기 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 상기 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집하는 체거름부를 구비한다. 체거름부는 초미세 탄소분체를 기류형성용 탱크에 수용한 후 외부 기류를 주입하여 기류에 의해 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동 포집되는 입자들을 구간 별로 선별하여 포집한다. 이로 인해, 밀도가 크고 비표면적이 작은 무거운 입자일수록 기류형성용 탱크에 가까운 포집통에 포집되고 밀도가 작고 비표면적이 큰 가벼운 입자일수록 기류형성용 탱크에서 먼 위치의 포집통에 선별 분리될 수 있다. 이러한 방식은 기존의 기계적 좌우 진동과 금속 메쉬를 이용한 분체의 분리 방식에 비해 작업시간이 줄어들고, 분체의 비산으로 인한 주변 공간의 오염, 마찰에 의한 정전기 발생, 마찰열로 인한 화재 및 폭발 등이 발생하지 않아 안전성을 확보할 수 있다.The present invention receives the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, scatters the ultra-fine carbon powder through an air current, and selects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. It is equipped with a sieve unit that collects. The sieve unit stores ultra-fine carbon powder in an airflow forming tank and then injects an external airflow to select and collect particles that are moved horizontally or vertically by the airflow by section. For this reason, heavier particles with higher density and smaller specific surface area are collected in the collection container closer to the airflow forming tank, and lighter particles with lower density and larger specific surface area can be sorted and separated into the collection container located further away from the airflow forming tank. . This method reduces working time compared to the existing mechanical left-right vibration and metal mesh separation method, and does not cause contamination of the surrounding space due to powder scattering, static electricity generation due to friction, or fire or explosion due to frictional heat. Therefore, safety can be ensured.

Description

Device and method for sieving ultrafine carbon powder using air flow {Ultrafine carbon particle sieving machine using pneumatic flow}

본 발명은 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for sieving ultrafine carbon powder using airflow.

탄화수소가스를 열분해하면, 카본 블랙과 같은 초미세 탄소분체가 생성된다. 카본블랙의 일종인 아세틸렌 블랙은 불순물이 적고, 산소 작용기가 작고, 고결정성이고, 우수한 전도성과 열전도성을 가지고 있어, 수소연료전지의 전극 촉매 지지체로 많이 사용되고 있다.When hydrocarbon gas is thermally decomposed, ultrafine carbon powder such as carbon black is produced. Acetylene black, a type of carbon black, has few impurities, small oxygen functional groups, high crystallinity, and has excellent conductivity and thermal conductivity, so it is widely used as an electrode catalyst support for hydrogen fuel cells.

이러한 전극 촉매 지지체의 성능은 아세틸렌 블랙의 구조, 입자크기, 결정크기, 비표면적 등과 같은 주요 물성의 차이에 따라 확연히 달라지므로, 주문자가 요구한 촉매 지지체의 성능에 맞게, 아세틸렌 블랙의 물성을 아세틸렌 블랙 제조 시부터 정밀하게 조절하는 것이 중요하다.The performance of these electrode catalyst supports is significantly different depending on the differences in the main physical properties such as the structure, particle size, crystal size, and specific surface area of the acetylene black, so the physical properties of the acetylene black are adjusted to suit the performance of the catalyst support requested by the orderer. It is important to precisely control it from the beginning of manufacturing.

그런데 어떤 제조 공정을 통해 초미세 탄소분체 제조 시 목표하는 크기와 밀도, 비표면적을 설정하여 입자들을 제조하지만 제조 입자의 크기와 밀도, 비표면적 등이 완전히 일정하지 않고 정규분포 형태와 같은 분포를 갖게 되므로, 각 분포에 따른 입자들을 선별하여 분리할 필요가 있다.However, when manufacturing ultrafine carbon powder through a certain manufacturing process, particles are manufactured by setting the target size, density, and specific surface area, but the size, density, and specific surface area of the manufactured particles are not completely constant and have a distribution similar to a normal distribution. Therefore, it is necessary to select and separate particles according to each distribution.

기존의 기계적 좌우 진동과 금속 메쉬(mesh)를 이용한 분체의 분리는 매우 긴 작업시간이 소요되고 분체의 비산으로 인한 주변 공간 오염 및 마찰에 의한 정전기 발생 등으로 인해 사용에 어려움이 있었다. 특히 인화성 물질 입자의 경우 마찰에 의한 정전기 및 마찰열로 인한 화재 및 폭발의 위험성이 있어 안전사고 발생 가능성이 크다.The separation of powders using the existing mechanical left-right vibration and metal mesh required a very long working time and were difficult to use due to the contamination of the surrounding space due to the scattering of the powder and the generation of static electricity due to friction. In particular, in the case of flammable material particles, there is a risk of fire and explosion due to static electricity and frictional heat caused by friction, so there is a high possibility of safety accidents occurring.

한국등록특허(10-1788951)Korean registered patent (10-1788951)

본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결할 수 있는 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.The purpose of the present invention is to provide an ultra-fine carbon powder sieving device and method using airflow that can solve the above-mentioned problems.

상기 목적을 달성하기 위한 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치는,An ultra-fine carbon powder sieving device using airflow to achieve the above purpose,

초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 상기 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집하는 체거름부; 및A sieving unit that scatters ultra-fine carbon powder through an air stream and selects and collects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area; and

상기 체거름부에서 상기 초미세 탄소분체가 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나에 따라 비산되는 거리가 다르도록 상기 기류의 크기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes a control unit that controls the size of the air flow so that the distance at which the ultrafine carbon powder scatters in the sieve unit varies depending on at least one of size, density, and specific surface area.

또한, 상기 목적은,In addition, the above purpose is to

탄화수소가스를 열분해시켜 초미세 탄소분체를 제조하는 유도가열로;An induction heating furnace that produces ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas;

탄화수소가스를 공급하는 탄화수소가스 공급부;A hydrocarbon gas supply unit that supplies hydrocarbon gas;

상기 탄화수소가스 공급부로부터 공급받은 탄화수소가스의 유량을 제어하여 배출하는 탄화수소가스 유량조절부; A hydrocarbon gas flow control unit that controls the flow rate of the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon gas supply unit and discharges it;

상기 탄화수소가스 유량조절부가 배출한 상기 탄화수소가스를 상기 유도가열로로 주입하는 가스주입 노즐;a gas injection nozzle for injecting the hydrocarbon gas discharged from the hydrocarbon gas flow control unit into the induction heating furnace;

질소가스를 공급하는 가열용 질소가스 공급부;A nitrogen gas supply unit for heating that supplies nitrogen gas;

상기 가열용 질소가스 공급부로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 상기 유도가열로로 투입하여 상기 유도가열로의 내부를 대기압보다 높은 양압 상태로 만드는 가열용 질소가스 유량조절부;A heating nitrogen gas flow rate control unit that controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the heating nitrogen gas supply unit and injects it into the induction heating furnace to bring the inside of the induction heating furnace into a positive pressure state higher than atmospheric pressure;

상기 유도가열로의 내부를 질소가스 투입 전 진공상태로 만드는 진공펌프;A vacuum pump that vacuumizes the interior of the induction heating furnace before introducing nitrogen gas;

상기 유도가열로로부터 배출되는 탄화수소가스와 질소가스와 초미세 탄소분체가 혼합된 가스를 냉각시켜, 탄화수소가스로부터 초미세 탄소분체가 형성되는 열분해 반응을 멈추게 하는 냉각부;A cooling unit that cools the mixed gas of hydrocarbon gas, nitrogen gas, and ultra-fine carbon powder discharged from the induction heating furnace to stop the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from the hydrocarbon gas;

상기 냉각부에서 냉각된 후 배출되는 가스를 받아 상기 초미세 탄소분체를 포집하는 포집부;A collection unit that collects the ultrafine carbon powder by receiving the gas discharged after being cooled in the cooling unit;

상기 포집부에서 상기 초미세 탄소분체가 포집된 후 배출되는 가스를 받아 배기하는 배기부; An exhaust unit that receives and exhausts the gas discharged after the ultrafine carbon powder is collected in the collection unit;

상기 포집부에서 포집된 상기 초미세 탄소분체를 전달받으며, 상기 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 상기 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집하는 체거름부; 및Receives the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, scatters the ultra-fine carbon powder through an air current, and selects and collects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. sieve unit; and

상기 체거름부에서 상기 초미세 탄소분체가 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나에 따라 비산되는 거리가 다르도록 상기 기류의 크기를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치에 의해 달성된다.Ultra-fine carbon using an air flow, characterized in that it includes a control unit that controls the size of the air flow so that the distance at which the ultra-fine carbon powder scatters in the sieve unit varies depending on at least one of size, density, and specific surface area. This is achieved by a powder sieving device.

또한, 상기 목적은,In addition, the above purpose is to

탄화수소가스를 열분해시켜 초미세 탄소분체를 제조하는 제1단계;A first step of producing ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas;

상기 초미세 탄소분체가 혼합된 가스를 냉각시켜, 탄화수소가스로부터 초미세 탄소분체가 형성되는 열분해 반응을 멈추게 하는 제2단계;A second step of cooling the gas mixed with the ultra-fine carbon powder to stop the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from hydrocarbon gas;

상기 초미세 탄소분체를 포집하고, 상기 초미세 탄소분체가 포집된 후 배출되는 가스를 받아 배기하는 제3단계; 및A third step of collecting the ultra-fine carbon powder, receiving and exhausting the gas discharged after the ultra-fine carbon powder is collected; and

상기 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 상기 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법에 의해 달성된다.A fourth step of scattering the ultra-fine carbon powder through an air stream to select and collect the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. This is achieved by the carbon powder sieving method.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치를 나타낸 블록도다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치의 유도가열로를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 A 영역을 나타낸 도면이다.
도 4는 가스주입 노즐을 나타낸 도면이다.
도 5는 체거름부를 나타낸 도면이다.
도 6은 기류형성용 탱크에 설치된 메인 가스분사노즐을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법을 나타낸 순서도다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치에 20 SLM의 질소가스를 주입하여 제조된 아세틸렌 블랙의 선별 분리 결과를 나타낸 표다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치의 체거름부를 나타낸 도면이다.Figure 1 is a block diagram showing an ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing an induction heating furnace of an ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing area A shown in FIG. 2.
Figure 4 is a diagram showing a gas injection nozzle.
Figure 5 is a diagram showing a sieve unit.
Figure 6 is a diagram showing the main gas injection nozzle installed in the tank for forming airflow.
Figure 7 is a flowchart showing a method of sieving ultrafine carbon powder using airflow according to the first embodiment of the present invention.
Figure 8 is a table showing the results of screening and separation of acetylene black produced by injecting 20 SLM of nitrogen gas into an ultra-fine carbon powder sieve device using airflow according to the first embodiment of the present invention.
Figure 9 is a diagram showing the sieve part of the ultra-fine carbon powder sieve device using airflow according to the second embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치를 자세히 설명한다.Hereinafter, an ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치는, 유도가열로(2), 탄화수소가스 공급부(3), 탄화수소가스 유량조절부(4), 가스주입 노즐(100), 가열용 질소가스 공급부(5), 가열용 질소가스 유량조절부(6), 진공펌프(7), 냉각부(8), 포집부(9), 배기부(10), 체거름부(500), 제어부(11), 예비가열부(12), 모니터부(13), 전원부(14)로 구성된다. 이 밖에, 온도센서, 압력센서, 시스템에 구성에 필요한 각종 배선, 배관들로 구성된다. 한편, 이미 제조된 탄소분체만을 받아서 체거름 할 수 있게, 제1실시예에서 체거름부(500), 제어부(11)만을 떼어다가, 초미세 탄소분체 체거름 장치를 구성할 수도 있다.As shown in Figure 1, the ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the first embodiment of the present invention includes an induction heating furnace (2), a hydrocarbon gas supply unit (3), and a hydrocarbon gas flow control unit (4). ), gas injection nozzle (100), nitrogen gas supply unit for heating (5), nitrogen gas flow control unit for heating (6), vacuum pump (7), cooling unit (8), collection unit (9), exhaust unit ( 10), a sieve unit 500, a control unit 11, a preheating unit 12, a monitor unit 13, and a power unit 14. In addition, it consists of a temperature sensor, a pressure sensor, and various wiring and piping required to configure the system. Meanwhile, in order to receive and sieve only already manufactured carbon powder, only the sieve unit 500 and the control unit 11 can be removed from the first embodiment to construct an ultra-fine carbon powder sieve device.

[유도가열로(2)][Induction heating furnace (2)]

유도가열로(2)는 무산소 분위기에서 유도가열방식으로 탄화수소가스를 열분해시켜 초미세 탄소분체를 제조한다. 본 발명에서 유도가열방식을 사용하는 이유는, 고온에서 산소와 만나면 폭발하는 탄화수소가스의 특성상, 산소가 완전히 차단된 밀폐된 흑연튜브(21) 내를 탄화수소가스가 흐르는 동안에, 흑연튜브(21)를 통해서 탄화수소가스에 열을 간접적으로 줘야 하기 때문이다. The induction heating furnace (2) produces ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas using an induction heating method in an oxygen-free atmosphere. The reason for using the induction heating method in the present invention is that, due to the nature of hydrocarbon gas that explodes when it meets oxygen at high temperature, while the hydrocarbon gas flows in the sealed graphite tube 21 completely blocked from oxygen, the graphite tube 21 This is because heat must be indirectly supplied to the hydrocarbon gas.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유도가열로(2)는 흑연튜브(21), 단열재(22), 석영관(23), 유도코일(24), 전류공급부(25), 가열로 하우징(26)으로 구성된다.As shown in Figures 2 and 3, the induction heating furnace (2) includes a graphite tube (21), an insulating material (22), a quartz tube (23), an induction coil (24), a current supply unit (25), and a heating furnace housing. It consists of (26).

흑연튜브(21)의 내부로 탄화수소가스 또는/및 질소 가스가 공급된다. 흑연튜브(21)는 흑연 또는 흑연을 포함하는 소재로 제작된다.Hydrocarbon gas or/and nitrogen gas are supplied into the graphite tube 21. The graphite tube 21 is made of graphite or a material containing graphite.

단열재(22)는 흑연튜브(21)의 외주면을 감싼다. 단열재(22)는 세라믹, 다공성 흑연을 포함하는 소재로 제작된다.The insulating material 22 surrounds the outer peripheral surface of the graphite tube 21. The insulation material 22 is made of a material containing ceramic and porous graphite.

석영관(23)은 단열재(22)의 외주면을 감싼다.The quartz tube 23 surrounds the outer peripheral surface of the insulating material 22.

유도코일(24)은 석영관(23)을 감아 둘러싼다. The induction coil (24) winds and surrounds the quartz tube (23).

전류공급부(25)는 유도코일(24)에 50Hz 내지 400kHz의 교류 전류를 공급한다.The current supply unit 25 supplies alternating current of 50Hz to 400kHz to the induction coil 24.

유도코일(24)에 교류 전류가 공급되면 주위로 자기장이 형성되고, 전자기유도에 의해 흑연튜브(21)에 와전류 손실과 히스테리시스 손실에 의한 열이 발생한다. 이때, 흑연튜브(21)를 통과하는 탄화수소가스가 열분해되어 초미세 탄소분체가 제조된다. 유도코일(24)에 공급되는 교류 전력의 세기와 주파수를 조절하면, 흑연튜브(21)의 온도를 800~2000℃로 조절할 수 있다. 흑연튜브(21)의 온도가 달라지면 탄화수소가스의 열분해 온도가 달라진다. 따라서, 열분해 온도를 조절하여 물성이 서로 다른 초미세 탄소분체를 제조할 수 있다.When alternating current is supplied to the induction coil 24, a magnetic field is formed around the induction coil 24, and heat is generated in the graphite tube 21 due to eddy current loss and hysteresis loss due to electromagnetic induction. At this time, the hydrocarbon gas passing through the graphite tube 21 is thermally decomposed to produce ultrafine carbon powder. By adjusting the intensity and frequency of the alternating current power supplied to the induction coil 24, the temperature of the graphite tube 21 can be adjusted to 800-2000°C. When the temperature of the graphite tube 21 changes, the thermal decomposition temperature of hydrocarbon gas changes. Therefore, it is possible to manufacture ultrafine carbon powders with different physical properties by controlling the pyrolysis temperature.

가열로 하우징(26)은 단열재(22), 석영관(23), 유도코일(24)로 둘러싸인 흑연튜브(21)를 수용한다.The heating furnace housing 26 accommodates a graphite tube 21 surrounded by an insulating material 22, a quartz tube 23, and an induction coil 24.

탄화수소가스가 열분해되는 온도를 측정하기 위해, 온도센서(미도시)가 석영관(23), 단열재(22)를 뚫고 들어가 흑연튜브(21)의 온도를 측정한다. 온도센서는 흑연튜브(21)의 온도를 측정한 후, 그 온도값을 제어부(11)에 실시간으로 보낸다. 물론, 온도센서는 시스템 곳곳에 더 설치될 수 있다.In order to measure the temperature at which hydrocarbon gas is thermally decomposed, a temperature sensor (not shown) penetrates the quartz tube 23 and the insulation material 22 and measures the temperature of the graphite tube 21. The temperature sensor measures the temperature of the graphite tube 21 and then sends the temperature value to the control unit 11 in real time. Of course, more temperature sensors can be installed throughout the system.

한편, 탄화수소가스가 열분해될 때 흑연튜브(21)의 내부 압력을 측정하기 위해, 압력센서(미도시)가 흑연튜브(21)의 전후 배관에 설치된다. 압력센서는 흑연튜브(21)의 내부 압력을 측정한 후, 그 압력값을 시스템의 제어부에 실시간으로 보낸다. 물론, 압력센서는 시스템 곳곳에 더 설치될 수 있다.Meanwhile, in order to measure the internal pressure of the graphite tube 21 when hydrocarbon gas is thermally decomposed, pressure sensors (not shown) are installed in the pipes before and after the graphite tube 21. The pressure sensor measures the internal pressure of the graphite tube 21 and then sends the pressure value to the system control unit in real time. Of course, more pressure sensors can be installed throughout the system.

[탄화수소가스 공급부(3), 탄화수소가스 유량조절부(4)][Hydrocarbon gas supply unit (3), hydrocarbon gas flow control unit (4)]

탄화수소가스 공급부(3)는 탄화수소가스를 공급한다. 탄화수소가스 공급부(3)는 탄화수소가스 저장통, 공급펌프, 배관 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The hydrocarbon gas supply unit 3 supplies hydrocarbon gas. The hydrocarbon gas supply unit 3 can be configured in various ways using known technologies such as a hydrocarbon gas storage tank, supply pump, and piping.

탄화수소가스 유량조절부(4)는 탄화수소가스 공급부(3)로부터 공급받은 탄화수소가스의 유량을 제어하여 배출한다. 탄화수소가스 유량조절부(4)는 유량계, 유량조절밸브 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The hydrocarbon gas flow control unit (4) controls the flow rate of the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon gas supply unit (3) and discharges it. The hydrocarbon gas flow control unit 4 can be configured in various ways using known technologies such as flow meters and flow control valves.

[가스주입 노즐(100)][Gas injection nozzle (100)]

가스주입 노즐(100)은 탄화수소가스 유량조절부(4)와 연결되어, 탄화수소가스 유량조절부(4)가 배출한 탄화수소가스를 유도가열로(2)로 주입한다.The gas injection nozzle 100 is connected to the hydrocarbon gas flow rate controller 4 and injects the hydrocarbon gas discharged from the hydrocarbon gas flow rate controller 4 into the induction heating furnace (2).

도 4에 도시된 바와 같이, 가스주입 노즐(100)은 결합용 하우징(110), 주입관용 하우징(120), 가스 주입관(130), 제1냉각관로(140), 제2냉각관로(150)로 구성된다. As shown in FIG. 4, the gas injection nozzle 100 includes a coupling housing 110, an injection pipe housing 120, a gas injection pipe 130, a first cooling pipe 140, and a second cooling pipe 150. ) is composed of.

<결합용 하우징(110)><Coupling housing (110)>

결합용 하우징(110)은 탄화수소가스를 열분해하여 초미세 탄소분체를 생성하는 유도가열로(2)에 결합된다. The coupling housing 110 is coupled to the induction heating furnace 2, which generates ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas.

결합용 하우징(110)은 제1커버(111), 결합용 몸체(112), 제2커버(113)로 구성된다.The coupling housing 110 consists of a first cover 111, a coupling body 112, and a second cover 113.

제1커버(111)는 유도가열로(2)에 결합되며, 유도가열로(2)의 상부 입구를 폐쇄한다. The first cover 111 is coupled to the induction heating furnace (2) and closes the upper inlet of the induction heating furnace (2).

결합용 몸체(112)는 제1커버(111)에 결합되며, 유도가열로(2) 밖으로 연장된 주입관용 하우징(120)을 감싼다. 결합용 몸체(112)의 외벽은 후술되는 제2냉각관로(150)에 의해 감싸진다.The coupling body 112 is coupled to the first cover 111 and surrounds the injection tube housing 120 extending out of the induction heating furnace (2). The outer wall of the coupling body 112 is surrounded by a second cooling pipe 150, which will be described later.

제2커버(113)는 결합용 몸체(112)에 결합되며, 결합용 몸체(112)와 결합용 몸체(112)를 감싼 제2냉각관로(150)의 상단을 폐쇄한다. The second cover 113 is coupled to the coupling body 112 and closes the coupling body 112 and the upper end of the second cooling pipe 150 surrounding the coupling body 112.

<주입관용 하우징(120)><Housing for injection tube (120)>

주입관용 하우징(120)은 결합용 하우징(110)에 결합되며, 결합용 하우징(110)을 관통하여 유도가열로(2)의 내부로 연장된다. 즉, 주입관용 하우징(120)은 제1커버(111), 결합용 몸체(112), 제2커버(113)를 관통하여 유도가열로(2) 내부로 삽입된다.The injection tube housing 120 is coupled to the coupling housing 110 and extends through the coupling housing 110 into the inside of the induction heating furnace (2). That is, the injection tube housing 120 is inserted into the induction heating furnace 2 through the first cover 111, the coupling body 112, and the second cover 113.

주입관용 하우징(120)은 하우징 몸체(121), 제1냉각관로용 유입부(122), 제1냉각관로용 유출부(123)로 구성된다.The housing 120 for the injection pipe is composed of a housing body 121, an inlet portion 122 for the first cooling pipe, and an outlet portion 123 for the first cooling pipe.

하우징 몸체(121)는 후술되는 가스 주입관(130)과 제1냉각관로(140)를 감싼다. 하우징 몸체(121)의 하부 영역은 유도가열로(2) 내부에 위치하여 유도가열로(2)의 흑연튜브(21) 내부까지 연장되고, 하우징 몸체(121)의 상부 영역은 결합용 하우징(110)을 관통하여 결합용 하우징(110)의 상단 밖으로 연장된다. 하우징 몸체(121)는 스테인레스 스틸로 만들어지는 것이 바람직하다.The housing body 121 surrounds the gas injection pipe 130 and the first cooling pipe 140, which will be described later. The lower area of the housing body 121 is located inside the induction heating furnace 2 and extends to the inside of the graphite tube 21 of the induction heating furnace 2, and the upper area of the housing body 121 is connected to the coupling housing 110. ) and extends out of the top of the coupling housing 110. The housing body 121 is preferably made of stainless steel.

제1냉각관로용 유입부(122)와 제1냉각관로용 유출부(123)는 결합용 하우징(110)의 상단 밖으로 연장된 하우징 몸체(121)의 상부 영역에 각각 결합된다. 제1냉각관로용 유입부(122)는 후술되는 제1냉각관로(140)에 연결되어 냉각수를 제1냉각관로(140)의 내부로 유입시킨다. 제1냉각관로용 유출부(123)는 제1냉각관로(140)에 연결되어 제1냉각관로(140)의 내부로 유입된 냉각수를 제1냉각관로(140)의 외부로 유출시킨다. 제1냉각관로용 유입부(122)와 제1냉각관로용 유출부(123) 각각에는 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동관(미도시)이 연결된다. The inlet portion 122 for the first cooling pipe and the outlet portion 123 for the first cooling pipe are each coupled to the upper region of the housing body 121 extending out of the top of the coupling housing 110. The inlet 122 for the first cooling pipe is connected to the first cooling pipe 140, which will be described later, and allows coolant to flow into the first cooling pipe 140. The first cooling pipe outlet 123 is connected to the first cooling pipe 140 and causes the coolant flowing into the first cooling pipe 140 to flow out of the first cooling pipe 140. A coolant flow pipe (not shown) through which coolant flows is connected to each of the first cooling pipe inlet 122 and the first cooling pipe outlet 123.

<가스 주입관(130)><Gas injection pipe (130)>

가스 주입관(130)은 주입관용 하우징(120)에 결합되며, 탄화수소가스를 유도가열로(2)의 내부로 주입한다.The gas injection pipe 130 is coupled to the injection pipe housing 120 and injects hydrocarbon gas into the induction heating furnace (2).

가스 주입관(130)은 하우징 몸체(121)에 의해 감싸진 상태에서, 하부 영역은 유도가열로(2) 내부에 위치하여 유도가열로(2)의 흑연튜브(21) 내부까지 연장되고, 상부 영역은 결합용 하우징(110)을 관통하여 결합용 하우징(110)의 상단 밖으로 연장된다. 가스 주입관(130)의 상단부는 하우징 몸체(121)가 감싸지 않아 외부로 노출된다. 하우징 몸체(121)의 외부로 노출된 가스 주입관(130)의 상단부 영역은 별도의 가스용 유입관(미도시)에 연결되어 가스 공급부(미도시)로부터 탄화수소가스를 공급받는다. The gas injection pipe 130 is surrounded by the housing body 121, and the lower area is located inside the induction heating furnace 2 and extends to the inside of the graphite tube 21 of the induction heating furnace 2, and the upper area is located inside the induction heating furnace 2. The region extends through the coupling housing 110 and out of the top of the coupling housing 110. The upper end of the gas injection pipe 130 is not surrounded by the housing body 121 and is exposed to the outside. The upper part of the gas injection pipe 130 exposed to the outside of the housing body 121 is connected to a separate gas inlet pipe (not shown) and receives hydrocarbon gas from a gas supply unit (not shown).

이와 같이 가스 주입관(130)이 유도가열로(2)의 흑연튜브(21) 내부까지 연장됨으로써, 설정 반응온도로 가열된 공간으로 탄화수소가스를 바로 주입할 수 있다. 또한 가스 주입관(130)의 상단부가 하우징 몸체(121)의 외부로 노출됨으로써, 가스 주입관(130)에 가스용 유입관을 연결하기 용이해진다.As the gas injection pipe 130 extends to the inside of the graphite tube 21 of the induction heating furnace 2, hydrocarbon gas can be directly injected into the space heated to the set reaction temperature. Additionally, the upper end of the gas injection pipe 130 is exposed to the outside of the housing body 121, making it easier to connect the gas inlet pipe to the gas injection pipe 130.

가스 주입관(130)은 테프론관 또는 스틸관으로 형성되는 것이 바람직하다.The gas injection pipe 130 is preferably formed of a Teflon pipe or a steel pipe.

<제1냉각관로(140)><First cooling pipe (140)>

제1냉각관로(140)는 주입관용 하우징(120)에 결합되며, 가스 주입관(130)에 인접하게 배치되어 가스 주입관(130)을 냉각시키는 냉각수가 흐른다.The first cooling pipe 140 is coupled to the injection pipe housing 120 and is disposed adjacent to the gas injection pipe 130 through which cooling water cools the gas injection pipe 130.

제1냉각관로(140)는 하우징 몸체(121)의 내부에 위치하며, 가스 주입관(130)의 둘레를 전부 또는 일부를 감싸도록 배치된다. 제1냉각관로(140)의 상단부는 제1냉각관로용 유입부(122)와 제1냉각관로용 유출부(123)와 연통된다. The first cooling pipe 140 is located inside the housing body 121 and is arranged to completely or partially surround the gas injection pipe 130. The upper end of the first cooling pipe 140 communicates with the inlet portion 122 for the first cooling pipe and the outlet portion 123 for the first cooling pipe.

제1냉각관로용 유입부(122)로 유입된 냉각수는 제1냉각관로(140)를 따라 유동하여 제1냉각관로용 유출부(123)로 유출된다. 이 과정에서 제1냉각관로(140)를 흐르는 냉각수는 내부 온도가 ~2,000 ℃인 고온의 유도가열로(2) 내부에 배치된 가스 주입관(130)을 냉각시킨다.Cooling water flowing into the first cooling pipe inlet 122 flows along the first cooling pipe 140 and flows out into the first cooling pipe outlet 123. In this process, the cooling water flowing through the first cooling pipe 140 cools the gas injection pipe 130 disposed inside the high-temperature induction heating furnace 2 with an internal temperature of ~2,000°C.

<제2냉각관로(150)><Second cooling pipe (150)>

제2냉각관로(150)는 결합용 하우징(110)에 결합되며, 결합용 하우징(110)을 냉각시키는 냉각수가 흐른다.The second cooling pipe 150 is coupled to the coupling housing 110, and cooling water that cools the coupling housing 110 flows.

제2냉각관로(150)는 결합용 몸체(112)의 외벽을 감싼다. 제2냉각관로(150)의 하단은 제1커버(111)에 의해 폐쇄되고, 제2냉각관로(150)의 상단은 제2커버(113)에 의해 폐쇄된다.The second cooling pipe 150 surrounds the outer wall of the coupling body 112. The lower end of the second cooling pipe 150 is closed by the first cover 111, and the upper end of the second cooling pipe 150 is closed by the second cover 113.

제2냉각관로(150)에는 냉각수를 제2냉각관로(150)의 내부로 유입시키는 제2냉각관로용 유입부(151)와, 제2냉각관로(150)의 내부로 유입된 냉각수를 제2냉각관로(150)의 외부로 유출시키는 제2냉각관로용 유출부(152)가 연결된다. 제2냉각관로용 유입부(151)와 제2냉각관로용 유출부(152) 각각은 냉각수를 유동시키는 냉각수 유동관(미도시)에 연결된다. The second cooling pipe 150 includes an inlet 151 for the second cooling pipe that flows coolant into the second cooling pipe 150, and a second cooling pipe inlet 151 that flows the coolant flowing into the second cooling pipe 150 into the second cooling pipe 150. An outlet 152 for the second cooling pipe that discharges water to the outside of the cooling pipe 150 is connected. The inlet portion 151 for the second cooling pipe and the outlet portion 152 for the second cooling pipe are each connected to a coolant flow pipe (not shown) through which coolant flows.

제2냉각관로용 유입부(151)로 유입된 냉각수는 제2냉각관로(150)를 따라 유동하여 제2냉각관로용 유출부(152)로 유출된다. 이 과정에서 제2냉각관로(150)를 흐르는 냉각수는 결합용 하우징(110)을 냉각시키고, 이로 인해 유도가열로(2) 외부에 배치된 가스 주입관(130)도 냉각된다. Cooling water flowing into the inlet 151 for the second cooling pipe flows along the second cooling pipe 150 and flows out into the outlet 152 for the second cooling pipe. In this process, the cooling water flowing through the second cooling pipe 150 cools the coupling housing 110, which also cools the gas injection pipe 130 disposed outside the induction heating furnace 2.

이와 같이 제1냉각관로(140)와 제2냉각관로(150)에 의한 이중 냉각수 공급 구조를 형성함으로써, 유도가열로(2)에서 전달되는 고온의 열에 의해 가스 주입관(130)이 손상되는 것을 막을 수 있다.In this way, by forming a dual cooling water supply structure by the first cooling pipe 140 and the second cooling pipe 150, the gas injection pipe 130 is prevented from being damaged by the high temperature heat transmitted from the induction heating furnace 2. It can be prevented.

제2냉각관로용 유입부(151)는 제2냉각관로용 유출부(152)보다 유도가열로(2)에 근접한 위치에 배치된다. 본 실시예에서 제2냉각관로용 유입부(151)는 결합용 하우징(110)의 하단 영역에 배치되고, 제2냉각관로용 유출부(152)는 결합용 하우징(110)의 상단 영역에 배치된다. The inlet 151 for the second cooling pipe is disposed closer to the induction heating furnace 2 than the outlet 152 for the second cooling pipe. In this embodiment, the inlet portion 151 for the second cooling pipe is disposed in the lower region of the coupling housing 110, and the outlet portion 152 for the second cooling pipeline is disposed in the upper region of the coupling housing 110. do.

이와 같이 제2냉각관로용 유입부(151)가 제2냉각관로용 유출부(152)보다 유도가열로(2)에 근접한 위치에 배치됨으로써, 결합용 하우징(110)과 열교환이 이루어지기 전의 차가운 냉각수가 유도가열로(2)에 근접한 위치에서 제2냉각관로(150)로 유입되어 냉각효율이 좋아진다.In this way, the inlet portion 151 for the second cooling pipe is disposed closer to the induction heating furnace 2 than the outlet portion 152 for the second cooling pipe, so that the coolant before heat exchange with the coupling housing 110 takes place. Cooling water flows into the second cooling pipe 150 at a location close to the induction heating furnace 2, thereby improving cooling efficiency.

[가열용 질소가스 공급부(5), 가열용 질소가스 유량조절부(6)][Nitrogen gas supply unit for heating (5), nitrogen gas flow control unit for heating (6)]

가열용 질소가스 공급부(5)는 질소가스를 공급한다. 가열용 질소가스 공급부(5)는 질소가스저장통, 공급펌프, 배관 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The nitrogen gas supply unit 5 for heating supplies nitrogen gas. The nitrogen gas supply unit 5 for heating can be configured in various ways using known technologies such as a nitrogen gas storage tank, supply pump, and piping.

가열용 질소가스 유량조절부(6)는 가열용 질소가스 공급부(5)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다. 질소가스 투입으로 인해 유도가열로(2)의 내부가 대기압보다 높은 양압(1.1~1.9bar) 상태를 유지할 수 있어, 산소가 포함된 공기가 유도가열로(2)의 내부로 들어오지 못한다. 이로 인해, 탄화수소가스가 고온에서 산소와 만나 폭발하는 것을 막을 수 있다. The heating nitrogen gas flow control unit (6) controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the heating nitrogen gas supply unit (5) and supplies it to the induction heating furnace (2). Due to the introduction of nitrogen gas, the inside of the induction heating furnace (2) can maintain a positive pressure (1.1 to 1.9 bar) higher than atmospheric pressure, so air containing oxygen cannot enter the inside of the induction heating furnace (2). Because of this, it is possible to prevent hydrocarbon gas from exploding when it meets oxygen at high temperatures.

가열용 질소가스 유량조절부(6)는 유량계, 유량조절밸브 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The nitrogen gas flow control unit 6 for heating can be configured in various ways using known technologies such as flow meters and flow control valves.

[진공펌프(7)][Vacuum pump (7)]

진공펌프(7)는 배관을 통해 냉각부(8)와 연결된다. 배관에는 자동개폐밸브가 설치된다. 진공펌프(7)는 질소가스 투입 전, 배관과 냉각부(8)를 통해서 공기를 빨아들여, 유도가열로(2)의 내부뿐만 아니라 유도가열로(2)와 연결된 장치 전체를 진공상태로 만든다. 이로 인해, 아세틸렌가스가 고온에서 만나 폭발할 수 있는 산소를 유도가열로(2)에 질소가스를 투입하기 전에 미리 제거할 수 있다.The vacuum pump (7) is connected to the cooling unit (8) through a pipe. Automatic open/close valves are installed in the pipes. Before nitrogen gas is introduced, the vacuum pump (7) sucks air through the pipe and cooling unit (8), making not only the inside of the induction heating furnace (2) but also the entire device connected to the induction heating furnace (2) into a vacuum state. . Because of this, oxygen, which can explode when acetylene gas meets high temperature, can be removed in advance before introducing nitrogen gas into the induction heating furnace (2).

[냉각부(8), 포집부(9), 배기부(10)][Cooling unit (8), collection unit (9), exhaust unit (10)]

냉각부(8)는 유도가열로(2)의 아래에 위치되며, 유도가열로(2)와 연결된다. 냉각부(8)는 유도가열로(2)로부터 배출되는 탄화수소가스와 질소가스와 초미세 탄소분체가 혼합된 가스를 자연 냉각시켜, 탄화수소가스로부터 초미세 탄소분체가 형성되는 열분해 반응을 멈추게 한다.The cooling unit (8) is located below the induction heating furnace (2) and is connected to the induction heating furnace (2). The cooling unit 8 naturally cools the mixed gas of hydrocarbon gas, nitrogen gas, and ultra-fine carbon powder discharged from the induction heating furnace 2, thereby stopping the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from the hydrocarbon gas.

포집부(9)는 배관을 통해 냉각부(8)와 연결된다. 포집부(9)는 냉각부(8)에서 냉각된 후 배출되는 가스를 받아 초미세 탄소분체를 포집한다. The collection unit 9 is connected to the cooling unit 8 through a pipe. The collection unit 9 receives the gas discharged after cooling in the cooling unit 8 and collects ultrafine carbon powder.

배기부(10)는 포집부(9)에서 초미세 탄소분체가 포집된 후 배출되는 가스에서 유해 물질을 제거한 후 대기로 배출한다. 배기부(10)는 유해물질제거필터 등 공지된 기술로 다양하게 구성가능하다.The exhaust unit 10 removes harmful substances from the gas discharged after the ultra-fine carbon powder is collected in the collection unit 9 and then discharges it into the atmosphere. The exhaust unit 10 can be configured in various ways using known technologies, such as a hazardous substance removal filter.

[체거름부(500)][Sifting unit (500)]

체거름부(500)는 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체를 전달받으며, 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집한다. The sieve unit 500 receives the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, scatters the ultra-fine carbon powder through an air current, and selects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. and capture it.

체거름부(500)는 포집부에 바로 연결되어 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체를 직접 전달받거나 별도의 유닛으로 형성되어 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체를 별도로 전달받을 수 있다. 본 실시예에서는 포집부에 직접 연결된 형태로 설명하기로 한다.The sieve unit 500 may be directly connected to the collection unit and directly receive the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, or may be formed as a separate unit and separately receive the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit. In this embodiment, it will be described in a form directly connected to the collection unit.

도 5에 도시된 바와 같이, 체거름부(500)는 거름용 질소가스 공급부(510), 거름용 질소가스 유량조절부(520), 기류형성용 탱크(530), 메인 가스분사노즐(540), 포집통(550), 포집통용 가스분사노즐(560), 탱크용 연결관(570), 포집통용 연결관(580), 배기용 연결관(590)으로 구성된다. As shown in FIG. 5, the sieve unit 500 includes a nitrogen gas supply unit 510, a nitrogen gas flow rate control unit 520, an airflow forming tank 530, and a main gas injection nozzle 540. , It consists of a collection tank 550, a gas injection nozzle 560 for the collection tank, a tank connection pipe 570, a collection pipe connection pipe 580, and an exhaust connection pipe 590.

<거름용 질소가스 공급부(510), 거름용 질소가스 유량조절부(520)><Nitrogen gas supply unit for fertilizer (510), nitrogen gas flow rate control unit for fertilizer (520)>

거름용 질소가스 공급부(510)는 질소가스를 공급한다.The nitrogen gas supply unit 510 for fertilizer supplies nitrogen gas.

거름용 질소가스 유량조절부(520)는 거름용 질소가스 공급부(510)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여 배출한다. 거름용 질소가스 유량조절부(520)는 후술되는 메인 가스분사노즐(540)과 포집통용 가스분사노즐(560)에 연결되며, 기류형성용 탱크(530)와 각 포집통(550)에 따라 요구되는 질소가스의 유량을 제어하여 배출한다. 질소가스의 유량을 조절하면 메인 가스분사노즐(540)과 포집통용 가스분사노즐(560)의 분사압력이 조절된다. The nitrogen gas flow rate control unit 520 controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit 510 and discharges it. The nitrogen gas flow control unit 520 for fertilizer is connected to the main gas injection nozzle 540 and the gas injection nozzle 560 for the collection container, which will be described later, and is required according to the airflow forming tank 530 and each collection container 550. The flow rate of nitrogen gas is controlled and discharged. By adjusting the flow rate of nitrogen gas, the injection pressure of the main gas injection nozzle 540 and the gas injection nozzle 560 for the collection container is adjusted.

거름용 질소가스 유량조절부(520)는 메인 가스분사노즐(540)에서 분사되는 가스의 유량과 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 가스의 유량이 서로 다르도록 제어한다. 또한 거름용 질소가스 유량조절부(520)는 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 가스의 유량이 복수의 포집통(550) 별로 다르도록 제어한다. The nitrogen gas flow rate controller 520 controls the flow rate of the gas sprayed from the main gas injection nozzle 540 and the gas flow rate sprayed from the gas collection nozzle 560 for the collection container to be different from each other. In addition, the nitrogen gas flow rate controller 520 for manure controls the flow rate of the gas sprayed from the gas injection nozzle 560 for the collection container so that it is different for each of the plurality of collection containers 550.

거름용 질소가스 유량조절부(520)는 메인 가스분사노즐(540)에서 분사되는 질소가스의 유량을 가장 크게 하고, 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 근접하게 배치되는 포집통(550)에서 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치되는 포집통(550) 순서로 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 질소가스의 유량이 줄어들게 유량을 조절한다. The nitrogen gas flow rate control unit 520 for manure maximizes the flow rate of nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 540 and is used in the collection container 550 disposed closest to the airflow forming tank 530. The flow rate of the nitrogen gas sprayed from the gas injection nozzle 560 for the collection container 560 is adjusted to decrease in the order of the collection container 550 being placed furthest from the air flow forming tank 530.

이와 같이 조절함으로써, 발생되는 기류의 크기가 조절되어 초미세 탄소분체의 크기, 밀도 및 비표면적 등에 따라 비산되는 거리가 조절된다.By adjusting in this way, the size of the generated air current is adjusted and the scattering distance is adjusted according to the size, density, and specific surface area of the ultrafine carbon powder.

<기류형성용 탱크(530), 메인 가스분사노즐(540)><Airflow forming tank (530), main gas injection nozzle (540)>

기류형성용 탱크(530)는 포집부에 연결되며, 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체가 내부에 수용된다.The air flow forming tank 530 is connected to the collection unit, and the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit is accommodated therein.

메인 가스분사노즐(540)은 기류형성용 탱크(530)에 설치되고, 거름용 질소가스 유량조절부(520)에 연결되며, 기류형성용 탱크(530)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다. The main gas injection nozzle 540 is installed in the airflow forming tank 530, is connected to the nitrogen gas flow control unit 520, and sprays nitrogen gas into the airflow forming tank 530 to produce ultra-fine gas. Forms an air current that scatters carbon powder.

메인 가스분사노즐(540)은 4개로 형성된다. 이러한 4개의 메인 가스분사노즐(540)은 도 6에 도시된 바와 같이 기류형성용 탱크(530)의 바닥면에 상호 이격되어 배치된다. 이러한 메인 가스분사노즐(540)은 기류형성용 탱크(530) 내에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 기류가 용이하게 형성될 수 있도록 상호 90도로 틀어진 방향으로 가스를 분사한다. There are four main gas injection nozzles 540. These four main gas injection nozzles 540 are arranged to be spaced apart from each other on the bottom surface of the airflow forming tank 530, as shown in FIG. 6. The main gas injection nozzle 540 sprays gas in directions that are rotated by 90 degrees so that an airflow rotating clockwise or counterclockwise can be easily formed within the airflow forming tank 530.

<포집통(550), 포집통용 가스분사노즐(560)><Collection container (550), gas injection nozzle for collection container (560)>

포집통(550)은 초미세 탄소분체가 선별되어 포집된다. 포집통(550)은 복수 개가 구비되며, 복수 개의 포집통(550)은 상호 이격되어 배치된다. 본 실시예에서는 3개의 포집통(550)이 배치되었으나 포집통(550)의 개수는 필요에 따라 조절될 수 있다. 기류형성용 탱크(530)에서 기류에 의해 비산된 초미세 탄소분체는 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별되어 각 포집통(550)에 포집된다.The collection container 550 selects and collects ultrafine carbon powder. A plurality of collection bins 550 are provided, and the plurality of collection bins 550 are arranged to be spaced apart from each other. In this embodiment, three collection bins 550 are arranged, but the number of collection bins 550 can be adjusted as needed. The ultrafine carbon powder scattered by the airflow in the airflow forming tank 530 is selected based on at least one of size, density, and specific surface area and is collected in each collection container 550.

포집통용 가스분사노즐(560)은 복수의 포집통(550) 각각에 설치되고 거름용 질소가스 유량조절부(520)에 연결되며, 포집통(550)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다. 포집통용 가스분사노즐(560) 역시 메인 가스분사노즐(540)과 동일한 개수 및 방향으로 포집통(550)에 설치될 수 있다.The gas injection nozzle 560 for the collection container is installed in each of the plurality of collection containers 550 and is connected to the nitrogen gas flow rate control unit 520 for fertilizer, and sprays nitrogen gas into the inside of the collection container 550 to produce ultrafine carbon. Forms an air current that scatters the powder. The gas injection nozzles 560 for the collection container may also be installed in the collection container 550 in the same number and direction as the main gas injection nozzles 540.

<탱크용 연결관(570), 포집통용 연결관(580), 배기용 연결관(590)> < Tank connector (570), collection tank connector (580), exhaust connector (590)>

탱크용 연결관(570)은 기류형성용 탱크(530)와 복수의 포집통(550) 중 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 근접하게 배치되는 포집통(550)에 연결되며, 기류형성용 탱크(530)에서 배출된 가스가 이동한다. 기류형성용 탱크(530)에서 배출된 가스는 초미세 탄소분체와 질소가스를 함유한다. 탱크용 연결관(570)의 유입단부는 상부 영역으로 비산하는 초미세 탄소분체가 유입될 수 있도록 기류형성용 탱크(530)의 상부에 연결된다. 탱크용 연결관(570)의 유출 단부는 초미세 탄소분체가 포집통용 가스분사노즐(560) 부근에 공급될 수 있도록 포집통(550)의 하부까지 연장된다.The tank connector 570 is connected to the airflow forming tank 530 and the collection container 550 disposed closest to the airflow forming tank 530 among the plurality of collecting containers 550, and is connected to the airflow forming tank 530. The gas discharged from the tank 530 moves. The gas discharged from the airflow forming tank 530 contains ultrafine carbon powder and nitrogen gas. The inlet end of the tank connector 570 is connected to the upper part of the airflow forming tank 530 so that the ultra-fine carbon powder flying into the upper area can be introduced. The outlet end of the tank connection pipe 570 extends to the lower part of the collection container 550 so that ultrafine carbon powder can be supplied to the vicinity of the gas injection nozzle 560 for the collection container.

포집통용 연결관(580)은 복수의 포집통(550) 중 이웃하게 배치된 한 쌍의 포집통(550)을 상호 연결하며, 한 쌍의 포집통(550) 중 어느 하나에서 배출된 가스가 다른 하나로 이동한다. 탱크용 연결관(570)과 마찬가지로, 포집통용 연결관(580)의 유입 단부는 포집통(550)의 상부에 연결되고, 포집통용 연결관(580)의 유출 단부는 포집통(550)의 하부까지 연장된다.The connection pipe 580 for the collection cylinder connects a pair of collection cylinders 550 disposed adjacently among the plurality of collection cylinders 550, and the gas discharged from one of the pair of collection cylinders 550 is transmitted to the other. move as one Like the tank connector 570, the inlet end of the collection container connector 580 is connected to the upper part of the collection container 550, and the outlet end of the collection container connector 580 is connected to the lower part of the collection container 550. extends until

배기용 연결관(590)은 복수의 포집통(550) 중 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치되는 포집통(550)에 연결되며, 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치된 포집통(550)에서 배출된 가스가 이동한다. 배기용 연결관(590)의 유입 단부는 포집통(550)의 상부에 연결된다. 배기용 연결관(590)의 유출단부는 배기부 또는 별도의 거름용 배기부에 연결되어 거름이 완료된 가스에서 유해 물질을 제거한 후 대기로 배출한다.The exhaust connection pipe 590 is connected to the collection container 550 that is located furthest from the airflow forming tank 530 among the plurality of collecting containers 550, and is located furthest from the airflow forming tank 530. The gas discharged from the collection container 550 moves. The inlet end of the exhaust connection pipe 590 is connected to the upper part of the collection container 550. The outlet end of the exhaust connection pipe 590 is connected to an exhaust unit or a separate fertilizer exhaust unit to remove harmful substances from the fertilized gas and then discharge it into the atmosphere.

포집통(550) 각각에는 기류에 의해 비산하는 초미세 탄소분체를 거르는 필터(F)가 구비된다. 필터(F)는 포집통용 연결관(580)과 배기용 연결관(590)의 유입 단부 측에 배치된다. 포집통(550) 위치가 기류형성용 탱크(530)에서 멀어질수록 필터(F) 크기가 작아져 걸러지는 초미세 탄소분체의 크기가 작아진다. Each collection container 550 is equipped with a filter (F) that filters ultrafine carbon powder scattered by the air current. The filter (F) is disposed on the inlet end side of the collection tube connection pipe 580 and the exhaust connection pipe 590. As the location of the collection tank 550 moves away from the airflow forming tank 530, the size of the filter F becomes smaller and the size of the filtered ultrafine carbon powder becomes smaller.

[제어부(11)][Control unit (11)]

제어부(11)는 체거름부(500)에서 초미세 탄소분체가 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나에 따라 비산되는 거리가 다르도록 기류의 크기를 제어한다. 즉, 제어부(11)는 기류의 크기를 제어하기 위해, 거름용 질소가스 공급부(510)와 거름용 질소가스 유량조절부(520)에게 기류형성용 탱크(530) 각 포집통(550)에 유입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시한다. The control unit 11 controls the size of the airflow so that the distance at which the ultrafine carbon powder scatters in the sieve unit 500 varies depending on at least one of size, density, and specific surface area. That is, in order to control the size of the airflow, the control unit 11 directs the nitrogen gas supply unit 510 for fertilizer and the nitrogen gas flow control unit 520 for airflow to flow into each collection container 550 of the airflow forming tank 530. Instructs to adjust the flow rate of nitrogen gas.

또한 제어부(11)는 유도가열로(2)의 내부로 산소가 유입되는 것을 막기 위해, 유도가열로(2)의 내부에 걸리는 압력을 대기압보다 높은 양압으로 만들도록, 가열용 질소가스 유량조절부(6)에게 유도가열로(2)로 투입되는 질소가스의 유량을 조절하라고 지시한다.In addition, in order to prevent oxygen from flowing into the induction heating furnace (2), the control unit 11 operates a nitrogen gas flow control unit for heating to make the pressure inside the induction heating furnace (2) a positive pressure higher than atmospheric pressure. Instruct (6) to adjust the flow rate of nitrogen gas fed into the induction heating furnace (2).

[예비가열부(12), 모니터부(13), 전원부(14)][Preheating unit (12), monitor unit (13), power unit (14)]

예비가열부(12)는 가스주입 노즐(100)로 투입되는 탄화수소가스의 온도를 열분해 반응이 시작되는 온도 직전까지 올려, 유도가열로(2)에서 설정 반응온도에서의 열분해가 시작되는 시간을 단축시킨다. 예비가열부(12)는 탄화수소가스 유량조절부(4)에서 가스주입 노즐(100)로 들어가는 배관의 주위를 감싸는 히터로 구성될 수 있다.The preheating unit 12 increases the temperature of the hydrocarbon gas introduced into the gas injection nozzle 100 to just before the temperature at which the thermal decomposition reaction begins, shortening the time for thermal decomposition to start at the set reaction temperature in the induction heating furnace (2). I order it. The preheating unit 12 may be configured as a heater surrounding the pipe entering the gas injection nozzle 100 from the hydrocarbon gas flow control unit 4.

모니터부(13)는 탄화수소가스 공급량, 질소가스 공급량, 유도가열로의 온도, 예비가열로의 온도, 유도가열로 내의 압력 상태, 포집부에 포집된 초미세 탄소분체 포집량 등 다양한 정보를 관리자가 한눈에 볼 수 있게 디스플레이 한다. 또한, 모니터부(13)는 터치스크린으로 구성되어, 관리자가 압력 조절로 물성을 제어하는 초미세 탄소분체 제조시스템(1)의 작동에 필요한 조건과 래서피(recipe)를 입력할 수 있다.The monitor unit 13 allows the manager to collect various information such as hydrocarbon gas supply amount, nitrogen gas supply amount, temperature of the induction heating furnace, temperature of the preheating furnace, pressure condition in the induction heating furnace, and amount of ultra-fine carbon powder collected in the collection unit. Display it so you can see it at a glance. In addition, the monitor unit 13 is configured with a touch screen, so that the manager can input conditions and recipes necessary for the operation of the ultra-fine carbon powder manufacturing system 1, which controls physical properties by controlling pressure.

전원부(14)는 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치(1)의 작동에 필요한 전력을 공급한다.The power supply unit 14 supplies the power required to operate the ultra-fine carbon powder sieving device 1 using airflow.

이하, 본 발명에 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치를 사용하여, 본 발명에 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법을 자세히 설명한다. 도 1 내지 도 6을 기본적으로 참조한다. Hereinafter, a method for sieving ultra-fine carbon powder using an air flow according to the first embodiment of the present invention will be described in detail using the apparatus for sieving ultra-fine carbon powder using an air flow according to the first embodiment of the present invention. Basically refer to FIGS. 1 to 6.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 제1실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법은, As shown in Figure 7, the ultra-fine carbon powder sieving method using airflow according to the first embodiment of the present invention is,

탄화수소가스를 열분해시켜 초미세 탄소분체를 제조하는 제1단계(S11);A first step (S11) of producing ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas;

상기 초미세 탄소분체가 혼합된 가스를 냉각시켜, 탄화수소가스로부터 초미세 탄소분체가 형성되는 열분해 반응을 멈추게 하는 제2단계(S12);A second step (S12) of cooling the gas mixed with the ultra-fine carbon powder to stop the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from hydrocarbon gas;

상기 초미세 탄소분체를 포집하고, 상기 초미세 탄소분체가 포집된 후 배출되는 가스를 받아 배기하는 제3단계(S13); 및A third step (S13) of collecting the ultra-fine carbon powder and receiving and exhausting the gas discharged after the ultra-fine carbon powder is collected; and

상기 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 상기 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집하는 제4단계(S14)로 구성된다.It consists of a fourth step (S14) in which the ultra-fine carbon powder is scattered through an air current and the ultra-fine carbon powder is selected and collected based on at least one of size, density, and specific surface area.

이하, 제1단계(S11)를 설명한다.Hereinafter, the first step (S11) will be described.

모든 과정은 제어부(11)의 지시에 의해 진행된다.All processes are carried out under the instructions of the control unit 11.

진공펌프(7)는 배관과 냉각부(8)를 통해서 공기를 빨아들여, 유도가열로(2)의 내부뿐만 아니라 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치(1) 전체를 진공상태로 만든다. 이로 인해, 장치에 남아 있는 산소가 제거된다.The vacuum pump (7) sucks air through the pipe and the cooling unit (8), making not only the inside of the induction heating furnace (2) but also the entire ultra-fine carbon powder sieving device (1) using airflow into a vacuum state. This removes any oxygen remaining in the device.

예비가열부(12)는 탄화수소가스 유량조절부(4)에서 가스주입 노즐(100)과 연결된 배관을 예비 가열한다.The preheating unit 12 preheats the pipe connected to the gas injection nozzle 100 in the hydrocarbon gas flow control unit 4.

전류공급부(25)가 유도코일(24)에 교류 전류를 공급하여, 전자기유도에 의해 흑연튜브(21)의 온도를 설정 반응온도로 올린다.The current supply unit 25 supplies alternating current to the induction coil 24, raising the temperature of the graphite tube 21 to the set reaction temperature by electromagnetic induction.

가열용 질소가스 공급부(5)는 질소가스를 공급한다. 질소가스가 유도가열로(2)로 들어가 유도가열로(2)의 내부가 양압 상태가 되면, 진공펌프(7)의 작동을 멈춘다.The nitrogen gas supply unit 5 for heating supplies nitrogen gas. When nitrogen gas enters the induction heating furnace (2) and the inside of the induction heating furnace (2) becomes a positive pressure state, the vacuum pump (7) stops operating.

가열용 질소가스 유량조절부(6)는 가열용 질소가스 공급부(5)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여, 유도가열로(2)로 투입한다. 질소가스를 지속적으로 투입하여 유도가열로(2)의 내부를 대기압보다 높은 양압(1.1~1.9bar) 상태로 유지시킨다. 그 이유는, 고온에서 산소와 만나면 폭발하는 탄화수소가스의 특성상, 유도가열로(2)의 내부 및 이와 연결된 장치로 산소가 포함된 공기가 들어오는 것을 막아야 하기 때문이다.The heating nitrogen gas flow control unit (6) controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the heating nitrogen gas supply unit (5) and supplies it to the induction heating furnace (2). Nitrogen gas is continuously introduced to maintain the inside of the induction heating furnace (2) at a positive pressure (1.1 to 1.9 bar) higher than atmospheric pressure. The reason is that, due to the nature of hydrocarbon gas, which explodes when it meets oxygen at high temperature, it is necessary to prevent air containing oxygen from entering the inside of the induction heating furnace (2) and the devices connected to it.

물론, 탄화수소가스 열분해 반응 중 진공펌프(7)로 공기를 계속 빼내서 유도가열로(2) 내부의 산소를 제거할 수도 있지만, 이 경우 탄화수소가스가 열분해되기도 전에 진공펌프(7) 쪽으로 빠져버려, 진공펌프(7)로 공기를 계속 빼내는 방식은 바람직하지 않다.Of course, it is possible to remove oxygen inside the induction heating furnace (2) by continuously removing air with the vacuum pump (7) during the hydrocarbon gas pyrolysis reaction, but in this case, the hydrocarbon gas escapes into the vacuum pump (7) before it is thermally decomposed, and the vacuum It is not desirable to continuously remove air using the pump (7).

탄화수소가스 공급부(3)가 탄화수소가스를 공급한다. The hydrocarbon gas supply unit 3 supplies hydrocarbon gas.

탄화수소가스 유량조절부(4)는 탄화수소가스 공급부(3)로부터 공급받은 탄화수소가스의 유량을 제어하여, 가스주입 노즐(100)로 투입한다. The hydrocarbon gas flow control unit 4 controls the flow rate of the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon gas supply unit 3 and injects it into the gas injection nozzle 100.

가스주입 노즐(100)로 투입된 탄화수소가스는 유도가열로(2)의 흑연튜브(21)로 주입된다. 이때 가스주입 노즐(100)은 제1냉각관로(140)와 제2냉각관로(150)에 의해 냉각되어, 흑연튜브(21)로부터 전달되는 고열의 영향이 차단된 상태에서 탄화수소가스를 설정 반응온도로 가열된 흑연튜브(21) 내로 바로 주입할 수 있다.Hydrocarbon gas injected through the gas injection nozzle 100 is injected into the graphite tube 21 of the induction heating furnace (2). At this time, the gas injection nozzle 100 is cooled by the first cooling pipe 140 and the second cooling pipe 150, and the hydrocarbon gas is maintained at the set reaction temperature while the influence of high heat transmitted from the graphite tube 21 is blocked. It can be directly injected into the heated graphite tube (21).

탄화수소가스가 유도가열로(2)의 흑연튜브(21)를 통과하며 열분해되어 초미세 탄소분체가 제조된다. Hydrocarbon gas passes through the graphite tube 21 of the induction heating furnace 2 and is thermally decomposed to produce ultrafine carbon powder.

이하, 제2단계(S12)를 설명한다.Hereinafter, the second step (S12) will be described.

냉각부(8)는 유도가열로(2)로부터 배출되는 탄화수소가스와 질소가스와 초미세 탄소분체가 혼합된 가스를 자연 냉각시켜, 탄화수소가스로부터 초미세 탄소분체가 형성되는 열분해 반응을 멈추게 한다.The cooling unit 8 naturally cools the mixed gas of hydrocarbon gas, nitrogen gas, and ultra-fine carbon powder discharged from the induction heating furnace 2, thereby stopping the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from the hydrocarbon gas.

이하, 제3단계(S13)를 설명한다.Hereinafter, the third step (S13) will be described.

포집부(9)는 냉각부에서 냉각된 후 배출되는 가스를 받아 초미세 탄소분체를 포집한다. The collection unit 9 receives the gas discharged after cooling in the cooling unit and collects ultrafine carbon powder.

배기부(10)는 포집부(9)에서 초미세 탄소분체가 포집된 후 배출되는 가스에서 유해 물질을 제거한 후 대기로 배출한다.The exhaust unit 10 removes harmful substances from the gas discharged after the ultra-fine carbon powder is collected in the collection unit 9 and then discharges it into the atmosphere.

이하, 제4단계(S14)를 설명한다.Hereinafter, the fourth step (S14) will be described.

거름용 질소가스 공급부(510)는 질소가스를 공급하고, 거름용 질소가스 유량조절부(520)는 거름용 질소가스 공급부(510)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여 배출한다. 거름용 질소가스 유량조절부(520)는 메인 가스분사노즐(540)에서 분사되는 질소가스의 유량을 가장 크게 하고, 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 근접하게 배치되는 포집통(550)에서 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치되는 포집통(550) 순서로 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 질소가스의 유량이 줄어들게 분사유량을 조절한다. The nitrogen gas supply unit 510 for fertilizer supplies nitrogen gas, and the nitrogen gas flow rate control unit 520 for fertilizer controls the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit 510 for discharge. The nitrogen gas flow rate control unit 520 for manure maximizes the flow rate of nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 540 and is used in the collection container 550 disposed closest to the airflow forming tank 530. The injection flow rate is adjusted so that the flow rate of nitrogen gas sprayed from the gas injection nozzle 560 for the collection tank 560 is reduced in the order of the collection container 550 disposed furthest from the air flow forming tank 530.

기류형성용 탱크(530)는 포집부에 포집된 초미세 탄소분체가 내부 수용된다. 기류형성용 탱크(530)에 설치된 메인 가스분사노즐(540)은 거름용 질소가스 유량조절부(520)에 연결되며, 기류형성용 탱크(530)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다. The airflow forming tank 530 contains the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit. The main gas injection nozzle 540 installed in the airflow forming tank 530 is connected to the nitrogen gas flow control unit 520 for fertilizer, and sprays nitrogen gas into the airflow forming tank 530 to produce ultrafine carbon powder. Forms an air current that scatters.

기류형성용 탱크(530)에서 배출된 가스는 초미세 탄소분체와 질소가스를 함유하고, 이 가스는 기류에 의해 기류형성용 탱크(530)와 복수의 포집통(550) 중 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 근접하게 배치되는 포집통(550)에 연결된 탱크용 연결관(570)으로 이동한다. The gas discharged from the airflow forming tank 530 contains ultrafine carbon powder and nitrogen gas, and this gas is transferred to the airflow forming tank 530 and the plurality of collection bins 550 by the airflow ( It moves to the tank connection pipe 570 connected to the collection container 550 located closest to 530).

상호 이격되어 배치된 복수의 포집통(550)은 초미세 탄소분체가 통과하면서 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별되어 포집된다.The ultra-fine carbon powder is selected and collected based on at least one of size, density, and specific surface area as it passes through a plurality of collection bins 550 arranged to be spaced apart from each other.

복수의 포집통(550) 각각에 설치된 포집통용 가스분사노즐(560)은 거름용 질소가스 유량조절부(520)에 연결되며, 포집통(550)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다.The gas injection nozzle 560 for the collection container installed in each of the plurality of collection containers 550 is connected to the nitrogen gas flow rate control unit 520 for fertilizer, and injects nitrogen gas into the inside of the collection container 550 to produce ultrafine carbon powder. Forms an air current that scatters.

각 포집통(550)으로 이동한 가스 중 기류에 의해 비산하지 못하는 무거운 초미세 탄소분체는 포집통(550)에 남고, 기류에 의해 비산하는 가벼운 초미세 탄소분체는 필터(F)를 통해 걸러진 후 이웃하게 배치된 포집통(550)에 연결된 포집통용 연결관(580)으로 이동한다. 이러한 방식으로 이웃한 복수 개의 포집통(550)을 이동하는 과정에서 초미세 탄소분체가 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 포집된다. Among the gases that move to each collection container (550), the heavy ultra-fine carbon powder that cannot be scattered by the air current remains in the collection container (550), and the light ultra-fine carbon powder that is scattered by the air current is filtered out through the filter (F). It moves to the connection pipe 580 for the collection container connected to the collection container 550 placed adjacent to it. In the process of moving the plurality of neighboring collection bins 550 in this way, ultrafine carbon powder is collected based on at least one of size, density, and specific surface area.

기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치된 포집통(550)에서 배출된 가스는 배기용 연결관(590)을 통해 배기된다.The gas discharged from the collection tank 550 located furthest from the airflow forming tank 530 is exhausted through the exhaust connection pipe 590.

메인 가스분사노즐(540)에서 분사되는 질소가스와 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 질소가스에 의해 초미세 탄소분체는 무게(밀도) 별로 비산되는 거리가 서로 다르다. The scattering distances of ultra-fine carbon powder are different depending on their weight (density) due to the nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 540 and the nitrogen gas sprayed from the collection container gas injection nozzle 560.

즉, 메인 가스분사노즐(540)에서 분사되는 질소가스와 포집통용 가스분사노즐(560)에서 분사되는 질소가스에 의해, 무거운(밀도가 큰) 초미세 탄소분체가 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 근접하게 배치되는 포집통(550)에 포집되고, 가벼운(밀도가 작은) 초미세 탄소분체가 기류형성용 탱크(530)에 대해 가장 멀게 배치되는 포집통(550)에 포집된다.That is, the nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 540 and the nitrogen gas sprayed from the collection tank gas injection nozzle 560 cause heavy (high density) ultrafine carbon powder to flow into the airflow forming tank 530. Light (low-density) ultrafine carbon powder is collected in the collection container 550 located closest to the air flow forming tank 530.

도 8은 기류형성용 탱크(530)에 20 SLM의 질소가스를 주입하여 제조된 아세틸렌 블랙의 선별 분리 결과를 제시하고 있다. 도 8에 도시된, 기류형성용 탱크(530)에서 순서대로 연결된 각 포집통(550)에서 선별 포집한 입자의 데이터를 보면, 기류형성용 탱크(530)에서 멀어질수록 주입자의 크기가 작아지고 비표면적(BET) 값이 증가함을 알 수 있다.Figure 8 presents the results of screening and separation of acetylene black produced by injecting 20 SLM of nitrogen gas into the airflow forming tank 530. Looking at the data of particles selectively collected in each collection container 550 sequentially connected to the airflow forming tank 530 shown in FIG. 8, the size of the injector becomes smaller as it moves away from the airflow forming tank 530. It can be seen that the specific surface area (BET) value increases.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치를 자세히 설명한다.Hereinafter, an ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the second embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치는 체거름부(600)가 제1실시예와 다르고, 다른 구성요소는 제1실시예와 동일하다. 동일한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. 한편, 이미 제조된 탄소분체만을 받아서 체거름 할 수 있게, 제2실시예에서 체거름부(600), 제어부(11)만을 떼어다가, 초미세 탄소분체 체거름 장치를 구성할 수도 있다.The ultra-fine carbon powder sieving device using airflow according to the second embodiment of the present invention has a sieve unit 600 that is different from the first embodiment, and other components are the same as those in the first embodiment. Detailed description of the same configuration is omitted. Meanwhile, in order to receive and sieve only already manufactured carbon powder, only the sieve unit 600 and the control unit 11 can be removed from the second embodiment to construct an ultra-fine carbon powder sieve device.

[체거름부(600)][Sifting unit (600)]

도 9에 도시된 바와 같이, 체거름부(600)는 거름용 질소가스 공급부(610), 거름용 질소가스 유량조절부(620), 기류형성용 탱크(630), 메인 가스분사노즐(640), 포집통(650), 탱크용 분류탑(660), 포집통용 연결관(670), 배기용 연결관(680)으로 구성된다. As shown in FIG. 9, the sieve unit 600 includes a nitrogen gas supply unit 610, a nitrogen gas flow rate control unit 620, an airflow forming tank 630, and a main gas injection nozzle 640. , It consists of a collection tank 650, a tank classification tower 660, a collection pipe connection pipe 670, and an exhaust connection pipe 680.

<거름용 질소가스 공급부(610), 거름용 질소가스 유량조절부(620)><Nitrogen gas supply unit for fertilizer (610), nitrogen gas flow rate control unit for fertilizer (620)>

거름용 질소가스 공급부(610)는 질소가스를 공급한다.The nitrogen gas supply unit 610 for fertilizer supplies nitrogen gas.

거름용 질소가스 유량조절부(620)는 거름용 질소가스 공급부(610)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여 배출한다. 거름용 질소가스 유량조절부(620)는 후술되는 메인 가스분사노즐(640)에 연결된다.The nitrogen gas flow rate control unit 620 controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit 610 and discharges it. The nitrogen gas flow rate control unit 620 for manure is connected to the main gas injection nozzle 640, which will be described later.

<기류형성용 탱크(630), 메인 가스분사노즐(640)><Airflow forming tank (630), main gas injection nozzle (640)>

기류형성용 탱크(630)는 포집부에 연결되며, 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체가 내부에 수용된다.The airflow forming tank 630 is connected to the collection unit, and the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit is accommodated therein.

메인 가스분사노즐(640)은 기류형성용 탱크(630)에 설치되고, 거름용 질소가스 유량조절부(620)에 연결되며, 기류형성용 탱크(630)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다. The main gas injection nozzle 640 is installed in the airflow forming tank 630, is connected to the nitrogen gas flow control unit 620, and sprays nitrogen gas into the airflow forming tank 630 to produce ultra-fine gas. Forms an air current that scatters carbon powder.

메인 가스분사노즐(640)은 제1실시예와 동일하게 형성된다.The main gas injection nozzle 640 is formed in the same way as in the first embodiment.

<포집통(650)><Collection container (650)>

포집통(650)은 초미세 탄소분체가 선별되어 포집된다. 포집통(650)은 복수 개가 구비되며, 복수 개의 포집통(650)은 상호 이격되어 배치된다. 본 실시예에서는 4개의 포집통(650)이 배치되었으나 포집통(650)의 개수는 필요에 따라 조절될 수 있다. 기류형성용 탱크(630)에서 기류에 의해 비산된 초미세 탄소분체는 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별되어 각 포집통(650)에 포집된다.The collection container 650 selects and collects ultra-fine carbon powder. A plurality of collection bins 650 are provided, and the plurality of collection bins 650 are arranged to be spaced apart from each other. In this embodiment, four collection bins 650 are arranged, but the number of collection bins 650 can be adjusted as needed. The ultrafine carbon powder scattered by the airflow in the airflow forming tank 630 is selected based on at least one of size, density, and specific surface area and collected in each collection container 650.

<탱크용 분류탑(660)><Tank classification tower (660)>

탱크용 분류탑(660)은 기류에 의해 기류형성용 탱크(630)에서 배출된 가스가 이동하며, 기류형성용 탱크(630)에서 배출된 가스가 배출되는 복수의 배출공(661)이 상하방향으로 상호 이격되어 형성된다. 각 배출공(661)에는 기류에 의해 비산하는 초미세 탄소분체를 거르는 필터(F)가 구비된다. 필터(F)는 상부방향으로 갈수록 필터(F) 크기가 작아져 걸러지는 초미세 탄소분체의 크기가 작아진다. The tank fractionation tower 660 moves the gas discharged from the airflow forming tank 630 by the airflow, and has a plurality of discharge holes 661 through which the gas discharged from the airflow forming tank 630 is discharged in an upward and downward direction. are formed by being spaced apart from each other. Each discharge hole 661 is equipped with a filter (F) that filters ultrafine carbon powder scattered by the air current. As the filter (F) moves toward the top, the size of the filter (F) becomes smaller and the size of the ultrafine carbon powder filtered out becomes smaller.

<포집통용 연결관(670), 배기용 연결관(680)><Connector pipe for collection tank (670), connector pipe for exhaust (680)>

포집통용 연결관(670)은 복수 개가 구비되며, 탱크용 분류탑(660)과 복수의 포집통(650) 각각에 연결되며, 배출공 각각에 연통된다. 각 포집통용 연결관(670)에는 탱크용 분류탑(660)에서 배출된 가스의 흐름을 개폐하는 자동개폐밸브(V)가 설치된다.A plurality of connection pipes 670 for collection containers are provided, and are connected to each of the tank fractionation tower 660 and the plurality of collection containers 650, and communicate with each discharge hole. An automatic opening and closing valve (V) is installed in each collection tank connection pipe 670 to open and close the flow of gas discharged from the tank fractionation tower 660.

배기용 연결관(680)은 복수의 포집통(650) 각각을 장치의 배기부 또는 별도의 배기부에 연결하며, 복수의 포집통(650) 각각에서 배출된 가스가 이동한다. 배기용 연결관(680)에는 각 포집통(650)에서 배출된 질소가스의 흐름을 개폐하는 자동개폐밸브(V)와 포집통(650)으로 유입된 질소가스를 흡입하는 펌프(미도시)가 설치된다.The exhaust connection pipe 680 connects each of the plurality of collection cylinders 650 to an exhaust portion of the device or a separate exhaust portion, and the gas discharged from each of the plurality of collection cylinders 650 moves. The exhaust connector 680 has an automatic opening and closing valve (V) that opens and closes the flow of nitrogen gas discharged from each collection container 650, and a pump (not shown) that suctions the nitrogen gas flowing into the collection container 650. It is installed.

이하, 본 발명에 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 장치를 사용하여, 본 발명에 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법을 자세히 설명한다. Hereinafter, a method for sieving ultrafine carbon powder using an airflow according to the second embodiment of the present invention will be described in detail using the ultrafine carbon powder sieving device using an airflow according to the second embodiment of the present invention.

본 발명에 제2실시예에 따른 기류를 이용한 초미세 탄소분체 체거름 방법은 제4단계가 제1실시예와 다르고, 나머지 단계는 제1실시예와 동일하다. 동일한 단계에 대해서는 자세한 설명을 생략한다. In the method of sieving ultrafine carbon powder using airflow according to the second embodiment of the present invention, the fourth step is different from the first embodiment, and the remaining steps are the same as the first embodiment. Detailed description of the same steps will be omitted.

이하, 제4단계를 설명한다.Below, the fourth step will be described.

체거름부(600)는 포집부에서 포집된 초미세 탄소분체를 전달받으며, 초미세 탄소분체를 기류를 통해 비산시켜 초미세 탄소분체를 크기, 밀도 및 비표면적 중 적어도 어느 하나를 기준으로 하여 선별하여 포집한다. The sieve unit 600 receives the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, scatters the ultra-fine carbon powder through an air current, and selects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. and capture it.

거름용 질소가스 공급부(610)는 질소가스를 공급하고, 거름용 질소가스 유량조절부(620)는 거름용 질소가스 공급부(610)로부터 공급받은 질소가스의 유량을 제어하여 배출한다.The nitrogen gas supply unit 610 supplies nitrogen gas, and the nitrogen gas flow rate control unit 620 controls the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit 610 and discharges it.

기류형성용 탱크(630)는 포집부에 포집된 초미세 탄소분체가 내부 수용된다. 기류형성용 탱크(630)에 설치된 메인 가스분사노즐(640)은 기류형성용 탱크(630)의 내부로 질소가스를 분사하여 초미세 탄소분체를 비산시키는 기류를 형성한다. The airflow forming tank 630 contains the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit. The main gas injection nozzle 640 installed in the airflow forming tank 630 injects nitrogen gas into the airflow forming tank 630 to form an airflow that scatters ultrafine carbon powder.

탱크용 분류탑(660)은 기류에 의해 기류형성용 탱크(630)에서 배출된 가스가 이동한다. 탱크용 분류탑(660)에 상하방향으로 상호 이격되어 형성된 복수의 배출공(661)으로 기류형성용 탱크(630)에서 배출된 가스가 배출된다.The gas discharged from the tank 630 for forming an airflow moves through the tank classification tower 660 due to airflow. The gas discharged from the air flow forming tank 630 is discharged through a plurality of discharge holes 661 formed in the tank fractionation tower 660 to be spaced apart from each other in the vertical direction.

각 배출공(661)에는 기류에 의해 비산하는 초미세 탄소분체를 거르는 필터(F)가 구비된다. 필터(F)는 상부방향으로 갈수록 필터(F) 크기가 작아져 걸러지는 초미세 탄소분체의 크기가 작아진다. Each discharge hole 661 is equipped with a filter (F) that filters ultrafine carbon powder scattered by the air current. As the filter (F) moves toward the top, the size of the filter (F) becomes smaller and the size of the ultrafine carbon powder filtered out becomes smaller.

기류에 의해 분류된 초미세 탄소분체는 탱크용 분류탑(660)과 복수의 포집통(650) 각각에 연결된 포집통용 연결관(670)을 통해 각 포집통(650)으로 이동한다.The ultra-fine carbon powder classified by the airflow moves to each collection container (650) through the tank classification tower (660) and the collection container connection pipe (670) connected to each of the plurality of collection containers (650).

상호 이격되어 배치되는 복수의 포집통(650)은 초미세 탄소분체가 선별되어 포집된다. 배기용 연결관(680)은 복수의 포집통(650) 각각을 장치의 배기부 또는 별도의 배기부에 연결하며, 복수의 포집통(650) 각각에서 배출된 가스가 이동한다. A plurality of collection bins 650 arranged to be spaced apart from each other select and collect ultrafine carbon powder. The exhaust connection pipe 680 connects each of the plurality of collection cylinders 650 to an exhaust portion of the device or a separate exhaust portion, and the gas discharged from each of the plurality of collection cylinders 650 moves.

메인 가스분사노즐(640)에서 분사되는 질소가스에 의해 형성된 기류에 의해 탱크용 분류탑(660)에서 초미세 탄소분체가 무게(밀도) 별로 비산하는 높이가 서로 다르다. The height at which the ultrafine carbon powder scatters by weight (density) in the tank fractionation tower 660 is different from the airflow formed by the nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 640.

즉, 메인 가스분사노즐(640)에서 분사되는 질소가스에 의해, 가장 무거운(밀도가 큰) 초미세 탄소분체가 탱크용 분류탑(660)에서 최하단 위치한 배출구를 통과하여 기류형성용 탱크(630)에 대해 가장 근접하게 배치된 포집통(650)에 포집되고, 가장 가벼운(밀도가 작은) 초미세 탄소분체가 탱크용 분류탑(660)에서 최상단 위치한 배출구를 통과하여 기류형성용 탱크(630)에 대해 가장 멀게 배치된 포집통(650)에 포집된다.That is, by the nitrogen gas sprayed from the main gas injection nozzle 640, the heaviest (highest density) ultra-fine carbon powder passes through the outlet located at the bottom of the tank fractionating tower 660 and enters the airflow forming tank 630. It is collected in the collection container 650 placed closest to the carbon powder, and the lightest (lowest density) ultra-fine carbon powder passes through the outlet located at the top of the tank fractionation tower 660 to the airflow forming tank 630. It is collected in the collection container 650 placed furthest from the water.

1: 아세틸렌 블랙 제조장치
2: 유도가열로 3: 아세틸렌가스 공급부
4: 아세틸렌가스 유량조절부 5: 질소가스 공급부
6: 질소가스 유량조절부 7: 진공펌프
8: 냉각부 9: 포집부
10: 배기부 11: 제어부
12: 예비가열부 13: 모니터부
14: 전원부 100: 가스주입 노즐
500, 600: 체거름부 1: Acetylene black manufacturing equipment
2: Induction heating furnace 3: Acetylene gas supply section
4: Acetylene gas flow control unit 5: Nitrogen gas supply unit
6: Nitrogen gas flow control unit 7: Vacuum pump
8: cooling part 9: collecting part
10: exhaust unit 11: control unit
12: Preheating unit 13: Monitor unit
14: Power unit 100: Gas injection nozzle
500, 600: Sieve unit

Claims

A sieving unit that scatters ultra-fine carbon powder through an airflow and selects and collects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area; and
Ultra-fine carbon using an air flow, characterized in that it includes a control unit that controls the size of the air flow so that the distance at which the ultra-fine carbon powder scatters in the sieve unit varies depending on at least one of size, density, and specific surface area. Powder sieve device.

An induction heating furnace that produces ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas in an oxygen-free atmosphere;
A hydrocarbon gas supply unit that supplies hydrocarbon gas;
A hydrocarbon gas flow control unit that controls the flow rate of the hydrocarbon gas supplied from the hydrocarbon gas supply unit and discharges it;
a gas injection nozzle for injecting the hydrocarbon gas discharged from the hydrocarbon gas flow control unit into the induction heating furnace;
A nitrogen gas supply unit for heating that supplies nitrogen gas;
A heating nitrogen gas flow rate control unit that controls the flow rate of nitrogen gas supplied from the heating nitrogen gas supply unit and injects it into the induction heating furnace to bring the inside of the induction heating furnace into a positive pressure state higher than atmospheric pressure;
A vacuum pump that vacuumizes the interior of the induction heating furnace before introducing nitrogen gas;
A cooling unit that cools the mixed gas of hydrocarbon gas, nitrogen gas, and ultra-fine carbon powder discharged from the induction heating furnace to stop the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from the hydrocarbon gas;
A collection unit that receives the gas discharged after cooling in the cooling unit and collects the ultrafine carbon powder;
An exhaust unit that receives and exhausts the gas discharged after the ultrafine carbon powder is collected in the collection unit;
Receives the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit, scatters the ultra-fine carbon powder through an air current, selects and collects the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. sieve unit; and
Ultra-fine carbon using an air flow, characterized in that it includes a control unit that controls the size of the air flow so that the distance at which the ultra-fine carbon powder scatters in the sieve unit varies depending on at least one of size, density, and specific surface area. Powder sieve device.

According to paragraph 2,
The sieve unit,
A nitrogen gas supply unit for fertilizer that supplies nitrogen gas;
A nitrogen gas flow rate control unit for manure that controls the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit and discharges it;
A tank for forming airflow in which the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit is accommodated;
A main gas injection nozzle installed in the airflow forming tank and connected to the nitrogen gas flow control unit for manure, and spraying nitrogen gas into the airflow forming tank to form an airflow that disperses the ultrafine carbon powder;
a plurality of collection bins in which the ultra-fine carbon powder is selected and collected and arranged to be spaced apart from each other;
A gas injection nozzle for the collection bin installed in each of the plurality of collection bins and connected to the nitrogen gas flow rate control unit for manure, and spraying nitrogen gas into the inside of the collection bin to form an air current that scatters the ultrafine carbon powder;
A tank connection pipe connected to the airflow forming tank and a collection tube disposed closest to the airflow forming tank among the plurality of collecting tubes, through which the gas discharged from the airflow forming tank moves;
a connection pipe for a collection tube that connects a pair of adjacent collection tubes among the plurality of collection tubes, and allows gas discharged from one of the pair of collection tubes to move to the other pair of collection tubes; and
It is connected to a collection cylinder disposed furthest from the airflow forming tank among the plurality of collection cylinders, and includes an exhaust connection pipe through which gas discharged from the collection cylinder disposed furthest from the airflow forming tank moves. Ultra-fine carbon powder sieving device using airflow, characterized in that.

According to paragraph 2,
The sieve unit,
A nitrogen gas supply unit for fertilizer that supplies nitrogen gas;
A nitrogen gas flow rate control unit for manure that controls the flow rate of the nitrogen gas supplied from the nitrogen gas supply unit and discharges it;
A tank for forming airflow in which the ultra-fine carbon powder collected in the collection unit is accommodated;
A main gas injection nozzle installed in the airflow forming tank and connected to the nitrogen gas flow control unit for manure, and spraying nitrogen gas into the airflow forming tank to form an airflow that disperses the ultrafine carbon powder;
a plurality of collection bins in which the ultra-fine carbon powder is selected and collected and arranged to be spaced apart from each other;
A classification tower for the tank in which the gas discharged from the airflow forming tank moves by an airflow, and a plurality of discharge holes through which the gas discharged from the airflow forming tank is discharged are formed to be spaced apart from each other in the vertical direction;
A plurality of connection pipes for collection cylinders connected to each of the tank fractionation tower and the plurality of collection cylinders and communicating with each of the discharge holes; and
An ultra-fine carbon powder sieving device using airflow, characterized in that it connects each of the plurality of collection bins to the exhaust unit and includes an exhaust connection pipe through which gas discharged from each of the plurality of collection bins moves.

A first step of producing ultrafine carbon powder by thermally decomposing hydrocarbon gas;
A second step of cooling the gas mixed with the ultra-fine carbon powder to stop the thermal decomposition reaction in which ultra-fine carbon powder is formed from hydrocarbon gas;
A third step of collecting the ultra-fine carbon powder, receiving and exhausting the gas discharged after the ultra-fine carbon powder is collected; and
A fourth step of scattering the ultra-fine carbon powder through an air stream to select and collect the ultra-fine carbon powder based on at least one of size, density, and specific surface area. Carbon powder sieving method.