KR100441609B1 - 중공형 임페러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치 - Google Patents

중공형 임페러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치로서, 플라즈마 기체속에 포함된 분말을 효과적으로 계면활성제에 용해시켜 나노분말을 크기별로 추출할 수 있도록 하고, 계면활성제를 통해 나노분말을 흡수 포집함에 따라 나노분말간에 재결합을 방지함으로서 반응성이 강한 물질에도 적용할 수 있는 목적을 가지느 것으로서, 계면활성재 용액이 채워지며 측벽에 높이를 달리하여 장착된 다수의 분말 추출관 및 용액 입,출구가 구비되어 있는 탱크가 포함되는 포집수단과; 나노분말이 포함된 가스를 상기 용액속으로 회전 확산되게 공급할 수 있도록 상기 탱크의 내부에 장착되어 있으며, 탱크 내부를 수직으로 관통되며 하부에는 가스주입장치와 연결되어 가스가 공급되는 공급중공홀이 구비된 구동 회전축, 및 상기 공급중공홀의 상부인 회전축의 둘레에 수평으로 장착되며 상기 공급중공홀과 관통되는 다수의 확산중공홀이 구비된 하나 이상의 공급임펠러를 포함하는 가스공급수단으로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

Description

중공형 임페러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치{Nano powder extraction apparatus for revolution impeller}
본 발명은 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치에 관한것으로서, 좀더 구체적으로는 플라즈마를 이용하여 나노분말 주출함에 있어서 플라즈마 기체속에 포함된 나노분말을 크기별로 추출할 수 있는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마을 이용하여 나노분말을 생산함에 있어서 나노분말을 추출하는 방식으로는, 크게 필터를 사용하여 포집하는 방식과 저온용기벽면에 부착된 나노분말을 긁어내어 추출하는 방식을 채택하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술을 적용할 경우에는 분말크기를 구분하여 포집할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 나노분말이 서로 접촉됨에 따라서 반응성이 없는 산화물 계통의 물질(알루미나등)에서만 적용이 한정되는 문제점을 가지고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발명된 것으로서, 플라즈마 기체(가스)속에 포함된 분말을 효과적으로 계면활성제에 용해시켜 나노분말을 크기별로 추출할 수 있도록 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한 계면활성제를 통해 나노분말을 흡수 포집함에 따라 나노분말간에 재결합을 방지함으로서, 반응성이 없는 물질은 물론 반응성이 강한 물질에도 적용할 수 있는 목적도 가지는 것이다.
또 탱크 주위에는 탱크 내의 온도를 조정할 수 있도록 상,하부 냉온수순환챔버를 구비함으로서, 온도변화의 열전달에 의한 나노분말의 분급 효과도 얻고자 하는 목적도 있다.
또 탱크에 가스재생수단을 설치하여 미 용해가스를 취합한 후 극저온가스로 재생한 후 이를 탱크내로 재 공급함으로서 미 용해가스에 미량으로 존재하는 고반응성 나노분말의 폭발을 방지하고자 하는 목적도 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 계면활성재 용액이 채워지며 측벽에 높이를 달리하여 장착된 다수의 분말 추출관 및 용액 입,출구가 구비되어 있는 탱크가 포함되는 포집수단과; 나노분말이 포함된 가스를 상기 용액속으로 회전 확산되게 공급할 수 있도록 상기 탱크의 내부에 장착되어 있으며, 탱크 내부를 수직으로 관통되며 하부에는 가스주입장치와 연결되어 가스가 공급되는 공급중공홀이 구비된 구동 회전축, 및 상기 공급중공홀의 상부인 회전축의 둘레에 수평으로 장착되며 상기 공급중공홀과 관통되는 다수의 확산중공홀이 구비된 하나 이상의 공급임펠러를 포함하는 가스공급수단으로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 본 발명의 추출장치를 나타낸 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 구동 회전축을 나타낸 확대도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공급,회수임펠러를 나타낸 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 포집수단
11 : 탱크
12 : 분말 추출관
13 : 입구
14 : 출구
2 : 가스공급수단
21 : 구동 회전축
211 : 공급중공홀
22 : 공급임펠러
221 : 확산중공홀, 222 : 원형판, 223 : 원호돌출익,
224 : 저항홈부
23 : 가스 주입장치
3 : 가스 회수수단
31 : 회수중공홀
311 : 회수홀
32 : 회수임펠러
321 : 확산충공홀, 322 : 원형판, 323 : 원호돌출익,
324 : 저항홈부
4 : 임펠러
5 : 수평 천공판
6 : 온도조절수단
61 : 상부 냉온수순환챔버
62 : 하부 냉온수순환챔버
7 : 가스재생수단
71 : 순환관
72 : 필터
73 : 액분리기
74 : 가스재생기
이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 추출장치를 나타낸 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 구동 회전축을 나타낸 확대도이다.
계면활성재 용액(이하, 편의상"용액"이라 칭함)이 채워지며 높이를 서로 달리하여 크기가 다른 나노분말을 추출할 있도록 밸브가 포함되는 다수의 분말 추출관(12) 및 용액 입,출구(13,14)가 구비되어 있는 탱크(11)를 포함하는 포집수단(1)과, 분말이 포함된 플라즈마 기체(이하, 편의상"가스"라 칭함)를 상기 용액속으로 분산되게 공급하는 가스공급수단(2)으로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.
특히 상기 가스공급수단(2)은, 상기 탱크(1)의 내부에 장착되는 것으로서, 탱크(1) 내부를 수직으로 관통되며 하부에는 가스주입장치(23)와 연결되어 가스가 공급되는 공급중공홀(211)이 구비된 구동 회전축(21)과, 상기 공급중공홀(211)의 상부인 회전축(21)의 둘레에 수평으로 장착되며 상기 공급중공홀(211)과 관통되는 다수의 확산중공홀(221)이 구비된 하나 이상의 공급임펠러(22)를 포함하는 것이다.
그리고 상기 구동 회전축(21)은 그 상측인 탱크(1)의 외부에 장착되어 있는 구동모터를 통해 회전되는 것이다.
따라서, 상기한 구동모터의 작동에 의해 구동회전축(21)을 회전시킨 상태에서, 상기 가스 주입장치(23)를 통해 가스를 구동회전축(21)의 공급중공홀(211)로 유입시키게 되면, 공급된 가스는 공급중공홀(211)과 공급임펠러(22)에 형성된 다수의 확산중공홀(221)을 통과하면서 원심력을 통해 사방으로 분산되는 것이다.
그리고 상기 공급임펠러(22)가 회전되는 순간에는 상기 구동회전축(21)에 형성된 공급중공홀(211)의 내부에서 음압이 발생됨으로서, 가스가 쉽게 상기 공급임펠러(22)의 내부로 빨려 들어가게 됨에 따라 상기 확산중공홀(221)의 배출압이 증가되어 가스의 분산정도가 최대로 되는 것이다.
그러므로 상기와 같이 공급임펠러(22)의 회전을 통해 가스를 사방으로 분산시킴으로서 가스내부의 나노분말이 재결합의 없이 계면활성재 용액에 신속히 흡수될 수 있도록 하는 것이다. 그리고 이때 계면활성재는 나노분말을 감싸게 됨으로서반응성이 강한 나노분말의 포집시 폭발을 예방할 수 있는 것이다.
한편 상기 공급임펠러(22)가 회전되게 되면 임펠러(22)를 경계로 하여 그 상,하부에는 유체층이 형성됨으로서, 이 유체층으로 인하여 크기가 큰 나노분말은 자중에 의해 하부에 위치되고(가라앉고), 상대적으로 작은 분말은 상부에 존재(부상)하게 되는 것이다. 그러므로 탱크(11)의 측벽에 높이를 달리하는 다단의 분말 추출관(12)을 이용하여 나노분말을 크기별로 추출할 수 있으며, 입자가 상대적으로 큰 나노분말은 탱크(11)의 출구(14)를 통해 추출할 수 있는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 탱크(1)의 내부를 수직으로 관통하는 구동 회전축(21)에는, 구동 회전축(21) 내부의 중간부터 상부까지 형성되어 있으며 그 상부에는 회수홀(311)이 구비되어 있는 회수중공홀(31)과, 이 회수중공홀(31)의 하부인 회전축(21)에 수평으로 장착되어 있고 상기 회수중공홀(31)과 연통되는 다수의 확산중공홀(321)이 구비된 하나 이상의 회수임펠러(32)로 구성된 가스 회수수단(3)이 구비된다.
따라서, 용액의 상부로 상승된 미용해 가스는 구동회전축(21)에 형성된 회수홀(311)로 유입되어 회수 임펠러(32)를 통해 재차 용액의 내부로 확산 흡수되어 가스의 용해도를 높임으로서 나노분말의 추출 효과 높일 수 있는 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 공급,회수임펠러를 나타낸 사시도로서, 구동 회전축(21)에 장착되는 공급,회수임펠러(22,32)는, 상기 구동 회전축(21)에 고정되는 원형판(222,322)과, 원형판(222,322)의 상,하면에 방사형의 등간격으로 형성되고 내부에 상기 확산중공홀(221,321)이 형성된 다수의 원호돌출익(223,323)이 일체로 구성된다.
따라서 상기 원형판(222,322)의 상,하면으로 돌출되는 다수의 원호돌출익(223,323)을 통해 수평으로 용액을 확산시킴으로서, 임펠러의 사이마다 다수의 유체층이 만들짐에 따라 분말의 분급 효과를 극대화 할 수 있는 것이다.
즉 상기 원호돌출익(223,323)이 원형판(222,322)의 상하면에 돌출되어 있음으로서 용액과 저항이 커 유체층을 명확하게 구획하여 크기가 틀린 나노분말의 혼합을 방지할 수 있음은 물론 와류의 증폭을 통해 용액과 가스의 혼합성을 극대화 할 수 있는 것이다.
그리고 상기 원호돌출익(223,323)의 외측단에는 용액에 와류를 일으키는 저항홈부(224,324)가 형성됨으로서, 용액과 가스의 혼합성을 좀더 극대화 할 수 있는 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 상기 구동 회전축(21)에 장착된 회수임펠러(32)의 상측에는 수평으로 하나 이상의 임펠러(4)가 장착됨으로서, 극소 크기를 가지는 나노분말의 분급 추출도 가능한 것이다.
그리고 상기 탱크(1)의 내부인 상기 공급임펠러(22)와 회수임펠러(32)의 사이에는 나노분말의 급격한 상승을 방지할 수 있도록 다수의 홀이 구비된 수평 천공판(5)이 구획 고정됨으로서, 수평 천공판(5) 하부에 위치되는 큰 입자의 나노분말이 상승되는 것을 방지할 수도 있는 것이다.
도 1에 도시된 바와같이, 탱크(1) 주위의 상,하부에는 탱크(1)내의 온도를 조정할 수 있도록 상,하부 냉온수순환챔버(61,62)로 구성된 온도조절수단(6)이 구비됨으로서, 유체층의 분급 효과와 더불어 온도변화의 열전달에 의한 나노분말의 분급효과를 더할 수 있는 것이다.
즉 가스유입 초기에는 상기 상,하부 냉온수순환챔버(61,62)의 온도를 동일하게 하여 분말의 재결합을 방지하여 폭발등을 예방하고, 분말의 생산이 완성되며 상부 냉온수순환챔버(61)의 온도를 급격히 낮춤으로서 열전달에 의한 나노분말의 분급효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 탱크(1)의 상부에는, 탱크(1)내에서 비 포집되어 상승되는 나노가스를 회수한 후 이를 재생하여 탱크(1)내로 재투입할 수 있도록 탱크(1)의 상판과 측벽상부를 서로 연결하며 밸브가 장착되는 순환관(71)과 이 순환관(71)에 순서적으로 장착되는 필터(72), 액분리기(73), 가스재생기(74)로 구성된 가스재생수단(7)이 장착된다.
따라서 상기 가스재생수단(7)에서는, 상기 필터(72)를 통해 가스에서 미포집된 미량의 나노분말을 회수한 다음, 상기 액분리기(73)를 통해 미량의 용액증발분을 제거한 후, 미용해 가스를 취합하여 가스재생기를 통해 극저온가스로 재생한다.
그리고 이와같이 재생된 극저온가스를 탱크내의 용액 위 공간에 공급함으로서 가스내에 미량으로 존재하는 고 반응성 나노분말의 폭발을 방지하여 안정된 포집을 가능하게 할 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 가스에 포함된 분말을 효과적으로 계면활성제에 용해시켜 이를 크기별로 분급하여 추출함으로서 다양한 용도의 나노분말을 얻을수 있는 것이다.
또한 계면활성제를 통해 나노분말을 흡수 포집함에 따라 반응성이 강한 물질의 포집에 있어서 안전성을 확보할 수 있는 효과도 있다.
또 탱크 주위에 장착된 상,하부 냉온수순환챔버의 온도를 조절하여 열전달에 의한 나노분말의 분급 효과를 높여 나노분말의 추출량을 늘릴 수 있는 효과도 있다.
또 미용해 가스를 취합하여 극저온가스로 재생한 후 이를 탱크내로 공급함에 따라 가스내에 미량으로 존재하는 고 반응성 나노분말의 폭발을 위험성을 예방할 수 있는 효과도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자 라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (8)

  1. 계면활성재 용액이 채워지며 측벽에 높이를 달리하여 장착된 다수의 분말 추출관(12) 및 용액 입,출구(13,14)가 구비되어 있는 탱크(11)가 포함되는 포집수단(1)과;
    나노분말이 포함된 가스를 상기 용액속으로 회전 확산되게 공급할 수 있도록 상기 탱크(1)의 내부에 장착되어 있으며, 탱크(1) 내부를 수직으로 관통되며 하부에는 가스주입장치(23)와 연결되어 가스가 공급되는 공급중공홀(211)이 구비된 구동 회전축(21), 및 상기 공급중공홀(211)의 상부인 회전축(21)의 둘레에 수평으로 장착되며 상기 공급중공홀(211)과 관통되는 다수의 확산중공홀(221)이 구비된 하나 이상의 공급임펠러(22)를 포함하는 가스공급수단(2)으로 구성됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동 회전축(21)에는, 구동 회전축(21)내부의 중간부터 상부까지 형성되어 있으며 상부에는 회수홀(311)이 구비되어 있는 회수중공홀(31)과, 이 회수중공홀(31)의 하부인 회전축(21)에 수평으로 장착되어 있고 상기 회수중공홀(31)과 연통되는 다수의 확산중공홀(321)을 가지는 하나 이상의 회수임펠러(32)로 구성된 가스 회수수단(3)이 추가로 구비됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공급,회수임펠러(22,32)는, 상기 회전축(21)에 고정되는 원형판(222,322)과, 원형판(222,322)의 상,하면에 방사형의 등간격으로 형성되고 내부에 상기 확산중공홀(221,321)이 형성된 다수의 원호돌출익(223,323)이 일체로 구성됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 원호돌출익(223,323)의 외측단에는 용액에 와류를 일으키는 저항홈부(224,324)가 형성됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구동 회전축(21)에 장착된 회수임펠러(32)의 상측에는 수평으로 하나 이상의 임펠러(4)가 추가로 장착됨을 특징으로 하는 중공형 임펠어의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 탱크(1)의 내부인 상기 공급임펠러(22)와 회수임펠러(32)의 사이에는 나노분말의 급격한 상승을 방지할 수 있도록 다수의 홀이 구비된 수평 천공판(5)이 구획 고정됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 탱크(1)의 주위의 상,하부에는 탱크(1)내의 온도를조정할 수 있도록 상,하부 냉온수순환챔버(61,62)로 구성된 온도조절수단(6)이 추가로 장착됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 탱크(1)의 상부에는, 탱크(1)내에서 비 포집되어 상승되는 미용해 가스를 회수한 후 이를 극저온가스로 재생하여 탱크(1)내로 재 투입할 수 있도록 탱크(1)의 상판과 측벽상부를 서로 연결하며 밸브가 장착되는 순환관(71)과 이 순환관(71)에 순서적으로 장착되는 필터(72), 액분리기(73), 가스재생기(74)로 구성된 가스재생수단(7)이 추가로 장착됨을 특징으로 하는 중공형 임펠러의 회전을 이용한 나노분말 추출장치.
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