KR100572833B1

KR100572833B1 - 열역학적 및 전기적 안정성을 갖는 나노분말 제조용전기폭발 장비

Info

Publication number: KR100572833B1
Application number: KR1020030036634A
Authority: KR
Inventors: 임근희; 정용훈; 김종수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2003-06-07
Publication date: 2006-04-24
Also published as: KR20040105378A

Abstract

본 발명은 열역학적 및 전기적 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 제공하기 위한 것으로, 전기폭발시 제조된 분말의 이송 및 선별 할 수 있는 순환식 분급장치를 구성할 때, 전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해서 역 밸브를 전기폭발 챔버 인입구에 설치하여 분말의 손실 및 관의 막힘을 방지하도록 구성한다. 상기한 분급장치에 사용되는 송풍기를 서지(Surge)로부터 보호하기 위해서, 송풍기용 모터와 임펠러가 절연샤프트로 연결되도록 진공용 송풍기를 제작하고, 송풍기용 모터에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성한다. 그리고, 연속적인 전기폭발시 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 온도가 계속적으로 증가하는 것을 막기 위하여, 냉각 효율이 우수한 직접 냉각방식의 열교환기를 송풍기와 전기폭발 챔버 사이에 설치한다.

나노분말, 전기폭발, 절연변압기, 서지, 역 밸브, 열교환기

Description

열역학적 및 전기적 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비 {Wire Electric Explosion Equipment For Manufacturing Nano-powder with Thermodynamic and Electrical Stability}

도 1은 종래의 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 모식적으로 도시한 도면이다.

도 3은 도 2의 분급장치를 윗면에서 도시한 도면이다.

도 4는 도 2의 분급장치를 측면에서 도시한 도면이다.

도 5는 도2의 분급장치의 흐름을 도시한 도면이다.

도 6은 도 2의 송풍기(70)를 간략하게 도시한 도면이다.

도 7은 도 2의 열교환기(76)에 대한 도면이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 고전압 발생장치 12 : 피딩 모터 컨트롤러

14 : 고전압 프루브 16 : 전류 센서

20,22 : 갭전극 24 : 평판전극

26 : 챔버 28 : 금속 와이어

30 : 접지전극 32 : 휠

34 : 롤러 36 : 진공커넥터

40 : 절연샤프트 42,44 : 절연변압기

46 : 후렌지 48 : 차단기

50 : 서지 흡수장치 60 : 버퍼

62,64 : 사이클론 63,65,86 : 컬렉터

66,68 : SUS 필터 70 : 송풍기

72 : 가스 밸브 74 : 역 밸브

76 : 열교환기 78 : 조절기구(Adjust)

80, 82 : 압력 게이지 84 : 배출기구(Vent)

R : 저항 C : 커패시터 뱅크

M : 모터

본 발명은 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열역학적으로 그리고 전기적으로 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 관한 것이다.

나노분말의 제조에 사용되고 있는 전기폭발(Wire Electric Explosion; WEE) 장비는, 도 1에 도시한 바와 같이 모터(M)를 구동하여 휠(32)에 감겨진 금속와이어(28)를 롤러(34)에 의하여 변형부를 통해서 챔버(26)의 내부로 이송하고, 이 이송된 금속와이어(28)가 원형 평판전극(24)에 거의 접근하면, 고전압 발생장치(10)를 통하여 커패시터 뱅크(C)에 저장되어 있던 충전에너지가 갭스위치(20,22)(갭전극간의 거리는 2~10mm)의 절연파괴를 유도하여 평판전극(24)에 인가되고, 평판전극(24)과 접지전극(30)사이에서 금속와이어(28)를 매개하여 전기 폭발을 발생시키도록 구성된다. 즉, 펄스방전이 금속와이어(28)의 트리거에 의해 개시되고, 순간 방전된 고밀도 에너지가 금속와이어(28)에 집중되어, 저항발열을 유도함으로써 전기폭발이 일어난다.

도 1에서 금속와이어(28)의 피딩(Feeding)을 위해 피딩용 모터(M)가 챔버 내부의 롤러(34) 측면에 설치되고, 피딩 모터 컨트롤러(12)로부터의 제어 전원은 진공 커넥터(36)를 통해서 모터(M)에 인가되도록 구성된다. 그리고, 금속와이어(28)의 전기폭발시 전압 및 전류의 특성은 고전압 프루브(14) 및 전류센서(16)에 의하여 계측된다.

전기폭발로 제조되는 분말을 이송 및 원하는 크기로 선별하고자 순환식 분급장치를 전기폭발 챔버와 연결하여 구성하였을 때, 전기폭발시 순간적인 압력으로 분말이 역류하여 전기폭발 챔버 인입관의 막힘 및 분말이 손실되는 문제가 발생하였다. 또한, 분말 이송에 사용되는 송풍기(70)가 전기폭발시 발생하는 서지에 의해 송풍기 모터의 권선 절연피막이 파괴되어, 송풍기(70)가 고장나는 문제가 발생하였다. 그리고, 연속적인 전기폭발시 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 외부 온도가 40℃ 이상 증가하여 제조되는 분말의 응집으로 크기가 커짐은 물론 전기폭발 챔버 내부의 절연재(MC 나일론, 테프론 재질중에서 선택된 어느 하나)가 뒤틀리거나 심지어는 녹는 문제가 발생하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 열역학적으로 그리고 전기적으로 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비는, 전기폭발 챔버에서 전기폭발시 제조된 분말의 이송 및 선별할 수 있는 순환식 분급장치를 구비한 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 있어서, 전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해서 역 밸브를 전기폭발 챔버 인입구에 설치하여 분말의 손실 및 관의 막힘을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 순환식 분급장치에 사용되는 송풍기를, 서지로부터 보호하기 위해서 송풍기용 모터와 임펠러가 절연샤프트로 연결되도록 진공용으로 제작하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 송풍기용 모터에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성되는 것이 바람직하다.

또, 연속적인 전기폭발시 상기 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 온도가 상승하는 것을 막기 위해, 냉각 효율이 우수한 직접 냉각방식의 열교환기를 상기 송풍기와 상기 전기폭발 챔버 사이에 설치하는 것이 바람직하다. 상기 열교환기 홀의 절반은 냉각수나 냉매가 흐르고, 나머지는 상기 송풍기와 상기 전기폭발 챔버 사이의 송풍관과 연결되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 3상 교류전원 입력단측에는 전원 차단기를 설치하고, 이 전원 차단기를 통과한 전원에 포함되는 서지를 흡수하는 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열역학적 및 전기적 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 열역학적 및 전기적 안정성을 갖는 나노분말 제조용 전기폭발 장비 전체를 모식적으로 도시한 도면이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노분말 제조용 전기폭발 장비에는, 도 1의 종래 장비와 비교하여 볼 때, 전기 폭발 챔버(26)에서 전기폭발시에 제조된 분말을 이송하고 선별하기 위한 순환식 분급장치가 더 도시되어 있다.

상기 순환식 분급장치에는, 전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해 역 밸브(74)를 전기폭발 챔버(26)의 인입구에 설치하여 분말의 손실 및 관의 막힘을 방지하도록 구성한다.

상기한 분급장치에 사용되는 송풍기(70)를 서지(Surge)로부터 보호하기 위해서 송풍기용 모터와 임펠러(Impeller)가 절연샤프트로 연결되도록 진공용 송풍기를 자체 제작하고, 송풍기용 모터에는 절연변압기(44)를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성한다.

상기한 전기폭발 장비를 열적으로 안정화시키기 위하여, 직접 냉각방식의 열교환기(76)를 송풍기(70)와 전기폭발 챔버(26) 사이에 설치되도록 구성한다.

또한, 본 발명의 나노분말 제조용 전기폭발 장비는 고전압으로부터 피딩 모터(M)의 절연내력을 확보하고 서지(surge)로부터 모터 컨트롤러(12)를 보호할 수 있도록 설계되었다. 즉, 본 발명의 나노분말 제조용 전기폭발 장비는, 금속와이어(28)를 전기폭발 챔버(26) 안으로 이송시키기 위해 롤러(34)를 회전시키는 이송 모터(M)가 피딩 챔버의 외부에 설치되어 있다. 즉, 기존의 샤프트에 유니버셜 커플링을 이용하여 10cm 이상 되는 절연샤프트(POM 또는 아크릴 재질 사용)를 연결하고, 와이어 피딩장치용 모터(M)를 피딩 챔버 밖에 설치하였다. 그리고, 피딩 챔버를 고정시키고 있는 랙(rack)에 진공 커넥터(36)를 매개로 이송 모터(M)까지 절연샤프트(40)(백크라이트, 테프론, POM 재질 중에서 하나 사용)를 만들어서 모터를 고정시켰다. 결과적으로, 모터를 고전압으로부터 보호할 수 있도록 충분한 절연내력을 확보하였다. 또한, 서지(surge)로부터 모터 컨트롤러(12)를 보호할 수 있도록 절연변압기(42)를 컨트롤러(12)와 전원 연결부 사이에 설치하였다. 또, 3상 교류전원(R,S,T) 입력단측에는 전원 차단기(48)를 설치하고, 이 전원 차단기(48)를 통해서 전원이 고전압발생장치(10), 절연변압기(44) 및 절연변압기(42)에 공급되도 록 하고, 3상 교류전원(R,S,T) 입력단과 전원 차단기(48)에는 서지 흡수장치(50)를 설치하였다.

도 3과 4에 도시한 바와 같이 나노분말 제조용 전기폭발 장비의 분급장치는, 전기폭발 챔버(26)에 순환식으로 연결되도록 구성하였다. 전기폭발시 제조된 분말이 송풍기(70)에 의해서 전기폭발시 발생하는 압력을 완화시켜주는 버퍼(60)를 압력게이지(80)가 설치된 관을 통해서 통과하고, 첫번째 사이클론(62)과 SUS필터(66)를 지나 두번째 사이클론(64)과 SUS필터(68)를 통과하면서 사이클론 아래에 설치되어 있는 각각의 컬렉터(63,65)에 포집되도록 구성하였다. 또한, 상기 두번째 사이클론(64)은 압력게이지(83) 및 가스배출용 배출기구(84)가 설치된 관을 통해서 송풍기(70)에 연통되어 있고, 상기 송풍기(70)는 가스배출 및 가스 유입용 조절기구(78; 도 2의 72 및 72A 참조)와 열교환기(76) 및 역밸브(74)가 설치된 관을 통해서 상기 전기폭발 챔버(26)에 연통되어 있다. 상기 가스배출 및 가스 유입용 조절기구(78)는 고온의 가스를 배출하고 저온의 가스를 공급하기 위한 것이다.

상기 역밸브(74)는 전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해서 전기폭발 챔버(26)의 인입구에 설치된 것으로, 분말의 손실 및 송풍관의 막힘을 방지하도록 구성하였다.

즉, 도 5에 도시한 바와 같이 분급장치의 흐름은, 전기폭발 챔버(26)에서 사이클론(62,64)을 지나 진공용 송풍기(70)를 거쳐 계속 순환하도록 구성하였다.

도 6에 도시한 바와 같이, 상기 분급장치에 사용되는 송풍기(70)를 서지로부터 보호하기 위해서, 송풍기용 모터와 임펠러가 절연샤프트(강화 MC 나일론, 강화 플라스틱 재질 중에 하나)로 연결되도록 진공용 송풍기를 제작하였고, 송풍기용 모터에는 절연변압기(44)를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성하였다.

본 발명에서 열적으로 안정성을 갖는 전기폭발 장비를 제공하기 위해서, 냉각효율이 우수한 직접 냉각방식의 열교환기(76)를 송풍기(70)와 전기폭발 챔버(26) 사이에 설치하였다.

도 7의 열교환기는, 연속적인 전기폭발시 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 외부 온도가 40℃ 이상 증가하여 분말의 응집이 커져서 입도가 증가하는 것을 방지하고, 전기폭발 챔버(26) 내부의 절연체[MC(Mono Cast) 나일론, 테프론 재질중에서 선택된 어느 하나]가 뒤틀리거나 심지어는 녹는 문제를 해결하기 위해서 열교환기(76)를 송풍기(70)와 전기폭발 챔버(26) 사이에 설치하였다. 열교환기 냉매 홀(110)은 냉각수나 냉매가 흐르고, 나머지는 송풍 가스 통로(120)는 송풍관과 연결되도록 제작함으로써, 송풍관 외부에 열교환기를 설치하는 방식에 비해 냉각효율을 훨씬 높일 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 본 고안의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허등록청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해서 역 밸브를 전기폭발 챔버의 인입구에 설치함으로써, 분말의 손실 및 관의 막힘을 방지할 수 있게 된다.

그리고, 절연변압기를 통과한 전원을 송풍기의 전원으로 사용하도록 설계함에 따라 분말 이송에 사용되는 송풍기가 전기폭발시 발생하는 서지에 의해 송풍기 모터의 권선 절연피막이 파괴되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 3상 교류전원 입력단측에 전원 차단기를 설치하고, 이 전원 차단기를 통과한 전원에 포함되는 서지를 흡수하는 서지흡수장치를 설치함으로써, 장비 내에 설치된 전기 및 전자 회로부가 서지에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 열교환기의 적용으로, 연속적인 전기폭발시 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 외부 온도가 40?? 이상 증가하여 제조되는 분말의 크기가 커지거나, 전기폭발 챔버 내부의 절연체가 뒤틀리거나 녹는 문제를 방지할 수 있게 된다. 또한 열교환기 홀의 절반은 냉각수나 냉매가 흐르고, 나머지는 송풍관과 연결되도록 제작함으로써, 송풍관 외부에 열교환기를 설치하는 방식에 비해 냉각효율을 훨씬 높일 수 있다.

Claims

전기폭발 챔버에서 전기폭발시 제조된 분말의 이송 및 선별할 수 있는 순환식 분급장치를 구비한 나노분말 제조용 전기폭발 장비에 있어서,

전기폭발시 순간적으로 압력이 역류하는 것을 방지하기 위해서 역 밸브를 전기폭발 챔버 인입구에 설치하여 분말의 손실 및 관의 막힘을 방지하도록 하고,

상기 순환식 분급장치에 사용되는 송풍기를, 서지로부터 보호하기 위해서 송풍기용 모터와 임펠러가 절연샤프트로 연결되도록 진공용으로 제작하여 구성되며,

연속적인 전기폭발시 상기 송풍기에서 발생하는 열과 전기폭발시 발생하는 열에 의해 전기폭발 장비의 온도가 상승하는 것을 막기 위해, 냉각 효율이 우수한 직접 냉각방식의 열교환기를 상기 송풍기와 상기 전기폭발 챔버 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 송풍기용 모터에는 절연변압기를 매개하여 입력전원이 인가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 열교환기 홀의 절반은 냉각수나 냉매가 흐르고, 나머지는 상기 송풍기와 상기 전기폭발 챔버 사이의 송풍관과 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.
제 1항과 제 3항, 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

3상 교류전원 입력단측에는 전원 차단기를 설치하고, 이 전원 차단기를 통과한 전원에 포함되는 서지를 흡수하는 수단을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 나노분말 제조용 전기폭발 장비.