KR100842300B1 - 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치 - Google Patents

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한방우
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최병훈
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 미디어 밀 분쇄 및 분산 장치의 입자 분급 및 분리 장치에 관한 것으로, 기존의 미디어 밀 장치에서 분쇄, 분산된 미립화된 파우더 슬러리에서 상대적으로 큰 조대입자와 마모 불순물 등을 원심 관성력, 정전기력과 자력을 복합 적용하여 불순물이 적고 미세한 입도를 갖는 파우더를 생산할 수 있는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 원료 파우더를 교반하는 교반기가 장착된 원료탱크와; 상기 원료탱크에서 교반된 원료 파우더를 펌프를 통해 공급받고, 내부에 구비된 회전자와 고정자 및 비이드를 통해 원료 파우더를 분쇄하는 미디어 밀 분쇄기와; 상기 미디어 밀 분쇄기로부터 분쇄된 원료 파우더를 공급받아 이를 분급/분리시키고 금속의 불순물을 제거하는 분급장치와; 상기 분급장치로부터 분급/분리되지 않은 원료 파우더를 상기 미디어 밀 분쇄기로 재순환 시키는 재순환라인;을 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
미디어 밀, 분급장치, 파우더, 미세입자, 입경

Description

미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치{Powder classification and separation apparatus media mill system}
도 1은 종래의 미디어 밀 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명에 따른 미디어 밀 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치를 나타낸 도면이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치를 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치를 나타낸 도면이고,
도 7은 도 3의 평면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10: 하우징 11:임펠러
12: 파우더 유입구 20: 파우더 유출부
21: 회전축 22: 파우더 유출구
30: 모터 40: 자석
50: 전압인가장치 60: 호퍼부
61: 전압인가부 70: 파우더 분리부
72: 토출구 A: 분급장치
100: 원료탱크 101: 교반기
110: 원료 파우더 201: 펌프
202: 압력계 203: 온도계
300: 분쇄모터 400: 미디어 밀 분쇄기
401: 회전자 402: 고정자
403: 스크린 500: 비이드
600: 저장탱크 701: 재순환라인
본 발명은 미디어(Media) 밀(Mill) 분쇄, 분산 시스템의 파우더 분급 및 분리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미디어 밀 시스템에 의해 분쇄, 분산된 미립화된 파우더 슬러리에서 상대적으로 큰 조대입자와 마모 불순물 등을 원심 관성력, 정전기력과 자력을 이용하여 분급 및 분리하는 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 있어서, 파우더 입자를 제조하는 방법은 입자가 만들어지는 상에 따라 고체상, 액상 및 기상의 3가지 방법으로 분류할 수 있는데 이 중 가장 일 반적인 방법이 Top-down 방식의 액상 방법이다. 또한, 일반적으로 기상법, 액상법에 의해 파우더를 합성시켰다고 하더라도 응집체로서 생성되기 때문에 미세한 파우더로 변환시키기 위해서는 분쇄, 분산의 조작이 필요하다. 이러한 분쇄, 분산 장치 가운데 대표적인 것이 비이드를 이용한 습식 미디어 밀 장치이다. 최근의 유럽 및 일본 등에서는 원료를 거시적인 벌크상태에서 습식의 분쇄 및 분산하는 미디어 밀 장치가 개발되어 공업적인 규모에서 상업화 적용되고 있다. 이러한 미디어 밀 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 비이드(Bead)가 충전된 밀링 챔버(400) 내로 원료 파우더(110)를 공급하면 챔버(400) 내의 회전자(401)와 고정자(402)의 강력한 교반에 의해 비이드(500)가 원료 파우더(110)와 충돌하게 되고 이러한 충돌력과 전단력에 의해 파우더가 분쇄 및 분산되면 스크린(403)과 같은 비이드 분리 장치에 의해 비이드(500)는 챔버(400) 내에 분리되어 남게 되고 미세하게 분쇄, 분산된 파우더만 챔버(400) 밖으로 토출되어 미세하고 분산성이 우수한 파우더를 얻을 수 있다. 또한 이러한 과정을 반복하는 재순환 과정을 통해 보다 부가가치가 높은 미세한 나노파우더를 얻을 수도 있다.
그러나 이러한 미디어 밀 장치의 경우, 대량의 파우더를 단시간에 미세한 파우더로 제조할 수 있는 장점이 있지만 충분한 분쇄, 분산 과정을 얻지 못한 파우더는 상대적인 조대입자로 토출되기도 하고 또한 회전자(401) 및 고정자(402)와 비이드(500) 사이의 강력한 충돌에 의해 비이드(500) 및 회전자(401), 고정자(402)의 마모물이 최종 생산 파우더에 불순물로 포함되어 토출됨으로써 생산되는 파우더의 질을 하락시키는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 미디어 밀 시스템에서 분쇄, 분산시 발생하는 상대적으로 큰 조대입자 및 마모에 의한 불순물을 원심력과 정전기력 및 자력을 이용하여 분급 및 분리함으로써 불순물이 적고 미세한 입자만으로 분리된 파우더를 공급할 수 있는 미디어 밀 시스템의 파우더 분급 및 분리장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 미세 파우더를 제조하기 위한 통상의 미디어 밀 장치에 있어서, 원료 파우더를 교반하는 교반기가 장착된 원료탱크와; 상기 원료탱크에서 교반된 원료 파우더를 펌프를 통해 공급받고, 내부에 구비된 회전자와 고정자 및 비이드를 통해 원료 파우더를 분쇄하는 미디어 밀 분쇄기와; 상기 미디어 밀 분쇄기로부터 분쇄된 원료 파우더를 공급받아 이를 분급/분리시키고 금속의 불순물을 제거하는 분급장치와; 상기 분급장치로부터 분급/분리되지 않은 원료 파우더를 상기 미디어 밀 분쇄기로 재순환 시키는 재순환라인;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치에 의해 달성된다.
또한, 본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하되, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 하며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명에 따른 미디어 밀 장치를 개략적으로 나타낸 도면으로서, 미세 파우더를 제조하기 위한 통상의 미디어 밀 장치에 원료 파우더(110)를 교반하는 교반기(101)가 장착된 원료탱크(100)와 상기 원료탱크(100)에서 교반된 원료 파우더(110)를 펌프(201)를 통해 공급받고, 내부에 구비된 회전자(401)와 고정자(402) 및 비이드(500)를 통해 원료 파우더(110)를 분쇄하는 미디어 밀 분쇄기(400)와 상기 미디어 밀 분쇄기(400)로부터 분쇄된 원료 파우더(110)를 공급받아 이를 분급/분리시키고 금속의 불순물을 제거하는 분급장치(A)와 상기 분급장치(A)로부터 분급/분리되지 않은 원료 파우더를 상기 미디어 밀 분쇄기(400)로 재순환 시키는 재순환라인(701)을 포함하여 구성되는 것임을 알 수 있다.
여기서, 본 발명은 미디어 밀 분쇄기(400)로부터 분쇄된 원료 파우더(110)를 공급받아 이를 분급/분리시키고 금속의 불순물을 제거하는 분급장치(A)의 구조에 따라 여러 실시예들로 나뉘어지는데 이 중 하나는 도 3과 같이 하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과 습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와 일측은 임펠 러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)과, 상기 회전축(21) 근방에 구비된 자석(40)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와 상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60) 및 상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50)를 포함하여 구성되는 분급장치(A)이며, 다른 하나는 도 4와 같이 하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과 상기 하우징(10)의 외주면을 따라 나선형태로 구비된 자석(40)과 습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와 일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와 상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60) 및 상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50)를 포함하여 구성되는 분급장치(A)이며, 또 다른 하나는 도 5와 같이 하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과 상기 하우징(10)의 외주면을 따라 등간격으로 다수개 구비되는 막대형 자석(40)과 습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와 일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와 상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60) 및 상기 하 우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50)를 포함하여 구성되는 분급장치(A)이며, 끝으로 다른 하나는 도 6과 같이 하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과 습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와 일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와 상기 파우더 유출구(22)와 연결되고 내부에 구비된 자석(40)을 통해 파우더에 포함된 불순물을 제거하며 토출구(72)로 파우더를 토출하는 파우더 분리부(70)와 상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60) 및 상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50)를 포함하여 구성되는 분급장치(A)이다.
이와 같은 실시예에서 상기 파우더 유입구(12)는 습식 파우더의 유입량을 원심력으로 활용하기 위해 상기 하우징(10)의 외주면에 접선방향으로 연결되거나, 습식파우더의 유입량을 상기 임펠러(11)의 회전력에 영향을 주도록 상기 임펠러(11)와 평행이 되는 하우징(10)의 외측에 연결되어 임펠러(11)의 회전력 또는 하우징(10) 내부에 일어나는 원심력을 배가한다.
자석(40)은 영구자석일 수 있고 전자석일 수도 있는데 이는 본 발명이 설치되는 주위환경 또는 기타의 이유로 당업자에 의해 변경될 수 있기 때문이다.
한편, 상기 실시예들에서 사용되는 습식 파우더에는 pH 농도를 높이기 위해 알칼리액(예컨대, 수산화나트륨)을 추가할 수 있다. 상기 습식 파우더에 알칼리액 을 추가하면 파우더 표면의 정전기 포텐셜이 향상되어 파우더가 정전기력을 발생하는 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60)로 더 많이 끌어들일 수 있다.
이하에서는 이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작관계를 설명하기로 한다.
원료탱크(100)로부터 유입된 원료 파우더(110)는 교반기(101)에 의해 교반되면서 펌프(201)를 통해 미디어 밀 분쇄기(400)로 공급되고, 회전자(401)에 연결된 분쇄모터(300) 동력에 의해 회전자(401)를 고속으로 회전시키면 회전자(401)와 고정자(402) 사이에 충전된 비이드(500)의 강력한 충돌력과 전단력이 원료 파우더(110) 작용하여 미세한 파우더로 분쇄 및 분산이 되면 비이드(500)는 스크린(403)을 통해 상기 미디어 밀 분쇄기(400) 내에 잔류하게 되고 분쇄 및 분산된 미세 파우더만이 스크린(403) 밖으로 통과하게 된다.
이렇게 미디어 밀 분쇄기(400)를 통과한 미세 파우더 중 일부 조대 파우더들은 분급장치(A)의 하우징(10)의 상단 측면에 접선 방향으로 연결된 파우더 유입구(12)를 통하여 유입되고, 고속으로 회전하는 임펠러(11)의 회전력을 배가시킨다.
이러한 파우더는 하우징(10)의 벽면을 따라 하부로 이동하며 상대적으로 입경이 큰 조대 파우더는 호퍼부(60)에 유입되어 분리된 후 미세해진 파우더는 유체 이동을 따라 임펠러(11)를 통과하여 파우더 유출부(20)로 이동한다.
여기서, 호퍼부(60)의 중심에는 전압인가장치(50)와 연결된 전압인가부(61)가 있어 전압인가장치(50)에서 수십V의 전압을 인가하면 하전을 띤 파우더를 호퍼부(60)에 좀 더 포집할 수 있어 조대 파우더의 분급 성능을 향상시킨다.
한편, 임펠러(11)를 통과하여 파우더 유출부(20)로 이동한 미세해진 습식 파우더들은 파우더 유출부(20)에 구비된 자석(40)을 거치면서 그 안에 포함된 불순물들이 걸러지게 된다. 따라서 고순도의 파우더만이 파우더 유출구(22)를 통해 배출된다. 상기의 방법으로 분급장치(A)를 통과한 파우더는 고품위의 미세 나노 파우더 입자로 변환되기 위해서 다시 원료탱크에 유입되고 재순환라인(701)을 통해 미디어 밀 분쇄기(400)를 재차 거치고, 분급장치(A)를 통과하여 원하는 크기 및 순도의 미세 파우더 입자로 변환된 파우더는 저장탱크(600)로 이동하게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명은 습식 파우더의 조대 입자와 불순물을 원심력, 정전기력 또는 자력을 복합 이용하여 분급 및 분리함으로써 불순물이 현저히 줄어들고, 입자가 균일하면서도 미세한 고품위 파우더를 대량으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 미세 파우더를 제조하기 위한 통상의 미디어 밀 장치에 있어서,
    원료 파우더(110)를 교반하는 교반기(101)가 장착된 원료탱크(100)와;
    상기 원료탱크(100)에서 교반된 원료 파우더(110)를 펌프(201)를 통해 공급받고, 내부에 구비된 회전자(401)와 고정자(402) 및 비이드(500)를 통해 원료 파우더(110)를 분쇄하는 미디어 밀 분쇄기(400)와;
    상기 미디어 밀 분쇄기(400)로부터 분쇄된 원료 파우더(110)를 공급받아 이를 분급/분리시키고 금속의 불순물을 제거하는 분급장치(A)와;
    상기 분급장치(A)로부터 분급/분리되지 않은 원료 파우더를 상기 미디어 밀 분쇄기(400)로 재순환 시키는 재순환라인(701);
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 분급장치(A)는,
    하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과;
    습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와;
    일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)과, 상기 회전축(21) 근방에 구비된 자석(40)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와;
    상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60); 및
    상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 분급장치(A)는,
    하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과;
    상기 하우징(10)의 외주면을 따라 나선형태로 구비된 자석(40)과;
    습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와;
    일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와;
    상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60); 및
    상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 분급장치(A)는,
    하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과;
    상기 하우징(10)의 외주면을 따라 등간격으로 다수개 구비되는 막대형 자석(40)과;
    습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와;
    일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와;
    상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60); 및
    상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 분급장치(A)는,
    하부로 갈수록 직경이 감소하며 내부에 임펠러(11)를 구비한 원뿔형 하우징(10)과;
    습식 파우더가 유입되도록 상기 하우징(10)의 상부 일측에 연결되는 파우더 유입구(12)와;
    일측은 임펠러(11)와 결합되고 타측은 모터(30)와 결합된 회전축(21)을 내재하고 일측에 파우더 유출구(22)를 형성하여 상기 하우징(10)의 상단에 연결된 파우더 유출부(20)와;
    상기 파우더 유출구(22)와 연결되고 내부에 구비된 자석(40)을 통해 파우더에 포함된 불순물을 제거하며 토출구(72)로 파우더를 토출하는 파우더 분리부(70)와;
    상기 하우징(10)의 하부와 연결되며 내부에 전압인가부(61)를 구비한 호퍼부(60); 및
    상기 하우징(10)의 일측과 상기 전압인가부(61)에 연결되어 전압을 인가하는 전압인가장치(50);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  6. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 유입구(12)는 습식 파우더의 유입량을 원심력으로 활용하기 위해 상기 하우징(10)의 외주면에 접선방향으로 연결된 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  7. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파우더 유입구(10)는 습식파우더의 유입량을 상기 임펠러(11)의 회전력에 영향을 주도록 상기 임펠러(11)와 평행이 되는 하우징(10)의 외측에 연결된 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  8. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석(40)은 전자석 또는 영구자석인 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  9. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 습식 파우더는 pH 농도를 높이기 위해 알칼리액을 추가하여 이루어진 것을 특징으로 하는 미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
  10. 제 2항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압인가장치(50)는 양(+)극 및 음(-)극을 모두 인가하는 것이 특징인미디어 밀 장치의 파우더 분급 및 분리장치.
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