KR101103011B1

KR101103011B1 - 스크루 형 고압 발생 장치

Info

Publication number: KR101103011B1
Application number: KR1020110104496A
Authority: KR
Inventors: 김현효; 김태영; 이선동; 나정흠
Original assignee: (주)일신오토클레이브
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-01-05

Abstract

본 발명은 고압 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플런저의 직선 왕복운동을 모터와 스크루를 이용해 구현하게 되는 스크루 형 고압 발생 장치에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 스크루 형 고압 발생 장치는 스크루를 이용해 회전운동을 직선운동으로 변화시키기 때문에 적은 토크로 높은 압축력을 구현하게 되는 효과가 있다. 또한, 종래의 기어 또는 유압식에 비해 구성이 간단하여 장치의 크기를 줄일 수 있고, 제작비용을 절감할 수 있다.
아울러 유압유, 기어오일과 같은 오일류를 사용하지 않기 때문에 환경 부하를 줄일 수 있다.

Description

스크루 형 고압 발생 장치{Screw type High Pressure Homogenizer}

본 발명은 고압 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플런저의 직선 왕복운동을 모터와 스크루를 이용해 구현하게 되는 스크루 형 고압 발생 장치에 관한 것이다.

유체를 초고압으로 가압한 상태에서 미세 오리피스 모듈을 통과시키면 압력의 급격한 저하에 따른 초음파 유속이 형성된다. 이때 유체 내의 입자에 충격, 캐비테이션(Cavitation), 난류 및 전단력이 작용하여 유체는 세포파괴, 미립화, 유화, 분산, 리포좀 등이 일어나게 된다. 상기와 같은 원리를 이용하는 초고압 분산기는 기존의 호모믹서, 초음파, 볼밀 등을 이용하는 타 기술에 비해 높은 효율을 가지고 있으며, 특히 분산이 제품의 품질 및 불량에 미치는 영향이 커지면서 초고압 분산 공정은 전기/전자 재료, 생명공학, 제약, 식품, 섬유, 도료, 화장품 산업 등에 이르기까지 광범위한 분야에서 적용되고 있다.

고압 분산 공정은 플런저 작동으로 발생한 고압의 유체가 챔버에 있는 작은 틈새 또는 노즐을 고속으로 통과하면서 압력의 급격한 저하에 따른 고속 유속의 발생을 이용한다. 도 1은 통상의 고압 분산기를 도시한 개략도이다. 도면에 도시된 바와 같이 증압기(100)를 통해 원료(1)가 고압으로 가압되고, 가압된 원료(1)는 고압 원료라인(L1)을 통해 인터액션 챔버(200)에 공급되고, 인터액션 챔버(200)의 내부를 통과하면서 파쇄 및 분산이 진행된다. 분산된 원료(1)는 최종적으로 열교환기(300)를 거쳐 제품(2)으로 생산된다.

이때, 플런저 또는 피스톤 구조를 가지는 펌프 또는 증압기를 이용하여 액상의 유체를 이송하거나 압력을 발생시키는 경우 일반적으로 모터의 힘을 기어를 이용해 직선운동을 바꾸거나 모터의 회전력을 이용해 유압을 증가시켜 그 힘을 이용해 플런저나 피스톤을 밀어주는 형태이다.

상기와 같은 형태의 종래의 펌프 또는 증압기는 다음과 같은 문제점을 내포한다.

펌프 또는 증압기의 가압에 필요한 원동력은 일반적으로 모터 또는 공압을 사용하는데, 공압의 경우는 펌프에 주입되는 압력에 의해 동작하는 구조로 아웃렛(Outlet)의 압력이 높을 경우 고압과 고유량에 적용하기 어려운 점이 있다.

또한, 모터의 회전력을 이용하여 오일의 압력을 높이고 그 힘을 이용해 플런저 또는 피스톤을 움직여 압력을 높이는 구조 역시 유량과 압력이 높아짐에 따라 필요한 힘과 장치의 크기가 비대해진다. 뿐만 아니라 부품의 수명, 손상, 불량과 관계하여 리크(Leak)가 발생할 경우 원료의 오염 위험을 가지고 있다.

아울러 모터의 회전력을 기어를 이용해 직선운동을 하기 위해서는 기어구조가 복잡해지고, 이 역시 압력과 유량이 커질수록 모터 및 기어의 크기가 비대해지는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 펌프 또는 증압기를 가압하는 방식에 있어서 모터의 회전운동을 스크루와 볼부싱을 이용해 직선운동으로 변화시켜 플런저에 전달하게 되는 스크루 형 고압 발생 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 고압 발생 장치는, 원료가 유입되는 유입라인(15)과, 상기 유입라인(15)의 타단에 연통되며 유입된 원료(1)가 플런저(13)에 의해 가압되는 가압실(17)과, 일단이 가압실(17)에 연통되는 분사라인(16)을 포함하는 고압 발생 장치(100)에 있어서, 모터(20)에 의해 회전하며, 외주면에 스크루가 형성되는 구동축(30); 일단부 내주면이 상기 구동축의 타단부 외주면을 감싸도록 결합되며, 내주면에 상기 스크루에 대응되도록 볼부쉬(51a)가 적어도 하나이상 구비되는 왕복동부(50); 상기 왕복동부(50)의 타단에 연결되는 플런저(13); 를 포함하며, 상기 왕복동부(50)는 상기 구동축(30)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 상기 플런저(13)에 전달하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모터(20)는, 상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행하게 일정거리 이격 배치되며, 상기 구동축(30)의 일단부에 형성되는 풀리(31)에 구동밸트(22)를 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행하게 일정거리 이격 배치되는 복수 개의 가이드축(60)이 상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행한 길이 방향으로 구비되며, 상기 왕복동부(50)의 둘레에는 상기 가이드축(60)을 따라 회동하는 가이드부(55)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 스크루 형 고압 발생 장치는 스크루를 이용해 회전운동을 직선운동으로 변화시키기 때문에 적은 토크로 높은 압축력을 구현하게 되는 효과가 있다. 또한, 종래의 기어 또는 유압식에 비해 구성이 간단하여 장치의 크기를 줄일 수 있고, 제작비용을 절감할 수 있다.

아울러 유압유, 기어오일과 같은 오일류를 사용하지 않기 때문에 환경 부하를 줄일 수 있다.

도 1은 고압 분산기의 개략도
도 2는 본 발명의 고압 발생 장치 정면도
도 3은 본 발명의 왕복동부 사시도
도 4는 본 발명의 구동축 및 구동부 단면사시도

본 발명의 스크루형 고압 발생 장치가 적용되는 고압 분산기의 구조에 대해 알아보면, 도 1에 도시된 바와 같이 고압 분산기는 원료가 유동되는 원료라인(L1)과, 상기 원료라인(L1)의 전단에 연통되는 고압발생장치(100)와, 상기 원료라인(L1) 상의 상기 고압발생장치(100) 후단에 설치되는 인터액션 챔버(200)와, 상기 원료라인(L1) 상의 상기 인터액션 챔버(200)의 후단에 설치되는 열교환기(300)로 구성된다.

작동 원리를 간단히 설명하면, 고압발생장치(100)로 공급되는 원료(1)가 초고압으로 원료라인(L1)을 통해 인터액션 챔버(200)에 공급되며, 공급된 원료(1)는 인터액션 챔버(200) 내부에서 분산과정을 거치게 되고, 열교환기(300)를 통해 최종 제품(2)으로 공급 된다.

이때 본 발명의 스크루형 고압 발생 장치는 적은 토크로 높은 압축력을 구현하며, 구성을 간단히 하기 위해 모터와 스크루 및 왕복동부를 통해 플런저를 회동시키는 구성으로 이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 고압 발생 장치(100)는 헤드부(10), 모터(20), 구동축(30), 왕복동부(50), 가이드축(60) 및 하우징(80)으로 구성된다.

상기 하우징(80)은 상기 구성들이 설치되는 일측프레임(81)과, 타측프레임(82) 및 상기 일측프레임(81)과 타측프레임(82)을 연결 고정하는 지지프레임(83)으로 이루어질 수 있다. 도면상에는 상기 하우징(80)이 프레임 형태로 도시되어 있으나, 상기 구성들이 설치될 수 있는 형상 예를 들면 함체 상으로도 이루어질 수 있음은 자명하다.

상기 헤드부(10)는 하우징(80)의 타측부 즉 타측프레임(82) 상에 형성된다. 편의상 도면의 좌측을 일측, 우측을 타측으로 정의한다. 상기 헤드부(10)에는 가압실(17)이 형성된다. 상기 헤드부(10)에는 원료(1)가 유입되는 유입라인(15)이 형성되며 상기 유입라인(15)의 일단은 원료공급부(미도시)에 연결되고, 타단은 상기 가압실(17)에 연통되도록 구성된다. 상기 유입라인(15) 상에는 원료(1)가 일단에서 타단 방향으로만 유동되도록 체크밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 상기 헤드부(10)에는 가압된 원료(1)가 분사되는 분사라인(16)이 형성되며 상기 분사라인(16)의 일단은 상기 가압실(17)에 연통되며 타단은 원료라인(미도시)에 연결된다. 상기 분사라인(16) 상에는 가압된 원료(1)가 일단에서 타단 방향으로만 유동되도록 체크밸브(미도시)가 설치될 수 있다.

상기 가압실(17)에는 타단부를 통해 상기 가압실 내부를 가압하기 위한 플런저(13)가 직선회동 가능하도록 결합될 수 있다. 상기 가압실(17)과 플런저(13)의 결합구조는 통상의 고압발생장치의 구성이 적용될 수 있는 바 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.

상기 하우징의 하단부에는 모터(20)가 설치되며, 상단부에는 구동축(30), 왕복동부(50), 가이드축(60)이 설치될 수 있다. 상기 모터(20)와 구동축(30)을 직선상으로 구성하게 되면, 폭방향 크기가 커지기 때문에 모터(20)와 구동축(30)을 상하로 구성하여 효율적인 공간 배치를 통해 고압 발생 장치의 크기를 줄이게 된다.

도면상에는 상기 모터(20)가 하단부에 구동축(30)이 상단부에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 상기 모터(20)가 상단부에 구동축(30)이 하단부에 설치될 수 있음은 자명하다.

상기 모터(20)의 일측단에는 모터풀리(21)가 구비되며, 상기 구동축(30)의 일측단에는 풀리(31)가 구비된다. 상기 모터풀리(21)와 풀리(31)는 구동밸트(22)를 통해 연결될 수 있다. 따라서 상기 모터(20)의 모터축이 회전하면 모터풀리(21), 구동밸트(22) 및 풀리(31)를 통해 구동축(30)에 회전력이 전달될 수 있도록 구성된다.

상기 구동축(30)은 상기 플런저(13)의 직선운동 선상에 길이 방향으로 설치된다. 상술한 바와 같이 상기 구동축(30)의 일측단에는 풀리(31)가 구비되어 모터(20)의 회전력을 전달받게 되며, 타측부는 상기 왕복동부(50)에 연결되어 상기 왕복동부(50)에 회전력을 전달하게 된다. 상기 구동축(30)의 외면에는 스크루가 형성될 수 있다.

이하 구동축(30)의 회전운동을 직선운동으로 전환하기 위한 본 발명의 핵심 구성인 왕복동부(50)에 대해 상세 설명하기로 한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 왕복동부(50)는 구동부(51), 몸체(52), 연결부(53) 및 가이드부(55)로 구성된다. 상기 몸체(52)는 두께가 있는 관상으로 이루어지며, 상기 몸체(52)의 일측부에는 구동부(51)가 타측부에는 연결부(53)가, 둘레에는 가이드부(55)가 형성된다.

상기 구동부(51)는 상기 구동축(30)의 타단부가 삽입되도록 관상으로 이루어진다. 상기 구동부(51)의 내주면에는 상기 스크루(31)에 대응되는 볼부쉬(51a)가 다수 개 구비된다. 상기 볼부쉬(51a)는 상기 스크루(31)의 홈에 끼워지며, 상기 구동축(30)이 회전함에 따라 상기 구동부(51)를 일측 또는 타측으로 직선 회동 시키게 된다. 일예로 상기 구동축(30)의 일방향 회전에 의해 상기 구동부(51)를 일측으로 회동시키며, 상기 구동축(30)의 타방향 회전에 의해 상기 구동부(51)를 타측으로 회동시킨다.

상기 연결부(53)에는 상기 플런저(13)의 일단이 고정된다. 상기 연결부(53)는 플런저(13)를 고정시키기 위한 통상의 구성이 적용될 수 있는 바 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다. 상기 연결부(53)를 통해 상기 구동부(51)의 직선운동을 상기 플런저(13)에 전달하게 된다.

이때, 상기 구동부(51)의 직선운동을 안정적으로 안내하기 위해 본 발명은 다음과 같은 특징적 구성을 갖는다.

상기 왕복동부(50)의 둘레에는 일정거리 이격되어 가이드축(60)이 구비된다. 상기 가이드축(60)은 길이가 있는 원통형으로 이루어질 수 있다. 상기 가이드축(60)은 상기 왕복동부(50)의 직선운동 선상과 평행한 위치에 구비될 수 있으며, 상기 왕복동부(50)의 직선운동 선상과 평행한 길이방향으로 상기 하우징(80)의 일측과 타측에 고정될 수 있다.

상기 가이드부(55)는 상기 몸체(52)의 둘레에 형성되며, 상기 가이드축(60)에 끼워지도록 가이드홀(56)이 형성된다. 따라서 상기 가이드부(55)는 상기 구동부(51)의 직선 운동 시 상기 가이드축(60)을 따라 회동하여 상기 왕복동부(50)를 안정적으로 안내하게 된다. 상기 가이드홀(56)에는 베어링 또는 볼부싱이 설치되어 가이드부(55)와 가이드축(60)의 마찰을 최소화 할 수 있다.

도면상에는 상기 가이드축(60) 및 가이드부(55)가 2개 구비되는 것으로 도시되어 있으나, 왕복동부(50)의 구동 하중에 따라 그 수를 가할 수 있다. 다만, 안정적인 안내를 위해 적어도 2개 이상은 구비되는 것이 바람직하다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명한다.

모터(20)에 전원을 인가하여 모터축이 회전하면, 모터풀리(21) 및 구동밸트(22)를 통해 풀리(31)에 회전력이 전달되며, 풀리(31)의 회전에 의해 구동축(30)이 회전한다.

구동축(30)에 형성된 스크루(31)와 상기 스크루(31)의 홈에 삽입된 구동부(51)의 볼부쉬(51a)를 통해 구동축(30)의 회전운동을 직선운동으로 전환시키고 가이드축(60) 및 가이드부(55)를 통해 왕복동부(50)를 안정적으로 직선 회동시킨다. 일단이 상기 왕복동부(50)에 연결되는 플런저(13)는 상기 왕복동부(50)의 직선 운동력을 전달받아 타단부를 통해 가압실(17)을 가압하게 된다.

구동축(30)의 일방향 회전 시에는 플런저(13)가 타방향으로 운동하며, 구동축(30)의 타방향 회전 시에는 플런저(13)가 일방향으로 운동한다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 고압 발생 장치
10 : 헤드부 13 : 플런저
15 : 유입라인 16 : 분사라인
17 : 가압실
20 : 모터 21 : 모터풀리
22 : 구동밸트
30 : 구동축 31 : 풀리
50 : 왕복동부 51 : 구동부
52 : 몸체 53 : 연결부
55 : 가이드부
60 : 가이드축
80 : 하우징

Claims

원료가 유입되는 유입라인(15)과, 상기 유입라인(15)의 타단에 연통되며 유입된 원료(1)가 플런저(13)에 의해 가압되는 가압실(17)과, 일단이 가압실(17)에 연통되는 분사라인(16)을 포함하는 고압 발생 장치(100)에 있어서,
모터(20)에 의해 회전하며, 외주면에 스크루가 형성되는 구동축(30);
일단부 내주면이 상기 구동축의 타단부 외주면을 감싸도록 결합되며, 내주면에 상기 스크루에 대응되도록 볼부쉬(51a)가 적어도 하나이상 구비되는 왕복동부(50);
상기 왕복동부(50)의 타단에 연결되는 플런저(13); 를 포함하며,
상기 왕복동부(50)는 상기 구동축(30)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 상기 플런저(13)에 전달하는 것을 특징으로 하는 스크루형 고압 발생 장치.
제 1항에 있어서,
상기 모터(20)는,
상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행하게 일정거리 이격 배치되며,
상기 구동축(30)의 일단부에 형성되는 풀리(31)에 구동밸트(22)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 스크루형 고압 발생 장치.
제 1항에 있어서,
상기 고압 발생 장치는,
상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행하게 일정거리 이격 배치되는 복수 개의 가이드축(60)이 상기 왕복동부(50)의 운동방향과 평행한 길이 방향으로 구비되며,
상기 왕복동부(50)의 둘레에는 상기 가이드축(60)을 따라 회동하는 가이드부(55)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크루형 고압 발생 장치.