KR101135614B1 - 스태틱 믹서용 혼합부재 및 이를 이용하는 스태틱 믹서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스태틱 믹서용 혼합부재는 기둥 형상의 케이스 및 상기 케이스 내부에 고정된 나선형 분리벽으로 이루어지고, 상기 케이스의 상면 및 하면에는 차단분리판이 형성되어 각각 복수의 배출구 및 유입구가 형성되어 있다. 본 발명의 스태틱 믹서용 혼합부재는 혼합 성능이 우수하고, 복수의 층으로 배열되어 유체 흐름에 수직한 방향으로 물질 전달을 촉진한다.

스태틱 믹서, 혼합기, 압력강하, 혼합도, 분리수

Description

스태틱 믹서용 혼합부재 및 이를 이용하는 스태틱 믹서 {Mixing Element for Static Mixer and Static Mixer Using the Same}

도 1은 케닉스 스태틱 믹서를 도시한 사시도이다.

도 2는 케닉스 스태틱 믹서를 도시한 측면도이다.

도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재의 케이스를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재의 케이스를 도시한 사시도이다.

도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재를 도시한 사시도이다.

도 7은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재로 이루어진 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 8은 도 7에서 좌나선 원기둥형 혼합부재의 3×3 배열을 도시한 평면도이다.

도 9는 도 7에서 가장 상층에 위치하는 우나선 원기둥형 혼합부재의 2×2 배열을 도시한 평면도이다.

도 10은 도 7에서 좌나선 원기둥형 혼합부재의 3×3 배열 위에 우나선 원기둥형 혼합부재의 2×2 배열이 쌓여 있는 모습을 도시한 평면도이다.

도 11은 도 7에서 차단판이 더 설치된 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 12는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재로 이루어진 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 13은 도 12에서 차단판이 설치된 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 14는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재의 6×6 배열 및 5×5 배열의 적층 구조로 이루어진 스태틱 믹서의 전산모사 결과이다.

도 15는 본 발명의 다른 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재의 6×6 배열 및 5×5 배열의 적층 구조로 이루어진 스태틱 믹서의 전산모사 결과이다.

* 도면의 주요한 부호에 대한 간단한 설명 *

100, 100a, 100b, 100c: 원기둥형 혼합부재

200, 200a, 200b, 200c : 사각기둥형 혼합부재

300: 원기둥형 스태틱 믹서

400: 사각기둥형 스태틱 믹서

110: 원기둥형 케이스

210: 사각기둥형 케이스

120, 220: 차단분리판

130, 130a, 130b, 130c, 230, 230a, 230b, 230c: 나선형 분리벽

310, 410: 관

340, 440: 차단판

발명의 분야

본 발명은 스태틱 믹서(static mixer)용 혼합부재(mixing element) 및 이를 이용하는 스태틱 믹서에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 짧은 흐름방향 길이에서도 높은 혼합 성능을 발휘하는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서 및 이에 사용되는 혼합부재에 관한 것이다.

발명의 배경

스태틱 믹서(static mixer)는 다이내믹 믹서(dynamic mixer)에 비해서 장치의 부피가 작고, 유체의 체류시간의 평균 및 분산이 작은 특징이 있다. 또한 상기 스태틱 믹서는 압력 강하를 보상하기 위한 펌프와 컴프레서(compressor)외에 교반기, 모터, 기어 박스 등의 움직이는 부품이 필요 없고, 유지 보수가 손쉬운 장점이 있다. 따라서 품질 관리를 위해 체류시간을 줄이면서 동시에 정밀하게 제어해야 하 는 고분자 수지, 식품, 석유화학, 수처리 공정 등 다양한 분야에 적용되고 있다.

대표적인 상용 스태틱 믹서로는 케미니어사(Chemineer, Inc.)의 케닉스(Kenics), 코흐-글리치사(Koch-Glitch LP)의 에스엠엑스(SMX), 술저 켐텍사(Sulzer Chemtech)의 에스엠브이(SMV) 등이 있다.

도 1은 케닉스 스태틱 믹서(Kenics static mixer)를 도시한 사시도이다. 도 2는 케닉스 스태틱 믹서를 도시한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 케닉스 스태틱 믹서는 관(pipe)(10) 내부에 180° 좌로 비틀어진 나선형(left-twisting spiral shaped, 이하 "좌나선"이라 한다) 혼합부재(20)와 180° 우로 비틀어진 나선형(right-twisting spiral shaped, 이하 "우나선"이라 한다) 혼합부재(30)가 교차하며 직렬로 연결되어 이루어진다. 이웃하는 좌나선 혼합부재(20)와 우나선 혼합부재(30)는 끝단이 서로 90°각도로 어긋나게 연결된다.

관(10)의 입구(inlet)로 유입된 유체(I)는 첫 번째 혼합부재(20)의 끝단과 만나 반으로 분리되며, 각각의 분리된 유체는 첫 번째 혼합부재(20)를 지나면서 뒤틀려 반으로 접힌다. 이어서 두 번째 혼합부재(30)에서 유체는 접힌 단면에 수직하게 분리되고, 각각의 유체는 두 번째 혼합부재(30)를 지나면서 뒤틀려 다시 반으로 접히면서 혼합이 이루어진다. 따라서 n개의 혼합부재를 지난 유체는 2ⁿ개의 흐름으로 분리되며, 만약 10개의 혼합부재를 지난다면 분리수(division number)는 2¹⁰ = 1,024가 된다.

관 내부에 혼합부재가 삽입되면 빈 관에 비해서, 관내 단위 길이당 압력 강하는 수배에서 수백 배까지 증가한다. 상기 압력 강하는 혼합부재의 형태와 유체 흐름의 레이놀즈수(Reynolds number)에 따라 다르다.

스태틱 믹서에서 유체의 혼합 정도는 유체 흐름에 수직한 단면상에서 농도의 분산(variance)이 작을수록 우수하며, 표준화를 위해 농도의 표준편차(standard deviation)를 농도의 평균(average)으로 나눈 CoV(coefficient of variance)를 사용하여 비교한다. 일반적으로 적은 압력 강하에서 동일한 CoV를 나타내는 스태틱 믹서가 우수하다고 평가할 수 있다.

관 내경(inner diameter)을 기준으로 통상 1배 내지 1.5배 길이를 갖는 혼합부재를 직렬로 연결하여 사용하는 상기 케닉스 스태틱 믹서를 비롯한 종래의 스태틱 믹서에서는 관의 내경 및 목표로 하는 분리수의 로그(logarithm)에 각각 비례하여 스태틱 믹서의 길이가 증가한다.

그러나 공간적 제약, 기술적 제약 (예를 들어, 유체의 체류시간, 스태틱 믹서와 결합된 온도 유지 장치 등) 또는 경제적 제약 때문에 스태틱 믹서의 길이를 원하는 만큼 길게 설정할 수 없는 경우에는, 종래의 스태틱 믹서로는 만족스러운 혼합도를 얻기 어렵다.

이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 관의 내경보다 크기가 작고, 새로운 구조를 가지는 혼합부재를 개발하고, 상기 혼합부재를 관 내부에 복수의 층으로 배열함으로써, 짧은 길이에서도 높은 혼합 성능을 발휘할 수 있는 스태틱 믹서를 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 스태틱 믹서에 이용되며, 복수의 층으로 배열되어 유체 흐름에 수직한 방향으로 물질 전달을 촉진할 수 있는 구조를 가지는 혼합부재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 짧은 길이에서 우수한 혼합 성능을 발휘하는 스태틱 믹서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 혼합부재의 배열을 이용함으로써 짧은 길이를 갖는 스태틱 믹서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 유체 흐름에 수직한 방향으로 물질 교환이 촉진되는 스태틱 믹서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 중합체 수지로 이루어진 유체에 다수의 입구에서 첨가제를 나누어 주입하는 경우와 같이, 유체 흐름에 수직한 단면상에서 거시적으로 혼합물이 분산되고 미시적으로는 추가 혼합이 필요한 경우에, 짧은 길이에서도 특히 우수한 혼합 성능을 발휘하는 스태틱 믹서를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

발명의 요약

본 발명은 기둥 형상의 케이스 및 상기 케이스 내부에 고정된 나선형 분리벽으로 이루어지고, 상기 케이스의 상면 및 하면에는 차단분리판이 형성되어 각각 복수의 배출구 및 유입구가 형성된 것을 특징하는 스태틱 믹서용 혼합부재를 제공한다.

상기 나선형 분리벽은 상기 케이스의 하면 및 상면과 밀착되거나 떨어진 상태로 고정된다. 상기 나선형 분리벽과 상기 케이스의 하면 사이 및 상기 나선형 분리벽과 상기 케이스의 상면 사이에 간격이 있는 경우 각각 유체의 혼합영역이 형성된다.

상기 케이스는 원기둥 또는 다각기둥 형상일 수 있다.

본 발명은 관 및 상기 관 내부에 상술한 혼합부재가 복수로 적층되어 이루어지며, 상기 혼합부재의 유입구들은 각각 하층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 배출구와 연결되며, 상기 혼합부재의 배출구들은 각각 상층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 유입구와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서를 제공한다.

상기 혼합부재가 동일한 층에 위치할 경우, 나선형 분리벽은 같은 방향으로 비틀린다. 상기 혼합부재는 상층 및 하층에 위치한 혼합부재와 나선형 분리벽이 서로 반대 방향으로 비틀리고, 끝단이 서로 90° 각도로 어긋난다.

상기 관의 입구, 출구 및 상기 복수의 층들 사이에는 유체가 상기 복수의 혼합부재들 내부로만 흐르도록 하기 위한 유도로를 구비하는 차단판이 더 설치될 수 있다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

본 구체예에서 상층, 하층, 상단, 하단 등의 용어는 도시 및 설명의 편의를 위하여 임의적으로 사용한 것으로서, 본 발명이 이러한 용어에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 스태틱 믹서용 혼합부재 및 스태틱 믹서가 뒤집히거나 좌우로 놓일 경우 이들은 서로 뒤바뀌거나 좌측, 우측, 좌단, 우단 등으로 바뀔 수 있다.

스태틱 믹서용 혼합부재

본 발명의 스태틱 믹서용 혼합부재는 기둥 형상의 케이스와 상기 케이스 내부에 고정된 나선형 분리벽으로 이루어진다. 상기 케이스는 원기둥 또는 다각기둥 형상일 수 있다.

도 3은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재의 케이스를 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 원기둥 형상의 케이스(110)의 상면 및 하면에는 각각 차단분리판(120)이 형성되어 있다.

상기 차단분리판(120)은 상기 케이스(110)의 하면 일부를 막으면서 형성되며, 이에 따라 상기 케이스(110)의 하면에는 복수의 유입구(121, 122, 123, 124)가 형성된다. 같은 방식으로 상기 차단분리판(120)은 상기 케이스(110)의 상면 일부를 막으면서 형성되며, 이에 따라 상기 케이스(110)의 상면에는 복수의 배출구(125, 126, 127, 128)가 형성된다. 바람직하게는 상기 복수의 유입구(121, 122, 123, 124)와 복수의 배출구(125, 126, 127, 128)는 각 유입구 및 배출구가 동일한 방향 으로 대응되도록 형성된다.

하층의 1개 혼합부재당 상층의 4개의 혼합부재가 겹쳐지므로 유입/유출구가 각각 4개가 형성된다. 따라서, 상기 유입구 및 유출구의 수는 혼합부재 또는 케이스의 적층구조에 따라 조정될 수 있다.

유체(I)는 상기 복수의 유입구(121, 122, 123, 124)를 통해 상기 케이스(110) 내부로 유입되며, 상기 복수의 배출구(125, 126, 127, 128)를 통해 배출된다. 상기 케이스(110)에서 상기 복수의 유입구(121, 122, 123, 124)와 복수의 배출구(125, 126, 127, 128)를 제한 나머지 부분은 막혀있다.

도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 케이스(110) 내부에 나선형 분리벽(130)이 설치된다. 상기 나선형 분리벽(130)은 상기 케이스(110)의 옆면 내벽에 고정되며, 상기 케이스의 내경(150)과 동일한 폭을 갖는다.

상기 나선형 분리벽(130)은 상기 케이스(110)의 하면 및 상면과 밀착되거나 떨어진 상태로 고정된다. 상기 나선형 분리벽(130)과 상기 케이스(110)의 하면 사이 및 상기 나선형 분리벽(130)과 상기 케이스(110)의 상면 사이에 간격이 있는 경우 각각 유체의 혼합영역(160, 170)이 형성된다.

도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재의 케이스를 도시한 사시도이다.

도 5를 참조하면, 사각기둥 형상의 케이스(210)의 하면 및 상면에는 차단분 리판(220)이 형성되어 각각 복수의 유입구(221, 222, 223, 224) 및 배출구(225, 226, 227, 228)가 형성된다.

도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재를 도시한 사시도이다.

도 6을 참조하면, 상기 케이스(210) 내부에 나선형 분리벽(230)이 고정되어 있다. 상기 나선형 분리벽(230)은 상기 케이스(210)의 횡단면을 이루는 사각형의 대각선 중 가장 길이가 긴 최대 대각선(250)과 동일한 폭을 갖는다.

상기 나선형 분리벽(230)은 상기 케이스(210)의 하면 및 상면과 밀착되거나 떨어진 상태로 고정된다. 상기 나선형 분리벽(230)과 상기 케이스(210)의 하면 사이 및 상기 나선형 분리벽(230)과 상기 케이스(210)의 상면 사이에 간격이 있는 경우 각각 유체의 혼합영역(260, 270)이 형성된다.

본 구체예에서는 스태틱 믹서용 혼합부재의 케이스가 사각기둥 형상인 것을 예로서 설명하였으나. 상기 혼합부재의 케이스는 사각기둥 외에도 삼각기둥, 오각기둥 등과 같은 다각기둥 형상일 수 있으며, 이에 따라 상기 혼합부재는 다각기둥 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 혼합부재에서, 유체는 케이스 하면에 형성된 복수의 유입구를 통해 상기 케이스 내부로 유입되고, 나선형 분리벽과 상기 케이스 하면 사이에 혼합영역이 있는 경우 일부 섞이게 된다. 이어서 유체는 상기 나선형 분리벽 끝단과 만나 2개의 유체 흐름으로 분리되고, 각각의 유체 흐름은 상기 나선형 분리벽을 지나며 접히는 동시에, 상기 나선형 분리벽이 비틀어진 각도만큼 회전하며 혼합된다. 이렇게 혼합된 각각의 유체 흐름은 다시 상기 나선형 분리벽과 상기 케이스 상면 사이의 혼합영역이 있는 경우 다시 일부 혼합되며, 상기 케이스 상단에 형성된 복수의 배출구를 통해 배출된다.

본 발명의 혼합부재를 유입구와 배출구가 서로 연결되도록 복수의 층으로 배열하면, 하층에 위치하는 서로 다른 혼합부재로부터 유체를 받아서 이를 혼합하고 다시 상층에 위치하는 서로 다른 혼합부재로 보낼 수 있다. 따라서 유체 흐름에 수직한 방향으로 물질 전달을 촉진할 수 있으며, 짧은 길이에서도 우수한 혼합 성능을 발휘할 수 있다.

스태틱 믹서

본 발명은 상기 혼합부재를 이용한 스태틱 믹서를 제공한다. 본 발명의 스태틱 믹서는 내부에 상기 혼합부재가 복수의 층으로 적층된 구조를 갖는다.

상기 스태틱 믹서는 관 및 상기 관 내부에 상술한 혼합부재가 복수로 적층되어 이루어지며, 상기 혼합부재의 유입구들은 각각 하층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 배출구와 연결되며, 상기 혼합부재의 배출구들은 각각 상층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 유입구와 연결되어 있다.

이때, 동일한 층에 위치하는 혼합부재들은 각각 같은 방향으로 비틀린 나선형 분리벽을 구비한다. 또한 동일한 층에서 상기 나선형 분리벽의 끝단은 같은 방향으로 정렬된다. 상기 혼합부재는 상층 및 하층에 위치한 다른 혼합부재와 나선형 분리벽이 서로 반대 방향으로 비틀리고, 끝단이 서로 90° 각도로 어긋난다.

구체적으로, 본 발명의 스태틱 믹서는 상기 관 내부에 좌방향으로 비틀린 좌나선형 분리벽을 구비하는 혼합부재의 층과 우방향으로 비틀린 우나선형 분리벽을 구비하는 혼합부재의 층이 교대로 적층되어 이루어진다. 이 때 상기 혼합부재의 유입구들은 각각 하층에 위치하는 서로 다른 혼합부재의 배출구와 연결되며, 상기 혼합부재의 배출구들은 각각 상층에 위치하는 서로 다른 혼합부재의 유입구와 연결된다.

상기 관의 입구, 출구 및 상기 혼합부재의 층들 사이에는 유체가 상기 혼합부재들 내부로만 흐르도록 하기 위한 유도로를 구비하는 차단판이 설치될 수 있다.

도 7은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재로 이루어진 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 하나의 구체예에 따른 스태틱 믹서(300)는 원기둥 형상의 관(310) 및 상기 관(310) 내부에 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c)가 3개의 층으로 적층되어 이루어진다.

구체적으로, 상기 스태틱 믹서(300)의 가장 하층에는 우방향으로 180° 각도로 비틀린 우나선형 분리벽(130a)을 구비하는 우나선 원기둥형 혼합부재(100a)가 2개의 행과 2개의 열로 배열되어 있다. 가운데층에는 좌방향으로 180° 각도로 비틀린 좌나선형 분리벽(130b)을 구비하는 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)가 3개의 행과 3개의 열로 배열되어 있다. 가장 상층에는 다시 우방향으로 180° 각도로 비틀린 우나선형 분리벽(130c)을 구비하는 또 다른 우나선 원기둥형 혼합부재(100c)가 2개의 행과 2개의 열로 배열되어 있다.

상기 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c)의 종류를 구별하기 위해서 원기둥형 혼합부재의 케이스 표면에 상기 나선형 분리벽(130a, 130b, 130c)의 방향을 표시하였다.

도 8은 도 7에서 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)의 3×3 배열을 도시한 평면도이다. 도 9는 도 7에서 가장 상층에 위치하는 우나선 원기둥형 혼합부재(100c)의 2×2 배열을 도시한 평면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 좌나선 분리벽(130b)의 끝단은 상기 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)의 중심을 기준으로 11시에서 5시 방향으로 정렬되어 있으며, 상기 우나선 분리벽(130c)의 끝단은 상기 우나선 원기둥형 혼합부재(100c)의 중심을 기준으로 1시에서 7시 방향으로 정렬되어 있다.

도 10은 도 7에서 좌나선 원기둥형 혼합부재의 3×3 배열 위에 우나선 원기둥형 혼합부재의 2×2 배열이 쌓여 있는 모습을 도시한 평면도이다.

도 10을 참조하면, 가장 상층에 위치하는 상기 우나선 분리벽(130c)과 가운데층에 위치하는 좌나선 분리벽(130b)은 서로 반대 반향으로 비틀리고, 끝단이 서로 90° 각도로 어긋난다.

또한 상기 우나선 원기둥형 혼합부재(100c)는 가운데층에 위치하는 서로 다른 4개의 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)와 동시에 겹치도록 배치된다. 이 때, 상기 우나선 원기둥형 혼합부재(100c)의 유입구들은 각각 하층에 위치하는 상기 서로 다른 4개의 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)의 배출구와 연결된다. 같은 방식으로 상기 좌나선 원기둥형 혼합부재(100b)의 유입구들은 가장 하층에 위치하는 서로 다 른 우나선 원기둥형 혼합부재(100a)의 배출구와 연결된다.

도 11은 도 7에서 차단판이 더 설치된 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에서 상기 관(310)의 입구(320), 출구(330) 및 상기 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c)의 층들 사이에는 차단판(340)이 더 설치될 수 있다. 상기 차단판(340)은 유체가 상기 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c)들 내부로만 흐르도록 하기 위한 유도로(342)를 구비한다.

상기 차단판(340)이 설치됨으로써, 유체(I)는 상기 스태틱 믹서(300)의 입구(320)와 출구(330)의 사이에서 상기 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c) 안으로만 흐르게 되며, 전체적으로 상기 스태틱 믹서(300)의 무용 부피가 줄어들고, 혼합 성능이 향상된다.

다시 도 4를 참조하면, 유체(I)는 원기둥형 혼합부재(100)의 복수의 유입구(121, 122, 123, 124)를 통해 케이스(110) 내부로 유입되고, 하단의 혼합영역(160)에서 일부 섞이게 된다. 이어서 유체(I)는 나선형 분리벽(130)의 끝단과 만나 2개의 유체 흐름으로 분리되고, 각각의 유체 흐름은 상기 나선형 분리벽(130)을 지나며 접히는 동시에 상기 나선형 분리벽(130)이 비틀어진 각도만큼 회전한다.

예를 들어, 상기 나선형 분리벽(130)은 180° 각도로 비틀어져 있고, 오른쪽 하단의 유입구(124)를 통해 유입된 유체는 왼쪽 상단의 배출구(126)로 상당 부분이 배출된다. 이 때, 상기 유체는 상기 나선형 분리벽(130)을 지나면서 뒤틀려 혼합되며, 상단의 혼합영역(170)에서도 약하게 혼합되기 때문에 다른 배출구(125, 127, 128)를 통해서도 배출된다.

따라서 유체(I)는 원기둥형 혼합부재(100) 내부를 지나면서 혼합되는 동시에, 상층에 위치한 다수의 원기둥형 혼합부재(100)들로 고르게 나뉘어 유입되므로, 상기 스태틱 믹서(300)는 전체적으로 유체의 흐름 방향뿐만 아니라, 상기 흐름 방향에 수직한 방향(수평 혼합)으로도 물질 교환이 촉진되어 우수한 혼합성능을 갖게 된다.

상기 스태틱 믹서(300)에서 원기둥형 혼합부재의 높이(140) 및 상기 원기둥형 혼합부재의 배열로 구성된 한 개 층의 높이(140)는 상기 원기둥형 혼합부재의 내경(150)에 비례한다. 상기 스태틱 믹서(300)의 관 내경(350)이 일정할 경우, 상기 원기둥형 혼합부재(100a, 100b, 100c) 배열의 행수 및 열수가 증가할수록 상기 원기둥형 혼합부재의 내경(150) 및 상기 원기둥형 혼합부재의 높이(140)가 작아지나, 충분한 수평 혼합을 위해서는 많은 수의 층이 필요할 수 있다.

다만, 중합체 수지로 이루어진 유체에 다수의 입구에서 첨가제를 나누어 주입하는 경우와 같이, 유체 흐름에 수직한 단면상에서 거시적으로 혼합물이 분산되어 있고, 미시적으로 추가적인 혼합만이 필요한 경우에는 상기 혼합부재 사이의 물질 교환 필요성이 줄어서, 적은 수의 층으로도 혼합도 향상을 꾀할 수 있다.

따라서 본 발명의 스태틱 믹서의 사용에 있어서, 스태틱 믹서의 입구 앞쪽에서 다수의 노즐을 통해 유체에 첨가물을 고르게 분산 주입하는 방법 등을 사용함으로써, 거시적인 혼합도를 높인다면 필요한 혼합부재의 층수와 함께 상기 스태틱 믹서의 길이를 더욱 줄일 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재로 이루어진 스 태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 구체예에 따른 스태틱 믹서(400)는 사각기둥 형상의 관(410) 및 상기 관(410) 내부에 사각기둥형 혼합부재(200a, 200b, 200c)가 3개의 층으로 적층되어 이루어진다.

상기 스태틱 믹서(400)의 가장 하층에는 우방향으로 180° 각도로 비틀린 우나선형 분리벽(230a)을 구비하는 우나선 사각기둥형 혼합부재(200a)가 2개의 행과 2개의 열로 배열되어 있다. 가운데층에는 좌방향으로 180° 각도로 비틀린 좌나선형 분리벽(230b)을 구비하는 좌나선 사각기둥형 혼합부재(200b)가 3개의 행과 3개의 열로 배열되어 있다. 가장 상층에는 다시 우방향으로 180° 각도로 비틀린 우나선형 분리벽(230c)을 구비하는 또 다른 우나선 사각기둥형 혼합부재(200c)가 2개의 행과 2개의 열로 배열되어 있다.

상기 사각기둥형 혼합부재(200a, 200b, 200c)의 종류를 구별하기 위해서 사각기둥형 혼합부재의 케이스 표면에 상기 나선형 분리벽(230a, 230b, 230c)의 방향을 표시하였다.

동일한 층에서 상기 나선형 분리벽(230a, 230b, 230c)의 끝단은 같은 방향으로 정렬되어 있다. 가장 상층에 위치하는 상기 우나선 분리벽(230c)과 가운데층에 위치하는 좌나선 분리벽(230b)은 서로 반대 반향으로 비틀리고, 끝단이 서로 90° 각도로 어긋난다.

또한 가장 상층에 위치하는 상기 우나선 사각기둥형 혼합부재(200c)는 가운데층에 위치하는 서로 다른 4개의 좌나선 사각기둥형 혼합부재(200b)와 동시에 겹 치도록 배치되며, 상기 우나선 사각기둥형 혼합부재(200c)의 유입구들은 각각 하층에 위치하는 상기 서로 다른 4개의 좌나선 사각기둥형 혼합부재(200b)의 배출구와 연결된다. 같은 방식으로 가운데층에 위치하는 좌나선 사각기둥형 혼합부재(200b)의 유입구들은 가장 하층에 위치하는 서로 다른 우나선 사각기둥형 혼합부재(200a)의 배출구와 연결된다.

도 13은 도 12에서 차단판이 더 설치된 스태틱 믹서를 도시한 구성도이다.

도 13을 참조하면, 상기 관(410)의 입구(420), 출구(430) 및 상기 사각기둥형 혼합부재(200a, 200b, 200c)의 층들 사이에는 유체가 상기 사각기둥형 혼합부재(200a, 200b, 200c)들 내부로만 흐르도록 하기 위한 유도로(442)가 구비된 차단판(440)이 더 설치된다.

상기 차단판(440)이 설치됨으로써, 유체(I)는 상기 스태틱 믹서(400)의 입구(420)와 출구(430)의 사이에서 상기 사각기둥형 혼합부재(400a, 400b, 400c) 안으로만 흐르게 되며, 전체적으로 상기 스태틱 믹서(400)의 무용 부피가 줄어들고, 혼합 성능이 향상된다.

도 14는 본 발명의 다른 구체예에 따른 사각기둥형 혼합부재의 6×6 배열 및 5×5 배열의 적층 구조로 이루어진 스태틱 믹서의 전산모사 결과이다. 스태틱 믹서의 입구(500)에서는 주성분(501)과 함께 첨가물(502)이 7개 지점의 노즐을 통해 분산되어 주입된다. 흐름 단면(510, 530, 550, 570)은 혼합부재의 6×6 배열로 구성된 1, 3, 5, 7번째 층의 유입구이고, 혼합부재의 6×6 배열 사이에는 혼합부재의 5×5 배열로 구성된 2, 4, 6, 8번째 층이 삽입된다. 도 14는 나선 분리벽이 삽입되 지 않은 혼합부재 케이스 만으로 스태틱 믹서를 구성한 것으로서, 혼합 성능이 낮아서 스태틱 믹서의 출구(590)에서 첨가물이 충분히 혼합되지 않은 채로 유출된다.

도 15는 본 발명의 다른 구체예에 따른 원기둥형 혼합부재의 6×6 배열 및 5×5 배열의 적층 구조로 이루어진 스태틱 믹서의 전산모사 결과이다. 스태틱 믹서의 입구(600)에서는 주성분(601)과 함께 첨가물(602)이 7개 지점의 노즐을 통해 분산되어 주입된다. 흐름 단면(610, 630, 650, 670)은 혼합부재의 6×6 배열로 구성된 1, 3, 5, 7번째 층의 유입구이고, 혼합부재의 6×6 배열 사이에는 혼합부재의 5×5 배열로 구성된 2, 4, 6, 8번째 층이 삽입된다. 도 15는 나선 분리벽이 삽입된 혼합부재 케이스로 스태틱 믹서를 구성한 것으로서, 혼합 성능이 양호하여 3번째 층의 유입구(630)에서도 첨가물이 충분히 혼합된 것이 나타난다.

본 발명은 복수의 층으로 배열되어 유체 흐름에 수직한 방향으로 물질 전달을 촉진하며, 우수한 혼합 성능을 갖는 스태틱 믹서용 혼합부재 및 이를 이용하여 짧은 길이에서 높은 혼합 성능을 발휘하는 스태틱 믹서를 제공하는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

1. 기둥 형상의 케이스 및 상기 케이스 내부에 고정된 나선형 분리벽으로 이루어지고, 상기 케이스의 상면 및 하면에는 차단분리판이 형성되어 각각 복수의 배출구 및 유입구가 형성된 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서용 혼합부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 원기둥 또는 다각기둥 형상인 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서용 혼합부재.
3. 관 및 상기 관 내부에 제1항 또는 제2항에 따른 혼합부재가 복수로 적층되어 이루어지며, 상기 혼합부재의 유입구들은 각각 하층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 배출구와 연결되며, 상기 혼합부재의 배출구들은 각각 상층에 위치한 서로 다른 혼합부재의 유입구와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
4. 제3항에 있어서, 상기 혼합부재가 동일한 층에 위치할 경우, 나선형 분리벽은 같은 방향으로 비틀린 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
5. 제3항에 있어서, 상기 혼합부재는 상층 및 하층에 위치한 혼합부재와 나선형 분리벽이 서로 반대 방향으로 비틀리고, 끝단이 서로 90° 각도로 어긋나는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.
6. 제3항에 있어서, 상기 관의 입구, 출구 및 상기 복수의 층들 사이에는 유체가 상기 복수의 혼합부재들 내부로만 흐르도록 하기 위한 유도로를 구비하는 차단판이 설치되는 것을 특징으로 하는 스태틱 믹서.

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