KR101297518B1 - 교반장치 및 이에 구비되는 교반후크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교반장치 및 이에 구비되는 교반후크에 관한 것이다. 본 발명은 반응기의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축과; 상기 회전축의 외주면에 설치되고, 상기 회전축과 함께 회전되면서 내부 물질을 교반하는 회전날개와; 상기 반응기의 내벽에 한 쌍이 서로 이격되어 구비되고, 상기 회전날개가 사이를 통과하는 교반후크를 포함한다. 그리고, 상기 교반후크의 사이의 폭은 상기 회전날개가 진입하는 입구보다 이탈하는 출구에서 넓게 형성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 교반후크에서 회전날개가 진입하는 입구에서 이탈하는 출구까지 압력이 일정하게 작용하기 때문에 교반후크에 비틀림 모멘트가 발생하는 것이 최소화된다. 결국, 교반후크의 내구성이 향상되고 제품의 신뢰성이 증대되는 결과를 가져온다.

교반장치, 후크, 날개

Description

교반장치 및 이에 구비되는 교반후크{Mixing device and mixing hook therein}

본 발명은 교반장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교반장치에서 회전날개와 함께 고점성의 물질을 교반하는 교반후크의 내구성을 향상시키기 위한 교반장치 및 이에 구비되는 교반후크에 관한 것이다.

일반적으로 중합반응은 작은 분자들이 반복 첨가되어 하나의 길고 연속된 사슬을 형성하는 반응을 말하며, 작은 단위분자를 단위체라 한다. 이러한 중합반응을 하기 위한 장치인 중합반응기의 내부에는 일정 이상의 점성을 가진 고점성의 유체 또는 겔형(gel) 물질을 교반하기 위한 교반장치가 필요하다.

도 1은 일반적인 교반장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 교반장치의 일부를 확대한 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 교반장치는 대략 실린더 형상으로 만들어지고, 내부공간에는 교반을 위한 장치가 설치된다. 도 1에 도시된 교반장치는 상기 실린더의 내부에 다수개가 설치되어 교반을 수행할 수 있다. 상기 교반장치의 내벽(1)에 의해 형성되는 내부공간의 중앙에는 회전축(3)이 회전가능하게 설치된다. 상기 회전축(3)을 모터 등의 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전된다.

상기 회전축(3)의 외주면에는 다수개의 회전날개(5)가 설치된다. 상기 회전날개(5)는 상기 회전축(3)의 외주면에 일정한 간격으로 다수개가 설치될 수 있다. 상기 회전날개(5)는 상기 회전축(3)과 함께 회전되면서 실질적으로 고점성 물질의 교반을 수행하게 된다. 상기 회전날개(5)는 대략 부채꼴 형상으로 형성된다.

그리고, 상기 회전날개(5)의 단부에는 각각 교반리브(7)가 구비된다. 상기 교반리브(7)는 상기 회전날개(5)의 단부에서 직교하게 돌출되는 부분이다. 도 3을 참조하면, 상기 교반리브(7)는 상기 회전날개(5)의 단부에서 양쪽으로 직교하게 연장되도록 형성된다. 한편, 상기 교반리브(7)는 이하에서 설명하는 리브통과부(13)를 통과하게 된다.

상기 내벽(1)에는 고점성 물질의 교반과 분쇄를 위한 교반후크(10)가 구비된다. 상기 교반후크(10)는 상기 내벽(1)을 둘러 다수개가 구비될 수 있다. 상기 교반후크(10)는 도 2에 잘 도시된 바와 같이 서로 대칭되는 한 쌍이 일정한 거리로 이격되어 구비된다. 그리고, 상기 교반후크(10)의 사이로 상기 회전날개(5) 및 교반리브(7)가 통과하면서 고점성 물질을 교반하고 분쇄하게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 교반후크(10)는 상기 반응기의 내벽(1)에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되는 지지부(12)와; 상기 지지부(12)의 선단에서 서로 마주보는 방향으로 연장되는 연결부(14)와; 상기 연결부(14)의 선단에서 서로 평행하게 연장되는 평행부(16)를 포함한다.

그리고, 상기 지지부(12)의 사이에는 상기 교반리브(7)가 통과하는 리브통과 부(13)가 형성되고, 상기 평행부(16)의 사이에는 상기 회전날개(5)가 통과하는 날개통과부(17)가 각각 형성된다. 상기 리브통과부(13)는 상기 날개통과부(17)보다 상대적으로 넓은 폭을 가지도록 형성된다. 이는 상기 교반리브(7)의 폭이 상기 회전날개(5)보다 넓기 때문이다.

상기 교반후크(10)는 회전날개(5)의 회전과정에서 간섭되는 것을 방지하기 위해 회전날개(5)와 소정의 갭을 가지도록 형성되어야 한다. 이는 상기 교반리브(7)도 마찬가지이다. 이는 도 3에 잘 도시되어 있다. 즉, 상기 교반후크(10)와 회전날개(5)의 사이에 형성된 갭을 통해 고점성의 물질이 통과하면서 분쇄도 일어나게 된다.

이상에서 설명한 교반후크(10)의 교반 및 분쇄 작용에 대해 구체적으로 설명하면, 우선 상기 교반장치의 내부로 고점성의 유체 또는 겔형태의 물질이 투입된다. 일반적으로 교반장치에서 교반하는 물질이 고점성을 가진다고 하면 10000cp 이상의 점도를 가지는 것을 말한다. 이와 같은 물질은 액상에서 고체로 변화하면서 부피가 급격하게 팽창하는 경향이 있다.

이와 같은 고점성의 물질이 투입되면 입구 쪽에서 출구 쪽으로 이송되면서 순차적으로 액체에서 겔형, 겔형에서 고체로 변화하게 된다. 특히, 상술한 바와 같이 겔형에서 고체로 변화하는 과정에서는 부피가 급격하게 팽창하게 된다. 이와 같이 고체로 변한 덩어리들은 상기 회전날개(5)에 회전에 의해 상기 교반후크(10) 사이를 통과하면서 교반, 분쇄된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 3 및 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 회전날개(5)가 통과하는 교반후크(10)의 사이는 회전날개(5)가 진입하는 입구부터 이탈하는 출구까지 일정한 간격을 가진다. 이와 같이 상기 회전날개(5)와 교반후크(10) 사이의 간격이 일정하다보니 상기 교반후크(10)에 가해지는 압력은 도 4에 도시된 것처럼 출구 쪽으로 갈수록 증가하는 경향을 보인다.

상기 교반후크(10)에 가해지는 압력이 일정하지 않고 출구 쪽으로 갈수록 증가하게 되면, 상기 교반후크(10)에 압력차에 의한 비틀림 모멘트가 작용하게 된다. 즉, 도 5에 도시된 화살표방향으로 상기 교반후크(10)가 회전하려는 힘을 받는 것이다.

상기 교반후크(10)는 지속적으로 회전하는 회전날개(5)가 통과할 때마다 이와 같은 모멘트를 반복하여 받게 되므로 상기 교반후크(10)에 피로에 의해 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 상기 교반후크(10)의 지지부(12)에 모멘트가 지속적으로 가해지면 상기 교반후크(10)가 내벽(1)에서 떨어져서 파손될 수 있다.

결국, 상기 교반후크(10)가 파손되면 상기 교반장치가 정상적으로 작동될 수 없으므로 교반효율이 떨어지고, 보수비용도 증가하는 문제를 가져온다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 교반후크에 가해지는 비틀림 모멘트를 최소화할 수 있는 구조를 가진 교반장치 및 이에 구비되는 교반후크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 교반장치는 반응기의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축과; 상기 회전축의 외주면에 설치되고, 상기 회전축과 함께 회전되면서 내부 물질을 교반하는 회전날개와; 상기 반응기의 내벽에 한 쌍이 서로 이격되어 구비되고, 상기 회전날개가 사이를 통과하는 교반후크를 포함하고, 상기 교반후크의 사이의 폭은 상기 회전날개가 진입하는 입구보다 이탈하는 출구에서 넓게 형성됨을 특징으로 한다.

상기 교반후크의 사이는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 교반후크가 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 회전날개의 단부에는 상기 회전날개에 대해 직교하게 형성되는 교반리브가 더 구비됨을 특징으로 한다.

상기 교반후크의 사이에는 상기 회전날개가 통과하는 날개통과부와 상기 교반리브가 통과하는 리브통과부가 형성되는데, 상기 날개통과부의 폭은 상기 리브통과부보다 상대적으로 좁게 형성됨을 특징으로 한다.

상기 교반후크는, 상기 반응기의 내벽에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되고, 상기 리브통과부가 사이에 형성된 지지부와; 상기 지지부의 선단에서 서로 마주보는 방향으로 연장되는 연결부와; 상기 연결부의 선단에서 서로 평행하게 연장되고, 상기 날개통과부가 사이에 형성되는 평행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 평행부의 서로 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 한다.

상기 평행부의 선단에는 설로 멀어지는 방향으로 직교하게 연장되는 연장부가 더 구비됨을 특징으로 한다.

상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.0~2.0 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.3~1.5 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 교반후크는 스테인레스강 재질로 만들어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명에 의한 교반후크는 반응기의 내벽에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되는 지지부와; 상기 지지부의 선단에서 서로 마 주보는 방향으로 연장되는 연결부와; 상기 연결부의 선단에서 상기 지지부보다 좁은 폭을 가지도록 평행하게 연장되는 평행부를 포함한다.

상기 지지부의 사이로는 반응기에 설치된 회전날개가 통과하는데, 상기 회전날개가 이탈하는 출구는 입구의 폭의 1.0~2.0 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.3~1.5 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기 평행부의 서로 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 한다.

본 발명에서는 회전날개가 통과하는 교반후크에서 출구의 폭이 입구보다 상대적으로 크게 형성된다. 따라서, 교반후크에서 회전날개가 진입하는 입구에서 이탈하는 출구까지 압력이 일정하게 작용하기 때문에 교반후크에 비틀림 모멘트가 발생하는 것이 최소화된다. 결국, 교반후크의 내구성이 향상되고 제품의 신뢰성이 증대되는 결과를 가져온다.

이하 본 발명에 의한 교반장치 및 이에 구비되는 교반후크의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 그리고, 이하에서 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 도 1 내지 도 5의 도면부호를 원용하여 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명에 의한 교반후크와 회전날개를 보인 사시도이고, 도 7은 본 발명에 의한 교반후크를 보인 사시도이다.

이들 도면에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 교반후크(20)는 반응기의 내벽(1)에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되고, 리브통과부(23)가 사이에 형성된 지지부(22)와; 상기 지지부(22)의 선단에서 서로 마주보는 방향으로 연장되는 연결부(24)와; 상기 연결부(24)의 선단에서 서로 평행하게 연장되고, 날개통과부(27)가 사이에 형성되는 평행부(26)를 포함한다.

본 실시예에서는 상기 평행부(26)에서 서로 마주보는 면에 확개면(28)이 각각 형성된다. 상기 확개면(28)은 상기 교반후크(20)에 가해지는 비틀림 모멘트를 최소화하고, 상기 평행부(26)의 마주보는 면에 가해지는 압력을 전체적으로 균일하게 하기 위해 형성된 부분이다.

다시 말해, 상기 평행부(26)의 사이로 회전날개(5)가 관통하는 과정에서, 상기 회전날개(5)가 진입하는 입구보다 상기 회전날개(5)가 이탈하는 출구 쪽의 폭을 넓게 하여 출구 쪽에서 압력이 강하게 작용했던 것(도 4 참조)을 상쇄시키고자 한 것이다. 상기 확개면(28)은 상기 회전날개(5)의 입구에서 출구 쪽으로 갈수록 선형적으로 증가하도록, 즉 직선면을 따라 증가하도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 평행부(26) 사이의 날개통과부(27)도 회전날개(5)의 입구에서 출구 쪽으로 갈수록 폭이 증가하도록 형성된다.

한편, 상기 확개면(28)의 형상은 상술한 바와 같이 반드시 직선면으로 형성되어야 하는 것은 아니고, 회전날개(5)의 입구보다 출구 쪽에서 폭이 크게 형성되기만 하면 된다.

이를 위해, 도 8 및 도 9에는 본 발명에 의한 교반후크의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이를 참조하면, 상기 평행부(26)의 마주보는 면에 형성된 확개면(28',28")은 도 8과 같이 곡면의 형상으로 형성되고, 입구에서 출구로 가면서 오목하거나 볼록하게 폭이 증가하도록 형성될 수 있다. 물론, 본 발명의 도면에 도시된 실시예 이외에 다른 형상을 가진 확개면(28)의 설계도 가능할 것이다.

참고로, 도 10에는 본 발명에 의한 교반후크의 실제 설계 형상이 도시되어 있다. 여기에서 상기 도 6과 대응되는 구성에 대한 자세한 설명은 편의를 위해 생략하기로 한다.

이를 참조하면, 교반후크(120)의 전체적인 형상은 도 6에 도시된 형상과 유사하다. 다른 부분을 살펴보면, 교반후크(120)의 연결부(124)가 도 6과 달리 지지부(122)에 대해 직교하게 연장되지 않고 소정의 각도로 경사지게 연장되는 것이다. 그리고, 평행부(126)의 선단에서 서로 반대방향으로 연장되는 연장부(130)가 더 구비된다. 물론, 도 10에서 도시한 것은 실제 설계 형상을 예로써 보인 것에 불과하고 이 도면에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 본 발명에 의한 교반후크(20)에서 상기 회전날개(5)가 이탈하는 출구의 폭은 입구에 비해 1.0~2.0 배를 가지도록 형성된다. 또한, 상기 회전날개(5)가 이탈하는 출구의 폭은 입구에 비해 1.3~1.5 배를 가지는 것이 바람직하다. 이는 상기한 비율로 입구와 출구의 폭이 형성되어야 고점성의 물질의 교반 및 분쇄가 보다 효과적으로 이루어지고, 교반후크(20)에 작용하는 비틀림 모멘트를 최소화할 수 있기 때문이다.

한편, 본 발명에 의한 교반후크(20)는 다음과 같은 재질을 가지는 것이 바람직하다. 상기 교반후크(20)의 재질로는 스테인레스강(SUS)이 주로 사용된다. 상기 스테인레스강은 내식성, 가공성 및 용접성이 뛰어난 스틸소재이다. 본 실시예에서는 상기 스테인레스강 중에서 강도가 우수하고, 내부식성이 좋은 듀플렉스(duplex)를 사용한다. 상기 듀플렉스는 해양발전소와 같이 염분에 의해 부식이 우려되는 분야에서 많이 사용되는 재질이다.

다음으로, 도 11 및 도 12에는 본 발명에 의한 교반후크와 종래의 교반후크의 응력 분포 및 변형율 분포를 비교한 사진이 도시되어 있다. 참고로, (a)는 종래의 교반후크이고, (b)는 본 발명에 의한 교반후크를 나타낸다.

이를 참조하면, 도 11에서 (a)는 지지부(22)의 양단부에서 응력이 매우 높게 나타나는 것이 비해 (b)는 출구 쪽에 가까운 일단부에서만 응력이 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 그리고 전체적으로 (b)에서 응력이 낮게 나타나는 것도 확인할 수 있다.

또한, 도 12에서 지지부(22)의 외곽면 쪽에 발생하는 변형율이 (a)보다 (b)가 현저하게 감소한 것을 볼 수 있다. 그리고, (b)를 보면 상기 평행부(26)의 확개면(28)에서 변형율이 (a)에 비해 감소한 것을 확인할 수 있다.

실제로 도 11 및 도 12의 해석을 통해 종래의 교반후크에 비해 본 발명에 의한 교반후크에서 응력이 70% 수준으로 감소되고, 비틀림에 의한 변형량이 10% 수준으로 감소한 것을 확인할 수 있었다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기 재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

도 1은 일반적인 교반장치의 구성을 보인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 교반장치의 일부를 확대한 사시도.

도 3은 일반적인 교반장치에서 회전날개가 교반후크를 통과하는 것을 보인 사시도.

도 4는 일반적인 교반장치에서 회전날개가 교반후크를 통과할 때의 유체 흐름을 보인 평면도.

도 5는 일반적인 교반장치에서 교반후크에 비틀림이 발생하는 것을 보인 사시도.

도 6은 본 발명에 의한 교반후크와 회전날개를 보인 사시도.

도 7은 본 발명에 의한 교반후크를 보인 사시도.

도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 교반후크의 다른 실시예를 보인 사시도.

도 10은 본 발명에 의한 교반후크의 실제 설계 형상을 보인 사시도.

도 11은 본 발명에 의한 교반후크와 종래의 교반후크의 응력 분포를 비교한 사진.

도 12는 본 발명에 의한 교반후크와 종래의 교반후크의 변형율 분포를 비교한 사진.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 : 교반후크 22 : 지지부

23 : 리브통과부 24 : 연결부

26 : 평행부 27 : 날개통과부

28 : 확개면

Claims (15)

1. 반응기의 내부에 회전가능하게 설치되는 회전축과;

   상기 회전축의 외주면에 설치되고, 상기 회전축과 함께 회전되면서 내부 물질을 교반하는 회전날개와;

   상기 반응기의 내벽에 한 쌍이 서로 이격되어 구비되고, 상기 회전날개가 사이를 통과하는 교반후크를 포함하고,

   상기 교반후크의 사이의 폭은 상기 회전날개가 진입하는 입구보다 이탈하는 출구에서 넓게 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 교반후크의 사이는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하도록 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 교반후크가 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전날개의 단부에는 상기 회전날개에 대해 직교하게 형성되는 교반리 브가 더 구비됨을 특징으로 하는 교반장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 교반후크의 사이에는 상기 회전날개가 통과하는 날개통과부와 상기 교반리브가 통과하는 리브통과부가 형성되는데, 상기 날개통과부의 폭은 상기 리브통과부보다 상대적으로 좁게 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 교반후크는,

   상기 반응기의 내벽에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되고, 상기 리브통과부가 사이에 형성된 지지부와;

   상기 지지부의 선단에서 서로 마주보는 방향으로 연장되는 연결부와;

   상기 연결부의 선단에서 서로 평행하게 연장되고, 상기 날개통과부가 사이에 형성되는 평행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 평행부의 서로 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 평행부의 선단에는 설로 멀어지는 방향으로 직교하게 연장되는 연장부 가 더 구비됨을 특징으로 하는 교반장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.0~2.0 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.3~1.5 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 교반장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 교반후크는 스테인레스강 재질로 만들어짐을 특징으로 하는 교반장치.
12. 반응기의 내벽에서 일정한 간격으로 이격되게 돌출되는 지지부와;

    상기 지지부의 선단에서 서로 마주보는 방향으로 연장되는 연결부와;

    상기 연결부의 선단에서 상기 지지부보다 좁은 폭을 가지도록 평행하게 연장되는 평행부를 포함하는 교반후크.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 지지부의 사이로는 반응기에 설치된 회전날개가 통과하는데, 상기 회전 날개가 이탈하는 출구는 입구의 폭의 1.0~2.0 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 교반후크.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 출구는 상기 입구의 폭의 1.3~1.5 배를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 교반후크.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 평행부의 서로 마주보는 면에는 상기 회전날개가 진입하는 입구에서 출구로 갈수록 폭이 증가하는 확개면이 형성됨을 특징으로 하는 교반후크.

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