KR101625633B1 - 혼합액 교반 장치 - Google Patents

Abstract

혼합액 교반 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치는, 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부, 탱크부의 내부에서 회전함으로써 혼합액을 교반하는 회전부, 및 회전부를 회전 가능하게 지지하며 회전부의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부를 포함한다.

Description

혼합액 교반 장치{SEMI-LIQUID MIXTURE MIXING APPARATUS}

본 발명은 혼합액 교반 장치에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), 잭업리그(Jack-up Rig) 등이 있다. 시추설비에는 단부에 드릴 비트(drill bit)가 형성된 드릴 파이프(drill pipe)가 구비된다. 드릴 비트의 드릴링 유체로 머드(mud)가 이용된다. 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함하고, 시추설비에 탑재된 머드 탱크(mud tank)에 저장되었다가 머드 펌프(mud pump)에 의해 드릴 비트로 순환된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0049890호(2013. 05. 15, 시추선의 머드 탱크)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은, 혼합액의 액면 상에서 발생하는 소용돌이로 인해 공기가 혼합액으로 유입되는 것을 방지하고 임펠러(impeller) 측으로 유입되는 혼합액의 유동을 균일하게 정렬할 수 있는 혼합액 교반 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부; 상기 탱크부의 내부에서 회전함으로써 상기 혼합액을 교반하는 회전부; 및 상기 회전부를 회전 가능하게 지지하며, 상기 회전부의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부를 포함포함하는 혼합액 교반 장치가 제공된다.

상기 지지부는, 단부가 상기 탱크부에 결합되어 상기 회전부의 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 파이프부재; 및 상기 파이프부재로부터 방사상으로 돌출되는 날개부를 포함할 수 있다.

상기 날개부는 상기 파이프부재의 길이방향을 따라 돌출되는 높이가 달라지는 제1 날개부재를 포함할 수 있다.

상기 날개부는 상기 파이프부재의 길이방향을 따라 동일한 돌출 높이를 갖는 제2 날개부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 날개부재 또는 상기 제2 날개부재의 단부는 상기 회전부의 임펠러(impeller)를 향하여 상기 파이프부재를 따라 나선형으로 돌아가는 형상일 수 있다.

상기 혼합액은 리퀴드 머드(liquid mud)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 회전부의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부를 구성함으로써, 혼합액의 액면 상에서 발생하는 소용돌이로 인해 공기가 혼합액으로 유입되는 것을 방지하고 임펠러(impeller) 측으로 유입되는 혼합액의 유동을 균일하게 정렬할 수 있는 혼합액 교반 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 지지부를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 지지부를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 일부를 개략적으로 도시한 부분사시도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 혼합액 교반 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 지지부를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B'절단선을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 지지부를 도시한 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 일부를 개략적으로 도시한 부분사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)는 탱크부(100), 회전부(200) 및 지지부(300)를 포함한다.

탱크부(100)는 그 내부에 혼합액(10)을 저장할 수 있는 용기이다.

회전부(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크부(100)의 내부에서 회전함으로써 혼합액(10)을 교반하는 장치이다.

여기서, 혼합액(10)은 1종류 이상의 고형분 성분을 액체에 혼합시켜 이루어진 혼합액(semi-liquid mixture)을 의미한다. 본 실시예에서는 탱크부(100)가 머드 탱크인 경우를 예로 들어 설명하며, 이 경우 혼합액(10)은 리퀴드 머드(liquid mud)일 수 있다.

일반적으로, 1종류 이상의 고형분 성분을 액체에 혼합시켜 사용되는 혼합액(10)은 성분 특성이나 비중 차이 등으로 인해 액체 내의 고형분 성분이 액체로부터 분리되어 탱크부(100)의 내부 저면 등에 침전되어 잔존할 수 있다. 따라서, 이러한 고형분 성분이 액체로부터 분리되지 못하도록 혼합액(10)을 적절하게 교반시킬 필요가 있다.

또한, 회전부(200)가 회전할 때 혼합액(10)의 액면 상에 소용돌이가 발생할 수 있는데, 이러한 소용돌이로 인해 공기가 혼합액(10)으로 유입될 수 있다. 공기가 혼합액(10)으로 유입되면, 혼합액의 성분이 불균일해질 수 있으며, 유입된 공기가 탱크부(100)의 내측을 마모시킬 수 있다. 따라서, 공기가 혼합액(10)으로 유입되는 것을 방지하고 임펠러(impeller) 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬시킬 필요가 있다.

본 실시예에 따르면, 회전부(200)의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부(300)를 구성함으로써, 혼합액(10)의 액면 상에서 발생하는 소용돌이로 인해 공기가 혼합액(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 회전부(200)의 임펠러(210) 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬할 수 있는 혼합액 교반 장치(1000)를 구현할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

회전부(200)는 혼합액(10)을 교반하는 장치로, 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러(210), 및 일단부가 임펠러(210)에 결합되어 임펠러(210)에 회전력을 전달하는 회전샤프트(220)를 포함할 수 있다. 그리고, 회전샤프트(220)의 타단부에는 모터가 결합되어, 회전샤프트(220)를 회전시킬 수 있다.

지지부(300)는 회전부(200)가 탱크부(100)의 내측에서 회전할 수 있도록 회전부(200)를 회전 가능하게 지지하는 장치이다.

구체적으로, 지지부(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 단부가 탱크부(100)에 결합되어 회전부(200)의 회전샤프트(220)를 회전 가능하게 지지하는 파이프부재(310), 및 상기 파이프부재(310)로부터 방사상으로 돌출되는 날개부(320)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 지지부(300)는 회전부(200), 구체적으로 회전샤프트(220)의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 가질 수 있다. 여기서, 직경이라 함은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제1 날개부재(322)의 외측 둘레를 잇는 가상의 원(미도시)에서 그 중심을 지나는 직선으로 그 둘레 위의 두 점을 이은 선분을 의미한다.

이를 위해, 날개부(320)는 도 4에 도시된 바와 같이, 파이프부재(310)의 길이방향을 따라 돌출되는 높이가 달라지는 제1 날개부재(322)를 포함할 수 있다.

파이프부재(310)는 파이프 형상의 부재로서, 그 내측으로 회전샤프트(220)가 관통할 수 있도록 관통홀(미표기)을 구비할 수 있다. 따라서, 회전샤프트(220)는 파이프부재(310)에 의해 탱크부(100)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 날개부재(322)는 파이프부재(310)의 길이방향을 따라 돌출되는 높이가 가변될 수 있다. 따라서, 지지부(300)는 회전부(200)의 회전샤프트(220)의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 가질 수 있다.

그 결과, 회전부(200)가 회전할 때 혼합액(10)의 액면 상에 소용돌이가 발생할 수 있는데, 이러한 소용돌이로 인해 공기가 혼합액(10)으로 유입되는 것을 사전에 차단할 수 있다.

이와 같이 회전샤프트(220)의 길이방향을 따라 공기가 유입되는 것이 차단됨에 따라, 유입된 공기가 탱크부(100)의 내측을 마모시키는 것을 억제할 수 있다. 또한, 공기 등으로 인해 발생할 수 있는 와류현상이 저감됨에 따라, 회전부(200)의 임펠러(210)를 향하여 유입되는 혼합액(10)의 유동흐름을 균일하게 정렬시킬 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제1 날개부재(322)는 도 1을 기준으로 볼 때 공기와 혼합액(10)이 접촉하는 수선면에 인접한 부분이 그 하단부에 비해 돌출되는 높이가 클 수 있다. 이와 같이, 제1 날개부재(322)에서 공기와 혼합액(10)이 접촉하는 수선면에 인접한 부분을 다른 부분에 비해 길게 돌출시킴으로써, 공기와 혼합액(10)이 접촉하는 수선면에서의 혼합액(10)의 회전을 억제할 수 있다.

이와 같이 수선면을 따라 돌출된 제1 날개부재(322)를 이용하여 수선면에서의 혼합액(10)의 회전을 상대적으로 억제시킴으로써, 발생하는 소용돌이의 크기를 감쇠시킬 수 있다. 결과적으로, 수선면에서의 소용돌이가 감쇠됨에 따라 소용돌이에 의해 혼합액(10) 속으로 유입되는 공기의 량이 크게 줄어들 수 있다.

본 실시예에 따르면, 날개부(300)는 파이프부재(310)의 길이방향을 따라 동일한 돌출 높이를 갖는 제2 날개부재(324)를 더 포함할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 제2 날개부재(324)는 파이프부재(310)로부터 돌출되는 높이가 파이프부재(310)의 길이방향으로 상이한 제1 날개부재(322)와 달리, 파이프부재(310)로부터 돌출되는 높이가 일정할 수 있다.

구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1의 B-B'절단선을 기준으로 볼 때, 임펠러(210)에 근접할수록 제1 날개부재(322)와 제2 날개부재(324)의 돌출 높이가 동일해질 수 있다.

이는, 혼합액(10)의 교반효과를 높이기 위해 회전샤프트(220)의 하단부로 갈수록, 즉 임펠러(210)에 근접할수록 혼합액(10)의 회전유동이 중요하므로, 제1 날개부재(322)와 제2 날개부재(324)의 돌출 높이를 감소시킬 필요가 있기 때문이다.

또한, 임펠러(210)에 근접할수록 제1 날개부재(322)와 제2 날개부재(324)의 돌출 높이를 동일하게 함으로써, 회전부(200)의 임펠러(210)를 향하여 유입되는 혼합액(10)의 유동흐름을 균일하게 정렬시킬 수 있다.

즉, 도 3을 기준으로 볼 때, 파이프부재(310)으로부터 동일한 높이로 돌출된 복수의 날개부재(322, 324)로 인해 임펠러(210)로 유입되는 혼합액(10)의 유입량이 일정하게 균일해질 수 있으며, 그 결과 임렐러(210)의 각 날개에 작용하는 부하 크기가 균일할 수 있다.

한편, 비록 도시되지는 않았으나, 제1 날개부재(322) 또는 제2 날개부재(324)의 단부는 임펠러(210)에 근접할수록 임펠러(210)를 향하여 파이프부재(310)를 따라 나선형으로 돌아가는 형상일 수 있다.

즉, 도 4를 기준으로 설명하면, 파이프부재(310)의 하단부로 갈수록 제1 날개부재(322) 또는 제2 날개부재(324)의 하단부가 파이프부재(310)의 둘레를 따라 나선형으로 돌아가게 형성됨으로써, 임펠러(210, 도 4에 미도시됨)로 유입되는 혼합액(10)의 유동흐름을 가이드할 수 있다.

이와 같이 제1 날개부재(322) 또는 제2 날개부재(324)의 하단부가 파이프부재(310)의 둘레를 따라 나선형으로 돌아가는 형태로 구성됨으로써, 혼합액(10)이 큰 마찰 없이 보다 자연스럽게 임펠러(210)로 유입될 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 혼합액 교반 장치(1000)가 예를 들어 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig) 또는 잭업리그(Jack-up Rig) 등에 설치될 수 있는 머드 저장용 탱크인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 혼합액 교반 장치(1000)는 리퀴드 머드 외에도 다양한 형태의 혼합액을 저장하는 용도로 활용될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 회전부(200)의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부(300)를 구성함으로써, 혼합액(10)의 액면 상에서 발생하는 소용돌이로 인해 공기가 혼합액(10)으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 회전부(200)의 임펠러(210) 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬할 수 있는 혼합액 교반 장치(1000)를 구현할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 혼합액 교반 장치
10: 혼합액 100: 탱크부
200: 회전부 210: 임펠러
220: 회전샤프트 300: 지지부
310: 파이프부재 320: 날개부
322: 제1 날개부재 324: 제2 날개부재

Claims (6)

1. 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부;
   상기 탱크부의 내부에서 회전함으로써 상기 혼합액을 교반하는 회전부; 및
   상기 회전부를 회전 가능하게 지지하며, 상기 회전부의 길이방향을 따라 가변하는 직경을 갖는 지지부를 포함하되,
   상기 지지부는,
   단부가 상기 탱크부에 결합되어 상기 회전부의 회전샤프트를 회전 가능하게 지지하는 파이프부재; 및
   상기 파이프부재로부터 방사상으로 돌출되는 날개부를 포함하며,
   상기 날개부는,
   상기 파이프부재의 길이방향을 따라 돌출되는 높이가 달라지는 제1 날개부재; 및
   상기 파이프부재의 길이방향을 따라 동일한 돌출 높이를 갖는 제2 날개부재를 포함하는 혼합액 교반 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 날개부재 또는 상기 제2 날개부재의 단부는 상기 회전부의 임펠러(impeller)를 향하여 상기 파이프부재를 따라 나선형으로 돌아가는 형상인 혼합액 교반 장치.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   상기 혼합액은 리퀴드 머드(liquid mud)를 포함하는 혼합액 교반 장치.

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