KR101625636B1 - 혼합액 교반 장치 - Google Patents

Abstract

혼합액 교반 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치는, 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부와, 이러한 탱크부의 내부에서 회전함으로써 혼합액을 교반하는 임펠러와, 내부에 임펠러를 수용하며 개방된 하단부를 갖는 임펠러 하우징을 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, 임펠러(impeller)의 작동에 의해 발생하는 와류현상을 저감시키고, 임펠러 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 임펠러; 및 내부에 상기 임펠러를 수용하며, 개방된 하단부를 갖는 임펠러 하우징을 포함하는 혼합액 교반 장치가 제공된다.

상기 임펠러는, 회전샤프트와 결합되어 회전하는 원통형의 제1 부재; 및 상기 제1 부재의 외주면을 따라 나선형으로 돌출되는 제2 부재를 포함할 수 있다.

상기 임펠러 하우징에는 유공이 형성될 수 있다.

상기 유공은 상기 임펠러 하우징의 상단부를 따라 복수개가 형성되어 상기 임펠러 하우징 내부로 유입된 혼합액을 상기 임펠러 하우징의 외부로 복수의 방향으로 배출시킬 수 있다.

상기 임펠러 하우징은 상기 임펠러 하우징의 상단부에 형성되는 반구형의 돔 부재를 포함할 수 있다.

상기 돔 부재에는 복수의 유공이 가상의 중심점을 기준으로 반경방향으로 형성될 수 있다.

상기 혼합액 교반 장치는, 상기 임펠러 하우징을 상기 탱크부의 내부에 고정시키는 지지부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 회전하는 임펠러를 둘러싸도록 임펠러 하우징을 배치하고 임펠러 하우징의 개방된 하단부를 통해 흡입된 혼합액을 임펠러 하우징의 외측으로 배출함으로써, 기존에 비해 임펠러의 작동에 의해 발생하는 와류현상을 저감시키고, 임펠러 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 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 임펠러를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 임펠러 하우징을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합액 교반 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 임펠러를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치의 임펠러 하우징을 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)는 탱크부(100), 임펠러(200) 및 임펠러 하우징(300)을 포함한다.

여기서, 혼합액(10)은 1종류 이상의 고형분 성분을 액체에 혼합시켜 이루어진 혼합액(semi-liquid mixture)을 의미한다.

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, 임펠러가 회전할 때 혼합액(10) 내부에서 와류현상이 발생할 수 있는데, 이러한 와류로 인해 혼합액(10)의 유동 불균일해질 수 있다. 따라서, 임펠러의 작동에 의해 발생하는 와류현상을 저감시키고, 임펠러 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬시킬 필요가 있다.

본 실시예에 따르면, 회전하는 임펠러(200)를 둘러싸도록 그 외측에 임펠러 하우징(300)을 배치하고 임펠러 하우징(300)의 개방된 하단부를 통해 흡입된 혼합액을 임펠러 하우징(300)의 상단부를 통해 외측으로 배출함으로써, 기존에 비해 임펠러의 작동에 의해 발생하는 와류현상을 저감시키고, 임펠러 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬할 수 있는 혼합액 교반 장치(1000)를 구현할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)의 각 구성에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

탱크부(100)는 그 내부에 혼합액(10)을 저장할 수 있는 용기이다. 본 실시예에서는, 탱크부(100)가 머드 탱크일 수 있으며, 이 경우 혼합액(10)은 리퀴드 머드(liquid mud)일 수 있다.

임펠러(200)는 탱크부(100)의 내부에서 회전함으로써 탱크부(100) 내의 혼합액(10)을 교반할 수 있다.

이를 위해, 임펠러(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 회전샤프트(400)의 단부에 결합될 수 있다.

회전샤프트(400)는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크부(100)에 회전가능하게 지지됨으로써 임펠러(200)를 회전시킬 수 있다. 이를 위해, 회전샤프트(400)와 탱크부(100) 사이에는 예를 들어 베어링(미도시)이 개재될 수 있다. 회전샤프트(400)는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 모터에 의해 회전할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 임펠러(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 회전샤프트(400)와 결합되어 회전하는 원통형의 제1 부재(210)와, 이러한 제1 부재(210)의 외주면을 따라 나선형으로 돌출되는 제2 부재(220)를 포함할 수 있다.

제1 부재(210)는 원통형의 막대부재일 수 있으며, 제1 부재(210)의 상단부는 회전샤프트(400)와 결합될 수 있다. 그리고, 제2 부재(220)는 원통형의 제1 부재(210)의 외주면에 그 길이방향을 따라 나선형상으로 돌아가면서 돌출될 수 있다. 즉, 제2 부재(220)는 나선형의 날개를 형성할 수 있다.

따라서, 회전샤프트(400)의 회전에 의해 임펠러(200)가 회전함으로써, 제1 부재(210)의 외주면에 나선형으로 돌출된 제2 부재(220)가 도 1에 도시된 바와 같이 임펠러 하우징(300)의 개방된 하단부를 통해 유입된 혼합액(10)을 제1 부재(210)의 하단부에서 상단부 측으로 이동시킬 수 있다.

임펠러 하우징(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 내부에 임펠러(200)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 임펠러 하우징(300)은 제1 부재(210)의 형상에 상응하여 원통형 형상을 가질 수 있다.

구체적으로, 임펠러 하우징(300)은 개방된 하단부와 폐쇄된 상단부를 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 임펠러 하우징(300)의 상단부에는 복수의 유공(有孔, 310)이 형성될 수 있어, 혼합액(10)을 배출하기 위한 통로를 제공할 수 있다.

따라서, 탱크부(100) 내부에서 혼합액(10)은 임펠러(200)가 회전함에 따라 임펠러 하우징(300)의 개방된 하단부를 통해 임펠러(200)와 임펠러 하우징(300) 사이의 공간(틈새)으로 유입되어 임펠러 하우징(300)의 상단부 측으로 유동할 수 있다.

그리고, 임펠러(200)와 임펠러 하우징(300) 사이의 공간을 통해 임펠러 하우징(300)의 상단부 측으로 이동한 혼합액(10)은 유공(310)을 통해 임펠러 하우징(300)의 외부로 분출될 수 있다.

이때, 회전하는 임펠러(200)에 의해 혼합액(10)이 임펠러 하우징(300)의 내측 상단부로 계속 유입됨에 따라, 임펠러 하우징(300) 상단부 내측에서 혼합액(10)의 압력이 상승하게 된다.

따라서, 압력이 높아진 혼합액(10)이 임펠러 하우징(300)의 상단부에 구비된 유공(310)을 통해 임펠러 하우징(300)의 외부로 고속으로 분사될 수 있다.

이를 통해, 기존의 임펠러에서 발생할 수 있는 유동의 교란 현상을 균일하게 정렬할 수 있으며, 혼합액(10)이 고속으로 분사됨에 따라 혼합액(10)을 보다 효과적으로 교반할 수 있어 혼합액(10)의 성분 또는 그 유동이 탱크부(100)의 일부 영역에서 불균일해지는 것을 최소화할 수 있다.

도 1을 참조하면, 혼합액(10)은 임펠러 하우징(300)의 유공(310)을 통해 도 1을 기준으로 수평방향으로 분출될 수 있다. 즉, 압력이 높아진 혼합액(10)은 회전샤프트(400)를 중심으로 방사방향으로 고속으로 분사될 수 있다.

도 3을 참조하면, 유공(310)은 임펠러 하우징(300)의 상단부를 따라 복수개가 형성될 수 있다. 따라서, 임펠러 하우징(300)의 내부로 유입된 혼합액(10)은 임펠러 하우징(300)의 외부로 복수의 방향으로 배출될 수 있다.

이를 통해, 회전하는 혼합액(10)의 유동이 회전샤프트(400) 부근에서 간섭하여 교란되는 것을 방지할 수 있으며, 혼합액(10)이 고속으로 분사됨에 따라 혼합액(10)을 보다 효과적으로 교반할 수 있어 혼합액(10)의 성분이 탱크부(100)의 일부영역(예를 들어, 코너 영역 등)에서 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 회전하는 임펠러(200)를 둘러싸도록 그 외측에 임펠러 하우징(300)을 배치하고 임펠러 하우징(300)의 개방된 하단부를 통해 흡입된 혼합액을 임펠러 하우징(300)의 상단부에 구비된 유공(310)을 통해 외측으로 배출함으로써, 기존에 비해 임펠러의 작동에 의해 발생하는 와류현상을 저감시키고, 임펠러 측으로 유입되는 혼합액(10)의 유동을 균일하게 정렬할 수 있다(도 1의 화살표 참조).

한편, 본 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)는 임펠러 하우징(300)을 탱크부(100)의 내부에 고정시키는 지지부(500)를 더 포함할 수 있다.

지지부(500)는 튜브 형태의 막대부재로, 회전하는 임펠러(200)에 대해 임펠러 하우징(300)이 고정될 수 있도록 임펠러 하우징(300)을 탱크부(100) 내측에 지지시키는 부재이다.

도 1을 참조하면, 지지부(500)의 일단은 임펠러 하우징(300)의 상단부에 결합될 수 있으며, 지지부(500)의 타단은 탱크부(100) 내측에 결합될 수 있다. 이 경우, 회전샤프트(400)는 지지부(500)의 중심홀(미도시)을 관통하여 임펠러(200)와 모터에 각각 연결될 수 있다.

따라서, 회전샤프트(400)가 회전함에 따라 임펠러(200)가 회전하더라도, 임펠러 하우징(300)은 고정된 상태를 유지할 수 있다.

비록 본 실시예에서는 임펠러 하우징(300)이 지지부(500)에 의해 고정되게 지지되는 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 임펠러 하우징(300)은 별도의 지지부(500) 없이 탱크부(100) 내측 상면에 바로 고정될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(2000)를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예에 따른 혼합액 교반 장치(1000)와 동일 또는 상응하여 중복되는 부분은 구체적 설명을 생략하기로 하며, 전술한 실시예와 다른 형태를 갖는 임펠러 하우징(300)을 중심으로 설명하도록 한다.

본 실시예에 따른 임펠러 하우징(300)은 반구형의 돔 부재(320)를 더 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 반구형 돔 부재(320)는 원통형의 임펠러 하우징(300)의 상단부에 형성될 수 있다.

이 경우, 임펠러(200)의 제1 부재(210)도 상기 임펠러 하우징(300)의 돔 부재(320)에 상응하여 반구형의 상단부를 구비할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 반구형의 돔 부재(320)에는 복수의 유공(310)이 가상의 중심점을 기준으로 반경방향으로 형성될 수 있다.

여기서, 가상의 중심점이라 함은 반구형의 중심을 지칭하는 의미이다. 즉, 반구형 돔 부재(320)의 반경(반지름)의 중심이 되는 점이다. 여기서, 반경방향은 상기 가상의 중심점으로부터 외측으로 연장되는 방향을 의미한다.

따라서, 회전하는 임펠러(200)에 의해 혼합액(10)이 임펠러 하우징(300)의 내측 상단부로 계속 유입됨에 따라, 임펠러 하우징(300) 상단부 내측에서 혼합액(10)의 압력이 상승할 수 있으며, 압력이 높아진 혼합액(10)이 임펠러 하우징(300)의 돔 부재(320)에 구비된 복수의 유공(310)을 통해 임펠러 하우징(300)의 외부로 복수의 반경방향으로 고속분사될 수 있다.

즉, 임펠러(200)가 회전함으로써, 임펠러 하우징(300)의 개방된 하단부를 통해 유입된 혼합액(10)이 가압될 수 있어, 유공(310)을 통해 반구형의 돔 부재(320)의 반경방향으로 고속으로 분출될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 혼합액(10)이 다양한 각도로 고속으로 분사됨에 따라 탱크부(100) 내의 혼합액(10)을 보다 효과적으로 교반할 수 있어 혼합액(10)의 성분이 탱크부(100)의 일부영역(예를 들어, 코너 영역 등)에서 불균일해지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상술한 실시예들에서는 혼합액 교반 장치(1000, 2000)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, 2000)는 리퀴드 머드 외에도 다양한 형태의 혼합액을 교반하는 용도로 활용될 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, 2000: 혼합액 교반 장치
10: 혼합액 100: 탱크부
200: 임펠러 210: 제1 부재
220: 제2 부재 300: 임펠러 하우징
310: 유공 320: 돔 부재
400: 회전샤프트 500: 지지부

Claims (7)

1. 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부;
   상기 탱크부의 내부에서 회전함으로써 상기 혼합액을 교반하는 임펠러; 및
   내부에 상기 임펠러를 수용하며, 하단부는 개방되고 상단부는 유공을 갖는 원통형의 임펠러 하우징을 포함하되,
   상기 임펠러는,
   회전샤프트와 결합되어 회전하는 원통형의 제1 부재; 및
   상기 원통형의 제1 부재와 상기 원통형의 임펠러 하우징 사이의 공간에 배치되도록 상기 제1 부재의 외주면을 따라 나선형으로 돌출되는 제2 부재를 포함하며,
   상기 원통형의 제1 부재가 회전함에 따라, 상기 임펠러 하우징의 개방된 하단부를 통해 상기 공간으로 유입된 혼합액은 상기 임펠러 하우징의 상단부 내측에서 압력이 상승하여 상기 유공을 통해 상기 임펠러 하우징의 외부로 고속으로 분사되는 혼합액 교반 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유공은 상기 임펠러 하우징의 상단부를 따라 복수개가 형성되어 상기 임펠러 하우징 내부로 유입된 혼합액을 상기 임펠러 하우징의 외부로 복수의 방향으로 배출시키는 혼합액 교반 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러 하우징은 상기 임펠러 하우징의 상단부에 형성되는 반구형의 돔 부재를 포함하는 혼합액 교반 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 돔 부재에는 복수의 유공이 가상의 중심점을 기준으로 반경방향으로 형성되는 혼합액 교반 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러 하우징을 상기 탱크부의 내부에 고정시키는 지지부를 더 포함하는 혼합액 교반 장치.

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