KR101817770B1 - 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것으로, 상기 다단의 챔버 간에는 유체가 소통할 수 있도록 하는 유출관을 적어도 하나 이상 포함하는 격막이 구비되고, 상기 다단의 챔버 중 최전단에 위치하는 챔버에는 외부로부터 유체가 유입되는 유체 유입구가 구비되고, 최후단에 위치하는 챔버에는 외부로 유체가 배출되는 유체 배출구가 구비되며, 상기 유출관 및 유체 유입구는 챔버의 접선 방향으로 위치함으로써, 챔버 내로 유입된 유체가 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것이다.

Description

고효율 유체 혼합 또는 반응 장치{HIGH EFFICIENCY FLUID MIXING OR REACTION DEVICE}

본 발명은 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 유체 혼합 또는 반응 장치에 있어서, 유체를 혼합하기 위한 별도의 교반기 등을 설치하지 않아도 챔버내에서 유체의 회전흐름이 생성되어 효과적으로 유체를 혼합 또는 반응시킬 수 있는 고효율 유체 혼합장치 또는 이를 이용한 반응 장치에 관한 것이다.

본 발명은 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것으로, 별도의 교반기를 설치하지 않고, 유체가 유입되는 압력만으로 효과적으로 유체를 혼합할 수 있는 구조를 갖는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것이다.

유체의 혼합 및 반응 공정은 화학, 약품, 식품 등의 여러 공업 분야 및 농업이나 건설 기타 생활 현장에서도 빈번하게 이루어지며, 유체의 종류와 혼합 또는 반응의 정도 등 그 혼합의 목적에 따라 여러 가지 혼합 장치 및 혼합 방법이 사용될 수 있다.

일반적인 유체 혼합방법은 하나의 챔버에 혼합 대상 물질을 넣고 모터에 연결된 교반기를 가지고 일정 시간 교반하는 방법을 사용한다. 이런 교반에서는 교반기의 회전 속도나 시간을 조절하여 원하는 정도의 혼합물을 만들기에 적합하지만 별도의 교반 용기 및 교반 장치를 사용하게 되므로 교반장치의 설치 및 운용에 따른 추가비용이 소모되는 단점이 있다.

이에 따라 상기 교반 날개와 바닥면 사이에 유체 내용물 등이 잔류될 가능성이 있으며, 이로 인해 유체의 혼합비율이 달라지거나, 원하지 않는 성분의 유체가 혼합될 수 있어, 혼합물의 품질을 저하시키는 요인이 되고 있다.

한편, 두가지 이상의 유체를 서로 반응시켜 생성물을 생성하는 반응장치에서는 필수적으로 상기 반응물로 사용되는 둘 이상의 유체를 서로 혼합하여 반응하여야 한다. 상기 반응 공정에 사용되는 반응장치에는 회분식 반응기(Batch reactor), 연속교반반응기(CSTR; Continuous Stirred Tank Reactor), 플러그흐름반응기(PFR; Plug Flow Reactor) 등이 있다.

상기 회분식 반응기는 소규모 공정에서 유리하며, 투자비가 적게 들고, 온도 조절이 유리한 장점을 갖고 있으나, 생산원가가 높으며, 교반이 필요하여 교반장치를 더 부가하여야 하므로 장치가 복잡해지고, 또한 상기 교반장치에 의해서도 교반이 원활하지 않는 단점이 있다.

또한, 상기 연속교반반응기는 반응을 연속공정을 수행 할 수 있다는 장점을 갖고 있으나 동일한 전환율을 얻기위하여는 상대적으로 다른 형태의 반응기에 비하여 반응기의 크기가 크다는 단점이 있다. 또한 상기 연속교반반응기 역시 교반장치가 필수적으로 장착되어야 하는 문제점이 있다.

한편, 상기 플러그흐름반응기는 상기 회분식 반응기와 연속교반액상반응기와는 달리 교반기가 필요없기 때문에 상대적으로 유지관리가 쉽고 흐름반응기 중에서 반응기 부피당 전환율이 높다는 장점이 있으나, 반응기 내에서 혼합이 불충분하여 반응열의 조절 등에 문제점이 있었다.

이와 같은 실정에 따라 본 발명은 별도의 교반기 없이 유체가 유입되는 압력만으로 효과적으로 유체를 혼합할 수 있고, 온도조절이 용이하며, 균일한 혼합 또는 반응이 가능한 유체 혼합 또는 반응 장치를 제시하고자 한다.

다음으로 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.

먼저 한국공개특허 제2011-0064080호(2011.06.15.)는 유체 혼합장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 적어도 하나의 단위 유체 혼합기를 구비하여 이루어지며, 상기 단위 유체 혼합기는 유체 유입부와 상기 유체 유입부와 연결되며 유체 혼합물이 배출되는 배출부를 구비하고, 상기 유체 유입부에서는 주변부 벽체에 유입구가 형성되고, 유입구는 중심을 향하는 방향을 기준으로 일 편으로 경사지게 유체가 유입되어 내부 공간에서 와류를 형성하도록 유체 입력 방향을 유도하는 유도부와 결합되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

또한, 한국공개특허 제2009-0028835호(2009.03.19.)는 유체 혼합장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 원통부재로부터 유출시키는 유체 혼합장치에 관한 기술이 기재되어 있다.

그러나 상기 선행기술에서의 혼합장치들은 혼합 효과가 충분하지 않아 국부적으로 불균일한 혼합이 이루어지며, 이를 반응기에 이용하기에도 충분하지 않은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로, 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 있어서, 유체가 주입되는 압력만으로 챔버내에서 유체의 회전흐름이 생성되어 효과적으로 유체를 혼합 또는 반응시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 유체가 다단의 챔버를 통과하면서 혼합 또는 반응될 때, 유체의 토출구 구경을 변경하여 토출속도를 조절함과 동시에 각 챔버별로 교번적으로 유체가 회전되는 방향을 달리함으로써, 유체 혼합 또는 반응효과를 극대화 시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 고효율 유체혼합 또는 반응 장치에 있어서, 상기 다단의 챔버 간에는 유체가 소통할 수 있도록 하는 유출관을 적어도 하나 이상 포함하는 격막이 구비되어 각 챔버의 영역이 구별되도록 하고, 상기 다단의 챔버 중 최전단에 위치하는 챔버에는 외부로부터 유체가 유입되는 유체 유입구가 구비되고, 최후단에 위치하는 챔버에는 외부로 유체가 배출되는 유체 배출구가 구비되며, 상기 격막에 설치된 유출관의 입구가 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치되고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 상부 외곽에서 챔버의 접선방향으로 위치됨으로써, 후단 챔버로 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 격막에 설치된 유출관의 입구가 전단 챔버의 상부 외곽부분에 위치되고, 상기 전단 챔버에는 미처 혼합 또는 반응되지 못한 유체가 배출되는 것을 방지하도록 중심에 관통홀이 형성된 격판이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버는, 챔버 중심축에 원뿔, 원뿔기둥, 원기둥 또는 이들이 조합된 형태의 유체흐름 유도부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버는, 중심에 관통홀이 형성되어 있는 격판;이 형성되어 미처 혼합 또는 반응되지 못한 유체가 배출되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 유체 유입구 및/또는 상기 격막에 설치된 유출관의 출구는, 노즐의 직경을 조절함으로서 같은 유량 및 같은 동력으로도 다른 유입 속도를 가질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 유출관은, 유출관의 입구가 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치되고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 하부 외곽에서 챔버의 접선방향으로 위치됨으로써, 챔버에 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 챔버가 수직 다단으로 연결되고 챔버에 격판이 형성되어 있는 경우, 상기 유출관의 입구가 전단 챔버의 상부 외곽에 위치되고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 하부 외곽에서 상기 유체흐름 유도부의 접선 방향으로 위치됨으로써, 챔버에 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 챔버가 수평 다단으로 연결되고 챔버에 격판이 형성되어 있는 경우, 상기 유출관의 입구가 전단 챔버의 상부에 위치되고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 상부에서 상기 유체흐름 유도부의 접선 방향으로 위치됨으로써, 챔버에 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 유체가 상기 다단의 챔버를 통과하면서 혼합 또는 반응될 때, 각 챔버별로 교번적으로 회전 방향을 달리하기 위하여, 상기 각 챔버의 상기 유출관의 출구 방향을 각 챔버별로 교대로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 유체흐름 유도부는, 상기 챔버 내로 유입되는 유체의 흐름이 선회류를 형성할 수 있도록 유도하는 헬리컬 형상의 선회류 유도날개;가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버는, 유체 혼합 또는 반응효과를 향상시키기 위한 기체가 유입되는 기체 유입구;가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버에는, 상기 챔버의 일측에 후단의 챔버에서 전단의 챔버로 유체를 리사이클 할 수 있도록 하는 리사이클 파이프가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 어느 하나 이상의 챔버는, 가열, 냉각 또는 이들을 포함한 챔버 내부의 온도조절에 필요한 온도조절장치;를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버 중 어느 하나 이상의 챔버는, 첨가물 주입 또는 중간 생성물 배출을 위한 출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 다단의 챔버들로 이루어진 유체 혼합 또는 반응장치를 적어도 2개 이상 연결 배치하여 운영하는 것을 특징으로 한다.

또한, 일 실시예로서, 상기 유체유입구 혹은 상기 격막에 설치된 유출관의 출구에는 벤츄리부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 있어서, 유체가 주입되는 압력만으로 챔버내에서 유체의 회전흐름이 생성되어 효과적으로 유체를 혼합 또는 반응시킬 수 있어, 저비용으로 고효율로 유체와 유체 간의 혼합, 반응, 수처리 등을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치는 전단 챔버에서 후단 챔버 방향으로 유체가 이동되는 형태로 유체 혼합 및 반응이 수행되므로 역혼합(back mixing)이 최소화되며, 또한 유체가 다단의 챔버를 통과하면서 혼합될 때, 각 챔버별로 교번적으로 유체가 회전되는 방향을 달리함으로써, 유체 혼합 또는 반응을 극대화 시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 챔버 내에 격판이 형성되어 있는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 리싸이클 파이프에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치를 포함하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 연결 구조에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 연결 구조에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체흐름 유도부에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유출관에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체가 전단 챔버에서 후단 챔버로 이동할 때 통과되는 유출관 입구에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체가 전단 챔버에서 후단 챔버로 이동할 때 통과되는 유출관 출구에 대해 설명하기 위한 예시도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유체가 전단 챔버에서 후단 챔버로 이동할 때 통과되는 유출관 출구에 대해 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 관한 것으로서, 참고로 이하 설명에서는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 이루는 각 단을 챔버라 호칭하며, 이하 도면 및 설명에서는 총 3단의 챔버가 연결되어 있는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 일 실시예로 들어서 설명하고 있으나, 실제로는 적어도 둘 이상의 챔버가 다단으로 연결되어 있는 모든 형태의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참고하면서 본 발명에 대하여 더욱 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도이다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 형태를 갖는다. 상기한 바와 같이 본 발명의 챔버는 다양한 형태를 가질 수 있으나, 유체가 챔버 내에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전할 때 회전 저항을 최소화하기 위하여 원통형의 실린더 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 3단의 챔버가 연결된 구조를 가지나, 유체의 종류와 혼합 강도, 반응 시간 등의 여러 가지 조건에 따라 챔버의 단수는 증가 또는 감소할 수 있을 것이다.

상기 다단의 챔버 중, 최전단 챔버(100)의 일측에는 외부로부터 유체가 펌프에 의한 배출압력에 의해 강제로 주입되기 위한 유체 유입구(10)가 형성되어 있고, 최후단 챔버(100-3)의 상부면에는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)에서 혼합 또는 반응된 유체를 외부로 배출할 수 있는 유체 배출구(20)가 형성되어 있다.

본 발명에서 유체 유입구(10)는 최전단의 챔버(100)에는 반드시 존재하며, 다른 상부의 챔버(100-2, 100-3)에는 구비되지 않을 수도 있으나, 필요에 따라 유체 유입구(10)가 상부의 챔버(100-2, 100-3)에도 더 설치될 수 있으며, 최전단의 챔버(100)에도 하나가 아닌 다수 개일 수도 있다.

상기 유체 유입구(10)가 상부의 챔버(100-2, 100-3)에 다수 설치되는 경우에는 유체 유입구(10)를 관리하기 위해서, 밸브를 추가적으로 장착할 수 있다.

이와 같이 다수 개의 유체 유입구(10) 및 밸브가 장착되는 경우에는 필요에 따라 다수 개의 유체 유입구(10)보다 적은 수의 유체를 혼합 또는 반응하는 경우에 유용하게 이용할 수 있다.

또한, 상기 밸브는 기본적인 차단 기능을 포함하여, 유체의 유량 조절 및 유체의 흐름 방향을 제어할 수 있는 밸브일 수도 있다.

또한, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 유체 유입구(10)의 노즐의 직경을 조절하여 같은 유량, 같은 동력으로도 다른 유입 속도를 가질 수 있다. 또한, 유체 유입구(10)의 노즐 직경을 조절하여 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)의 운전 선택폭을 넓힐 수 있는 효과가 있다.

예를 들어, 유체 유입구(10)의 노즐 직경이 작은 경우 흐르는 유체의 유속이 빠르므로 챔버 내부에서의 교반 속도를 빨리할 수 있어 급속 교반이 가능하고, 유체 유입구(10)의 노즐 직경이 큰 경우 흐르는 유체의 유속이 느려지므로 챔버 내부에서의 교반 속도가 느려져 완속 교반이 가능하다.

또한, 유체 유입구(10)에 추가적으로 소경부가 장착될 수 있다. 유체 유입구(10)에 추가적으로 구비된 소경부를 통해, 유체의 압력과 유체 흐름 속도를 조절할 수 있으며, 혼합 또는 반응효과를 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 유체 유입구는 챔버(100)의 접선 방향으로 위치하여, 챔버(100)의 중심점과 180°보다 작은 각도를 형성한다. 이렇게 접선 방향으로 설치됨으로써, 챔버(100)내로 주입된 유체가 챔버(100) 내부에서 시계 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다.

반대로 만일 챔버(100)의 중심점 방향으로 유체 유입구가 설치되는 경우 고압으로 유체 유입구를 통과한 유체는 챔버 내부에서 회전을 하지 않으며, 이러한 회전이 없으면 유체의 혼합 또는 반응이 효과적으로 이루어지지 않게 될 것이다.

한편, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)에서 각 챔버는 유체흐름 유도부(110, 100-2, 100-3)가 형성되어 있다. 상기 유체흐름 유도부에 대한 설명은, 아래 도 8을 통해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 챔버 내에 격판이 형성되어 있는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도이다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 이루고 있는 각 챔버는 챔버 내부에서 혼합 또는 반응된 유체가 후단 챔버로 이동할 때, 유체가 미처 혼합되지 못하거나 반응되지 못한 채로 후단 챔버로 이동되는 것을 방지하기 위하여 챔버 내부에 격판(130), 130-2, 130-3)이 추가로 설치되어 있을 수도 있다.

더욱 상세하게는, 상기 격판은 중심에 관통홀이 형성되어 있는 형태로 챔버 상부에 형성됨으로써, 챔버 내부에서 회전하는 유체흐름에 의해 챔버 외곽으로 이동되는 미혼합 또는 미반응 유체가 바로 후단 챔버로 이동되지 않고, 충분히 혼합 또는 반응된 후에 상기 격판의 중앙 관통홀을 통해 챔버 상부로 이동하여 후단 챔버로 넘어가도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평형 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 개략적인 단면도로서, 이에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치는 수평형으로 구성하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치의 리싸이클 파이프에 대해 설명하기 위한 예시도이다.

도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치를 이루고 있는 각 챔버의 일측에는 전단부의 챔버로 유체가 배출되거나 혹은 후단부의 챔버에서 배출되는 유체가 유입되는 리사이클 파이프(30, 30-2, 30-3)가 형성되어 있을 수도 있다. 상기 리사이클 파이프(30, 30-2, 30-3)를 통해, 후단부의 챔버에서 배출된 유체는 전단부의 챔버로 재유입되어 재혼합 또는 반응이 수행될 수 있다.

보다 상세히 설명을 하면, 서로 다른 유체 간의 혼합이나 반응, 또는 수처리의 경우에 후단 챔버(100-3)까지 처리된 유체를 리사이클 파이프(30)를 통해 중단 챔버(100-2)로 보내 다시 혼합 및 반응 등의 시간을 늘릴 수 있으며, 이러한 리사이클 파이프(30)는 후단 챔버(100-3)에서 중단 챔버(100-2) 사이뿐만 아니라, 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)를 구성하는 각 챔버(100, 100-2, 100-3) 사이에서 다양한 리사이클 파이프 연결 조합이 가능하다.

참고로, 본 발명의 혼합 및 반응 장치는 상기 리사이클 파이프(30)를 구동하기 위한 펌프가 구비되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 다단의 챔버 중 어느 하나 이상의 챔버의 일측에는, 유체가 혼합 또는 반응되는 데 있어서 화학적 영향을 미치지 않으면서도 혼합 또는 반응 효과를 향상시키기 위한 기체가 유입되는 기체 유입구가 추가로 형성되어 있을 수도 있으며, 또한 첨가물 주입 또는 중간 생성물 배출을 위한 출구가 형성되어 있을 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환장치를 포함하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치에 대해 설명하기 위한 예시도이다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치는 각 챔버에 온도조절장치(140, 140-2, 140-3))를 추가적으로 구비함으로써, 유체를 혼합뿐만 아니라 반응까지 일어나는 경우 화학반응에 유용한 환경을 제공할 수 있다. 상기 온도조절장치는 냉각장치 또는 가열장치를 포함하며, 이때 사용되는 온도조절장치는 히팅 와이어, 히팅자켓 등 통상의 온도조절장치를 사용할 수 있다.

상기와 같은 온도조절장치를 통하여 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 화학반응의 조건 또는 혼합 조건 등의 반응 환경에 따라 챔버 내부의 온도를 조절할 수 있게 된다.

참고로 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치에서 배출되는 혼합 또는 반응물을 또 다른 유체 혼합 또는 반응 장치에 주입하는 방법으로, 본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치를 적어도 2개 이상 연결 배치하여 운용함으로써, 유체 혼합 또는 반응 효과를 극대화 시킬 수도 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체흐름 유도부(110)에 대해 설명하기 위한 예시도이다. 이에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 유체 흐름 유도부(110)는 챔버(100) 내부로 유체가 유입될 때, 유체의 일정한 흐름을 유도하고, 보다 원활하게 유체가 회전할 수 있도록 하며, 챔버 내부에 유입되거나 반응에 의해 챔버내에서 생성된 침전물을 상승시키는 역할을 수행한다.

상기와 같은 기능을 위하여, 상기 유체흐름 유도부(100)는 각 챔버의 중심축에 원뿔, 원뿔기둥, 원기둥 또는 이들이 조합된 형태로 형성되어 있다.

또한, 상기 유체흐름 유도부(110)에는 상기 챔버 내로 유입되는 유체의 흐름이 선회류를 형성할 수 있도록 유도하는 헬리컬 형상의 선회류 유도날개(111)가 형성되어 있을 수도 있다.

상기 챔버 내에서 이동하는 유체의 흐름이 상기 헬리컬 형상의 선회류 유도날개를 따라 회전하게 되면서 선회류를 형성할 수 있는 것이다.

참고로, 상기 선회류 유도날개(111)는 각 챔버의 유체 유입구(10) 또는 유출관의 출구(120-2) 방향에 맞추어, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)를 구성하는 다단의 챔버 간에는 유체가 소통할 수 있도록 하는 유출관(120)을 적어도 하나 이상 포함하는 격막으로 구분되어 있다.

이하, 도 9 내지 도 12를 통해 상기 유출관에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유출관에 대해 설명하기 위한 예시도로서, 상기 유출관은 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)의 구조에 따라 각각 형태를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치의 챔버에 중앙에 관통홀이 형성된 격판이 형성되어 있지 않은 경우에는, 상기 유출관(120)의 양단 중 입구(120-1)는 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치하고, 출구(120-2)는 후단 챔버의 하부 외곽에 위치한 형태로 구성되어야 한다.

상기와 같은 구조를 갖는 이유는, 챔버 내부에서 유체가 회전하며 상승하게 되면 상대적으로 밀도가 낮은 기체들이 챔버 내부공간의 중앙부에 몰리게 되는데, 만약 유출관의 입구(120-1)가 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부가 아닌 외곽에 위치할 경우에는 전단 챔버내의 기체가 후단 챔버로 원활하게 이동할 수 없게 된다.

그리하여 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 유출관의 입구(120-1)를 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치하도록 설계함으로써, 전단 챔버 내부공간의 중앙부에 모이는 기체까지 온전하게 후단 챔버로 이동시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기한 바와 같이 유출관의 출구(120-2)는 후단 챔버의 하부 외곽에 위치하는데, 이때 상기 유출관의 출구 방향은 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 유체의 회전흐름을 형성시키기 위하여 상기 챔버의 접선 방향으로 위치시킴으로써, 후단 챔버에 유입된 유체가 또 다시 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 한다.

상기와 같이 유출관의 입구가 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치할 경우에도 중앙에 관통홀이 형성된 격판을 전단 챔버에 설치할 수도 있다.

본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치가 수직형이고 챔버에 중심에 관통홀이 형성되어 있는 격판이 설치되어 있는 경우에는, 상기 유출관의 입구(120-1)가 전단 챔버의 상부 외곽에 위치될 수 있으며, 유출관의 출구(120-2)가 후단 챔버의 하부 외곽에서 상기 유체흐름 유도부의 접선 방향으로 위치될 수 있다.

본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치가 수평형일 경우에는, 상기 유출관의 입구(120-1)가 전단 챔버의 상부에 위치되고, 유출관의 출구(120-2)가 후단 챔버의 상부에서 상기 유체흐름 유도부의 접선 방향으로 위치된다.

본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치가 수평형일 경우에는, 격판을 통과한 기체가 챔버 상부로 모이기 때문에, 유출관의 위치가 챔버 상부 이외의 곳에 형성되어 있으면, 전단 챔버의 기체가 후단 챔버로 이동되지 않는다. 참고로, 기체가 격판을 통과하기 전에 챔버 상부에 모이더라도 유체의 회전속도를 높이게 되면 기체가 미세하게 조깨져 격판의 관통홀을 따라 격판을 통과할 수 있다.

이와 같은 이유로 인하여, 본 발명의 유체 혼합 또는 반응 장치가 수평형일 경우에는 유출관(120)의 위치는 챔버 상부에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 유체 혼합 또는 반응효과를 보다 향상시키기 위하여 유체가 상기 다단의 챔버를 통과하면서 혼합 또는 반응될 때, 각 챔버별로 교번적으로 회전 방향을 달리하도록 구성할 수도 있다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 각 챔버별로 교번적으로 유체의 회전 방향을 달리하기 위하여, 상기 각 챔버의 하부 외곽에 위치한 상기 유출관의 출구(120-1) 방향을 각 챔버별로 교대로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 설치할 수 있다.

예를 들어, 최전단 챔버(100)에서 유체 유입구(10)가 시계방향으로 형성되어 있으면, 중단 챔버(100-2)의 하부에 위치한 유출관의 출구(120-1)를 시계반대 방향으로 형성하고, 후단 챔버(100-3)의 하부에 위치한 유출관의 출구(120-2)는 다시 시계 방향으로 형성하는 것이다.

이와 같은 구조를 통해 본 발명의 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치(1)는 유체가 각 단의 챔버를 통과하면서 교대로 회전방향을 바꿀 수 있어 유체 혼합 또는 반응 효과를 극대화 시킬 수 있게 된다.

한편, 상기의 유출관(120)은 입구(120-1)에서 출구(120-2) 방향으로, 즉 한 방향으로 열려있는 구조가 바람직하다. 만약 유출관(120)이 양방향으로 열려있는 구조이면, 양방향으로 유체가 흐르기 때문에 유체에 방향성을 주는 것이 어려워 질 수 있게 된다. 본 발명은 유출관(120)은 상기와 같이 한 방향으로 유체가 흐르기 때문에 유체의 흐름을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 유체의 흐름을 변경시킬 수 있다.

또한, 도 12에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 유출관 출구의 구경에 변화를 주어 벤추리 효과(ventury effect)를 유도함으로써, 유출관에서 토출되는 유체의 속도를 향상시켜, 혼합효과를 증대시킬 수도 있다.

또한, 상기 유출관(120) 내에 기체 유입구를 형성함으로써, 혼합 또는 반응효과를 향상시키기 위하여 챔버 내부로 공급하는 기체가 유체 내에 더욱 고르게 분산되도록 할 수도 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치
10 : 유체 유입구
20 : 유체 배출구
30 : 리사이클 파이프
100 : 챔버
110 : 유체흐름 유도부
120 : 유출관
120-1 : 유출관 입구
120-2 : 유출관 출구
130 : 격판
140 : 온도조절장치
150 : 가스 유입구

Claims (13)

1. 유체가 혼합 또는 반응되기 위한 내부공간이 형성되어 있는 챔버가 수직 또는 수평 다단으로 연결되어 있는 유체 혼합 또는 반응 장치에 있어서,
   상기 다단의 챔버 간에는 유체가 소통할 수 있도록 하는 유출관을 적어도 하나 이상 포함하는 격막이 구비되어 각 챔버의 영역이 구별되도록 하고,
   상기 다단의 챔버 중 최전단에 위치하는 챔버에는 외부로부터 유체가 유입되는 유체 유입구가 구비되고, 최후단에 위치하는 챔버에는 외부로 유체가 배출되는 유체 배출구가 구비되며,
   상기 격막에 설치된 유출관의 입구가 전단 챔버 내부공간의 상부면 중앙부에 위치하도록 하고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 외곽에서 챔버의 접선 방향으로 위치하도록 함으로써, 후단 챔버로 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 격막에 설치된 유출관의 입구가 전단 챔버의 외곽부분에 위치되고, 상기 전단 챔버에는 미처 혼합 또는 반응되지 못한 유체가 배출되는 것을 방지하도록 중심에 관통홀이 형성된 격판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버에는,
   챔버 중심축에 원뿔, 원뿔기둥, 원기둥 또는 이들이 조합된 형태의 유체흐름 유도부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 유체 유입구 및 상기 격막에 설치된 유출관의 출구는,
   노즐의 직경이 조절됨으로서 같은 유량 및 같은 동력으로도 다른 유입 속도를 가질 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
5. 제3항에 있어서,
   챔버가 수평 다단으로 연결되어 있는 경우, 상기 유출관의 입구가 전단 챔버의 상부에 위치되고, 유출관의 출구가 후단 챔버의 상부에서 상기 유체흐름 유도부의 접선 방향으로 위치됨으로써, 챔버에 유입된 유체가 시계 또는 반시계 방향으로 회전하도록 하는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   유체가 상기 다단의 챔버를 통과하면서 혼합 또는 반응될 때, 각 챔버별로 교번적으로 회전 방향을 달리하기 위하여,
   상기 각 챔버의 상기 유출관의 출구 방향을 각 챔버별로 교대로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 설치한 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
7. 제3항에 있어서,
   상기 유체흐름 유도부는,
   상기 챔버 내로 유입되는 유체의 흐름이 선회류를 형성할 수 있도록 유도하는 헬리컬 형상의 선회류 유도날개;가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버에는,
   유체 혼합 또는 반응효과를 향상시키기 위한 기체가 유입되는 기체 유입구;가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 다단의 챔버 중 적어도 하나 이상의 챔버에는,
   상기 챔버의 일측에 후단의 챔버에서 전단의 챔버로 유체를 리사이클 할 수 있도록 하는 리사이클 파이프가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다단의 챔버 중 어느 하나 이상의 챔버는,
    가열, 냉각 또는 이들을 포함한 챔버 내부의 온도조절에 필요한 온도조절장치;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다단의 챔버 중 어느 하나 이상의 챔버는,
    첨가물 주입 또는 중간 생성물 배출을 위한 출구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체유입구 혹은 상기 격막에 설치된 유출관의 출구에는 벤츄리부가 형성된 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다단의 챔버들로 이루어진 유체 혼합 또는 반응장치를 적어도 2개 이상 연결 배치하여 운영하는 것을 특징으로 하는 고효율 유체 혼합 또는 반응 장치.

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