KR101915413B1 - 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기 - Google Patents

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황욱렬
조해진
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경상대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조와, 교반조에 설치되는 회전축과, 회전축에 연결되어 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 임펠러를 포함하고, 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 임펠러를 절단할 경우, 임펠러의 절단면은 회전축을 기준으로 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 특징으로 하는 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 개시한다.

Description

비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기{AGITATOR COMPRISING ASYMMETRIC ANCHOR IMPELLER}
본 발명의 실시예들은 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기에 관한 것이다.
교반 기술은 화학분야뿐만 아니라 화장품, 제약, 전자재료, 식품, 제지, 원유채굴, 수처리 등 다양한 산업에서 핵심공정기술로 여겨지며 산업에서 사용되는 유체로는 고점도 유체나 특히 항복응력을 가지는 점소성유체가 사용되는 경우가 자주 있다.
고점도 유체나 점소성유체를 교반하기 위해 일반적으로 사용되는 임펠러로는 용기와의 간격이 좁아 유체 전체를 회전시킬 수 있는 앵커 임펠러가 사용된다. 교반 공정에 사용되는 앵커 임펠러는 시스템 전체에 높은 에너지 소산율을 요하며, 교반 시간이 길고 비교반 영역의 크기가 크기 때문에 효율적인 교반을 수행하지 못하는 문제점이 존재한다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 실시예들의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 실시예들의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 실시예들은 교반 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 교반 공정에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 동시에 비교반 영역의 크기를 줄여 교반 성능을 향상시킬 수 있는 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조와, 교반조에 설치되는 회전축과, 회전축에 연결되어 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 임펠러를 포함하고, 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 임펠러를 절단할 경우, 임펠러의 절단면은 회전축을 기준으로 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 특징으로 하는 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 개시한다.
본 실시예에 있어서, 회전날개는, 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되되 회전축의 높이 방향을 기준으로 제2 블레이드와 소정 간격 이격되는 제1 서포트빔과, 회전축 및 제1 블레이드로부터 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 제2 블레이드 및 제1 서포트빔 중 하나 이상에 연결되는 제2 서포트빔을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 임펠러를 절단할 경우, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드가 형성되고, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측에는 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 두개 이상의 제1 서포트빔과, 두개의 제1 서포트빔을 연결하는 제2 서포트빔이 형성되며, 회전축을 기준으로 임펠러의 우측에는 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 하나 이상의 제1 서포트빔이 형성되며, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측 중 하나 이상에는 제2 블레이드가 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 임펠러를 절단할 경우, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드가 형성되고, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측에는 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드가 형성되며, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 또는 우측에는 제1 블레이드와 제2 블레이드를 연결하는 하나의 상기 제1 서포트빔이 형성되고, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측 중 제1 서포트빔이 형성되는 측에는 제1 서포트빔과 제2 블레이드를 연결하는 제2 서포트빔이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전날개는, 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되되 회전축의 높이 방향을 기준으로 제2 블레이드와 소정 간격 이격되는 제1 서포트빔을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 임펠러를 절단할 경우, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드가 형성되고, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측에는 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드가 형성되며, 회전축을 기준으로 임펠러의 좌측 및 우측 중 하나 이상에는 회전축 및 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되는 하나 이상의 제1 서포트빔이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전날개는, 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와, 회전축 및 제1 블레이드로부터 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 제2 블레이드에 연결되는 제2 서포트빔을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전날개는, 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와, 회전축과 제1 블레이드를 연결하는 제1 서포트빔을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 회전날개는, 회전축 및 제1 블레이드로부터 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 제1 서포트빔에 연결되는 제2 서포트빔을 더 포함할 수 있다.전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
상기와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기에 의하면, 교반 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 교반 공정에 소요되는 에너지를 절약할 수 있으며, 동시에 비교반 영역의 크기를 줄여 교반 성능을 향상시킬 수 있다.
물론, 이러한 효과에 의해 본 발명의 실시예들의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 취한 절개면을 나타내는 절개 측면도이다.
도 3은 도 2의 변형예를 나타내는 절개 측면도이다.
도 4는 도 2의 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이다.
도 5는 도 2의 또 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이다.
도 6은 도 2의 또 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이다.
도 7은 도 1의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 이용하여 유체의 교반 유동을 관찰한 실험 결과를 나타내는 사진들이다.
도 9는 종래 앵커 임펠러와 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기 각각의 교반 수행 시 소요되는 에너지 소산율을 비교한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선을 따라 취한 절개면을 나타내는 절개 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(100)는 교반조(110)와, 회전축(121)과 회전날개(122)를 포함하는 앵커 임펠러(120)를 포함할 수 있다. 그리고, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(100)는 회전축(121)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(120)를 절단할 경우, 앵커 임펠러(120)의 절단면은 회전축(121)을 기준으로 회전축(121)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상세히, 교반조(110)는 내부에 교반 공간을 제공하도록 원통 형상으로 형성될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 도 1에 도시된 이러한 교반조(110)의 원통 형상에 한정되지 않으며, 수평 방향으로의 절단면이 원형 이외에도 타원형, 사각형 또는 다각형으로 형성될 수 있다. 상세히, 교반조(110)의 형상은 도 1에 도시된 바와 같이 특정한 형태로 한정되는 것이 아니라, 후술할 앵커 임펠러(120)의 각 구성요소들이 교반조(110)의 내부에 설치될 수 있도록 내부에 공간이 형성될 수 있는 그 어떠한 형상으로 형성되어도 무방하다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 교반조(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통 형상인 것을 중심으로 설명하기로 한다.
다음으로, 앵커 임펠러(120)는 교반조(110)에 설치되는 회전축(121)과, 회전축(121)에 연결되어 회전축(121)의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개(122)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 회전축(121)은 교반조(110)의 중심에 설치될 수 있다. 회전축(121)은 회전축(121)에 직접 및 간접적으로 연결되는 회전날개(122)들과 함께 교반조(110) 내에서 회전하여 교반조(110)에 담긴 유체를 교반시킬 수 있다. 여기서, "직접"이라 함은 제2 블레이드(122b)와 제1 서포트빔(122c)과 같이 회전축(121)과 직접적으로 연결되는 것을 뜻하며, "간접"이라 함은 제1 블레이드(122a)와 제2 서포트빔(122d)과 같이 회전축(121)과 직접적으로 연결되는 다른 구성요소들을 통해 회전축(121)과 연결되는 것을 의미한다.
한편, 회전축(121)은 도 1에 도시된 바와 같이 교반조(110)의 중심에 설치될 수도 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 회전축(121)은 교반조(110)의 중심에서 편심되도록 설치될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 회전축(121)은 교반조(110)의 중심에 설치되는 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
회전날개(122)는 제1 블레이드(122a)와, 제2 블레이드(122b), 제1 서포트빔(122c) 및 제2 서포트빔(122d)을 포함할 수 있다.
상세히, 제1 블레이드(122a)는 회전축(121)으로부터 방사 방향(수평 방향)으로 소정 간격 이격되되 회전축(121)과 평행하도록 교반조(110) 내에 설치될 수 있다. 도 1 및 도 2는 제1 블레이드(122a)가 교반조(110) 내에서 회전축(121)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치에 설치되는 것으로 묘사하고 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 도면에 도시하지는 않았으나, 제1 블레이드(122a)는 도 1 및 도 2에 도시된 제1 블레이드(122a)의 위치보다 회전축(121)에 더 가까운 위치에 설치될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 블레이드(122a)는 교반조(110) 내에서 회전축(121)으로부터 가장 멀리 떨어진 위치, 즉 교반조(110)의 가장자리에 인접하는 위치에 설치되는 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
다음으로, 제2 블레이드(122b)는 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결할 수 있다. 도 1 및 도 2에 의하면, 제2 블레이드(122a)는 교반조(110) 내에서 가장 하측에 설치되는 것으로 묘사되어 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제2 블레이드(122b)는 도 1 및 도 2에 도시된 위치보다 더 상측에 설치될 수도 있다. 상세히, 제2 블레이드(122b)는 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결하는 구성요소로써 그 설치 위치는 특정한 위치에 한정되는 것은 아니다. 다만, 유체를 교반하는 효과적인 측면에서 제2 블레이드(122b)는 교반조(110) 내에서 가장 하측에 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 제2 블레이드(122b)는 바람직하게는 회전축(121)과 수직한 방향, 즉 교반조(110)의 내부에서 수평 방향으로 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았으나 제2 블레이드(122b)는 회전축(121)과 교차하는 방향, 즉 수평 방향 뿐만 아니라 약간 비틀린 방향으로도 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제2 블레이드(122b)가 회전축(121)과 수직한 방향, 즉 교반조(110)의 내부에서 수평 방향으로 형성되는 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
제1 서포트빔(122c)은 회전축(121)과 제1 블레이드(122a) 중 하나 이상에 연결되되 회전축(121)의 높이 방향을 기준으로 제2 블레이드(122b)와 소정 간격 이격될 수 있다. 즉, 제1 서포트빔(122c)은 제2 블레이드(122b)와 평행하도록 배치될 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 서포트빔(122c)은 제2 블레이드(122b)가 형성되는 방향과 교차하는 방향으로 형성될 수도 있다.
하지만, 제1 서포트빔(122c)은 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)와는 평행하는 방향으로 형성될 수 없으며, 바람직하게는 제2 블레이드(122b)와 평행하도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 서포트빔(122c)은 제2 블레이드(122b)가 형성되는 방향에 대해 비틀린 방향으로 형성될 수도 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 서포트빔(122c)은 제2 블레이드(122b)에 대해 평행하도록 설치되는 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
한편, 제1 서포트빔(122c)은 도면에 도시되지 않았으나 회전축(121)에 연결되되 제1 블레이드(122a)에는 연결되지 않을 수도 있으며, 반대로 제1 블레이드(122a)에는 연결되되 회전축(121)에는 연결되지 않을 수도 있다. 바람직하게는, 제1 서포트빔(122c)은 도면에 도시된 바와 같이 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결할 수도 있으나, 예컨대 제1 서포트빔(122c)은 회전축(121)과 제1 블레이드(122a) 중 하나와는 연결되지 않을 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 서포트빔(122c)이 도면에 도시된 바와 같이 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결한 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
제2 서포트빔(122d)은 회전축(121) 및 제1 블레이드(122a)로부터 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 제2 블레이드(122b) 및 제1 서포트빔(122c) 중 하나 이상에 연결될 수 있다. 즉, 제2 서포트빔(122d)은 회전축(121) 및 제1 블레이드(122a)와 평행하도록 설치되는 것이 바람직하나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 전술한 바와 같이, 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)는 서로 평행하게 배치되지 않을 수도 있으며, 이와 마찬가지로 제2 서포트빔(122d) 또한 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)와 교차하는 방향으로 회전축(121)과 제1 블레이드(122a) 사이에 배치될 수 있다.
구체적으로, 제2 서포트빔(122d)은 도면에 도시된 바와 같이 복수개의 제1 서포트빔(122c)을 서로 연결할 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았으나 제2 서포트빔(122d)은 하나의 제1 서포트빔(122c)에만 연결될 수 있으며, 제2 블레이드(122b)에만 연결될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 제2 서포트빔(122d)이 복수개의 제1 서포트빔(122c)을 연결하는 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
상세히, 도 2는 회전축(121)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(120)를 절단한 모습을 나타내는 도면으로, 도 2를 참조하면 회전축(121)을 기준으로 앵커 임펠러(120)의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드(122a)가 형성되고, 회전축(121)을 기준으로 앵커 임펠러(120)의 좌측에는 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결하는 두개 이상(도 2는 두개를 도시함)의 제1 서포트빔(122c)과, 두개의 제1 서포트빔(122c)을 서로 연결하는 제2 서포트빔(122d)이 형성되며, 회전축을 기준으로 앵커 임펠러(120)의 우측에는 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결하는 하나 이상(도 2는 하나를 도시함)의 제1 서포트빔(122c)이 형성될 수 있다.
또한, 회전축(121)을 중심으로 앵커 임펠러(120)의 좌측 및 우측 중 하나 이상(도 2는 우측에 도시함)에는 제2 블레이드(122b)가 설치될 수 있다. 즉, 회전축(121)을 중심으로 엥커 임펠러(120)의 좌측의 경우 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)는 두개의 제1 서포트빔(122c)을 통해 서로 연결될 수 있으며, 두개의 제1 서포트빔(122c)은 제2 서포트빔(122d)을 통해 서로 연결될 수 있다. 한편, 회전축(121)을 중심으로 앵커 임펠러(120)의 우측의 경우 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)는 제2 블레이드(122b)와 제1 서포트빔(122c)을 통해 연결될 수 있다.
이와 같이 도 1 및 도2에 도시된 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러(120)를 포함하는 교반기(100)의 경우, 회전축(121)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(120)를 절단할 경우, 앵커 임펠러(120)의 절단면은 회전축(121)을 기준으로 회전축(121)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 확인할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 회전날개(122)는 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)를 연결하는 제1 서포트빔(122c)을 포함하고, 제2 블레이드(122b)는 포함하지 않을 수 있다. 즉, 도 2에서 회전축(121)을 기준으로 앵커 임펠러(120)의 좌측에 도시된 바와 같이 회전축(121)은 제2 블레이드(122b) 없이 제1 서포트빔(122c)만으로 제1 블레이드(122a)와 연결될 수 있다.
이와 같이, 도 2에서 회전축(121)을 기준으로 앵커 임펠러(120)의 우측에 도시된 제2 블레이드(122b) 또한 생략될 수 있으며, 이에 따라 회전축(121)과 제1 블레이드(122a)는 하나 이상(도 2는 하나의 제1 서포트빔(122c)으로 도시)의 제1 서포트빔(122c)을 통해서만 서로 연결될 수도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 회전날개(122)는 적어도 하나의 제2 블레이드(122b)를 포함하는 것을 중심으로 설명하기로 한다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(100)의 다양한 변형예들에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 도 2의 변형예를 나타내는 절개 측면도이고, 도 4는 도 2의 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이며, 도 5는 도 2의 또 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이고, 도 6은 도 2의 또 다른 변형예를 나타내는 절개 측면도이며, 도 7은 도 1의 다른 변형예를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 회전축(221)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(220)를 절단할 경우, 회전축(221)을 기준으로 앵커 임펠러(220)의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드(222a)가 형성될 수 있다. 또한, 회전축(221)을 기준으로 앵커 임펠러(220)의 좌측 및 우측에는 회전축(221)과 제1 블레이드(222a)를 연결하는 제2 블레이드(222b)가 형성될 수 있다.
또한, 회전축(221)을 기준으로 앵커 임펠러(220)의 좌측 또는 우측(도 3의 경우 우측)에는 회전축(221)과 제1 블레이드(222a)를 연결하는 하나의 제1 서포트빔(222c)이 형성되고, 회전축(221)을 기준으로 앵커 임펠러(220)의 좌측 및 우측 중 제1 서포트빔(222c)이 형성되는 측(도 3의 경우 우측)에는 제1 서포트빔(222c)과 제2 블레이드(222b)를 연결하는 제2 서포트빔(222d)이 형성될 수 있다.
이와 같이 도 3에 도시된 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(200)의 경우, 회전축(221)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(220)를 절단할 경우, 앵커 임펠러(220)의 절단면은 회전축(221)을 기준으로 회전축(221)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 확인할 수 있다.
다음으로 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러(320)를 포함하는 교반기(300)는 교반조(310)와 회전축(321) 및 회전날개(322)를 포함하는 앵커 임펠러(320)를 포함할 수 있으며, 구체적으로 회전날개(322)는 회전축(321)으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축(321)과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드(322a)와, 회전축(321)과 제1 블레이드(322a)를 연결하는 제2 블레이드(322b)와, 회전축(321)과 제1 블레이드(322a) 중 하나 이상에 연결되되 회전축(321)의 높이 방향을 기준으로 제2 블레이드(322b)와 소정 간격 이격되는 제1 서포트빔(322c)을 포함할 수 있다.
도 4에 따르면, 회전축(321)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(320)를 절단할 경우, 회전축(321)을 기준으로 앵커 임펠러(320)의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드(322a)가 형성되고, 회전축(321)을 기준으로 앵커 임펠러(320)의 좌측 및 우측에는 회전축(321)과 제1 블레이드(322a)를 연결하는 제2 블레이드(322b)가 형성되며, 회전축(321)을 기준으로 앵커 임펠러(320)의 좌측 및 우측 중 하나 이상(도 4의 경우 우측)에는 회전축(321) 및 제1 블레이드(322a) 중 하나 이상(도 4의 경우 회전축(321) 및 제1 블레이드(322a))에 연결되는 하나 이상(도 4의 경우 두개)의 제1 서포트빔(322c)이 형성될 수 있다.
한편, 도 5에 따르면 제1 서포트빔(422c)은 회전축(421)을 기준으로 앵커 임펠러(420)의 좌측 및 우측에 복수개(도 5의 경우 네개)가 형성될 수 있으며, 이때 회전축(421)을 기준으로 앵커 임펠러(420)의 좌측 및 우측에 각각 형성된 복수개의 제1 서포트빔(422c)은 서로 비대칭되도록 배치될 수 있다.
이와 같이 도 4 및 도 5에 도시된 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(300)(400)의 경우, 회전축(321)(421)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(320)(420)를 절단할 경우, 앵커 임펠러(320)(420)의 절단면은 회전축(321)(421)을 기준으로 회전축(321)(421)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 확인할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러(520)를 포함하는 교반기(500)는 교반조(510)와 회전축(521) 및 회전날개(522)를 포함하는 앵커 임펠러(520)를 포함할 수 있으며, 구체적으로 회전날개(522)는 회전축(521)으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 회전축(521)과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드(522a)와, 회전축(521)과 제1 블레이드(522a)를 연결하는 제2 블레이드(522b)와, 회전축(521) 및 제1 블레이드(522a)로부터 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 제2 블레이드(522b)에 연결되는 제2 서포트빔(522d)을 포함할 수 있다.
도 6에 따르면, 회전축(521)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(520)를 절단할 경우, 회전축(521)을 기준으로 앵커 임펠러(520)의 좌측 및 우측에는 제1 블레이드(522a)가 형성되고, 회전축(521)을 기준으로 앵커 임펠러(520)의 좌측 및 우측에는 회전축(521)과 제1 블레이드(522a)를 연결하는 제2 블레이드(522b)가 형성되되, 회전축(521)을 기준으로 앵커 임펠러(520)의 좌측에는 하나의 제2 서포트빔(522d)이, 회전축(521)으 기준으로 앵커 임펠러(520)의 우측에는 두개의 제2 서포트빔(522d)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 도 6에 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(500)의 경우, 회전축(521)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(520)를 절단할 경우, 앵커 임펠러(520)의 절단면은 회전축(521)을 기준으로 회전축(521)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러(620)를 포함하는 교반기(600)는, 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 서로 상이한 두개의 방향으로 절단할 경우, 적어도 하나의 방향으로 절단할 경우 회전축(621)을 기준으로 좌우가 비대칭되도록 구성될 수도 있다.
예컨대, 도 7의 B-B'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우 회전축(621)을 기준으로 좌측에는 회전축(621)과 제1 블레이드(622a)를 연결하는 두개의 제1 서포트빔(622c)이 형성될 수 있고, 회전축(621)을 기준으로 우측에는 회전축(621)과 제1 블레이드(622a)를 연결하는 두개의 제1 서포트빔(622c)과, 두개의 제1 서포트빔(622c)을 연결하는 제2 서포트빔(622d)이 형성될 수 있다.
한편, 도 7의 C-C'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우, 회전축(621)으 기준으로 좌측과 우측에는 제1 블레이드(622a)와, 회전축(621)과 제1 블레이드(622a)를 연결하는 제2 블레이드(622b)가 형성될 수 있다.
즉, B-B'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우에는 회전축(621)을 기준으로 좌측과 우측이 비대칭되도록 앵커 임펠러(620)가 배치되는 동시에, C-C'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우 회전축(621)을 기준을 좌측과 우측이 대칭되도록 앵커 임펠러(620)가 배치될 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, C-C'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우에도 즉, B-B'선과 회전축(621)의 높이 방향을 따라 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우와 같이 회전축(621)을 기준으로 좌측과 우측이 비대칭되도록 앵커 임펠러(620)가 배치될 수 수 있다.
이와 같이, 도 7에 상술한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(600)의 경우, 회전축(621)의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러(620)를 절단할 경우, 적어도 하나의 방향으로 절단한 경우 앵커 임펠러(620)의 절단면은 회전축(621)을 기준으로 회전축(621)의 좌우가 비대칭(asymmetric)인 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기(100 내지 600)에 의하면, 비교반 영역의 크키를 획기적으로 줄여 교반 성능을 향상시킬 수 있으며, 교반 공정 시간을 단축시킬 수 있고, 교반 공정에 소요되는 에너지를 절약할 수 있다. 이러한 효과는 이하 도 8 및 도 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기를 이용하여 유체의 교반 유동을 관찰한 실험 결과를 나타내는 사진들이다.
도 8의 "수평빔+수직빔"은 도 2에 도시된 앵커 임펠러(120)를 회전축(121)의 높이 방향으로 절단할 경우 좌측에 형성된 두개의 제1 서포트빔(122c)과 두개의 제1 서포트빔(122c)을 연결하는 제2 서포트빔(122d)을 의미하며, "수평빔"은 도 2에 도시된 앵커 임펠러(120)를 회전축(121)의 높이 방향으로 절단할 경우 우측에 형성된 하나의 제1 서포트빔(122c)을 의미한다.
즉, 도 8에서 교반을 3분 실시한 경우를 참조하면 "수평빔+수직빔"과 "수평빔"이 형성된 앵커 임펠러(120)가 만들어내는 유동 패턴은 서로 상이한 것을 확인할 수 있으며, 교반을 15분 실시한 경우를 참조하면 3분 실시한 경우에 나타나던 어두운 영역, 즉 비교반 영역이 15분간 교반을 실시할 경우 대부분 사라지는 것을 확인할 수 있다.
즉, "수평빔+수직빔"과 "수평빔"이 각각 앵커 임펠러(120)의 좌우에 형성된 교반기(100), 즉 회전축(121)을 기준으로 회전축(121)의 좌우가 비대칭(asymmetric)일 경우 공간주기적으로 서로 다른 유동을 앵커 임펠러(120)의 좌우측에 형성할 수 있으며, 와우측에서 발생하는 유선면을 어긋나게 만들 수 있어 비교반 영역의 크기를 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따라 교반 시간 및 공정에 소모되는 에너지 소산율을 감소시킬 수 있어 생산성 및 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 9는 종래 앵커 임펠러와 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기 각각의 교반 수행 시 소요되는 에너지 소산율을 비교한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 동일한 레이놀즈 수에서 종래 앵커 임펠러의 파워 수보다 수평빔 및 수직빔을 포함하는 비대칭 앵커 임펠러의 파워수가 다소 낮은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 바로 이 점은 현장에서 사용하는 큰 스케일의 교반기의 경우에는 그 차이가 더욱 더 증폭될 것이며, 이는 곧 소요되는 전력과 직결되어 에너지 절감 측면에서 어 우수하다는 것을 의미한다. 따라서, 동일한 에너지 소산율을 투입할 경우 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기의 경우 비교반 영역의 크기가 획기적으로 줄어들어 교반 성능이 향상될 수 있음을 의미한다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 교반기 122a: 제1 블레이드
110: 교반조 122b: 제2 블레이드
120: 앵커 임펠러 122c: 제1 서포트빔
121: 회전축 122d: 제2 서포트빔
122: 회전날개

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조; 및
    상기 교반조에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 앵커 임펠러;를 포함하고,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 상기 앵커 임펠러를 절단할 경우, 상기 앵커 임펠러의 절단면은 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)이며,
    상기 회전날개는,
    상기 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 상기 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되되 상기 회전축의 높이 방향을 기준으로 상기 제2 블레이드와 소정 간격 이격되는 제1 서포트빔과,
    상기 회전축 및 상기 제1 블레이드로부터 상기 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 상기 제2 블레이드 및 상기 제1 서포트빔 중 하나 이상에 연결되는 제2 서포트빔을 포함하며,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 어느 일측에는 상기 제1서포트빔 및 상기 제2서포트빔 중 적어도 하나의 서포트빔이 상기 회전축의 회전에 의해 반대측에 도달시 상기 반대측의 상기 회전축과 상기 제1블레이드 사이의 개구영역을 복수의 개구영역으로 분할할 수 있도록 배치된, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측에는 상기 제1 블레이드가 형성되고,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측에는 상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 두개 이상의 상기 제1 서포트빔과, 상기 두개의 제1 서포트빔을 연결하는 상기 제2 서포트빔이 형성되며,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 우측에는 상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 하나 이상의 제1 서포트빔이 형성되며,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 하나 이상에는 상기 제2 블레이드가 형성되는, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측에는 상기 제1 블레이드가 형성되고,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측에는 상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 상기 제2 블레이드가 형성되며,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 또는 우측에는 상기 회전축와 상기 제1 블레이드를 연결하는 하나의 상기 제1 서포트빔이 형성되고,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 상기 제1 서포트빔이 형성되는 측에는 상기 제1 서포트빔과 상기 제2 블레이드를 연결하는 상기 제2 서포트빔이 형성되는, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  5. 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조; 및
    상기 교반조에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 앵커 임펠러;를 포함하고,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 상기 앵커 임펠러를 절단할 경우, 상기 앵커 임펠러의 절단면은 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)이며,
    상기 회전날개는,
    상기 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 상기 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되되 상기 회전축의 높이 방향을 기준으로 상기 제2 블레이드와 소정 간격 이격되는 제1 서포트빔을 포함하며,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 어느 일측에는 적어도 하나의 상기 제1서포트빔이 상기 회전축의 회전에 의해 반대측에 도달시 상기 반대측의 상기 회전축과 상기 제1블레이드 사이의 개구영역을 복수의 개구영역으로 분할할 수 있도록 배치된, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 상기 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측에는 상기 제1 블레이드가 형성되고,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측에는 상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 상기 제2 블레이드가 형성되며,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 하나 이상에는 상기 회전축 및 상기 제1 블레이드 중 하나 이상에 연결되는 하나 이상의 상기 제1 서포트빔이 형성되는, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  7. 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조; 및
    상기 교반조에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 앵커 임펠러;를 포함하고,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 상기 앵커 임펠러를 절단할 경우, 상기 앵커 임펠러의 절단면은 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)이며,
    상기 회전날개는,
    상기 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 상기 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 제2 블레이드와,
    상기 회전축 및 상기 제1 블레이드로부터 상기 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 상기 제2 블레이드에 연결되는 제2 서포트빔을 포함하며,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 어느 일측에는 적어도 하나의 상기 제2서포트빔이 상기 회전축의 회전에 의해 반대측에 도달시 상기 반대측의 상기 회전축과 상기 제1블레이드 사이의 개구영역을 복수의 개구영역으로 분할할 수 있도록 배치된, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  8. 내부에 교반 공간을 제공하는 교반조; 및
    상기 교반조에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결되어 상기 회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 회전날개를 포함하는 앵커 임펠러;를 포함하고,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 상기 앵커 임펠러를 절단할 경우, 상기 앵커 임펠러의 절단면은 상기 회전축을 기준으로 상기 회전축의 좌우가 비대칭(asymmetric)이며,
    상기 회전날개는,
    상기 회전축으로부터 방사 방향으로 소정 간격 이격되되 상기 회전축과 평행하도록 설치되는 제1 블레이드와,
    상기 회전축과 상기 제1 블레이드를 연결하는 제1 서포트빔을 포함하며,
    상기 회전축의 높이 방향을 따라 임의로 앵커 임펠러를 절단할 경우,
    상기 회전축을 기준으로 상기 앵커 임펠러의 좌측 및 우측 중 어느 일측에는 적어도 하나의 상기 제1서포트빔이 상기 회전축의 회전에 의해 반대측에 도달시 상기 반대측의 상기 회전축과 상기 제1블레이드 사이의 개구영역을 복수의 개구영역으로 분할할 수 있도록 배치된, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 회전날개는,
    상기 회전축 및 상기 제1 블레이드로부터 상기 방사 방향을 기준으로 소정 간격 이격되도록 상기 제1 서포트빔에 연결되는 제2 서포트빔을 더 포함하는, 비대칭 앵커 임펠러를 포함하는 교반기.
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