KR102078401B1 - 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 구동부와 연결되며, 교반시 회전 중심이 되는 상부 구동축; 상기 상부 구동축을 중심으로 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 사이드 축; 각각의 사이드 축과 상부 구동축을 연결하는 복수 개의 연결부재; 상기 상부 구동축과 떨어져 배치된 중심축; 상기 중심축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제1 블레이드; 상기 상부 구동축과 동축 상에 배열되며, 중심축과 떨어져 배치된 하부 구동축; 및 하부 구동축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제2 블레이드를 포함하는 교반용 임펠러가 제공된다.

Description

교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기{Impeller for stirring and stirrer comprising the same}
본 발명은 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기이다.
도 1은 종래 교반용 임펠러(10)를 나타내는 사시도이다.
유체 등의 교반기에 사용되는 교반용 임펠러(10)는 일반적으로 모터와 같은 구동부로부터 동력을 전달받아 회전되는 회전축(12)과 상기 회전축과 함께 회전되도록 상기 회전축(12)의 높이 방향을 따라 배열된 교반부(20, 30)를 포함한다. 또한, 상기 교반용 임펠러의 회전축(12)은 하우징(11) 내 하부 영역이 베어링(40)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이때, 각각의 교반부(20, 30)는 회전축에 나선형으로 구비되어 교반 및 이송을 담당하는 복수 개의 블레이드(21, 31)를 포함한다. 이러한 교반용 임펠러는 유체 및 겔(gel)형 물질을 상하 및 수평방향으로 교반하는 역할을 한다.
도 1을 참조하면, 상기 회전축(12)은 상기 교반기의 하우징(11) 정 중앙에 주로 위치한다. 이때, 교반용 임펠러는 회전축(12)에서의 속도가 가장 낮고, 가장자리 측으로 갈수록 속도가 높다. 이때, 속도가 낮을수록 스케일(Scale)이 발생할 가능성이 높아진다.
한편, 상기 회전축 및 주변 영역에 발생된 스케일은 주기적으로 제거되어야 한다. 상기 스케일은 청소 작업을 통해 제거되지만, 회전축이 주로 원기둥이고, 각종 체결부위가 존재함에 따라 청소 작업에 많은 어려움이 발생한다.
본 발명은 전체 영역에 걸쳐 유속이 빠르게 형성되도록 마련된 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 스케일을 용이하게 제거할 수 있는 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 구동부와 연결되며, 교반시 회전 중심이 되는 상부 구동축; 상기 상부 구동축을 중심으로 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 사이드 축; 각각의 사이드 축과 상부 구동축을 연결하는 복수 개의 연결부재; 상기 상부 구동축과 떨어져 배치된 중심축; 상기 중심축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제1 블레이드; 상기 상부 구동축과 동축 상에 배열되며, 중심축과 떨어져 배치된 하부 구동축; 및 하부 구동축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제2 블레이드를 포함하는 교반용 임펠러가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하우징; 상기 교반용 임펠러; 및 상기 교반용 임펠러를 회전시키기 위하여 상부 구동축과 연결되는 구동부를 포함하는 교반기가 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기는 다음과 같은 효과를 갖는다.
전체 영역에 걸쳐 유속이 빠르게 형성되도록 함으로써, 스케일 발생 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 청소 작업 시 스케일을 용이하게 제거할 수 있다.
도 1은 종래 교반용 임펠러를 나타내는 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 교반기를 나타내는 사시도들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 따른 교반기의 속도 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 교반기를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 교반용 임펠러 및 이를 포함하는 교반기를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 교반기(100)를 나타내는 사시도들이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 교반기(100)는 교반 공간을 갖는 하우징(101)과 교반용 임펠러(102) 및 상기 교반용 임펠러(102)를 회전시키기 위하여 상부 구동축(110)과 연결되는 구동부(170)를 포함한다. 또한, 상기 구동부(170)는 교반용 임펠러(102)를 회전시키기 위한 모터를 포함한다. 이하, 교반용 임펠러(102)를 구체적으로 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 교반용 임펠러(102)는 구동부(170)와 연결되며, 교반시 회전 중심이 되는 상부 구동축(110) 및 상기 상부 구동축(110)을 중심으로 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 사이드 축(120)을 포함한다.
또한, 상기 교반용 임펠러(102)는 각각의 사이드 축(120)과 상부 구동축(110)을 연결하는 복수 개의 연결부재(111) 및 상기 상부 구동축(110)과 떨어져 배치된 중심축(130)을 포함한다.
또한, 상기 교반용 임펠러(102)는 상기 중심축(130)과 각각의 사이드 축(120)을 연결하는 복수 개의 제1 블레이드(131)과 상기 상부 구동축(110)과 동축 상에 배열되며, 중심축(130)과 떨어져 배치된 하부 구동축(140) 및 하부 구동축(140)과 각각의 사이드 축(120)을 연결하는 복수 개의 제2 블레이드(141)를 포함한다.
또한, 각각의 사이드 축(120)은 중심축(130)의 높이보다 큰 높이를 갖도록 마련된다. 도 1에서는 블레이드(21, 31)가 교반 기능을 수행하지만, 본 발명에서는 중심축(130)을 기준으로 가장자리들에 배열된 복수 개의 사이드 축(120)이 교반 기능을 수행한다.
또한, 구동부(170)로부터 발생하는 회전 동력의 전달 과정을 살펴보면, 상부 구동축(110)은 구동부(170)와 직접 연결됨에 따라, 구동부(170)의 회전 동력을 직접 전달받는다. 이때, 상부 구동축(110)의 회전 동력은 상부 구동축(110)과 연결된 복수 개의 사이드 축(120)으로 전달되고, 하부 구동축(140)은 제2 블레이드(141)를 통해 복수 개의 사이드 축(120)으로부터 회전 동력을 전달받게 된다.
즉, 도 1의 종래 교반용 임펠러(10)의 회전축(12)은, 본 발명에서, 상부 구동축(110)과 중심축(130) 및 하부 구동축(140)으로 하우징(101)의 높이방향을 따라 각각 분할된다. 또한, 상기 중심축(130)은 복수 개의 제1 블레이드(131)들을 지지하는 기능을 수행한다.
또한, 각각의 사이드 축(120)은 상기 상부 구동축(110)과 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 사이드 축(120)은 하우징(101) 내에 직립하도록 배치될 수 있다. 이와는 다르게, 각각의 사이드 축(120)은 상기 상부 구동축(110)에 대하여 소정 각도로 기울어져 배치될 수 있다.
또한, 각각의 제1 블레이드(131)는 중심축(130)과 각각의 사이드 축(120)을 나선형으로 연결할 수 있다. 즉, 제1 블레이드(131)는 나선형 블레이드일 수 있다. 또한, 각각의 제1 블레이드(131)는 사이드 축(120)의 상부 영역과 연결된다.
또한, 각각의 제2 블레이드(141)는 중심축(130)과 각각의 사이드 축(120)을 나선형으로 연결할 수 있다. 즉, 제2 블레이드(141)는 나선형 블레이드일 수 있다. 또한, 각각의 제2 블레이드(141)는 사이드 축(120)의 하부 영역과 연결된다. 즉, 사이드 축(120)의 높이방향을 따라, 제1 블레이드(131) 및 제2 블레이드(141)는 서로 다른 지점에 각각 연결된다.
또한, 제1 및 제2 블레이드(131, 141)는 각각 나선형으로 형성되고, 제1 및 제2 블레이드(131, 141)는 동일한 곡률을 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 각각의 사이드 축(120)은 높이가 중심축(130)과 하부 구동축(140) 사이의 간격보다 크게 마련될 수 있다.
또한, 청소의 용이함을 위하여, 각각의 사이드 축(120)은 단면이 타원 형상을 갖도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 중심축(130)은 상부 구동축(110)과 동축 상에 위치하도록 배열될 수 있다. 즉, 상기 상부 구동축(110)과 상기 중심축(130) 및 하부 구동축(140)은 각각 동축 상에 위치하도록 배열된다.
또한, 하부 구동축(140)은 하우징의 하부 영역에 베어링(150)에 의해 회전 가능하게 지지될 수 있다. 또한, 미설명 부호 160은 하부 구동축(140)에 장착된 하부 블레이드(160)를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 따른 교반기의 속도 분포를 나타내는 시뮬레이션 결과들이다. 도 4의 (a) 및 도 5의 (a)는 도 1에 도시된 종래 교반기(10)를 이용한 시뮬레이션 결과이고, 도 4의 (b) 및 도 5의 (b)는 도 2에 도시된 본 발명에 따른 교반기(100)를 이용한 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 동일한 운전속도에서, 속도 및 유선 분포를 나타내고, 도 1의 교반기(10)와 도 2의 교반기(100)에서 전체적인 유동은 동일한 것을 확인할 수 있다. 그러나, 빨간색 점선 라인을 참조하면, 도 4의 (a)에서 중심축 부분의 속도는 0 내지 0.1m/s에 가까운 반면, 도 4의 (b)에서 사이드 축 부분의 속도는 0.7 내지 0.8m/s에 가까운 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해, 스케일 발생 가능성이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 5는 동일한 운전속도에서, 수직방향 속도 분포로서, 본 발명의 교반기(100)에서, 수직방향 속도가 증가하고, 이에 따라 순환 시간(Circulation time)(상부에서 투입된 반응물이 하부로 이동하여 다시 상부로 올라오는데 걸리는 시간)이 감소함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예와 관련된 교반기(200)를 나타내는 사시도이다.
제2 실시예의 교반용 임펠러(202)는, 제1 블레이드(231)와 제2 블레이드(241)의 형상 및 장착 구조에 있어서만, 제1 실시예의 교반용 임펠러(102)와 차이를 갖는다.
구체적으로, 제1 및 제2 블레이드(231, 241)는 나선형이 아닌, 각각 직선형 바(bar)일 수 있다. 또한, 제1 및 제2 블레이드(231, 241)는 소정 각도로 기울어진 상태에서 배열될 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 교반기
101: 하우징
102: 교반용 임펠러
110: 상부 구동축
120: 사이드 축
111: 연결부재
130: 중심축
131: 제1 블레이드
140: 하부 구동축
141: 제2 블레이드
150: 베어링
160: 하부 블레이드

Claims (14)

  1. 구동부와 연결되며, 교반시 회전 중심이 되는 상부 구동축;
    상기 상부 구동축을 중심으로 둘레방향을 따라 배열된 복수 개의 사이드 축;
    각각의 사이드 축과 상부 구동축을 연결하는 복수 개의 연결부재;
    상기 상부 구동축과 떨어져 배치된 중심축;
    상기 중심축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제1 블레이드;
    상기 상부 구동축과 동축 상에 배열되며, 중심축과 떨어져 배치된 하부 구동축; 및
    하부 구동축과 각각의 사이드 축을 연결하는 복수 개의 제2 블레이드를 포함하며,
    각각의 제1 블레이드는 중심축과 해당 사이드 축을 나선형으로 연결하는 교반용 임펠러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 사이드 축은 중심축의 높이보다 큰 높이를 갖도록 마련된 교반용 임펠러.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 사이드 축은 상기 상부 구동축과 평행하게 배치된 교반용 임펠러.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 사이드 축은 상기 상부 구동축에 대하여 소정 각도로 기울어져 배치된 교반용 임펠러.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 제2 블레이드는 중심축과 사이드 축을 나선형으로 연결하는 교반용 임펠러.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 블레이드는 각각 나선형으로 형성되고,
    제1 및 제2 블레이드는 동일한 곡률을 갖도록 마련된 교반용 임펠러.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 사이드 축은 높이가 중심축과 하부 구동축 사이의 간격보다 크게 마련된 교반용 임펠러.
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 사이드 축은 단면이 타원 형상을 갖도록 마련된 교반용 임펠러.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중심축은 상부 구동축과 동축 상에 위치하도록 배열된 교반용 임펠러.
  11. 제 1 항에 있어서,
    하부 구동축은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지된 교반용 임펠러.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 하우징;
    제 1 항에 따른 교반용 임펠러; 및
    상기 교반용 임펠러를 회전시키기 위하여 상부 구동축과 연결되는 구동부를 포함하는 교반기.

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