KR102231442B1

KR102231442B1 - 교반기

Info

Publication number: KR102231442B1
Application number: KR1020190083162A
Authority: KR
Inventors: 박규원; 박석원; 김성태; 권경안; 류채형
Original assignee: (주) 테크로스
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2021-03-24
Also published as: KR20210007182A

Abstract

본 발명은 교반기에 관한 것으로, 교반될 물질이 수용되는 용기; 용기의 내부에 가로방향으로 배치되는 제1회전축과 연결되는 교반모터; 제1회전축의 출력단과 결합되어 회전력을 입력받고, 상측으로는 제2회전축이 결합되어 회전력을 출력하고 하측으로는 제3회전축이 결합되어 회전력을 출력하는 기어부; 및 제2회전축 및 제3회전축에 각각 결합되는 상부 및 하부 교반날개;를 포함하여, 상부 교반날개와 하부 교반날개는 서로 반대방향으로 회전하도록 구성된다.

Description

교반기 {Agitator}

본 발명은 교반기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 교반 효율을 향상시키고 막힘을 방지하며 세척기능을 구비하는 교반기에 관한 것이다.

일반적으로 교반기는 다양한 산업 분야에서 물질의 혼합, 반응, 발효, 균질화 및 혼합된 물질의 침전 현상을 방지하기 위하여 사용되는 것으로, 물질이 수용되는 용기가 구비되고 용기의 내부에 다수개의 교반날개가 결합된 구동축이 배치되며 용기의 외부에 교반날개를 회전시키기 위한 교반모터를 포함한다.

이러한 종래의 교반기는 교반날개의 회전운동을 통해 단일 또는 다상의 물질(일례로 유체)을 혼합함으로써 골고루 섞는 기능을 수행하게 된다. 물질을 완벽하게 혼합하기 위해서는 교반기가 높은 회전운동을 발생시켜야 하지만 종래의 교반기는 교반모터(동력원)와 구동축의 설계상의 제한사항으로 인해 혼합작용에 한계가 있는 문제점이 있었다.

또한, 교반할 물질이 화학약품인 경우, 석출 응고 현상을 겪게 되는데, 이로 인해 교반날개 등이 내장되는 용기 내부가 막히게 됨으로써 잦은 유지보수가 필요한 문제점이 있었다.

또한, 용기 내부를 작업자가 직접 세척해야 하는 경우에, 위험물질을 흡입할 수 있으며, 그 외에도 가스의 분출, 폭발 등 다양한 위험이 발생할 가능성이 있다.

한국 등록실용신안 제20-0296261호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 교반 효율을 향상시킬 수 있는 교반기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 막힘을 방지하고, 쉽게 세척이 가능한 교반기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예에 따른 교반기는, 교반될 물질이 수용되는 용기; 용기의 내부에 가로방향으로 배치되는 제1회전축과 연결되는 교반모터; 제1회전축의 출력단과 결합되어 회전력을 입력받고, 상측으로는 제2회전축이 결합되어 회전력을 출력하고 하측으로는 제3회전축이 결합되어 회전력을 출력하는 기어부; 및 제2회전축 및 제3회전축에 각각 결합되는 상부 및 하부 교반날개;를 포함하여, 상부 교반날개와 하부 교반날개는 서로 반대방향으로 회전하도록 구성된다.

본 발명의 실시예에서 제2회전축은, 유체가 통과할 수 있는 중공배관으로 형성되고, 제2회전축의 상단은 유체를 공급하는 가압펌프와 연결되고, 제2회전축의 일측에는 가압펌프에 의해 공급된 유체를 분사하는 세척노즐이 구비될 수 있다.

여기서, 세척노즐은 적어도 상방, 하방 및 측방 중 어느 한 방향을 향하도록 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 제3회전축은, 유체가 통과할 수 있는 중공배관으로 형성되고, 제2회전축을 통해 유입된 유체가 기어부를 거쳐 제3회전축으로 유입되도록 구성될 수 있다.

또한, 제3회전축의 하단에는 유입된 유체가 선택적으로 분사되도록 분사부가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 분사부는, 유체가 분사부 몸체 내부로 유입되도록 상하방향으로 관통되는 유입홀이 형성되고, 유입홀의 하단에는 2개의 볼이 수용되는 수용공간이 형성되고, 수용공간의 좌우측에는 각각 좌측 및 우측 배출홀이 형성되고, 좌측 및 우측 배출홀은 좌우측으로 각각 연장된 다음 하측으로 절곡 연장되어 분사부의 하단에 구비된 분사홀과 연통될 수 있다.

또한, 분사부에 내장된 2개의 볼은, 분사부가 정지된 상태에서 중력에 의해 수용공간의 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 개방하도록 위치되고, 분사부가 제3회전축과 함께 소정속도 이상으로 회전하는 상태에서 원심력에 의해 수용공간의 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 폐쇄하도록 위치될 수 있다.

또한, 분사부의 수용공간은 볼이 슬라이딩되면서 안내되도록 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 향하여 적어도 일부가 테이퍼지게 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면 서로 반대방향으로 회전하는 상부 및 하부 교반날개를 구비하여 상하로 회전방향이 서로 다른 유동장을 형성함으로써 높은 상대속도가 생성되면서 교반 효율을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 교반날개가 설치되는 회전축의 하단에 유체가 분사되는 분사부를 구비함으로써 화학약품을 교반할 때 발생될 수 있는 석출 응고로 인한 교반기 용기 배출부의 막힘을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 교반날개가 설치되는 회전축의 회전운동을 통해 유체가 분사되는 세척노즐을 구비함으로써 교반기 내부를 자동으로 세척하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교반기의 분사부가 동작하는 상태를 도시한 것이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기에서 세척노즐이 동작하는 상태를 도시한 것이고,
도 4는 도 3의 상태에서의 분사부를 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교반기(100)는, 용기(101)와, 용기(101)의 내부에 가로방향으로 배치되는 제1회전축(120)과 연결되는 교반모터(110)와, 제1회전축(120)과 결합되는 기어부(130)와, 기어부(130)에서 상하방향으로 각각 결합되어 회전력을 출력하는 제2회전축(140) 및 제3회전축(150)과, 제2회전축(140) 및 제3회전축(150)에 각각 설치되는 상부 교반날개(161) 및 하부 교반날개(163)를 포함한다.

용기(101)는 교반될 물질이 수용되도록 내부에 공간이 형성되어 있는데, 상부 또는 측면 일측에 개방 또는 폐쇄하기 위해 착탈 가능하도록 설치되는 개폐부(미도시)가 구비될 수 있다.

또한, 용기(101)의 적어도 일부는 투명한 소재로 형성되어 용기(101)의 내부에서 혼합되는 물질의 상태 및 양을 외부에서 육안으로 확인할 수 있도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 교반기(100)는, 용기(101)의 내부에 배치되어 교반할 물질을 혼합하기 위해 상하방향으로 이격 배치되는 상부 교반날개(161) 및 하부 교반날개(163)를 포함하는데, 특히 상부 교반날개(161)와 하부 교반날개(163)가 각각 반대방향으로 회전되도록 구성된다.

이러한 동작을 위해 상부 교반날개(161)의 회전축인 제2회전축(140)과, 하부 교반날개(163)의 회전축인 제3회전축(150)은 별개로 분리되어 있으며, 그 사이에는 기어부(130)가 위치한다.

기어부(130)는 측면방향으로 제1회전축(120)과 연결되는데, 제1회전축(120)은 교반모터(110)의 회전력을 전달받도록 구성된다. 여기서, 제1회전축(120)과 교반모터(110)사이에는 필요에 따라 구동방향을 변경하는 동력전달부(115)가 추가될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 기어부(130)는 베벨기어(bevel gear)로 구성되어 입력동력에 대해 90도로 변환된 출력동력을 생성한다. 즉, 기어부(130)는 제1회전축(120)의 출력단과 결합되어 회전력을 입력받고, 상측으로는 제2회전축(140)이 결합되어 회전력을 출력하고 하측으로는 제3회전축(150)이 결합되어 회전력을 출력한다.

보다 상세히 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 측면방향으로 제1회전축(120)의 출력단이 결합되고 제1회전축(120)의 출력단은 제1기어(131)과 결합된다. 제1기어(131)는 제1기어(131)과 상하방향으로 각각 90도로 동력이 출력되도록 직각을 이루는 상측의 제2기어(133)과 하측의 제3기어(135)와 각각 결합된다. 특히, 본 발명의 일실시예에 따른 교반기(100)는, 이러한 베벨기어 결합으로 인해 상부 교반날개(161)와 하부 교반날개(163)가 각각 반대방향으로 회전되게 된다.

이와 같이 본 발명의 교반기(100)은, 상부 교반날개(161) 및 하부 교반날개(163)가 상하방향의 동일한 축선에 배치된 제2회전축(140) 및 제3회전축(150)에 결합되어 서로 반대방향으로 회전됨으로써 용기(101) 내부에서 상하방향으로 각각 회전방향이 서로 다른 유동장을 형성하게 된다. 회전방향이 서로 다른 유동장은 높은 상대속도를 생성하게 되고, 이에 따라 교반에 필요한 높은 난류유동 에너지를 얻을 수 있게 된다. 결과적으로, 본 발명의 교반기(100)은 동일한 구동축과 동일 동력원을 사용하는 일반적인 교반기에 비해, 상대적으로 높은 교반 효율을 획득할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 교반기(100)에 포함된 제2회전축(140) 및 제3회전축(150)은 중공배관으로 구성되고, 그 내부를 통해 유체를 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 실시예와 같이, 제2회전축(140)의 상단이 용기(101)의 유입부(103)를 통해 유체를 공급하는 가압펌프(190)와 연결되어 유체가 제2회전축(140)으로 유입된 후 기어부(130)를 거쳐 그 하측의 제3회전축(150)으로 유입될 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 제2회전축(140) 및 제3회전축(150)을 통해 유입된 유체를 소정 목적으로 사용할 수 있도록 제2회전축(140)의 일측에는 세척노즐(141)이 구비되고, 제3회전축(150)의 하단에는 분사부(170)가 구비된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교반기의 분사부가 동작하는 상태를 도시한 것으로, 분사부(170)는 제3회전축(150)의 하단에 구비되어 제3회전축(150)의 내측으로 유입된 유체가 제3회전축(150)의 하측에 위치한 용기(101)의 배출부(104) 방향으로 선택적으로 분사되도록 구성된다.

교반기(100)는, 예를 들면 화학물질을 교반시켜 용해하는 작업을 수행하게 되는데, 화학물질은 고유의 용해도를 가지기 때문에 화학물질의 용해도를 벗어나는 경우 석출 응고된다. 이에 따라, 교반기(100)는 용기(101) 내부에서 석출된 화학물질에 의해 용기(101)의 배출부(104)가 막힐 수 있어 교반 등의 다양한 용도로 사용할 수 없게 된다. 본 발명의 실시예에서는 중공배관으로 형성된 제3회전축(150)의 하단에 분사부(170)를 결합하여 배출부(104)쪽으로 유체를 분사하도록 구성함으로써 배출부(104)의 막힘 현상을 방지하여 교반기(100)의 원활한 구동상태를 유지할 수 있게 된다.

보다 상세히 분사부(170)의 구성을 살펴보면, 유체가 분사부(170)의 몸체 내부로 유입되도록 상하방향으로 관통되는 유입홀(171)이 형성되고, 유입홀(171)의 하단에는 2개의 볼(179)이 수용되는 수용공간(176)이 형성된다.

수용공간(176)은 좌우측에 각각 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)이 형성되어 유입홀(171)을 통해 수용공간(176)으로 유입된 유체가 좌우 방향으로 유출될 수 있도록 구성된다. 여기서, 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)은 좌우측으로 각각 연장된 다음 하측으로 절곡 연장되어 분사부(170)의 하단에 구비된 분사홀(175)과 연결되는 연결통로(174)에 의해 연통되도록 구성됨으로써 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)로 유입된 유체가 하방으로 분사될 수 있게 된다.

여기서, 수용공간(176)은 2개의 볼(179)이 유동할 수 있도록 여유가 있게 형성되는데, 본 실시예에서는 단면에서 볼 때, 대략 마름모꼴로 형성되어 상부 꼭지점의 위치에 유입홀(171)이 형성되고, 좌우측 꼭지점의 위치에 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)이 형성된다.

도 2의 실시예는 제3회전축(150) 및 제3회전축(150)과 결합된 분사부(170)가 정지된 상태로서, 이 때 2개의 볼(179)은 중력에 의해 수용공간(176)의 하부에 안착되어 수용공간(176)의 좌우측에 형성된 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)을 개방하도록 위치됨으로써 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)에서 연결통로(174)를 통해 분사홀(175)로 유체가 분사되게 된다.

한편, 분사부(170)가 소정속도 이상으로 회전하는 상태에서는 원심력에 의해 2개의 볼(179)이 각각 좌측 배출홀(172) 및 우측 배출홀(173)을 폐쇄하도록 위치되는 데, 이에 대해서는 후술한다.

이와 같이, 분사부(170)의 수용공간(176)은, 분사부(170)가 정지 또는 회전상태에서 볼(179)이 슬라이딩되면서 좌측 및 우측 배출홀(172,173)을 중력에 의해 개방하거나 원심력에 의해 폐쇄할 수 있도록 좌우측에 좌측 및 우측 배출홀(172,173)을 향하여 테이퍼지게 형성되는 테이퍼부(176a)가 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교반기에서 세척노즐이 동작하는 상태를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 상태에서의 분사부를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 중공배관으로 형성된 제2회전축(140)의 일측에 세척노즐(141)이 구비되는데, 세척노즐(141)을 통해 유체가 분사되어 세척동작을 수행하기 위해서는 제2회전축(140)으로 유입된 유체가 기어부(130)를 거쳐 분사부(170)에서 유출되지 않도록 도 4와 같이 분사부(170)가 폐쇄되어야 한다.

본 발명의 실시예에서 분사부(170)는, 제3회전축(150)을 중심으로 회전하는 속도가 소정속도 이상이 되면 자동으로 폐쇄되도록 구성된다.

즉, 분사부(170)의 수용공간(176)에는 2개의 볼(179)이 내장되어 있는데, 분사부(170)가 제3회전축(150)을 중심으로 회전하면 원심력에 의해 볼(179)이 원주방향으로 이동하게 되고 테이퍼부(176a)를 따라 안내되면서 수용공간(176)의 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀(172,173)을 폐쇄하게 된다.

도 4와 같이 분사부(170)가 폐쇄된 상태가 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 가압펌프(190)에 의해 이송된 유체가 제2회전축(140)으로 유입된 후 세척노즐(141)을 통해 분사되면서 용기(101) 내부를 세척할 수 있게 된다. 특히, 본 발명의 세척노즐(141)은 하방의 분사부(170)이 폐쇄된 상태에서 유체가 분사되도록 구성되어 있어서 소정 속도 이상으로 제2회전축(140)이 회전될 경우에만 유체가 세척노즐(141)을 통해 분사되기 때문에 세척노즐(141)이 빠른 속도로 회전하면서 유체를 용기(101)의 내부 전체에 골고루 분사시켜 효과적으로 세척작업을 수행할 수 있게 된다.

여기서, 세척노즐(141)은 적어도 상방, 하방 및 측방 중 어느 한 방향을 향하도록 마련될 수 있는데, 도 3의 실시예와 같이 상방, 하방, 측방으로 모두 구비될 경우 보다 세척력을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 도 3에서 세척노즐(141)은 제2회전축(140)에만 구비되어 있지만, 경우에 따라서는 제3회전축(150)에도 마련할 수도 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교반기(100)는 서로 반대방향으로 회전하는 상부 및 하부 교반날개를 구비하여 상하로 회전방향이 서로 다른 유동장을 형성함으로써 교반 효율을 향상시킨다. 또한, 본 발명에 의하면 교반날개가 설치되는 회전축 하단에 유체가 분사되는 분사부를 구비하여 화학약품의 석출 응고로 인한 교반기 용기 배출부의 막힘을 방지할 뿐만 아니라, 교반날개가 설치되는 회전축의 회전운동을 통해 유체가 분사되는 세척노즐을 구비하여 교반기 내부를 자동으로 세척할 수 있게 된다.

이러한 본 발명의 교반기는, 화학약품의 용해가 필요한 생화학, 수처리 분야 뿐만 아니라, 식품관련 첨가물을 골고루 섞어야 하는 식품분야에도 적용될 수 있으며, 단일 또는 다상의 물질을 골고루 섞어야 하는 산업 전반의 영역에 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 교반기
101: 용기
110: 교반모터
120: 제1회전축
130: 기어부
140: 제2회전축
141: 세척노즐
150: 제3회전축
170: 분사부
190: 가압펌프

Claims

교반될 물질이 수용되는 용기;
용기의 내부에 가로방향으로 배치되는 제1회전축과 연결되는 교반모터;
제1회전축의 출력단과 결합되어 회전력을 입력받고, 상측으로는 제2회전축이 결합되어 회전력을 출력하고 하측으로는 제3회전축이 결합되어 회전력을 출력하는 기어부; 및
제2회전축 및 제3회전축에 각각 결합되는 상부 및 하부 교반날개;를 포함하여,
상부 교반날개와 하부 교반날개는 서로 반대방향으로 회전하도록 구성되되,
제3회전축은 유체가 통과할 수 있는 중공배관으로 형성되고,
제2회전축을 통해 유입된 유체가 기어부를 거쳐 제3회전축으로 유입되도록 구성되는, 교반기.
청구항 1에 있어서,
제2회전축은 유체가 통과할 수 있는 중공배관으로 형성되고,
제2회전축의 상단은 유체를 공급하는 가압펌프와 연결되고,
제2회전축의 일측에는 가압펌프에 의해 공급된 유체를 분사하는 세척노즐이 구비되는, 교반기.
청구항 2에 있어서,
세척노즐은 적어도 상방, 하방 및 측방 중 어느 한 방향을 향하도록 마련되는, 교반기.
삭제
청구항 1에 있어서,
제3회전축의 하단에는 유입된 유체가 선택적으로 분사되도록 분사부가 구비되는. 교반기.
청구항 5에 있어서,
분사부는,
유체가 분사부 몸체 내부로 유입되도록 상하방향으로 관통되는 유입홀이 형성되고,
유입홀의 하단에는 2개의 볼이 수용되는 수용공간이 형성되고,
수용공간의 좌우측에는 각각 좌측 및 우측 배출홀이 형성되고, 좌측 및 우측 배출홀은 좌우측으로 각각 연장된 다음 하측으로 절곡 연장되어 분사부의 하단에 구비된 분사홀과 연통되는, 교반기.
청구항 6에 있어서,
2개의 볼은,
분사부가 정지된 상태에서 중력에 의해 수용공간의 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 개방하도록 위치되고,
분사부가 제3회전축과 함께 소정속도 이상으로 회전하는 상태에서 원심력에 의해 수용공간의 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 폐쇄하도록 위치되는, 교반기.
청구항 7에 있어서,
분사부의 수용공간은
볼이 슬라이딩되면서 안내되도록 좌우측에 형성된 좌측 및 우측 배출홀을 향하여 적어도 일부가 테이퍼지게 형성되는, 교반기.