KR102239359B1 - 박막 증류장치 - Google Patents

Abstract

롤러를 사용하여 정제대상액의 박막을 형성하는 박막 증류장치를 개시한다. 박막 증류장치는 원료 투입구를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 내부 온도를 상승시키도록 상기 하우징의 외부에서 상기 하우징을 가열하는 가열부와, 상기 하우징의 내부에서 회전하도록 마련되고, 회전함으로써 상기 원료 투입구를 통해 유입되는 유체를 원심력에 의해 상기 하우징의 내벽으로 이동시키는 롤러 플랜지와, 상기 롤러 플랜지의 하부에서 상기 롤러 플랜지와 마주보도록 배치되는 롤러 베이스와, 상기 롤러 플랜지의 중심과 상기 롤러 베이스의 중심을 각각 관통하는 구동 샤프트를 포함하고, 상기 구동 샤프트를 회전시키도록 마련되는 구동장치와, 상기 하우징의 내부로서 상기 구동 샤프트의 외측에 배치되고, 증발된 상기 유체를 응축시키도록 마련되는 콘덴서와, 상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스와 함께 회전하도록 상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스에 각각 결합되고, 상기 롤러 플랜지로부터 상기 롤러 베이스까지 연장되는 롤러 샤프트 및 상기 롤러 샤프트에 결합되는 롤러로서, 상기 롤러 샤프트의 외경보다 큰 내경을 갖고, 상기 롤러 샤프트가 회전함에 따라 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전하도록 마련되며, 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전함으로써 상기 하우징의 내벽에 상기 유체의 박막을 형성하는 롤러를 포함할 수 있다.

Description

박막 증류장치{THIN FILM DISTILLATION EQUIPMENT}

본 발명은 박막 증류장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 롤러를 이용하여 정제대상액의 박막을 형성하는 박막 증류장치에 관한 것이다.

일반적으로 정제대상액의 정제 방법은 화학적 처리방법과 물리적 처리방법으로 대별될 수 있다. 화학적 처리 방법은 이온 정제 방법이 대표적이나, 이 방법은 정제 제품의 품질 수준이 낮은 문제점이 있는 바, 물리적 방법인 고온 열분해 방법이 주로 사용되고, 고온 열분해 방법은 이온 정제 방법에 비하여 정제 제품의 품질 수준이 높다는 장점이 있다.

그러나 고온 열분해 방법은 상압 상태에서 고온(370 ~ 550℃)으로 가열하여 열분해시키기 때문에 제품이 불안정하고 타르가 발생하며 악취가 심하다는 단점을 가지고 있다. 일정시간 경과 후에는 침전물이 생성되고, 버너 사용 시 타르에 의해 연소 노즐 및 배관에서의 막힘 현상이 나타날 수 있다. 또한, 고온으로 운전되기 때문에 설비의 내구성이 짧고 안전사고의 위험성이 있으며, 생산비용이 증대되는 문제점이 있다.

따라서, 근래에는 원심력으로 정제대상액을 박막으로 형성하여 증발력을 증가시키는 박막 증류장치가 사용된다. 이러한, 원심 박막 증류장치는 국내등록특허공보 제10-1047508호에 개시되어 있다.

종래의 원심 박막 증류장치는, 블레이드를 이용하여 하우징의 내주면에 정제대상액의 박막을 형성하였다. 이러한 종래의 원심 박막 증류장치에서는, 블레이드가 하우징의 내주면에 대해 소정의 간격을 두고 회전함으로써, 하우징의 내주면에 정제대상액의 박막을 형성하였다.

다만, 블레이드와 하우징 내주면 사이의 간격이 너무 크면, 정제대상액의 박막의 두께가 두꺼워져 증발 효율 및 정제 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.

또한, 블레이드와 하우징 내주면 사이의 간격이 너무 작으면, 블레이드의 회전 공차에 의해 블레이드가 하우징의 내주면과 접촉하게 될 수 있다. 블레이드가 하우징 내주면과 접촉하게 되면, 정제대상액의 박막이 형성되기 어렵고, 나아가 블레이드가 파손될 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명의 일 측면은 롤러를 사용하여 정제대상액의 박막을 형성하는 박막 증류장치를 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은 롤러를 사용함으로써 내구성이 향상된 박막 증류장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 하우징의 내주면에 형성되는 정제대상액의 박막의 두께를 줄여 정제대상액의 증발 효율을 향상시키고, 나아가, 정제 효율을 향상시킨 박막 증류장치를 제공한다.

본 발명의 사상에 따르면, 박막 증류장치는 원료 투입구를 포함하는 하우징과, 상기 하우징의 내부 온도를 상승시키도록 상기 하우징의 외부에서 상기 하우징을 가열하는 가열부와, 상기 하우징의 내부에서 회전하도록 마련되고, 회전함으로써 상기 원료 투입구를 통해 유입되는 유체를 원심력에 의해 상기 하우징의 내벽으로 이동시키는 롤러 플랜지와, 상기 롤러 플랜지의 하부에서 상기 롤러 플랜지와 마주보도록 배치되는 롤러 베이스와, 상기 롤러 플랜지의 중심과 상기 롤러 베이스의 중심을 각각 관통하는 구동 샤프트를 포함하고, 상기 구동 샤프트를 회전시키도록 마련되는 구동장치와, 상기 하우징의 내부로서 상기 구동 샤프트의 외측에 배치되고, 증발된 상기 유체를 응축시키도록 마련되는 콘덴서와, 상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스와 함께 회전하도록 상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스에 각각 결합되고, 상기 롤러 플랜지로부터 상기 롤러 베이스까지 연장되는 롤러 샤프트 및 상기 롤러 샤프트에 결합되는 롤러로서, 상기 롤러 샤프트의 외경보다 큰 내경을 갖고, 상기 롤러 샤프트가 회전함에 따라 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전하도록 마련되며, 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전함으로써 상기 하우징의 내벽에 상기 유체의 박막을 형성하는 롤러를 포함할 수 있다.

상기 롤러 베이스의 아래에 배치되고, 상기 콘덴서의 측면과 소정 거리 이격되어 상기 콘덴서를 감싸도록 원기둥 형상으로 마련되는 분리 벽을 더 포함할 수 있다.

상기 분리 벽은, 상기 콘덴서에서 응축된 상기 유체와 상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체를 분리하도록 마련될 수 있다.

상기 분리 벽의 아래에 배치되고, 응축된 상기 유체를 배출하는 제1배출구를 포함하는 제1가이드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 제1가이드 플레이트는 응축된 상기 유체를 상기 제1배출구로 가이드하도록 상기 제1배출구를 향해 하향 경사지게 마련될 수 있다.

상기 롤러 베이스와 상기 제1가이드 플레이트 사이에 배치되고, 상기 분리 벽이 삽입되는 중공을 포함하는 제2가이드 플레이트를 더 포함할 수 있다.

상기 제2가이드 플레이트는 상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체가 배출되는 제2배출구를 향해 하향 경사지게 마련될 수 있다.

상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체는, 상기 제2가이드 플레이트와 상기 분리 벽에 의해 상기 제1가이드 플레이트의 상측으로 유출되는 것이 차단될 수 있다.

상기 롤러는 상기 롤러 샤프트의 길이 방향을 따라 연속하여 결합되는 복수의 롤러를 포함할 수 있다.

상기 복수의 롤러 각각은, 상기 롤러 샤프트가 연장되는 방향으로 서로 다른 길이를 가짐으로써, 상기 하우징의 내벽에 형성되는 상기 박막에 두께 차이가 생기는 것을 방지할 수 있다.

상기 롤러 샤프트는 상기 롤러 플랜지 또는 상기 롤러 베이스의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 롤러 샤프트를 포함할 수 있다.

상기 롤러 플랜지와 상기 롤러 베이스 사이에 배치되는 롤러 서포트를 더 포함할 수 있다.

상기 롤러 서포트는, 상기 콘덴서가 관통하도록 상기 롤러 서포트의 중심에 형성되는 서포트 홀과, 상기 롤러 샤프트가 배치되도록 상기 롤러 서포트의 측면이 함몰되어 형성되는 서포트 홈(groove)을 포함할 수 있다.

상기 복수의 롤러 사이에 배치되어 상기 복수의 롤러 중 일부를 지지하도록 마련되는 스플릿 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기 스플릿 가이드는, 상기 복수의 롤러 중 일부의 하중을 지지함으로써 상기 복수의 롤러의 하중을 분산시킬 수 있다.

상기 롤러 샤프트의 길이와 대응되는 길이를 갖고, 상기 서포트 홈에 끼워지도록 상기 서포트 홈과 대응되는 단면 형상을 갖는 롤러 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기 롤러 가이드는, 상기 롤러가 상기 콘덴서를 향해 이동하여 상기 콘덴서와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 사상에 따르면, 롤러를 사용하여 정제대상액의 박막을 형성하는 박막 증류장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 사상에 따르면, 롤러를 사용함으로써 내구성이 향상된 박막 증류장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 사상에 따르면, 하우징의 내주면에 형성되는 정제대상액의 박막의 두께를 줄여 정제대상액의 증발 효율을 향상시키고, 나아가, 정제 효율을 향상시킨 박막 증류장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치의 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치에서, 롤러 어셈블리의 측면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 롤러 어셈블리의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A-A'에 따른 롤러 어셈블리의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치에서, 복수의 롤러의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치에서, 복수의 롤러를 각각 분리하여 도시한 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 개시된 발명을 제한 및/또는 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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 않는다.

또한, 본 명세서에서 사용한 “제1”, “제2” 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치의 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치(1)는 하우징(10)과, 하우징의 외측에서 열을 제공하는 가열부(20)와, 하우징(10) 내부에서 회전하도록 마련되는 구동 샤프트(31)와, 구동 샤프트(31)를 회전시키도록 마련되는 구동장치(30) 및 하우징(10)의 내부에 배치되는 콘덴서(40)를 포함할 수 있다.

하우징(10)은 밀폐된 내부 공간을 갖는 원통 형상으로 마련될 수 있다. 하우징(10) 내부는 진공 상태를 유지하도록 마련되며, 진공 상태를 유지하기 위해 체크 밸브(13)와, 진공 펌프(미도시)가 마련될 수 있다. 진공 펌프는 하우징(10)의 외부에 배치되어 하우징(10) 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다.

하우징(10)의 상부 일 측에는 원료 투입구(11)가 마련될 수 있다. 원료 투입구(11)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(10)의 상면에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 하우징(10)의 측면 상측에 형성될 수도 있다.

원료 투입구(11)에는 하우징(10) 내부로 액상의 유체를 투입하도록 마련되는 파이프(12)가 연결될 수 있다. 파이프(12)는 일 단이 체크 밸브(13)와 결합되고, 타 단이 원료 투입구(11)와 연결될 수 있다.

체크 밸브(13)의 일 단은 파이프(12)와 연결될 수 있고, 체크 밸브(13)의 타 단은 피딩 펌프(미도시)와 연결된 피딩 파이프(미도시)와 연결될 수 있다. 피딩 펌프는 원료 탱크(미도시)와 연결되어 연료 탱크로부터 유체 상태의 연료를 펌핑하도록 마련될 수 있다.

체크 밸브(13)는 하우징(10) 내부로 유체를 투입시키는 방향으로만 개방되도록 마련됨으로써 하우징(10) 내부를 진공 상태로 유지시킬 수 있다.

반면, 원료 투입구(11)로부터 체크 밸브(13)를 거쳐 피딩 펌프(미도시) 측으로 유체가 이동하려고 할 때에는, 체크 밸브(13)가 개방되지 않기 때문에 하우징(10) 내부는 진공 상태를 유지할 수 있다.

가열부(20)는 하우징(10) 내부를 가열함으로써 원료 투입구(11)를 통해 상기 하우징(10) 내부로 공급되는 액상의 유체를 가열하여 기체로 변환되게 한다. 가열부(20)는 하우징(10)의 외면을 커버하도록 설치되고, 이러한 배치를 통해 가열부(20)는 하우징(10)의 표면을 가열할 수 있다. 가열부(20)는 하우징(10)의 표면을 가열함으로써, 하우징(10)의 내부 또한 가열할 수 있다. 가열부(20)는 외부에서 열매체유 또는 가열기체를 공급받아, 상기 열매체유 또는 상기 가열기체가 가열부(20) 내에서 하우징(10)의 외측면과 접촉되면서 열교환되도록 할 수 있다. 가열부(20)는 가열몸체(21)와, 가열유입구(22) 및 가열배출구(23)를 포함할 수 있다.

가열몸체(21)는 외부에서 공급되는 상기 열매체유 또는 상기 가열기체를 저장할 수 있도록 공간부가 마련된 상태로 상부 및 하부가 밀폐된 통 형상을 가질 수 있다. 가열몸체(21)는 하우징(10)의 외주면을 둘러싸도록 상기 하우징(10) 외측면에 결합 설치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열 몸체(21)는 별도의 내측면을 포함하지 않고, 하우징(10)의 외측면과 소정 간격 이격되도록 마련되는 외측면만을 포함할 수 있다. 하우징(10)의 외측면과 가열몸체(21)의 외측면 사이에 형성되는 공간을 통해 열매체유 또는 가열기체를 순환 이송시킬 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가열몸체(21)는 하우징(10)의 외측면과 접촉하거나 극소의 간격만을 갖도록 배치되는 내측면을 포함할 수도 있다.

가열유입구(22)는 상기 가열몸체(21)의 일측, 즉 가열몸체(21)의 하단 일측에 연통되도록 결합될 수 있다. 가열유입구(22)는 외부의 열매체유 또는 가열기체를 저장한 저장탱크(미도시)와 연결라인(미도시)을 통해 연결되어, 열매체유 또는 가열기체가 가열몸체(21) 내부로 공급되도록 할 수 있다.

가열배출구(23)는 가열몸체(220)의 타측, 즉 상기 가열몸체(21)의 상단 일측에 연통되도록 결합될 수 있다. 가열배출구(23)는 저장탱크(미도시)와 연결라인(미도시)을 통해 연결되어, 가열유입구(22)를 통해 가열몸체(21) 내부로 공급된 열매체유 또는 가열기체가 다시 저장탱크로 이송되도록 열매체유 또는 가열기체를 배출할 수 있다.

상기한 바와 달리, 가열부는 전원을 공급받으면 발열되는 히터를 포함하고, 히터를 하우징 외측면에 결합되도록 설치하여, 하우징을 직접 가열할 수도 있다.

구동장치(30)는 하우징(10)의 내측에 설치된 구동 샤프트(31)를 회전시킬 수 있다. 구동장치(30)는 구동력을 발생시키고, 이를 이용하여 구동 샤프트(31)를 회전시킬 수 있다.

구동장치(30)는 구동장치(30)의 축 부분을 구동 샤프트(31)의 상단과 연결할 수 있도록 하우징(10)의 상단 일측에 결합될 수 있다. 이 때, 구동장치(30)의 축 부분과 구동 샤프트(31) 중 어느 하나가 하우징(10)의 상면을 관통할 수 있다.

구동장치(30)로부터 구동력을 전달 받아 회전하는 구동 샤프트(31)는 후술할 롤러 어셈블리(100)와 결합되어 함께 회전할 수 있다.

하우징(10)의 내부에는 콘덴서(40)가 배치될 수 있다. 콘덴서(40)는 구동 샤프트(31)의 외측에 배치될 수 있다. 달리 표현하면, 구동 샤프트(31)는 콘덴서(40)의 중심을 관통하도록 마련될 수 있다. 콘덴서(40)는 내부에 냉매가 흐르는 냉매관이 나선형으로 연장되어 형성될 수 있다. 상기한 바와 같이, 나선형으로 형성된 냉매관의 중심에는 구동 샤프트(31)가 배치되고, 구동 샤프트(31)는 콘덴서(40)에 대해 상대 회전하도록 마련될 수 있다. 따라서, 구동 샤프트(31)가 회전하더라도 콘덴서(40)는 회전하지 않을 수 있다.

콘덴서(40)는 이중 코일 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 기체 상태의 유체를 보다 효율적으로 응축시킬 수 있다.

콘덴서(40)는 하우징(10) 내부에서 증발된 기체 상태의 유체를 응축시켜 증류액으로 변환시킬 수 있다. 이와 같이, 콘덴서(40)가 하우징(10) 내부에 설치될 경우에는 하우징(10) 내에서 증발된 기체를 배출구(미도시)로 배출시킨 후 하우징(10) 외부에 설치된 콘덴서를 이용해 응축시킬 필요가 없게 되면서 높은 순도의 액상의 증류액을 얻을 수 있다. 하우징 외부에서 배출구를 통해 배출된 기체를 외부의 응축기에서 응축 시, 기체를 이송시키는 이송라인 상에 부착된 이물질이 함께 응축되면서 발생된 액상의 증류액 순도가 낮아질 수 있기 때문이다.

하우징(10)의 하단에는 콘덴서(40)에 의해 응축된 액상의 증류액을 하우징(10) 외부로 배출하는 제1배출구(62)가 마련될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.

본 발명의 사상에 따르면, 박막 증류장치(1)는 하우징(10)의 내벽에 유체의 박막을 형성하도록 구성되는 롤러 어셈블리(100)를 포함할 수 있다.

롤러 어셈블리(100)는 구동 샤프트(31)와 함께 회전하도록 마련될 수 있다. 따라서, 구동장치(30)의 구동력에 의해 롤러 어셈블리(100)가 회전할 수 있다.

롤러 어셈블리(100)는, 하우징(10)의 내부 상측에 배치되는 롤러 플랜지(110)와, 하우징(10)의 내부 하측에 배치되는 롤러 베이스(120)를 포함할 수 있다.

롤러 플랜지(110)는, 원료 투입구(110)의 아래에 배치되고, 회전함으로써 원료 투입구(110)를 통해 유입된 액상의 유체를 원심력에 의해 하우징(10)의 내벽으로 이동시키도록 구성될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 롤러 플랜지(110)는, 원료 투입구(110)를 통해 유입된 액상의 유체가 롤러 플랜지(110)의 중심에 형성된 홀(111)을 통해 유입되는 것을 방지하도록 롤러 플랜지(110)로부터 상방으로 돌출된 돌출부(112)를 포함할 수 있다. 또한, 롤러 플랜지(110)는 돌출부(112)와 롤러 플랜지(110)의 상면 사이에 형성되는 경사부(113)를 더 포함할 수 있다. 경사부(113)는 액상의 유체가 롤러 플랜지(110)의 중심부로부터 롤러 플랜지(110)의 반경 방향 외측으로 흐르도록 가이드할 수 있다. 이를 통해, 롤러 플랜지(110)의 상면으로 투입된 액상의 유체는, 롤러 플랜지(110)가 회전함에 따라 원심력에 의해 롤러 플랜지(110)의 반경 방향 외측으로 이동하여 하우징(10)의 내벽으로 이동할 수 있다. 롤러 플랜지(110)의 측면과 하우징(10)의 내벽 사이에는 소정의 갭(gap)이 마련되기 때문에, 상기 갭을 통해 유체가 롤러 플랜지(110)의 상면으로부터 하우징(10)의 내벽으로 유입될 수 있다.

롤러 베이스(120)는 롤러 플랜지(110)와 마주보도록 배치되며, 롤러 플랜지(110)의 아래에 배치될 수 있다. 롤러 베이스(120)는 하우징(10)의 내부로서, 하우징(10)의 하측에 배치될 수 있다. 롤러 베이스(120)와 롤러 플랜지(110)는 서로 대응되는 형상으로 마련될 수 있다. 다만, 롤러 베이스(120)는 롤러 플랜지(110)와 달리 돌출부 및 경사부를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 롤러 베이스(120)는 편평(flat)한 원판 형태로 마련될 수 있다.

롤러 어셈블리(100)는 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)와 함께 회전하도록 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)에 각각 결합되는 롤러 샤프트(140)를 포함할 수 있다. 롤러 샤프트(140)는 구동 샤프트(31)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 롤러 샤프트(140)의 상단은 롤러 플랜지(110)에 결합될 수 있고, 롤러 샤프트(140)의 하단은 롤러 베이스(120)에 결합될 수 있다.

롤러 샤프트(140)는 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)의 측면에 인접한 면을 관통하도록 배치될 수 있으며, 롤러 샤프트(140)는 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)의 원주 방향을 따라 복수가 마련될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤러 어셈블리(100)는 4개의 롤러 샤프트를 포함할 수 있다.

롤러 어셈블리(100)는 롤러 샤프트(140)에 결합되는 롤러(150)를 포함할 수 있다. 롤러(150)는 롤러 샤프트(150)의 외경보다 큰 내경을 가질 수 있다. 이러한 구조에 의해 롤러(150)는 롤러 샤프트(140)와 소정의 단차를 가질 수 있다.

롤러(150)는 롤러 샤프트(140)가 회전함에 따라 하우징(10)의 내벽과 접하면서 회전하도록 마련될 수 있다. 롤러(150)가 하우징(10)의 내벽과 접하면서 회전하면, 하우징(10)의 내벽에는 유체의 박막이 형성될 수 있다. 롤러(150)는 하우징(10)의 내벽과 접하도록 회전함으로써 하우징(10)의 내벽에 유체의 박막을 형성할 수 있고, 유체는 박막을 형성함으로써 표면적이 증가할 수 있다. 표면적이 증가함에 따라 유체는 증발 효율이 향상될 수 있다.

하우징(10) 내벽과 접하면서 회전하는 롤러(150) 사이를 통과하는 유체는 강제적인 박막 상태로 흘러내리게 되고, 이러한 유체는 진공상태에서 낮은 온도로 가열되더라도 증발이 활발하게 일어나게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 박막 증류장치(1)는 하우징(10) 내부로 유입된 유체가 상기 롤러 플랜지(110)의 상면에서 원심력에 의해 박막으로 형성되면서 1차 증발이 이루어지고, 상기 롤러(150)와 상기 하우징(10) 내주면 사이를 통과하는 나머지 유체가 박막으로 형성되면서 2차 증발이 이루어져 증발 효율이 급격하게 증가할 수 있다.

롤러(150)는 상면과 하면이 모두 개방된 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 형상의 롤러(150)가 하우징(10)의 내벽과 접촉하면서 회전하면, 상기한 바와 같이, 하우징(10)의 내벽을 따라 흐르는 유체의 박막을 형성할 수 있다. 한편, 롤러(150)와 하우징(10)은 각각 원기둥 형상으로 마련되므로, 롤러(150)의 외측면과 하우징(10)의 내벽은 각각 곡면으로 마련될 수 있다. 이러한 곡면과 곡면이 접촉하면, 상대적으로 적은 마찰이 생기게 된다. 따라서, 롤러(150)가 하우징(10)과 접촉하면서 회전하더라도, 롤러(150)의 외측면 또는 하우징(10)의 내벽에 상대적으로 마모가 발생하지 않을 수 있다. 이로 인해, 롤러(150)의 내구성이 향상될 수 있고, 나아가, 박막 증류장치(1)의 내구성이 향상될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 롤러(150)는 롤러 샤프트(140)의 길이 방향을 따라 연속하여 결합되는 복수의 롤러(151, 152, 153)를 포함할 수 있다. 복수의 롤러 각각은, 롤러 샤프트(140)가 연장되는 방향으로 서로 다른 길이를 가질 수 있다. 롤러들 사이의 상하 방향으로 갭(gap)으로 인해 하우징(10)의 내벽에 박막의 두께가 두꺼워지는 부분이 줄(line) 형태로 생길 수 있다. 상기한 바와 같이, 상하 방향으로 서로 다른 길이를 갖는 복수의 롤러를 포함함으로써, 본 발명의 사상에 따른 박막 증류장치(1)는 하우징(10)의 내벽에 유체의 줄(line)이 생기는 것을 방지할 수 있다. 달리 표현하면, 하우징(10)의 내벽에 형성되는 유체의 박막에 두께 차이가 생기는 것을 방지할 수 있다.

롤러 어셈블리(100)는 롤러 플랜지(110)와 롤러 베이스(120) 사이에 배치되는 롤러 서포트(130)를 포함할 수 있다. 롤러 서포트(130)는 롤러 샤프트(140) 및 구동 샤프트(31)와 수직하게 배치될 수 있다. 롤러 서포트(130)는 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)와 마주보도록 배치될 수 있다.

롤러 서포트(130)는 롤러 어셈블리(100)의 회전 시 발생하는 롤러 샤프트(140)의 뒤틀림 또는 휨을 방지할 수 있다. 롤러 서포트(130)는 롤러 샤프트(140)가 회전하면서 비틀림 또는 휨에 의해 변형되는 것을 방지하도록 마련될 수 있다.

롤러 서포트(130)는 구동 샤프트(31)와 콘덴서(40)가 관통하도록 마련되는 서포트 홀(131)과, 롤러 샤프트(140)와 롤러(150)가 배치되도록 마련되는 서포트 홈(132)을 포함할 수 있다.

서포트 홀(131)은 롤러 서포트(130)의 중심에 형성될 수 있고, 서포트 홈(132)은 롤러 서포트(130)의 측면과 인접한 테두리 영역에 형성될 수 있다. 서포트 홈(132)은 롤러 서포트(130)의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 서포트 홈을 포함할 수 있다. 복수의 서포트 홈의 개수는 상기한 복수의 롤러 샤프트의 개수와 대응되도록 마련될 수 있다.

롤러 서포트(130)는 복수로 마련될 수 있다. 복수의 롤러 서포트(130)는 롤러 샤프트(140)가 연장되는 방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다. 롤러 서포트(130)는 롤러(150)가 회전하면서 변형되는 것을 방지할 수 있다.

도 1을 참조하면, 롤러 베이스(120)의 아래에는 분리 벽(50)이 마련될 수 있다. 분리 벽(50)은 롤러 베이스(120)를 관통하여 하방으로 연장된 콘덴서(40)의 측방을 감싸도록 마련될 수 있다. 분리 벽(50)은 콘덴서(40)의 측면과 소정 거리만큼 이격되고, 콘덴서(40)를 감싸도록 원기둥 형상으로 마련될 수 있다. 분리 벽(50)은 상면과 하면이 개방된 원기둥 형상으로 마련될 수 있다.

분리 벽(50)은 콘덴서(40)에서 응축된 유체와 하우징(10)의 내벽으로부터 증발되지 않은 유체를 분리할 수 있다. 즉, 하우징(10)의 내벽으로부터 증발되어 콘덴서(40)에서 응축된 액상의 유체는 분리 벽(50)의 내측으로 유입되어 후술할 제1가이드 플레이트(61)의 상면으로 이동할 수 있다. 반면, 하우징(10)의 내벽으로부터 증발되지 않은 액상 또는 슬러지 형태의 유체는 분리 벽(50)의 외측으로 유입되어 후술할 제2가이드 플레이트(63)의 상면으로 이동할 수 있다.

가이드 플레이트는, 분리 벽의 아래에 배치되고 응축된 액상의 유체를 배출하는 제1배출구(62)를 포함하는 제1가이드 플레이트(61)와, 롤러 베이스(120)와 제1가이드 플레이트(61)의 사이에 배치되고 분리 벽(50)이 삽입되는 중공을 포함하는 제2가이드 플레이트(63)를 포함할 수 있다.

제1가이드 플레이트(61)는 증류된 액상의 유체를 하우징(10)의 외부로 배출하는 제1배출구(62)를 향해 하향 경사지도록 마련될 수 있다. 이러한 배치를 통해, 별도의 동력원 없이도 제1가이드 플레이트(61)의 상면으로 유입된 액상의 액체는 제1배출구(62)를 향해 이동하도록 가이드되고, 제1배출구(62)를 통해 배출될 수 있다.

제2가이드 플레이트(63)는 증발되지 않은 유체 또는 슬러지 형태의 유체를 배출하도록 마련되는 제2배출구(64)를 향해 하향 경사지게 마련될 수 있다. 제1배출구(62)와 마찬가지로, 제2배출구(64)에 대한 하향 경사 배치를 통해, 별도의 동력원 없이도 제2가이드 플레이트(63)의 상면으로 유입된 유체는 제2배출구(64)를 향해 이동하도록 가이드되고, 제2배출구(64)를 통해 배출될 수 있다.

한편, 하우징(10)의 내벽으로부터 증발되지 않은 유체는, 제2가이드 플레이트(63)와 분리 벽(50)에 의해 제1가이드 플레이트(61)의 상측으로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 또한, 분리 벽(50)은, 제2가이드 플레이트(63)의 상면을 따라 이동하는 유체가 상기 콘덴서(40)에 의해 응축된 액상의 유체와 섞이는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 사상에 따른 박막 증류장치(1)는 정제 효율이 향상될 수 있다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 증류장치(1)는 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)에 의해 상단과 하단이 고정되고, 롤러 플랜지(110) 및 롤러 베이스(120)의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 롤러 샤프트(140)를 포함할 수 있다. 롤러 샤프트(140)의 개수에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 일 실시예에 따르면, 롤러 샤프트(140)는 4개가 마련될 수 있으며, 동일한 간격으로 배치될 수 있다.

상기한 바와 같이, 롤러 서포트(130)는, 그 중심에 콘덴서(40)가 삽입되도록 마련되는 서포트 홀(131)과, 롤러 샤프트(140)가 배치되도록 롤러 서포트(130)의 측면 일부가 함몰되어 형성되는 서포트 홈(132)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 롤러 샤프트(140)는 4개가 마련될 수 있고, 서포트 홈(132)은 롤러 샤프트(140)의 개수와 대응되도록 4개가 마련될 수 있다. 각각의 서포트 홈(132)에는 롤러 샤프트(140)가 삽입될 수 있다.

도 2를 참고하면, 박막 증류장치(1)는 롤러(150)의 하중을 분산하도록 마련되는 스플릿 가이드(160)를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 복수의 롤러(150)가 롤러 샤프트(140)에 상하 방향으로 연속해서 결합되므로, 이러한 복수의 롤러(150)의 하중을 롤러 베이스(120)가 모두 지지하게 되면, 롤러 베이스(120)에 상당한 무리가 갈 수 있다. 이를 방지하기 위해, 롤러 샤프트(140)가 삽입될 수 있는 샤프트 홀(도번 미표시)을 포함하는 스플릿 가이드(160)가 마련될 수 있다.

스플릿 가이드(160)는 상기 샤프트 홀을 통해 롤러 샤프트(140)가 스플릿 가이드(160)를 관통하게 할 수 있다. 다만, 롤러(150)는 샤프트 홀을 통과하지 못하도록 마련될 수 있다. 즉, 샤프트 홀의 내경은, 롤러 샤프트(140)의 외경보다 크게 마련되되 롤러(150)의 외경보다 작게 형성될 수 있다.

스플릿 가이드(160)는 롤러 샤프트(140)의 길이 방향을 따라 적어도 하나가 마련될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도면에 도시된 바와 같이, 스플릿 가이드(160)는 하나의 롤러 샤프트(140)에 대해 상하 방향으로 2개가 마련될 수 있다. 스플릿 가이드(160)의 개수에 제한이 없는 것은 자명하다.

스플릿 가이드(160)는 복수의 롤러 샤프트(140) 마다 다른 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1롤러 샤프트 내지 제4롤러 샤프트가 있다고 할 때, 스플릿 가이드(160)는 제1롤러 샤프트 내지 제4롤러 샤프트 각각에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 위치는 상하 방향으로의 위치를 의미한다. 달리 표현하면, 스플릿 가이드(160)는 서로 다른 지점에 배치될 수 있다. 이는 스플릿 가이드(160)에 의해 상하 방향으로 배치된 롤러와 롤러 사이에 갭(gap)이 생기기 때문에, 스플릿 가이드(160)가 모두 같은 위치에 위치하면, 상기 갭으로 인해 하우징(10)의 내벽에 일정한 줄(line)이 생기기 때문이다. 상기한 줄은 유체의 두께가 달라 생기는 것으로서, 이러한 줄(line)이 생기는 것을 방지하기 위해, 스플릿 가이드(160)의 상하 방향으로의 위치는 서로 다르게 마련될 수 있다. 한편, 스플릿 가이드(160)의 위치는 모두 다르게 배치되지 않을 수 있다. 예를 들면, 제1롤러 샤프트에 배치되는 스플릿 가이드와 제3롤러 샤프트에 배치되는 스플릿 가이드의 위치는 동일하게 마련되고, 제2롤러 샤프트에 배치되는 스플릿 가이드와 제4롤러 샤프트에 배치되는 스플릿 가이드의 위치는 동일하게 마련될 수 있다.

서포트 홈(132)은 롤러 샤프트(140) 및 롤러(150)가 배치되도록 상기 롤러(150)의 외경보다 크게 형성될 수 있다.

도 4를 참고하면, 롤러 어셈블리(100)는, 롤러 샤프트(140)의 길이와 대응되는 길이를 갖고, 서포트 홈(132)에 끼워지도록 서포트 홈(132)과 대응되는 단면 형상을 갖는 롤러 가이드(170)를 포함할 수 있다.

롤러 가이드(170)는 롤러(150)의 이동 범위를 제한함으로써, 롤러(150)가 콘덴서(40)를 향해 이동하여 콘덴서(40)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 롤러 가이드(170)는, 롤러 샤프트(140)가 휘거나, 롤러 샤프트(140)가 유격으로 인해 진동하는 등의 예상치 못한 이유로 롤러(150)가 의도한 이동 범위를 넘어 콘덴서(40)를 향해 이동하는 것을 방지할 수 있다. 롤러 가이드(170)는 롤러(150)의 이동 범위를 제한함으로써 롤러(150)가 이동 범위를 벗어남으로써 발생할 수 있는 사고를 미연에 방지할 수 있다.

이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

1 : 박막 증류장치
10 : 하우징
20 : 가열부
30 : 구동장치
31 : 구동 샤프트
40 : 콘덴서
50 : 분리 벽
61 : 제1가이드 플레이트
62 : 제2가이드 플레이트
100 : 롤러 어셈블리
110 : 롤러 플랜지
120 : 롤러 베이스
130 : 롤러 서포트
140 : 롤러 샤프트
150 : 롤러
160 : 스플릿 가이드
170 : 롤러 가이드

Claims (11)

1. 원료 투입구를 포함하는 하우징;
   상기 하우징의 내부 온도를 상승시키도록 상기 하우징의 외부에서 상기 하우징을 가열하는 가열부;
   상기 하우징의 내부에서 회전하도록 마련되고, 회전함으로써 상기 원료 투입구를 통해 유입되는 유체를 원심력에 의해 상기 하우징의 내벽으로 이동시키는 롤러 플랜지;
   상기 롤러 플랜지의 하부에서 상기 롤러 플랜지와 마주보도록 배치되는 롤러 베이스;
   상기 롤러 플랜지의 중심과 상기 롤러 베이스의 중심을 각각 관통하는 구동 샤프트를 포함하고, 상기 구동 샤프트를 회전시키도록 마련되는 구동장치;
   상기 하우징의 내부로서 상기 구동 샤프트의 외측에 배치되고, 증발된 상기 유체를 응축시키도록 마련되는 콘덴서;
   상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스와 함께 회전하도록 상기 롤러 플랜지 및 상기 롤러 베이스에 각각 결합되고, 상기 롤러 플랜지로부터 상기 롤러 베이스까지 연장되는 롤러 샤프트;
   상기 롤러 샤프트에 결합되는 롤러로서, 상기 롤러 샤프트의 외경보다 큰 내경을 갖고, 상기 롤러 샤프트가 회전함에 따라 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전하도록 마련되며, 상기 하우징의 내벽과 접하면서 회전함으로써 상기 하우징의 내벽에 상기 유체의 박막을 형성하는 롤러;
   상기 롤러 플랜지와 상기 롤러 베이스 사이에 배치되는 롤러 서포트; 및
   상기 롤러 샤프트의 길이와 대응되는 길이를 갖고, 상기 롤러와 측방으로 이격되어 상기 롤러의 측방으로의 이동 범위를 제한하는 롤러 가이드; 를 포함하고,
   상기 롤러 서포트는,
   상기 콘덴서가 관통하도록 상기 롤러 서포트의 중심에 형성되는 서포트 홀과,
   상기 롤러 샤프트가 배치되도록 상기 롤러 서포트의 측면이 함몰되어 형성되는 서포트 홈(groove)을 포함하고,
   상기 롤러 가이드는 상기 서포트 홈에 끼워지도록 상기 서포트 홈과 대응되는 단면 형상을 갖는 박막 증류장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 롤러 베이스의 아래에 배치되고, 상기 콘덴서의 측면과 소정 거리 이격되어 상기 콘덴서를 감싸도록 원기둥 형상으로 마련되는 분리 벽; 을 더 포함하고,
   상기 분리 벽은, 상기 콘덴서에서 응축된 상기 유체와 상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체를 분리하도록 마련되는 박막 증류장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 분리 벽의 아래에 배치되고, 응축된 상기 유체를 배출하는 제1배출구를 포함하는 제1가이드 플레이트; 를 더 포함하고,
   상기 제1가이드 플레이트는 응축된 상기 유체를 상기 제1배출구로 가이드하도록 상기 제1배출구를 향해 하향 경사지게 마련되는 박막 증류장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 롤러 베이스와 상기 제1가이드 플레이트 사이에 배치되고, 상기 분리 벽이 삽입되는 중공을 포함하는 제2가이드 플레이트; 를 더 포함하고,
   상기 제2가이드 플레이트는 상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체가 배출되는 제2배출구를 향해 하향 경사지게 마련되는 박막 증류장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 하우징의 내벽으로부터 증발되지 않은 상기 유체는, 상기 제2가이드 플레이트와 상기 분리 벽에 의해 상기 제1가이드 플레이트의 상측으로 유출되는 것이 차단되는 박막 증류장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 롤러는 상기 롤러 샤프트의 길이 방향을 따라 연속하여 결합되는 복수의 롤러를 포함하고,
   상기 복수의 롤러 각각은, 상기 롤러 샤프트가 연장되는 방향으로 서로 다른 길이를 가짐으로써, 상기 하우징의 내벽에 형성되는 상기 박막에 두께 차이가 생기는 것을 방지하는 박막 증류장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 롤러 샤프트는 상기 롤러 플랜지 또는 상기 롤러 베이스의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 롤러 샤프트를 포함하는 박막 증류장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 롤러 사이에 배치되어 상기 복수의 롤러 중 일부를 지지하도록 마련되는 스플릿 가이드; 를 더 포함하고,
   상기 스플릿 가이드는, 상기 복수의 롤러 중 일부의 하중을 지지함으로써 상기 복수의 롤러의 하중을 분산시키는 박막 증류장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 롤러는 상기 롤러 샤프트의 길이 방향을 따라 연속하여 결합되는 복수의 롤러를 포함하고,
   상기 롤러 샤프트는 상기 롤러 플랜지 또는 상기 롤러 베이스의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되는 복수의 롤러 샤프트를 포함하고,
   상기 복수의 롤러 사이에 배치되어 상기 복수의 롤러 중 일부를 지지하도록 마련되는 스플릿 가이드를 더 포함하고,
   상기 스플릿 가이드는 상기 복수의 롤러 샤프트 중 적어도 두 개 이상의 롤러 샤프트에서 서로 다른 위치에 배치되는 박막 증류장치.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 롤러 가이드는, 상기 유체가 상기 콘덴서를 향해 이동하여 상기 콘덴서와 접촉하는 것을 방지하는 박막 증류장치.

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