KR102356090B1 - 스테틱 믹서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유체가 이동하는 유로가 형성된 하우징 및 상기 유로 내에 배치된 복수의 각판을 포함하고, 상기 복수의 각판 중 서로 인접한 제1, 2 각판은, 서로 다른 기울기로 경사지게 배치된 스테틱 믹서를 제공한다.

Description

스테틱 믹서{Static mixer}
본 발명은 스테틱 믹서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 이동 시 유속 및 압력을 증가시킬 수 있는 스테틱 믹서에 관한 것이다.
유체의 혼합은 자연계 및 산업 현장에서 다양하게 발생하는 현상 중의 하나이다.
특히 화학공업 분야에서는 단순한 혼합으로부터 반응의 결과가 혼합 성능에 크게 의존하는 복잡한 화학 반응에 이르기까지 다양하게 발생된다.
혼합율의 저하는 요구치 이하로 반응속도를 떨어뜨려 반응이 완결되기 전에 반응을 종료시킬 수 있으며, 불필요한 반응을 야기할 수도 있다. 혼합을 위한 장치는 기계적 교반기(agitator)로부터 운동부 없이 파이프나 덕트 내에 장착되는 스태틱 믹서에 이르기까지 다양하다.
스태틱 믹서(static mixer)는 식품공장, 의약품공장, 화학공장 등의 원료 이송라인에 설치되어 각종 원료를 통과시키면서 혼합하는 역할의 용도로 사용되거나, 열교환기에 설치되어 유체가 연속적으로 튜브의 내벽에 접하도록 함으로써 열교환효율을 증대시키는 역할을 하는 용도로 사용된다.
현재 가장 널리 이용되고 있는 스태틱 믹서는 Kenics형과 Sulzer형이다. 인-라인(in-line) 구조인 스태틱 믹서는 시스템 구성요소 자체에 운동부가 없이 믹싱관 내에 고정된 일련의 혼합부재(mixing element)로 구성되며, 혼합될 유체가 관로를 통과할 때 연속적으로 유동분할, 방향전환, 재결합 등의 과정이 반복되며 혼합되는 장치로 유체의 연속 혼합 조작에 사용된다.
스태틱 믹서는 기계적 교반기와 비교하여 운동부가 없기 때문에 샤프트나 베어링과 같은 회전요소나 밀봉장치 없이 파이프라인에 설치가 가능하다. 또한 단위 용적당 전열면적이 크며, 연속 프로세스 및 고 점도액의 혼합에 적합하고, 혼합될 유체의 믹서 내 체류시간 분포를 균일화할 수 있으며, 공정관리의 용이, 생산원가의 절감, 에너지 절약 등의 장점을 갖는다. 따라서 스태틱 믹서는 산업현장에서 매우 다양하게 응용되고 있다.
버블을 발생시키는 스테틱 믹서는 단순히 통로를 통과함으로써 난류를 발생시켜 기체를 전단하는 방식을 취함으로써 버블을 형성시키는데 있었다.
하지만, 이러한 방식은 일정량의 수압이 있어야 효과가 있음과 동시에 난류로 인한 전단효과가 어느정도 이상으로 나타내기가 어려운 점이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 높은 압력과 유량이 필요로 하기에 시설에 대한 투자가 크게 작용된다.
최근들어, 수압이 일정하지 않아도 유체의 유속 및 압력을 제공하여 버블을 생성할 수 있는 스테틱 믹서를 연구하고 있다.
본 발명의 목적은, 유체의 이동 시 유속 및 압력을 증가시킬 수 있는 스테틱 믹서를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 복수의 각판 사이의 간격을 조절하여 버블의 크기를 줄일 수 있는 스테틱 믹서를 제공함에 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 스테틱 믹서는, 유체가 이동하는 유로가 형성된 하우징 및 상기 유로 내에 배치된 복수의 각판을 포함하고, 상기 복수의 각판 중 서로 인접한 제1, 2 각판은, 서로 다른 기울기로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 제1 각판은, 상기 유체가 이동하는 제1 홀이 형성되고, 상기 제2 각판은, 상기 제1 홀과 대각선 방향에 제2 홀이 형성될 수 있다.
상기 제1, 2 홀 각각은, 입구측의 직경이 출구측의 직경보다 좁을 수 있다.
상기 제1, 2 홀의 단면 형상은, 다각형 형상일 수 있다.
상기 제1, 2 각판은, 서로 다른 두께로 형성될 수 있다.
상기 제1, 2 홀은, 서로 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
상기 제1, 2 각판 사이의 간격은, 상기 복수의 각판 중 상기 제2 각판보다 뒤에 배치된 제3, 4 각판 사이의 간격보다 넓을 수 있다.
상기 복수의 각판 각각은, 상기 유체가 이동하는 홀이 형성되며, 상기 복수의 홀은, 서로 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 스테틱 믹서는, 하우징 내에 홀이 형성된 복수의 각판을 경사지게 배치함으로써, 일정량의 수압이 발생하지 않아도 유체의 유속 및 압력을 변화시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 스테틱 믹서는, 유체의 유속 및 압력을 변화시킴으로써, 기체의 전달과 확산을 높여 작은 크기의 버블을 형성할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 스테틱 믹서는, 복수의 각판 사이의 간격을 유체의 이동 방향에 따라 조절함으로써, 버블 형성이 용이한 이점이 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스테틱 믹서의 단면 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 각판의 제1, 2 면을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 홀의 단면 형상을 다양하게 나타낸 도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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. 및/또는 이라는 용어는 복수개의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수개의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스테틱 믹서의 단면 구조를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 스테틱 믹서(100)는 하우징(110) 및 복수의 각판(121 내지 130)을 포함할 수 있다.
여기서, 하우징(110)은 내부에 원형의 유로가 형성된 파이프 구조를 갖는다. 하우징(110)의 내부에 형성된 유로에는 유체가 이동할 수 있다.
하우징(110)은 금속이나 합성수지, 유리 등의 재질로 형성될 수 있으며, 하우징(110)의 재질에 대하여 한정을 두지 않는다.
하우징(110)의 일측에는 유체가 유입되는 입구가 마련되고, 하우징(110)의 타측에는 유체가 배출되는 출구가 마련될 수 있다.
복수의 각판(121 내지 130)은 유로 내에 경사지게 배치될 수 있다.
여기서, 복수의 각판(121 내지 130) 중 적어도 하나의 각판은 서로 다른 기울기로 경사지게 배치될 수 있다.
복수의 각판(121 내지 130) 각각에는 홀이 형성되며, 복수의 홀은 서로 지그재그 형태로 이루도록 복수의 각판(121 내지 130)을 배치할 수 있다.
즉, 복수의 각판(121 내지 130)은 기울기로 인해 넓혀진 공간으로 유체가 유입되는 압력 저하를 복수의 각판(121 내지 130) 각각에 형성된 홀을 이용하여 기체의 전단 및 확산을 유도할 수 있다.
이하, 설명에서는 복수의 각판(121 내지 130) 중 제1 내지 제4 각판(121 내지 124)으로 설명한다.
제1 내지 제4 각판(121 내지 124)은 유체가 유입되는 하우징(110)의 입구을 기준으로 순차적으로 배치될 수 있다.
이때, 제1, 3 각판(121, 123)은 제1 대각선 방향으로 경사지게 배치될 수 있으며, 제2, 4 각판(122, 124)은 제1 대각선 방향과 교차하는 제2 대각선 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
제1, 2 각판(121, 122)은 제1 간격(d1)을 두고 이격될 수 있으며, 제3, 4 각판(123, 124)는 제1 간격(d1)보다 짧은 제2 간격(d2)을 두고 이격될 수 있다.
제1 내지 제4 각판(121 내지 124) 각각은 유체가 이동하는 제1 내지 제4 홀(h1 내지 h4)가 형성될 수 있다.
여기서, 제1 내지 제4 각판(121 내지 124)은 제1 내지 제4 홀(h1 내지 h4)가 지그재그 형태로 위치되게 배치될 수 있다.
제1 내지 제4 각판(121 내지 124)은 하우징(110)의 입구를 기준으로 간격을 감소시켜 유체의 유속을 증가시킴으로써 압력의 변화를 가질 수 있다.
따라서, 복수의 각판(121 내지 130) 중 하우징(110)의 출구에 인접한 각판(130)은 홀을 통해 균등한 버블을 형성할 있다.
실시 예에서, 복수의 각판(121 내지 130)은 서로 동일한 기울기로 경사지게 배치된 것으로 설명하였으나, 복수의 각판(121 내지 130) 중 적어도 하나는 기울기가 서로 상이할 수 있으며, 복수의 각판(121 내지 130) 중 적어도 하나는 각판 두께가 서로 상이할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 2는 도 1에 나타낸 각판의 제1, 2 면을 나타낸 평면도 및 도 3은 도 2에 나타낸 홀의 단면 형상을 다양하게 나타낸 도이다.
도 2 및 도 3은 제1 각판(121)으로 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1 각판(121)은 하우징(110)의 입구에 인접한 제1 면 및 상기 제1 면과 반대되는 제2 면을 가질 수 있다.
여기서, 제1 각판(121)은 상기 제1, 2 면을 관통하는 제1 홀(h1)이 형성될 있다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 제1 홀(h1)은 상기 제1 면에서 유체가 유입되는 입구측 및 상기 제2 면에서 유체가 토출되는 출구측이 형성될 수 있다.
상기 입구측의 직경은 상기 출구측의 직경보다 좁게 형성될 수 있으며, 상기 유체의 유속을 증가시킬 수 있다.
도 3(a) 내지 도 3(d)에 나타낸 제1 홀(h1)은 다양한 다각형 형상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서 제1 홀(h1)은 상기 입구측을 45˚및 상기 출구측을 25˚로 기준으로 제1 각판(121)의 두께에 따라 상기 입구측 및 상기 출구측의 각도를 가변시킬 수 있다.
예를 들어, 유체의 압력과 유속의 크기에 비례한 두꺼운 각판에는 입구측 및 출구측의 유도 각도가 더 큰 것이 효과적일 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유체가 이동하는 유로가 형성된 하우징; 및
    상기 유로 내에 배치된 복수의 각판을 포함하고,
    상기 복수의 각판 중 서로 인접한 제1, 2 각판은,
    서로 다른 기울기로 경사지게 배치된,
    상기 제1, 2 각판 사이의 간격은,
    상기 복수의 각판 중 상기 제2 각판보다 뒤에 배치된 제3, 4 각판 사이의 간격보다 넓으며,
    상기 복수의 각판 중 서로 인접한 2개의 각판 사이의 간격은,
    상기 하우징의 입구에서 출구로 갈수록 감소되는,
    스테틱 믹서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 각판은,
    상기 유체가 이동하는 제1 홀이 형성되고,
    상기 제2 각판은,
    상기 제1 홀과 대각선 방향에 제2 홀이 형성된,
    스테틱 믹서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2 홀 각각은,
    입구측의 직경이 출구측의 직경보다 좁은,
    스테틱 믹서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2 홀의 단면 형상은,
    다각형 형상인,
    스테틱 믹서.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1, 2 각판은,
    서로 다른 두께로 형성된,
    스테틱 믹서.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1, 2 홀은,
    서로 다른 단면 형상을 가지는,
    스테틱 믹서.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 각판 각각은,
    상기 유체가 이동하는 홀이 형성되며,
    상기 복수의 홀은,
    서로 지그재그 형태로 배치된,
    스테틱 믹서.
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