KR200313017Y1 - 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고점성 유체용 스태틱 믹서의 엘리먼트에 관한 것으로, 좀더 자세하게는 고점성 유체용 스태틱 믹서 시스템에서 유체가 균일하게 혼합되도록 하고, 믹서의 입구와 출구 사이의 압력 손실을 감소시키는 소정의 직경을 갖는 홀(43)이 일정한 간격으로 형성되어 소정의 각도로 상호 교차하는 장방형 바(41, 42)로 이루어지며, 각 믹서 엘리먼트는 소정의 각도로 연결되는 구조로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트는 상호 교차하는 장방형 바에 가공한 홀로 인해 홀의 투영 단면적에 상응하는 유로확장에 의한 유동저항과 마찰손실이 작아지기 때문에 스태틱 믹서 입구와 출구 사이의 압력 손실을 줄일 수 있으며, 제 1 믹서 엘리먼트와 제 2 믹서 엘리먼트를 소정의 각도로 회전하여 연결한 구조로서 유체의 혼합을 3차원적으로 하여 혼합과정을 복합적으로 수행하므로 혼합율을 증가시켜 전체적으로 에너지의 이용 효율을 높이는 효과가 있다.

Description

고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트 {Static mixer element for fluids of high viscosity}

본 고안은 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트에 관한 것으로, 보다 자세하게는 고점성 유체용 스태틱 믹서의 믹싱 튜브 내에 창착하여 고점성 유체가 믹싱 튜브 내에서 균일하게 혼합되도록 하고, 믹서의 입구와 출구 사이의 압력 손실을 감소시킬 수 있는 스태틱 믹서의 엘리먼트에 관한 것이다.

일반적으로, 스태틱 믹서는 기계적 교반기에 비해 구동부가 없어 파이프라인에 설치가 가능하며, 샤프트와 베어링과 같은 회전요소나 밀봉장치가 필요없다. 또한 광범위한 온도 분포와 높은 압력에서도 사용 가능하며, 혼합 공정의 단축, 단순화, 연속화 등이 가능하고, 공정관리의 용이, 생산원가의 절감, 에너지 절약 등의 특징을 갖고 있다.

도 1은 종래의 대한민국 등록특허 제10-0350355호에 기재된 기술로써 고점성 유체의 균질화 장치의 구조부재를 나타낸 것으로, 구조부재(10)는 복수의 종방향으로 배열된 웨브(14)로 이루어진 혼합부재(13)가 슬리브축(12)과 45°의 각을 이루며 서로 교차하며 링형의 플랜지(11)로 체결된 구조로 구성되어 고점성 유체를 혼합하는 것이다.

도 2는 종래의 대한민국 공개특허 특2000-0064804호에 기재된 기술로써 스태틱 믹서의 일부를 형성하는 중앙모듈(20)의 구조를 나타낸 것으로, 중앙모듈(20)의 구조는 암(21a, 21b, 22a, 22b)이 서로 교차하는 두 개의 타원(23, 24) 상에 위치하고, 교차선(26)은 길이방향과 수직을 이루며, 외주의 높이(h)는 슬리브 내경(D)의 약 절반 이하로 구성되어 고점성 유체를 혼합하는 것이다.

도 3은 종래의 믹서 엘리먼트를 나타낸 것으로, 엘리먼트의 구성요소인 장방형의 바(31, 32)가 유동 방향에 경사지게 놓여 있기 때문에 바(31, 32) 후면에는 압력 구배가 발생되므로 바의 측면으로 분할되는 유체는 이 압력 구배의 영향을 받고, 바(31, 32) 후면에서 재결합되는 과정이 반복되며 혼합이 이루어지게 된다. 그러나 폴리머 생산라인에서와 같이 고점성 유체가 스태틱 믹서를 통하여 혼합되는 경우에는 엘리먼트의 형상이 복잡하면 바(31, 32) 전면에서의 마찰손실과 엘리먼트의 형상에 기인한 부차적 손실이 커져서 믹서의 입구에서 혼합될 유체에 공급하는 에너지가 증대되어 에너지의 이용효율이 낮아지게 되는 문제점이 발생된다.

상기 도1, 도2, 도3의 종래 기술은 스태틱 믹서 내에서의 혼합은 믹싱 튜브 내에 고정된 엘리먼트의 설계조건에 따라 혼합될 유체가 분할 및 재결합, 방향전환, 난류혼합 등의 과정을 통해 이루어지기 때문에 엘리먼트의 형상이 복잡하고 분할면이 많을수록 혼합율이 높아지지만, 형상이 복잡하면 믹서 내의 유로가좁아지고 마찰저항과 같은 부차적 손실이 커지기 때문에 믹서의 입구와 출구 사이의 압력손실이 커지게 되는 단점이 있다.

특히 고점성 유체의 경우에는 스태틱 믹서내의 유동 특성이 층류에 국한되기 때문에 대류 효과에 기인한 난류 혼합특성을 기대할 수 없어서 혼합율을 높이기 위한 방법으로 복잡한 형상의 엘리먼트를 이용하여 유동의 분할면을 많게 해야한다. 그러나 분할면이 많은 복잡한 형상의 엘리먼트는 스태틱 믹서 내의 유로를 좁게 하여 믹서의 입구와 출구 사이의 압력손실을 증가시켜 에너지의 이용효율을 떨어뜨리는 단점이 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 직경을 갖는 홀(43)이 형성된 상호 교차하는 장방형의 바(42, 43)로 이루어진 믹서 엘리먼트(40)를 스태틱 믹서 시스템에 장착함으로써 유체가 균일하게 혼합되도록 하고, 스태틱 믹서 입구와 출구 사이의 압력 손실을 감소시켜 높은 혼합율과 낮은 압력 손실을 동시에 만족시킬 수 있는 고점성 유체용 스태틱 엘리먼트를 제공함에 본 고안의 목적이 있다.

도 1은 종래의 고점성 유체의 균질화 장치의 구조부재를 나타낸 사시도이다.

도 2는 종래의 스태틱 믹서 장치의 일부를 형성하는 중앙모듈의 구조를 나타낸 사시도이다.

도 3은 종래의 스태틱 믹서 엘리먼트를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트에 의한 하나의 믹서 엘리먼트를 나타낸 사시도이다.

도 5는 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트에 의한 두 개의 엘리먼트의 연결 구조를 나타낸 사시도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10 : 구조부재 11 : 링

12 : 스리브 축 13 : 혼합부재

14 : 웨브 20 : 중앙모듈

21a, 21b, 22a, 22b : 암 23, 24 : 서로 교차하는 타원

25 : 베이스 26 : 교차선

30 : 종래의 믹서 엘리먼트

31, 32 : 종래의 믹서 엘리먼트의 구성요소인 장방형 바

40 : 본 고안의 믹서 엘리먼트 41, 42 : 본 고안의 장방형 바

43 : 홀 50 : 제 1 믹서 엘리먼트

51 : 제 2 믹서 엘리먼트

본 고안의 상기 목적은 스태틱 믹서 시스템에 장착되어, 고점성 유체에 대해 높은 혼합율과 낮은 압력손실을 동시에 만족시킬 수 있도록 소정의 직경을 갖는홀(43)이 일정한 간격으로 형성된 소정의 각도로 교차하는 장방형 바(41, 42)로 구성된 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트(40)에 의해 달성된다.

본 고안의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 명세서에 첨부된 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 4는 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트를 나타낸 것으로, 일정한 간격으로 소정의 직경을 갖는 홀(43)이 형성된 소정의 각도로 상호 교차하는 장방형 바(41, 42)로 구성되어 있다.

본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트의 혼합과정은 종래의 믹서 엘리먼트(30)의 장방형 바(31, 32)에 의한 혼합과정과 본 고안의 믹서 엘리먼트(40)의 장방형 바(41, 42)에 형성된 홀(43)을 통해서 유동하는 유체에 의한 혼합과정이 복합적으로 작용하게 된다.

또한, 종래의 믹서 엘리먼트(30)의 장방형 바(31, 32)에 의한 혼합과정에서 스태틱 믹서의 입구와 출구 사이의 압력손실이 크게 발생하였으나, 본 고안의 믹서 엘리먼트(40)의 장방형 바(41, 42)에 있는 홀(43)때문에 홀(43)의 투영 단면적에 상당하는 유로의 확장효과로 마찰손실이 감소하게 되어 압력손실을 줄일 수 있다.

도 5는 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트를 두 개 연결한 구조를 나타낸 것으로, 제 1 믹서 엘리먼트(50)와 제 2 믹서 엘리먼트(60)는 소정의 각도로 회전한 상태로 연결되어 있으므로 유체의 유동을 더욱 효율적으로 하는 것이다.

상기 제 1 믹서 엘리먼트(40)와 제 2 믹서 엘리먼트의 연결각도에 있어서, 유로의 통과 면적에 따라 유동매체의 혼합율과 스태틱 믹서의 압력손실을 고려하여 조절이 가능하고, 바람직한 실시예로써 연결각도를 90°로 설정할 수 있다.

도 4에 나타낸 하나의 믹서 엘리먼트(40)에 의한 혼합과정은 거의 2차원적인 것이지만, 도 5와 같이 제 1 믹서 엘리먼트(50)와 소정의 각도로 회전된 상태로 연결된 제 2 믹서 엘리먼트(60)에 의해 3차원적인 혼합이 이루어지게 된다. 상기 혼합과정은 연결된 믹서 엘리먼트 수가 증가함에 따라 반복되어 혼합율을 높일 수 있다.

따라서 본 고안의 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트는 상호 교차하는 장방형 바에 가공한 홀로 인해 홀의 투영 단면적에 상응하는 유로확장에 의한 유동저항과 마찰손실이 작아지기 때문에 스태틱 믹서 입구와 출구 사이의 압력 손실을 줄일 수 있으며, 제 1 믹서 엘리먼트와 제 2 믹서 엘리먼트를 소정의 각도로 회전하여 연결한 구조로서 유체의 혼합을 3차원적으로 하여 혼합과정을 복합적으로 하여 혼합율을 증가시켜 전체적으로 에너지의 이용 효율을 높이는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 고점성 유체용 스태틱 믹서 시스템에서 유체가 균일하게 혼합되도록 하고, 믹서의 입구와 출구 사이의 압력 손실을 감소시키는 소정의 직경을 갖는 홀(43)이 일정한 간격으로 형성된 소정의 각도로 상호 교차하는 장방형 바(41, 42)로 이루어지며, 장방형 바(41, 42)로 구성된 각 믹서 엘리먼트는 소정의 각도로 연결되는 구조를 특징으로 하는 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트.
2. 제 1항에 있어서, 상기 믹서 엘리먼트(50, 60)의 연결각도는 90°로 하는 것을 특징으로 하는 고점성 유체용 스태틱 믹서 엘리먼트.