KR20070103137A - 고점도의 점도 표준액 제조 장치 - Google Patents

Abstract

고점도의 점도 표준액 제조 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치는 외부에는 전기 공급에 의하여 발열하는 제1 히트 밴드(102)가 권취되고 각기 다른 점도의 점도 표준액 제조용 폴리부렌 원료가 투입되는 교반 탱크(10); 교반 탱크(10) 상부에 고정된 교반 모터(12)의 회전축(122)과 결합되는 교반축(142)과, 상기 교반축(142)에 수직으로 연장된 막대형의 고정핀(144)과, 상기 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146), 및 상기 막대형 고정핀(142)의 단부에 부착되고 교반축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 이루어지며 상기 교반 탱크(10)내에 인입되는 교반 로터(14); 인입구는 상기 교반 탱크(10) 하부의 배출구(104)와 연결되고 내부에 상기 교반 탱크(10)의 하부에서 배출되는 액을 배출하기 용이하도록 배출 모터(160)의 회전축(162)에 고정되어 회전하는 배출 스크류(164)가 설치된 T자형 배출관(16); 및 상기 T자형 배출관(16)의 배출구로부터 가지 모양으로 연장되는 복수 개의 배출 파이프들(182)을 구비하는 잠금 밸브(182)를 구비하는 액 토출부(18);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 폴리부렌과 같은 상대적으로 고점도인 점도 표준액을 제조할 때 문제가 되는 기포 발생 문제를 줄이고 배출 속도를 증가시켜 생산성을 높인 고점도의 점도 표준액 제조 장치가 제공된다.

고점도, 점도 표준액, 기포, 생산성

Description

고점도의 점도 표준액 제조 장치{Viscosity standard solution manufacturing device for high viscosity}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치의 구조를 나타낸 사시도, 및

도 2는 도 1의 장치 중에서 교반 로터의 부분 확대 사시도.

본 발명은 점도 표준액 제조를 위한 분산기의 구조에 관한 것으로, 특히 고점도의 점도 표준액을 제조하기 위한 제조 장치에 관한 것이다.

점도는 유체의 운동성을 표현하는 물리적 성질(physical property)로서 많은 유체 산업적인 응용과 공정에 중요한 성질이다. 유체량의 정밀한 측정, 제어는 물론 마찰력의 계산, 윤활성능, 인쇄와 성형 등의 공정관리, 정유, 정밀화학 및 고분자 공정에서의 품질관리에 매우 중요하다.

유체의 내부에서 각 지점별로 유속이 서로 다를 경우 유체는 이를 소멸하려는 성질을 가지는데 이를 나타내는 변수가 점도(viscosity)이다. 즉, 다른 말로 유체에 힘을 가해 줄 때 이에 반하여 작용되는 상대적 힘을 나타내며 점도가 클수록 외부 에너지에 반하는 반작용이 크게 된다. 따라서 점도가 큰 유체일수록 일정한 유동상태를 유지하기 위해서는 보다 큰 외부 에너지를 요구하게 되며, 이러한 외부 에너지는 유체 내부에서 열 에너지로 변환된다.

일반적으로 유체는 액체와 기체로 대별할 수 있는데, 액체의 경우는 분자간의 인력이 점도에 직접 관여 하므로 온도의 증가에 따라 분자간 인력이 약해지고 이 결과 점도의 저하가 나타난다. 그 반면 기체의 경우는 분자운동이 온도 상승에 따라 활발해 지므로 점도의 크기가 증가하게 된다.

회전형 점도계(이하 점도계라 한다)는 그림 1 과 같이 2 중 셀형 실린더 형태의 구조로 되어 있고, 외부 또는 내부의 실린더가 일정한 속도로 회전하면서 발생되는 반대되는 힘을 토오크의 형태로 측정하는 원리를 이용한다. 대부분의 상업적 회전형 점도계는 내부 실린더가 회전하는 형태로 되어 있는데 이러한 설계 구조가 실 측정시에 편리하기 때문이다. 회전 실린더의 회전속도가 커짐에 따라 회전 실린더 전체 표면에 작용하는 전단응력은 비례하여 커지게 된다. 이러한 관계가 직선적인 비례, 즉 선형(linear)한 관계를 가질 경우 뉴튼성 유체라고 하며, 그 관계가 직선형이 아니고 회전속도의 증가에 따라 비선형(non-linear)적인 경향을 보이는 경우가 있는데 이 경우는 비 뉴튼성 유체(non-Newtonian fluids)라 부른다. 회전형 점도계는 뉴튼성 유체의 점도를 측정하는 세관형 점도계와는 달리 두 종류의 유체 모두 측정이 가능한 점도계이다.

점도계의 교정에는 정해진 온도에서 일정한 점도와 동점도 값을 나타내는 점도계 교정용 표준액이 필요하다(이하 점도표준액이라 함). 점도 표준액은 전단율에 따라 전단응력이 선형적 관계를 나타내는 뉴튼성 유체이어야 하며, 부유물과 첨가제가 함유되지 않은 순수한 물질로서 시간경과에 따라 물성의 안정성이 보장되어야 한다. 이러한 물질로는 순수한 물(증류수), 탄화수소유 및 일부 고분자 물질등이 있다.

가장 기본적 점도 표준액은 순수한 물로서 실험실에서 제조하는 증류수를 들 수 있다. 순수(純水, pure water)의 점도와 동점도는 절대적인 방법으로 측정된 값이 발표되어 있으며 이를 활용하면 +/-0.25% 이내의 정확도를 가지는 점도 표준액으로 사용할 수 있다. 실험실에서는 깨끗한 물을 최소한 2차 증류한 뒤 충분히 탈기(degassing)하여 제조한다.

물 이외의 표준 점도액은 주로 탄화수소계의 오일 또는 일부 고분자 물질 등이 있다. 이러한 뉴튼성 유체들은 공히 검정되어 사용되어야 한다. 탄화수소유 계열의 점도 표준액은 그 투명도로 인해 2,000 mm²/s (cSt) 까지 보급되는 것이 보통이며, 그 이상의 점도범위는 실리콘 오일이나 폴리부텐 등의 고분자 액이 사용된다.

예를들어, 폴리부텐과 같은 고점도의 점도 표준액은 점도 범위를 서로 다른 점도를 가지는 같은 종류이나 점도가 다른 폴리부텐을 서로 섞어서 원하는 점도를 맞추고 있다. 하지만, 고점도의 표준액을 분산시키는 과정에서 고루 섞이지 않고 거품이 발생하며 발생된 거품의 제거도 매우 어려워 생산성이 매우 낮다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고점도의 점도표준액을 제조할 때 고루 섞이고 거품 발생이 적으며 생산성이 좋은 고점도의 점도 표준액 제조 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치는,

외부에는 전기 공급에 의하여 발열하는 제1 히트 밴드(102)가 권취되고 각기 다른 점도의 점도 표준액 제조용 폴리부렌 원료가 투입되는 교반 탱크(10);

교반 탱크(10) 상부에 고정된 교반 모터(12)의 회전축(122)과 결합되는 교반축(142)과, 상기 교반축(142)에 수직으로 연장된 막대형의 고정핀(144)과, 상기 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146), 및 상기 막대형 고정핀(142)의 단부에 부착되고 교반축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 이루어지며 상기 교반 탱크(10)내에 인입되는 교반 로터(14);

인입구는 상기 교반 탱크(10) 하부의 배출구(104)와 연결되고 내부에 상기 교반 탱크(10)의 하부에서 배출되는 액을 배출하기 용이하도록 배출 모터(160)의 회전축(162)에 고정되어 회전하는 배출 스크류(164)가 설치된 T자형 배출관(16); 및

상기 T자형 배출관(16)의 배출구로부터 가지 모양으로 연장되는 복수 개의 배출 파이프들(182)을 구비하는 잠금 밸브(182)를 구비하는 액 토출부(18);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 액 토출부(18)는 상기 각각의 배출 파이프들에 액의 토출이 용이하도록 가열하는 제2 히트밴드들(180)이 권취된 것이 보다 바람직하다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1에 본 발명의 실시예에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치의 구조를 나타낸 사시도로 나타내었다. 또한, 도 2에는 도 1의 장치 중에서 교반 로터의 부분 확대 사시도를 나타내었다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치는,

외부에는 전기 공급에 의하여 발열하는 제1 히트 밴드(102)가 권취되고 각기 다른 점도의 점도 표준액 제조용 폴리부렌 원료가 투입되는 교반 탱크(10);

교반 탱크(10) 상부에 고정된 교반 모터(12)의 회전축(122)과 결합되는 교반축(142)과, 상기 교반축(142)에 수직으로 연장된 막대형의 고정핀(144)과, 상기 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146), 및 상기 막대형 고정핀(142)의 단부에 부착되고 교반축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 이루어지며 상기 교반 탱크(10)내에 인입되는 교반 로터(14);

인입구는 상기 교반 탱크(10) 하부의 배출구(104)와 연결되고 내부에 상기 교반 탱크(10)의 하부에서 배출되는 액을 배출하기 용이하도록 배출 모터(160)의 회전축(162)에 고정되어 회전하는 배출 스크류(164)가 설치된 T자형 배출관(16); 및

상기 T자형 배출관(16)의 배출구로부터 가지 모양으로 연장되는 복수 개의 배출 파이프들(182)을 구비하고 상기 각각의 배출 파이프들은 액의 토출이 용이하도록 가열하는 제2 히트밴드들(180)이 권취되며 단부에는 잠금 밸브(182)를 구비하는 액 토출부(18);로 이루어진다.

상기와 같은 장치는 고점도의 점도표준액을 제조할 때 교반 탱크(10)의 외부에 전기 공급에 의하여 발열하는 제1 히트 밴드(102)가 권취되어 비교적 고점도인 폴리부렌 원료를 투입하여 혼합할 때 점도를 낮추어줌으로써 교반이 용이하도록 한다. 또한, 교반 로터(14)는 교반 탱크(10) 상부에 고정된 교반 모터(12)의 회전축(122)과 결합되는 교반축(142)과, 상기 교반축(142)에 수직으로 연장된 막대형의 고정핀(144)과, 상기 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146), 및 상기 막대형 고정핀(142)의 단부에 부착되고 교반축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 이루어짐으로써 교반 날개(148)가 회전할 때 액이 닿는 면이 적다.

기포의 발생은 액을 일정한 방향으로 회전시키면 액의 관성으로 탱크의 외주면으로 모이게 되고 회전 중심부로부터 공기가 스며들어 발생하는 경우가 많으며, 액과 날개가 닿는 면이 클수록 증가하는데, 본 발명에 따른 고점도의 표준액 제조 장치가 구비하는 교반 로터(14)의 교반 날개(148)는 액이 모터의 회전에 연동되어 지속적으로 회전함으로써 외주면에 액이 몰리는 현상을 방지하기 위하여 교반 축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 설계하였다.

이러한 교반 날개(148)는 회전에 의하여 액을 탱크의 외주면으로 몰리게 하지 않고 탱크의 외주면에서 하방으로 액을 밀어 내리는 작용이 주로 일어나고 밀어 내린 액은 탱크의 중심부로 솟아 오른다. 따라서, 교반 날개(148)가 회전할 때 액을 반경 외주 방향으로 이동시키지 않고 상하부로 이동하기 함으로써 액이 외주면으로 몰리거나 그로 인하여 중심부를 통해 인입되는 공기가 없을 뿐만 아니라 회전 날개와 액이 닿는 면의 면적이 적어서 기포가 거의 발생하지 않는다.

하지만, 상하 방향만으로의 교반은 액이 고르게 분산되지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 고점도의 표준액 제조 장치가 구비하는 교반 로터(14)의 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146)는 회전 방향의 교반 성분을 보충함으로써 고루 섞이게 한다. 교반 플레이트(146)의 설치 각도는 점도에 따라 적절히 조정할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 고점도의 점도 표준액 제조 장치는 폴리부렌을 주원료로 하는 고점도의 점도계 표준액을 제조함에 있어 거품 발생이 적어 불량이 적고 거품 제거를 위하여 대기하는 시간이 거의 없기 때문에 생산성이 향상된다.

또한, T자형 배출관(16)의 인입구는 상기 교반 탱크(10) 하부의 배출구(104)와 연결되고 내부에 상기 교반 탱크(10)의 하부에서 배출되는 액을 배출하기 용이하도록 배출 모터(160)의 회전축(162)에 고정되어 회전하는 배출 스크류(164)가 설치되어 고점도의 액이 탱크 하부에서 고속으로 외부로 배출될 수 있도록 함으로써 생산성이 향상된다. 이는 통상의 고점도 표준액은 배출에도 상당한 시간이 걸리는 것을 해결한 것이다.

또한, 상기 T자형 배출관(16)의 배출구로부터 가지 모양으로 연장되는 복수 개의 배출 파이프들(182)을 구비하고 상기 각각의 배출 파이프들은 액의 토출이 용이하도록 가열하는 제2 히트밴드들(180)이 권취되며 단부에는 잠금 밸브(182)를 구비하는 액 토출부(18)는 하나의 배출 파이프만을 통하여 배출하는 것에 비하여 복수 개의 배출 파이프들(182)을 통해 배출시키되 각각의 배출파이프들(182)은 가열되어 점도를 낮추어 줌으로써 신속히 배출되도록 도와준다.

따라서, 본 발명에 따르면, 폴리부렌과 같은 상대적으로 고점도인 점도 표준액을 제조할 때 문제가 되는 기포 발생 문제를 줄이고 배출 속도를 증가시켜 생산성을 높인 고점도의 점도 표준액 제조 장치가 제공된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 폴리부렌과 같은 상대적으로 고점도인 점도 표준액을 제조할 때 문제가 되는 기포 발생 문제를 줄이고 배출 속도를 증가시켜 생산성을 높인 고점도의 점도 표준액 제조 장치가 제공된다.

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Claims (2)

1. 외부에는 전기 공급에 의하여 발열하는 제1 히트 밴드(102)가 권취되고 각기 다른 점도의 점도 표준액 제조용 폴리부렌 원료가 투입되는 교반 탱크(10);

   교반 탱크(10) 상부에 고정된 교반 모터(12)의 회전축(122)과 결합되는 교반축(142)과, 상기 교반축(142)에 수직으로 연장된 막대형의 고정핀(144)과, 상기 교반축(142)의 중심 부분에 부착된 판형의 교반 플레이트(146), 및 상기 막대형 고정핀(142)의 단부에 부착되고 교반축(142)의 상부에서 하부로 나선형을 이루면서 감겨 내려오는 형태의 교반 날개(148)로 이루어지며 상기 교반 탱크(10)내에 인입되는 교반 로터(14);

   인입구는 상기 교반 탱크(10) 하부의 배출구(104)와 연결되고 내부에 상기 교반 탱크(10)의 하부에서 배출되는 액을 배출하기 용이하도록 배출 모터(160)의 회전축(162)에 고정되어 회전하는 배출 스크류(164)가 설치된 T자형 배출관(16); 및

   상기 T자형 배출관(16)의 배출구로부터 가지 모양으로 연장되는 복수 개의 배출 파이프들(182)을 구비하는 잠금 밸브(182)를 구비하는 액 토출부(18);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고점도의 점도 표준액 제조 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 액 토출부(18)는,

   상기 각각의 배출 파이프들에 액의 토출이 용이하도록 가열하는 제2 히트밴 드들(180)이 권취된 것을 특징으로 하는 고점도의 점도 표준액 제조 장치.

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