KR20080103045A - 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식품 및 의약품의 발효반응에 사용하는 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치에 관한 것이다. 모터 구동부는 모터와, 감속기와, 모터하우징과, 로터와, 외부 자성체를 구비한다. 용접판은 반응용기에 용접으로 설치되는 기본용접물과 기본용접물의 원주방향으로 설치되는 체결볼트를 구비한다. 임펠러는 내부자성체를 포함한 하부 임펠러와, 임의의 길이의 연장축과, 연장축에 설치되는 터빈 임펠러와, 숫베어링과, 숫베어링을 기본용접구조물에 고정하는 베어링 축과, 하부 임펠러에 포함되어 숫베어링과 붓싱의 형태로 조립되는 암베어링을 구비한다. 용접판으로 반응용기의 내부와 외부를 완전히 분리하고 자성체의 힘으로 모터의 구동력을 임펠러로 전달하는 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반기장치는 청소 및 유지, 보수가 용이하고 반응용기 내의 오염을 최소화하는 장점을 지니고 있다. 또한, 모터 하우징과 기본용접구조물 간의 간단한 체결로 운영 시에 모터 구동부를 반응용기의 하단부에 쉽게 조립, 분리할 수 있게 함으로써 기존의 마그네틱 반응발효 교반장치보다도 기구물의 유지 및 보수에 더 용이한 장점을 지니고 있다. 또한, 숫베어링과 암베어링이 붓싱의 형태로 결합하여 반응용기 내부 유동에 따른 축방향의 임펠러의 하중에 의한 마모를 최소화함으로써 반응용기 내부의 오염과 베어링의 마모를 최소화 할 수 있는 장점을 지닌다.
마그네틱 커플러, 반응발효 교반기, 마그네틱 임펠러, 용접판, 숫베어링, 암베어링, 연장축, 터빈 임펠러

Description

마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치 {An agitator for chemical fermentation using magnetic coupler}
본 발명은 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치에 관한 것으로써, 구체적으로는 용접판으로 생물 반응조의 용기의 내부와 외부를 분리시키고 모터의 구동력을 자성체의 자력으로 주 임펠러와 확장된 보조 임펠러에 전달함으로서 용기 내의 물질이 균일하게 섞일 수 있도록 하고 유지보수를 용이하게 하는 반응발효 교반기의 임펠러, 동력전달장치 및 그 설치방법에 관한 것이다.
일반적으로 반응발효 교반장치는 식품 및 약품의 제조에 있어서 장시간 혼합물과 교반액을 균일하게 조성하여 발효가 고르게 일어날 수 있도록 하는 장치이다. 반응발효 교반기는 의약품 및 식품 제조의 자동화와 다양화, 또한 품질의 향상을 위해 필수적인 장치이며 최근 들어 수요가 급증하는 추세에 있다.
기존의 상부구동 방식의 교반장치는 모터 등의 구동장치를 용기의 상부에 설치함으로써 유지 및 보수를 위한 별도의 크레인이 필요하고, 구동장치의 하중이 반 응용기에 가해지는 단점을 지닌다. 또한 기존의 반응용기는 구동장치의 동력을 메카니컬 씰(Mechanical Seal)을 사용하여 용기내의 임펠러(Impeller)에 전달하므로, 특히 반응용기 내 세척(CIP: Cleaning in Place)이나 고온에서의 멸균(SIP: Sterilisation in Place) 공정 시에 누수 및 누유 현상이 생길 수 있어 반응용기 내의 오염이 쉽게 일어나고 제약 및 식품 생산라인의 품질을 저하시키는 요인이 된다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 마그네틱 커플러 기술이 반응발효 교반기에 적용되고 있다. 마그네틱 커플러를 활용한 반응발효 교반장치는 반응용기의 내부와 외부를 완벽히 분리시키고 모터의 구동력을 자기력을 통해 반응용기내로 전달함으로써, 외부로부터 반응용기내로 모터의 윤활액이나 먼지 등이 침투할 염려가 없어 위생적이고 유지보수가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 모터를 반응용기의 하부에 설치하고, 자기력으로 구동력을 전달함에 따라 반응용기의 뚜껑을 개방하기 위한 별도의 장비를 필요로 하지 아니하며, 메카니컬 씰(Mechanical Seal)을 사용하지 않음으로써 누유로 인한 오염을 막을 수 있어 식품 및 의약품 생산라인에 매우 유용하다고 할 수 있다.
그런데 이러한 종래의 생물반응조 구동장치는 모터가 고정되어 있고, 구동력을 전달하기 위하여 별도의 구조물을 필요로 함으로써 유지 및 보수 시에 모터 및 동력 전달 부품의 분해와 재조립이 용이하지 않다.
또한, 임펠러 모양의 한계로 반응조 내의 유동이 제한적인 방향으로 유도되어 반응물의 균일한 혼합면에서 취약하고, 용기내 세척 시 결국 임펠러를 직접 분 리하여 세척해야하는 번거로움이 있다.
이에, 본 발명은 기존의 메카니컬 씰(Mechanical Seal)과 오링 등의 사용에 의한 내부오염 및 청소의 불편함 등을 해소할 수 있는 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 모터의 동력을 별도의 장치를 거치지 않고 직접 마그네틱 커플러를 통해 임펠러로 직접 전달하여 전체 효율을 증대시키는 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 구동장치의 설치 및 유지보수 시 반응용기 외부의 모터와 반응용기 내부의 임펠러의 분리와 재조립이 편리한 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 반응용기 내부의 유동을 활발히 하여 균일한 혼합물을 만들 수 있고 반응용기 내에 부착한 상태에서 자체적으로 청소할 수 있는 마그네틱 임펠러를 포함한 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 반응용기 내부 유동에 의해 임펠러가 받는 회전축 방향의 하중에 의한 마모를 최소화하는 베어링을 포함한 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 장시간 고른 교반을 위한 보조날개가 부착된 임펠러를 포함한 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공하고자 한다.
이러한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 구성의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치를 제공한다.
본 발명에 따른 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치는 모터 구동부와 용접판과 임펠러를 포함하여 구성된다. 상기 모터 구동부는 모터와, 상기 모터에 설치되는 감속기와, 상기 감속기의 구동축에 연결된 자성체를 포함한 로터(Rotor)와, 상기 로터(Rotor)를 감싸고 상기 감속기에 설치되는 모터 하우징(Motor Housing)을 구비한다.
이러한 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치에 있어서, 상기 용접판은, 원주면을 따라 120도 간격으로 설치되는 체결용 볼트를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 반응용기 내부에서 마그네틱 임펠러가 설치될 수 있는 베어링 축과, 숫베어링과 암베어링으로 구성된 베어링을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 임펠러에 고정되는 임의의 길이의 연장축을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 임펠러는, 상기 연장축에 임의의 간격으로 설치될 수 있고, 상기 임펠러와 동기화되어 회전할 수 있는 임의의 개수의 터빈 임펠러를 더 구비할 수 있다.
본 발명은 반응용기 외부의 모터 구동부, 반응용기 내부와 외부를 완전히 분리하는 용접판, 반응용기 내부의 마그네틱 임펠러를 결합함으로써 반응용기를 관통하는 축을 필요로 하지 아니함으로써 장비의 위생성을 보장한다.
또한, 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치는 모터 하우징(Motor Housing)과 용접판에 체결 메커니즘(Mechanism)을 적용함으로써 동력 전달의 효율을 극대화하고 유지 및 보수 시에 모터 구동부의 분리 및 재조립을 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마그네틱 반응발효 교반기의 구동장치는 반응조 내의 특수한 유동을 유발하고 자체적으로 청소(CIP)가 가능한 하부 임펠러를 구비하여 유지 및 보수를 용이하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서 하부 임펠러에 연결된 연장축에 추가적인 터빈 임펠러를 설치함으로써 반응용기 내부의 일정 수심마다 로터의 회전방향으로의 회전력을 강화하고 난류유동을 유발함으로써 균일한 농도의 혼합물을 생성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치는 숫베어링과 암베어링이 붓싱 형태로 결합되어 회전축방향의 하중에 의한 마모를 최소화하여 반응용기 내부의 오염을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고 자 한다. 다만, 실시예들을 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있거나 본 발명과 직접 관련이 없는 사항에 대해서는 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 명확히 전달하기 위해 설명을 생략할 수 있다.
한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치의 전면도이다. 도 2는 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치의 구성을 자세하게 설명하기 위한 분해도이다.
먼저, 도 1과 2를 참조하여 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치의 모터 구동부를 설명한다. 모터 구동부(100)는 모터(110), 감속기(120), 모터 하우징(130), 로터(140), 외부 자성체(150)로 구성된다.
모터(110)는 회전 구동력을 생성하여 본 발명의 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치로 인한 반응용기 내부의 모든 유동을 유발한다.
감속기(120)는 모터(110)에 장착되어 회전속도를 줄임으로써 출력 토크를 높여주는 역할을 한다. 또한, 회전축의 방향을 전환하는 역할을 함으로써 반응용기 하부의 필요공간을 줄인다.
모터 하우징(130)은 감속기(120)에 설치되어 외부 자성체에 연결된 로터(140)를 보호하는 역할을 한다. 또한, 후에 기술할 용접판(200)의 기본용접구조 물(210)과 결합함으로써 반응용기의 운영 중에 모터 구동부(100)의 구조적인 지지력을 제공한다.
모터 하우징(130)의 용접판 결합부에는 'ㄴ' 자의 홈이 원주방향으로 120도 간격으로 생성되어 있어 회전축 위에서 보았을 때 후에 기술할 용접판(200)의 체결용 볼트(220)와 동일한 위치에 놓이게 된다.
로터(140)는 감속기(120)의 회전축에 설치되며 외부 자성체(150)과 직접 연결됨으로써 회전력을 전달하는 역할을 한다.
외부 자성체(150)는 교반력에 충분한 자성력을 지녔으며, 로터(140)의 끝단에 설치되어 후에 기술할 하부 임펠러(310) 내의 자성체와 연동하여 반응용기 내부의 임펠러로 모터의 구동력을 전달하는 역할을 한다.
이어서, 도 1과 도 2와 도 3을 참조하여 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치의 용접판(200)을 설명한다. 용접판(200)은 기본용접구조물(210)과 체결용볼트(220)를 포함하여 구성된다.
기본용접구조물(210)은 반응용기의 하부에 용접으로 고정되는 부품으로서 반응용기의 내부와 외부를 분리하는 역할을 한다. 또한, 기본용접구조물(210)은 반응용기 외부에서 내부를 향해 함몰된 쉘(Shell) 형태를 이룸으로써 외부자성체(150)가 기본용접구조물(210)의 내부로 삽입되고 하부임펠러(310)가 기본용접구조물(210)의 외부를 감싸는 형태로 결합하여 외부자성체(150)과 하부임펠러(310)의 자기력 사이에 위치하게 된다.
체결용볼트(220)는 기본용접구조물(210)의 반응용기 외부쪽에 원주방향으로 120도 등간격으로 체결되며 이는 전에 기술한 바와 같이 모터하우징(150)의 'ㄴ'자 형태의 홈과 일치되어 체결 시 반응용기에 모터 구동부(100)가 고정될 수 있는 결합력을 제공한다.
용접판(200)과 모터 구동부(100)의 체결은 도 3에 표시된 것과 같은 방법으로 이루어진다. 용접판(200)의 체결용볼트(220)과 모터 구동부(100)의 모터하우징(150)의 'ㄴ' 자 홈의 위치가 일치하도록 한 후에 체결용볼트(220)가 모터하우징(150)의 'ㄴ' 자 홈의 코너(Coner)에 닿도록 기본용접구조물(210)을 모터하우징(150)내로 삽입한다. 그리고 모터 구동부(100)의 로터(140) 회전방향으로 모터 구동부(100) 전체를 움직임으로써 체결용볼트(220)가 모터하우징(150)의 'ㄴ' 자 홈의 수평방향으로 이동할 수 있도록 하여 체결을 마친다. 모터 구동부(100)을 반응용기로부터 분리할 시에는 전에 설명한 조립방법의 역순으로 진행한다.
이어서 도 1과 도 2를 참조하여 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치의 임펠러(300)를 설명한다. 임펠러(300)는 하부 임펠러(310), 베어링 축(320), 숫베어링(330), 암베어링(340), 연장축(350), 터빈 임펠러(360)를 포함하여 구성된다.
하부 임펠러(310)의 구조는 한국등록실용신안 제441163번 '마그네틱 교반기용 임펠러'를 기본으로 한다. 하부 임펠러(310)의 내부에는 교반에 충분한 자기력을 지닌 자성체가 포함되어 있어 모터 구동부(100)의 외부자성체(150)와 연동하여 모터의 구동력을 전달받아 회전한다. 하부 임펠러(310)의 반응용기 내부 방향으로의 끝단에는 연장축(350)을 연결할 수 있는 취합부가 존재한다.
베어링 축(320)은 기본용접구조물(210)에 취합되어 숫베어링(330)이 기본용접구조물(210)에 고정될 수 있도록 하는 역할을 한다.
숫베어링(330)은 하부 임펠러(310)의 내부에 설치된 암베어링(340)과 붓싱형태로 조립되어 임펠러(300)의 회전 시에 마찰의 영향을 줄여주고 마모를 방지하는 역할을 한다.
암베어링(340)은 슬리브 형태의 구조물로 하부 임펠러(310)의 내부에 설치되어 임펠러(300) 조립시에 숫베어링(340)을 포함하여 회전 시 발생하는 마찰의 영향을 줄여주고 마모를 방지하는 역할을 한다.
연장축(350)은 하부 임펠러(310)의 끝단에 설치되어 회전축을 연장하는 역할을 하며 그 길이는 반응용기의 크기나 사용자의 의도에 따라 임의로 결정할 수 있다.
터빈 임펠러(360)는 연장축(350)상에 반응용기의 크기나 사용자의 의도에 따라 임의의 개수가 임의의 간격을 두고 설치될 수 있으며 반응용기 내의 균일한 혼합물 생성을 위한 회전 유동을 유발하는 역할을 한다.
지금까지 실시 예를 통하여 본 발명에 따른 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
(100) 모터 구동부
(110) 모터
(120) 감속기
(130) 모터 하우징(Motor Housing)
(140) 로터(Rotor)
(150) 외부 자성체
(200) 용접판
(210) 기본용접구조물
(220) 체결용볼트
(300) 임펠러
(310) 하부 임펠러
(320) 베어링 축
(330) 숫베어링
(340) 암베어링
(350) 연장축
(360) 터빈 임펠러

Claims (8)

  1. 반응용기에 기본용접구조물(210)을 용접가공하고 외부 자성체(150)를 이용하여 모터(110)의 동력을 임펠러(300)에 전달함으로써, 용기 내외부를 완전히 격리시켜 교반액의 오염방지 및 교반기의 유지보수를 용이하게 하는 반응발효 교반장치.
  2. 청구항 1에 있어,
    모터(110)와 감속기(120)를 거친 동력축이 기본용접구조물(210)의 음각부로 직접 침투하여 외부 자성체(150)가 하부 임펠러(310)의 내부 자성체 내에 실린더 형태로 포함될 수 있도록 하여 동력의 전달효율을 높이고, 반응용기 내의 자성체 축을 고정하기 위한 추가 구조물을 필요로 하지 않음으로써 유지 및 보수 시 분리 및 조립이 용이한 반응발효 교반장치.
  3. 청구항 1에 있어,
    하부 임펠러(310)의 위쪽으로 추가적인 베어링과 연장축(350)이 고정되고, 그 연장축(350)에는 다단의 터빈 임펠러(360)가 설치됨으로써 용기 내의 물질을 균일하게 교반할 수 있도록 하는 도[2]와 같은 보조임펠러 장치.
  4. 청구항 1에 있어,
    기본용접구조물(210)에 원주면 방향으로 120도 간격으로 조립된 체결용볼트(220)와 감속기(120)에 연결된 모터하우징(130)의 홈이 일치되어 모터구동부(100)가 반응용기에 쉽게 탈부착 될 수 있는 교반 구동장치.
  5. 청구항 4에 있어,
    모터(110)와 반응용기는 전에 설명된 체결 메커니즘(Mechanism) 의한 탈부착 방식 이외에도, 볼트 체결 및 용접 고정 등의 고정방식을 포함함.
  6. 청구항 1에 있어,
    모터(110)와 외부 자성체(150)를 포함한 로터(Rotor, 140)는 직접 연결되는 방식 이외에도, 벨트, 타이밍벨트, 체인 등의 간접 동력전달방식을 포함함.
  7. 청구항 1에 있어,
    숫베어링(330)과 암베어링(340)이 붓싱의 형태로 조립됨으로써 임펠러(300)의 회전 시 면 접촉을 통해 마모를 줄이고 베어링 마모로 인한 탱크 내부의 오염을 줄이는 임펠러(300)와 용접판(200)의 구성방법.
  8. 청구항 7에 있어,
    임펠러(300)와 반응용기 내의 용접판(200)의 구성방법은 숫베어링(330)과 암베어링(340)의 붓싱 형태의 조립 이외에도 볼베어링, 미끄럼베어링 등의 일반적인 베어링 형태가 가능함.
KR1020080109657A 2008-11-06 2008-11-06 마그네틱 커플러를 이용한 반응발효 교반장치 KR101099029B1 (ko)

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