KR20160121906A

KR20160121906A - 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치

Info

Publication number: KR20160121906A
Application number: KR1020150051754A
Authority: KR
Inventors: 박주섭
Original assignee: 박주섭
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-10-21

Abstract

본 발명은 교반 탱크 안에 장착한 교반 날개가 그 샤프트의 축 방향으로 움직이면서 회전할 수 있게 구성함으로써, 교반 날개가 교반 탱크 안에서 축 방향의 움직임과 회전을 통해 교반물을 골고루 섞을 수 있어 교반 효율을 높일 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 이처럼 교반 날개가 축 방향 움직임과 회전할 수 있게 하는 구성으로 랙-피니언과 스크루-스크루 너트를 이용함으로써, 구조가 간단하여 저비용으로 쉽게 제작할 수 있으면서도 유지 보수가 쉬울 뿐만 아니라 이처럼 교반 효율도 높일 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 교반 날개의 회전과 축 방향 움직임을 담당하는 액추에이터를 미리 정한 스트로크 내에서 같은 간격(스트로크)으로 움직이게 하거나, 불규칙한 스트로크만큼 움직이면서 교반 날개가 회전할 수 있게 구성함으로써, 교반하고자 하는 대상물의 상태에 알맞게 교반 정도를 쉽게 조절하면서 교반할 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

Description

축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치{AXIALLY MOVING AND ROTATING AGITATOR}

본 발명은 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 교반 날개를 갖춘 교반 샤프트가 그 축 방향으로 움직이면서 회전할 수 있게 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 교반 날개가 축 방향으로 움직이면서 회전하여 교반 탱크 내에서 골고루 교반 효과를 높일 수 있게 한 것이다.

일반적으로 교반기는 액체와 액체, 액체와 고체, 또는 분체 등을 휘저어 섞는 장치를 말하며, 섞는 데 사용하는 날개의 형식에 따라 프로펠러형, 오어형, 터빈형, 그리고 나선축형으로 구분한다. 이러한 교반기는 교반 대상물을 교반하는 데 사용하는 교반 날개의 형상과 제어 그리고 회전 구성 등에 따라 그 교반 효과가 많이 달라진다. 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에는 이러한 다양한 기술로 제작한 교반기가 개시되어 있다.

특허문헌 1은, 원통 형상으로 이루어지며 한쪽에 투입구가 형성되고 다른 쪽 하방으로 배출구가 형성된 하우징과, 하우징 내에 길이 방향으로 설치되며 고속 회전에 의해 투입된 폐기물을 교반하는 한 쌍의 교반기와, 하우징의 안쪽 면을 따라서 다수 개가 부착 설치되며 폐기물을 하우징 내에서 회전시키는 리프트들과, 하우징의 투입구 측에 형성되는 열풍 인입구와, 하우징을 회전시키는 구동부를 포함하는 2축 교반식 폐기물 건조장치에 관한 것으로, 2축의 교반기를 건조로 내에 설치함으로써 낙하하는 폐기물과 열풍의 접촉효율을 향상시키고, 각 건조 구간별로 서로 다른 구조의 리프트를 설치함으로써 폐기물의 성상 변화에 따라 효율적으로 폐기물을 건조할 수 있는 효과가 있다.

특허문헌 2는, 왕복 회전 유성기어 교반기에 관한 것으로, 본체와, 본체에 구비되어 구동부에 연결된 입력 축에 의해 회전하는 회전부와, 회전부에 연결되고, 회전부의 회전운동을 왕복 회전운동으로 전환하여 주축에 전달하는 전환부와, 주축을 통해 전달된 왕복 회전력을 회전각도 범위가 증대된 왕복 회전력으로 전환하여 출력 축으로 전달하는 유성기어 조립체와, 본체의 하측에 교반물이 저장되는 저장통와, 출력 축에 구비되고, 증대된 왕복 회전력을 이용하여 교반물을 상하로 골고루 교반하는 교반부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특허문헌 3은 용기와 제1 교반기와 배출관을 포함하고, 상기 용기 내에 상기 제1 교반기가 형성되고, 상기 용기와 상기 배출관이 연통하는 교반 장치로서, 상기 교반 장치에는 제2 교반기와 기체공급원과 구동기와 이송관이 더 포함되고, 상기 용기에는 피처리물을 수용하는 내부공간이 구비되고, 상기 제1 교반기에는 기체를 분사하는 분사구가 구비되어 상기 용기 내부에 기체를 분사하고, 상기 제1 교반기는 상기 용기 내측 하단부에 장착되어 일 방향으로 회전하고, 상기 제2 교반기는 상기 용기 내측 상단부에 장착되어 상기 제1 교반기와 반대 방향으로 회전하여 상기 피처리물을 균일하게 교반하고, 상기 배출관은 상기 이송관에 합류되고, 상기 이송관에는 길이방향으로 압력이 형성되어 상기 배출관으로부터 공급되는 상기 피처리물을 원활하게 이송시킬 수 있는 교반 장치가 제시된다.

하지만, 이런 기존의 교반기는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 실질적으로 교반 작용을 하는 교반 날개를 갖춘 샤프트가 제자리에서 회전하는 고정식이 대부분이므로, 교반 날개와 교반 날개 사이의 교반물이 제대로 섞이지 않을 우려가 있다.

(2) 이를 해결하기 위해 샤프트가 그 축 방향으로 움직일 수 있도록 구성하기도 하나, 이러한 샤프트는 다음과 같은 문제가 있다.

(3) 교반 날개를 갖춘 샤프트를 그 축 방향으로 움직일 수 있게 하는 구성이 복잡하다. 즉, 교반 날개가 축의 길이 방향으로 움직이기 위해서는 샤프트 자체가 그 축 방향으로 움직이거나, 샤프트는 그대로 두고 교반 날개가 샤프트의 외주에 회전과 축 방향으로 움직일 수 있게 장착해야 한다.

(4) 이처럼 움직일 수 있게 구성하는 한 가지 예로서, 특허문헌 2와 같이,왕복 회전식 교반기를 개발하였으나, 이는 왕복 회전을 위해 유성 기어를 채택함에 따라 다음과 같은 문제가 있다.

(5) 유성 기어의 구조가 복잡하여 제작에 어려움이 있을 뿐만 아니라 교반기를 제작하는 데 많은 비용이 필요하다.

(6) 복잡한 유성 기어를 통해 교반 날개를 교반하는 데 따른 유지 보수 비용이 많이 요구된다.

한국등록특허 제1417681호 (등록일 : 2014.07.01) 한국공개특허 제10-2014-0136240호 (공개일 : 2014.11.28) 한국공개특허 제10-2015-0025866호 (공개일 : 2015.03.11)

본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 교반 탱크 안에 장착한 교반 날개가 그 샤프트의 축 방향으로 움직이면서 회전할 수 있게 구성함으로써, 교반 날개가 교반 탱크 안에서 축 방향의 움직임과 회전을 통해 교반물을 골고루 섞을 수 있어 교반 효율을 높일 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 이처럼 교반 날개가 축 방향 움직임과 회전할 수 있게 하는 구성으로 랙-피니언과 스크루-스크루 너트를 이용함으로써, 구조가 간단하여 저비용으로 쉽게 제작할 수 있으면서도 유지 보수가 쉬울 뿐만 아니라 이처럼 교반 효율도 높일 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 교반 날개의 회전과 축 방향 움직임을 담당하는 액추에이터를 미리 정한 스트로크 내에서 같은 간격(스트로크)으로 움직이게 하거나, 불규칙한 스트로크만큼 움직이면서 교반 날개가 회전할 수 있게 구성함으로써, 교반하고자 하는 대상물의 상태에 알맞게 교반 정도를 쉽게 조절하면서 교반할 수 있게 한 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치를 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치는, 한쪽이 교반 탱크(T) 안에 장착하는 교반 날개(111)를 갖춘 교반 샤프트(110)와 탈·장착할 수 있게 설치하고, 외주 면에 스크루(120)를 형성한 다른 한쪽이 교반 탱크(T) 밖으로 돌출하게 장착한 메인 샤프트(100); 상기 스크루(120)를 감싸도록 교반 탱크(T)에 장착하며, 내부에는 이 스크루(120)와 맞물리게 고정한 스크루 너트(210)를 갖춘 하우징(200); 상기 메인 샤프트(100)와 같은 중심선에서 따로 회전할 수 있도록 연결하여 그 축 방향으로 움직일 수 있게 하우징(200)에 장착하고, 외주 면에는 랙(310)을 형성한 랙 샤프트(300); 및 상기 랙(310)과 맞물리는 피니언을 갖추며 상기 하우징(200)에 장착하여 정역 방향으로 회전할 수 있는 액추에이터(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 스크루(120)는 피치가 30~100㎜인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 샤프트(100)와 랙 샤프트(300)는, 교반 장치를 장착하였을 때, 지면과 수직으로 설치한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 액추에이터(400)는, 상기 랙 샤프트(300)가 미리 정한 그 축 방향의 길이 범위(스트로크)를 미리 정한 속도로 일정하게 움직일 수 있게 제어하거나, 상기 랙 샤프트(300)의 길이 범위를 달리하면서 그 축 방향으로 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 교반 날개가 그 샤프트의 축 방향을 따라 움직이면서 회전하므로 교반 탱크 내를 골고루 움직이면서 회전하여 교반물을 교반하므로 교반 효과를 높일 수 있다.

(2) 특히, 이처럼 교반 날개를 갖춘 교반 샤프트를 축 방향으로 움직이면서 회전할 수 있게 하는 구성으로, 랙-피니언과 스크루-스크루 너트 등을 이용하므로, 구조가 간단하면서도 쉽게 제작하여 사용할 수 있고, 또한 고장이 잘 나지 않아 유지 보수에도 유리하다.

(3) 그리고, 상기 스크루-스크루 너트의 피치를 다양하게 제작함으로써, 교반 날개를 상하로 움직이면서 회전하는 회전량을 다르게 제작할 수 있어 교반물의 점도나 액체 등의 첨가 정도에 따라 적절한 피치로 제작하여 사용할 수 있다.

(4) 교반 샤프트를 작동하는 액추에이터의 작동 제어를 통해 다양한 스트로크와 회전 속도를 제어하여 교반 효과를 더욱 높일 수 있다.

(5) 교반 날개를 장착한 샤프트가 함께 움직이면서 회전하므로 축이 교반물과의 간섭이나 이물 등이 끼여 고장을 일으키는 현상을 방지할 수 있다.

(6) 이처럼 교반 날개가 상하로 움직이면서 회전하며 교반 효과를 높일 수 있으므로, 같은 정도로 교반할 때 필요한 동력을 큰 폭으로 줄여 에너지 절감 효과를 높일 수 있다.

[도 1]은 본 발명에 따른 교반 장치의 전체 구성을 보여주기 위한 단면도.
[도 2]는 본 발명에 따라 교반 샤프트를 회전과 축 방향으로 움직이게 하는 구성을 보여주기 위한 교반 장치의 일부를 확대한 확대도.
[도 3]은 본 발명에 따른 교반 장치를 이용하여 축 방향의 길이 조절과 교반 날개의 회전 상태를 보여주기 위한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 한가지 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

(구성)

본 발명에 따른 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 교반 날개(111)를 갖춘 메인 샤프트(100), 교반 탱크(T)에 장착한 하우징(200), 상기 메인 샤프트(100)에 연결한 랙 샤프트(300), 그리고 이 랙 샤프트(300)를 회전시켜 주는 액추에이터(400)를 포함한다.

특히, 본 발명은 액추에이터(400)의 회전으로 랙-피니언 결합을 통해 랙 샤프트(300)가 축 방향으로 움직이고, 이에 상기 메인 샤프트(100)가 스크루-스크루 너트의 결합을 통해 회전하게 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 쉽게 제작할 수 있고, 또한 교반 날개(111)가 메인 샤프트(100)의 축 방향을 따라 움직이면서 회전하여 교반 효율을 높일 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도면 부호 "T"는 교반하고자 하는 교반물을 수용하기 위한 통상의 교반 탱크를 나타낸다.

메인 샤프트(100)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 한쪽이 교반 탱크(T) 안으로 들어가고 다른 한쪽이 교반 탱크(T) 밖으로 돌출하여 회전할 수 있도록 이 교반 탱크(T)에 실링(S)과 베어링(B)으로 지지한다. 이때, 베어링(B)은 후술할 스크루 너트(210) 하부에서 스크루(120)가 형성되지 않은 부분을 지지하여 회전하고, 특히 이 메인 샤프트(100)와 함께 움직일 수 있게 설치한다. 또한, 실링(S)은 메인 샤프트(100)가 슬라이딩할 수 있게 장착하고, 특히 탱크(T) 안에서 교반중인 교반물이 탱크(T) 밖으로 새어나오지 않게 마감한다.

이때, 상기 교반 탱크(T) 안으로 끼운 메인 샤프트(100)의 끝에는 커플링(130)을 갖춰 교반 샤프트(110)를 같은 중심 선상에 위치하도록 설치한다. 여기서, 교반 샤프트(110)는 교반 탱크(T) 안에 설치하여 실질적으로 교반물을 교반하는 교반 날개(111)를 갖춘 통상의 샤프트를 의미한다.

또한, 상기 교반 탱크(T) 밖으로 돌출한 메인 샤프트(100)의 다른 끝에는 외주 면에 스크루(120)를 형성한다. 이때, 이 스크루(120)는 후술할 스크루 너트(210)와 맞물려서 메인 샤프트(100)의 축 방향으로 힘이 가해짐에 따라 이 메인 샤프트(100)가 회전하면서 축 방향으로 움직이게 하기 위한 구성이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 스크루(120)는 이처럼 회전하는 메인 샤프트(100)의 경우 그 피치에 따라 1회전 할 때 전진하는 길이가 달라진다. 이에, 상기 스크루(120)는 그 피치를 30~100㎜로 제작할 수 있게 구성함으로써, 이 메인 샤프트(100)의 회전 속도와 전진하는 거리를 다양하게 제작하여 사용할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이러한 전진 거리와 회전 속도는 교반하고자 하는 교반물의 상태, 즉 분체인지 액체인지 또는 액체의 경우 어느 정도의 점도가 있는지 등에 적절하게 선택하여 사용한다.

하우징(200)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 교반 탱크(T) 바깥으로 돌출한 메인 샤프트(100)를 감싸도록 교반 탱크(T)에 장착한다. 이때, 하우징(200)은 그 내부에 끼워진 메인 샤프트(100)가 축 방향으로 움직일 수 있도록 공간(220)을 형성한다.

특히, 상기 공간(220)에는 상술한 스크루(120)와 맞물리도록 스크루 너트(210)를 장착한다. 여기서, 스크루 너트(210)는 스크루(120)와 맞물려서 이 스크루(120)가 회전함에 따라 그 축 방향으로 움직이는 것을 지지하는 통상의 기술로 제작한 너트를 말한다.

이러한 스크루 너트(210)는 하우징(200) 내부에 움직이지 않게 고정함으로써, 스크루(120)에 그 축 방향으로 힘이 가해짐에 따라 메인 샤프트(100)가 축 방향으로 움직이면서 회전할 수 있게 지지한다.

랙 샤프트(300)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 축 방향으로 움직일 수 있도록 상술한 하우징(20)에 장착한다. 이때, 상기 랙 샤프트(300)는 상술한 메인 샤프트(100)와 같은 중심 선상에 위치하도록 장착하되, 각각 따로 회전할 수 있게 장착한다.

즉, 상기 메인 샤프트(100)와 상기 랙 샤프트(300)는 같은 중심 선위에 오도록 배치하고, 서로 마주 보는 양끝을 커플링(320)으로 연결하고, 이 커플링(320)에는 베어링(321)을 갖춰 메인 샤프트(100)가 랙 샤프트(300)와 같은 중심 선상에 있으면서 회전할 수 있게 구성한 것이다.

또한, 상기 랙 샤프트(300)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 다른 한쪽에 축 방향을 따라 랙(310)을 형성한다. 이 랙(310)은 후술할 액추에이터(400)의 동작으로 랙 샤프트(300)를 그 축 방향으로 움직이게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 랙 샤프트(300)는, 본 발명에 따른 교반 장치를 장착하였을 때, 이 랙 샤프트(300)가 지면에 대하여 수직으로 위치하도록 구성함으로써, 상술한 메인 샤프트(100)에 설치한 교반 날개(111)가 상하로 움직이면서 회전할 수 있게 하여 교반 탱크(T) 내에서 교반한 교반물이 상하로 교반하였다가 중력으로 다시 아래로 내려가게 하여 교반 효과를 더욱 높일 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

액추에이터(400)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 하우징(200)에 장착하며, 상술한 랙(310)과 맞물리는 피니언을 갖춘다. 이러한 액추에이터(400)로는 정역 방향으로 회전할 수 있는 스텝 모터를 이용하는 것이 바람직하다.

이처럼 이루어진 본 발명에 따른 교반 장치는, 상기 액추에이터(400)를 작동하면 피니언이 회전하면서 이와 맞물린 랙(310)을 축 방향으로 밀게 되어 결과적으로 랙 샤프트(300)가 [도 3]과 같이 그 축 방향을 따라 아래로 움직인다.

이때, 이 랙 샤프트(300)와 연결한 메인 샤프트(100)는 축 방향(도면에서는 위에서 아래 방향)으로 힘을 받고, 이에 이 랙 샤프트(300)는 스크루(120)가 스크루 너트(210)를 따라 회전하면서 아래로 내려간다. 따라서, 이 메인 샤프트(100)에 장착한 교반 날개(111)가 축 방향으로 움직이면서 회전하여 교반 작용을 한다.

그리고, 상기 액추에이터(400)를 반대로 작동하면, 메인 샤프트(100)가 위로 올라가면서 반대 방향으로 회전한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 교반 장치는, 아래와 같이 액추에이터(400)의 제어에 따라 다양한 교반 효과를 기대할 수 있다.

(1) 액추에이터를 같은 속도와 같은 스트로크(랙 샤프트의 상하 이동 거리)를 일정하게 움직이도록 제어.

(2) 액추에이터를 상기 스트로크 내에서 움직이되, 그 회전 속도를 달리하여 회전하도록 제어.

(3) 액추에이터를 스트로크와 회전 속도를 임의로 가변하면서 회전하도록 제어.

따라서, 본 발명은 이처럼 교반 날개가 그 축 방향으로 움직이면서 회전하므로 구조가 간단하여 제작과 유지 보수가 쉬울 뿐만 아니라, 액추에이터의 제어를 통해 다양한 교반 효과를 기대할 수 있다.

100 : 메인 샤프트
110 : 교반 샤프트
111 : 교반 날개
120 : 스크루
130 : 커플링
200 : 하우징
210 : 스크루 너트
220 : 공간
300 : 랙 샤프트
310 : 랙
320 : 커플링
400 : 액추에이터

Claims

한쪽이 교반 탱크(T) 안에 장착하는 교반 날개(111)를 갖춘 교반 샤프트(110)와 탈·장착할 수 있게 설치하고, 외주 면에 스크루(120)를 형성한 다른 한쪽이 교반 탱크(T) 밖으로 돌출하게 장착한 메인 샤프트(100);
상기 스크루(120)를 감싸도록 교반 탱크(T)에 장착하며, 내부에는 이 스크루(120)와 맞물리게 고정한 스크루 너트(210)를 갖춘 하우징(200);
상기 메인 샤프트(100)와 같은 중심선에서 따로 회전할 수 있도록 연결하여 그 축 방향으로 움직일 수 있게 하우징(200)에 장착하고, 외주 면에는 랙(310)을 형성한 랙 샤프트(300); 및
상기 랙(310)과 맞물리는 피니언을 갖추며 상기 하우징(200)에 장착하여 정역 방향으로 회전할 수 있는 액추에이터(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치.
제1항에 있어서,
상기 스크루(120)는 피치가 30~100㎜인 것을 특징으로 하는 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치.
제1항에 있어서,
상기 메인 샤프트(100)와 랙 샤프트(300)는, 교반 장치를 장착하였을 때, 지면과 수직으로 설치한 것을 특징으로 하는 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터(400)는,
상기 랙 샤프트(300)가 미리 정한 그 축 방향의 길이 범위(스트로크)를 미리 정한 속도로 일정하게 움직일 수 있게 제어하거나,
상기 랙 샤프트(300)의 길이 범위를 달리하면서 그 축 방향으로 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 축 방향으로 움직이면서 회전하는 교반 장치.