KR20170010888A - 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제 1 로터와 제 2 로터로 이루어지는 임펠러를 다단계로 구비하고 제 1 로터와 제 2 로터는 각각의 구동모터에 의하여 상호 역방향 회전상태로 구동되며 혼합될 각 대상물질이 다단의 임펠러부 사이를 원패스 방식으로 한번에 순차 통과하므로 분산유화의 처리를 위한 전체 작업시간을 크게 단축시키고 혼합되는 각 재료(대상물질)의 미세한 전단(절단)에 의하여 입도의 균일성을 향상시키는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템에 관한 것으로 원반 형상을 하며 하측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 1 로터톱이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 중앙에 개방된 제 1 축고정홀을 통하여 삽입된 제 1 구동축의 외주면에 고정 설치되는 제 1 로터 및 원반 형상을 하며 상측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 2 로터톱이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 외측 가장자리 부분이 제 2 로터고정브라켓에 고정되고 회전중심축이 일치된 상태로 제 2 구동축에 고정 설치되는 제 2 로터를 포함하고, 제 1 로터는 제 2 로터와 마주보는 상태로 결합하되 제 1 로터톱과 제 2 로터톱이 간격을 형성하는 상태로 결합하고, 제 1 로터톱과 제 2 로터톱은 동심 원주 상에 배열되되 서로 다른 원주 상에 배열되고, 제 1 로터와 제 2 로터가 마주 보는 상태로 결합하면 제 1 로터톱과 제 2 로터톱은 서로 다른 동심 원주에 의하여 인접한 상태로 교차 반복 배치되는 구성으로 이루어지는 특징에 의하여 분산유화 공정이 원패스 처리공정으로 이루어지므로 강력한 전단력에 의하여 전체적인 작업시간이 단축되며, 혼합되는 대상물질의 입도 균일성이 향상되는 효과를 제공한다.

Description

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템{A system structure of impeller for dispersion-emulsion apparatus based on dual rotator}

본 발명은 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제 1 로터와 제 2 로터로 이루어지는 임펠러가 다단으로 이루어지는 임펠러부를 구비하고 제 1 로터와 제 2 로터는 각각의 구동모터에 의하여 상호 역방향 회전상태로 구동되며 혼합될 각 대상물질이 다단의 임펠러부 사이를 원패스 방식으로 한번에 순차 통과하므로 분산유화의 처리를 위한 전체 작업시간을 크게 단축시키고 혼합되는 각 재료(대상물질)의 미세한 전단(절단)에 의하여 입도의 균일성을 향상시키고 분산유화 처리가 신속 정확하게 이루어지는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템에 관한 것이다.

식품, 화장품, 잉크, 페인트, 접착제, 코팅제, 정밀화학, 의약품, 나노 신소재와 첨단 전자재료 등이 포함되는 각 기술분야의 기초 소재산업에 있어서 선택된 어느 하나의 재료(물질)와 다른 재료(물질)를 혼합하여 기초재료로 사용하는 것이 일반적이다.

기초재료로 혼합될 물질은 각 입자의 분산과 유화 공정에 의한 혼합의 균일성, 세밀성이 완제품 품질에 중요한 영향을 미치고 이러한 요구에 적합한 다양한 방식의 분산유화 장치가 개발되어 사용되고 있다.

분산(dispersion, homogenization)은 분말이 포함되는 고체가 액체에 또는 액체가 다른 액체에 균질하게 혼합되면서 입자의 크기를 작게 하여 안정된 상태로 균일하게 존재되도록 하는 것으로, 대상에 따라 "고체"를 "액체"에 섞는 분산(suspension)과 계면이 존재하는 "제1 액체"와 "제2 액체"를 섞는 유화(emulsion)로 나눌 수 있다.

즉, 분산(dispersion, homogenization)은 입자의 크기를 작게 만드는 것을 의미하게 되는데 입자의 크기를 작게 만드는 것은 해당 물질에 강한 에너지(구동력)를 인가하여 분쇄 또는 전단(shearing) 또는 절단하므로 입자의 크기를 작게 만드는 것이다.

전통적인 분산과 유화 장치는 고압식 호모게나이저(Homogenizer)이며 압력(에너지)을 제트류로 변환하여 혼합할 대상물질(재료, 물질)을 벽에 충돌시키거나 반전시킴으로써 제트류의 운동에너지를 전단에너지로 변환시켜 분산과 유화가 이루어지도록 한다. 이러한 방식은 처리과정에서 반응물(혼합 대상물질) 내에 압력과 속도구배가 존재하여 내용물 안에 용해되어 있는 공기가 버블(bubble)을 발생시키고, 버블에 의하여 혼합되는 입자가 불균일하게 되며, 재료의 원만한 분산과 유화에 많은 시간이 소요되어 효율성이 저하되는 문제점이 있었다.

한편, 분산(dispersion)과 대비되는 혼합(mixing)에 대해서 좀더 상세히 살펴본다.

분산은 물질의 입자를 매우 작게 만들어 입자와 입자가 서로 안정적으로 균일하게 분포되는 상태이고, 혼합은 분산과 달리 물질(재료)과 물질(재료)을 단순하게 상호 섞는 것을 말한다.

오버헤드(overhead)와 같은 혼합장비를 이용하여 프로펠러, 임펠러를 회전시키게 되면 임펠러의 날개 회전에 의해 두 가지 물질이 섞이게 되는데 이것은 입자크기를 작게 만드는 과정 즉 균질화 과정이 생략된 단순한 혼합이 된다.

혼합과정에서 입자크기감소(particle size reduction)의 정도를 표시하는 단위는 「shearing force」이며 혼합(mixing)과 분산(dispersing)의 차이는 아래와 같이 매우 크다.

한편, 분산의 성능에 있어서 가장 문제가 되는 것이 분산 대상물의 점도 (viscosity)이다. 약 2,000 mPas 이상의 점도에서도 분산효율이 떨어지게 되며, 5000 mPas가 되면 일반적인 장치를 이용한 분산은 이루어지지 않는다.

점성이 있는 물질은 로터의 순간속도(tip speed)를 증가시키기 위해 임펠러의 회전속도를 증가시키고, 임펠러 주위에 장벽(fence)을 설치하여 간격(clearance) 또는 갭(gap)의 수치값을 작게하므로 전단력(shearing force)을 증가시켜야 한다.

도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 초음파 분산유화 장치를 설명하는 기능 구성 도시도이다.

첨부된 도면을 참조하여 설명하면 초음파 분산유화는 20 kHz 의 초음파(ultrasound)를 강력한 세기로 용액속에 방출하면, 용액 내부에 수많은 미세공동(microcavity)이 생성되는데, microcavity 들이 파쇄될 때 높은 온도와 압력의 충격파 에너지가 발생되고 충격파 에너지에 의하여 분산대상물의 입자가 매우 작게(잘게) 부서지도록 하는 방식이다. 초음파를 이용한 분산유화 방식은 매우 효과적이어서 나노 크기의 분산유화를 가능하게 하는 장점이 있으나 점성이 있는 물질의 분산유화에는 작업시간이 많이 소요되고 혼합의 균일성, 균질성에 한계가 있다.

도 2 는 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-스테이터 방식 분산유화 장치를 설명하는 기능 구성 도시도이다.

첨부된 도면을 참조하여 설명하면 고정된 스테이터와 회전하는 로터로 이루어지고 로터의 강한 회전 에너지에 의해 생성되는 강한 전단력(shearing force)에 의해 로터와 스테이터 사이를 지나가는 대상물질(재료)의 입자를 잘게 부수어 분산유화가 이루어지도록 하는 것이 로터-스테이터 방식이다.

강한 회전력을 가진 모터에 의해 수만 rpm의 속도로 회전하는 로터의 순간속도(tip speed)는 약 20 m/sec 에 이르는데 이 속도에 의해 분산대상물(재료)이 엄청난 속도로 로터-스테이터 사이를 통과하게 된다. 이때 로터와 스테이터 사이의 간격(clearance) 즉, 로터-스테이터의 갭(gap)은 0.1 mm 정도로서 매우 작은 갭을 이루는데 분산대상물이 강한 회전속도로 좁은 로터/스테이터 사이의 갭을 통과할 때 엄청난 전단력(shearing effect)이 발생해 입자의 크기가 순간적으로 매우 작게 전단 또는 잘라지게(shearing) 된다.

이러한 로터-스테이터 방식은 수십년 전에 개발된 것으로 오랫동안 독일 IKA 사가 그 특허권을 보유하였으며 현재는 특허권 허여 기한이 지나 그 방법이 이미 공개된 상태에 있다.

이 방법의 장점은 고점도 분산이 가능하며 공정의 편의성 측면에서 분산유화 효과가 우수하고 현재 대부분의 로터-스테이터 방식에 의한 분산유화 장치의 주류를 이루고 있으며, 성능에 차이가 있으나 이미 상용화된 장치들이 시판되고 있다.

그러나 혼합될 입자의 크기가 작은 나노입자 수준의 미세입자 분산유화에는 혼합이 잘 이루어지지 아니하고 처리 시간이 많이 소요되는 등의 문제점이 여전히 남아 있다.

따라서 로터-스테이터 방식 대신에 로터-로터(rotor-rotor) 방식을 채택하여 전단력을 높이므로 입자를 균질화시켜 입도의 균일성을 향상시키고 나노 입자 수준의 미세입자 분산유화에서도 처리 시간이 개선되는 기술을 개발할 필요가 있다.

대한민국 특허 출원번호 제10-2001-0053204호(2001.08.31.) "실 조립체와, 터빈 로터 및 스테이터 장치와, 로터와 스테이터 사이의 반경방향 갭의 밀봉 방법(TURBINE ROTOR-STATOR LEAF SEAL AND RELATED METHOD)" 대한민국 특허 출원번호 제10-2014-7025991호(2013.01.24.) "하우징, 변위 가능한 스테이터 및 스테이터 내부에서 회전 가능한 로터를 구비한 베인형 펌프(VANE-TYPE PUMP HAVING A HOUSING, HAVING A DISPLACEABLE STATOR, AND HAVING A ROTOR THAT IS ROTATABLE WITHIN THE STATOR)"

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 기존 로터-스테이터 방식의 문제점을 개선하여 임펠러를 로터-로터 방식으로 구성하는 것으로써 제 1 로터와 제 2 로터로 이루어지는 임펠러를 다단계로 구성하고 분산유화 대상 물질이 다단계의 임펠러를 차례차례 모두 통과되도록 하여 원패스 방식으로 분산유화 공정을 진행하므로 생산의 전체적인 작업시간을 단축시키고 제품의 입자 균질성을 높여 입도 균일성을 향상시키는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명의 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템은 원반 형상을 하며 하측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 1 로터톱(310)이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 중앙에 개방된 제 1 축고정홀(312)을 통하여 삽입된 제 1 구동축(13)의 외주면에 고정 설치되는 제 1 로터(30a); 및 원반 형상을 하며 상측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 2 로터톱(320)이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 외측 가장자리 부분이 제 2 로터고정브라켓(230)에 고정되고 회전중심축이 일치된 상태로 제 2 구동축(23)에 고정 설치되는 제 2 로터(30b); 를 포함하고, 상기 제 1 로터(30a)는 상기 제 2 로터(30b)와 마주보는 상태로 결합하되 상기 제 1 로터톱(310)과 제 2 로터톱(320)이 간격을 형성하는 상태로 결합하고, 상기 제 1 로터톱(310)과 상기 제 2 로터톱(320)은 동심 원주 상에 배열되되 서로 다른 원주 상에 배열되고, 상기 제 1 로터(30a)와 상기 제 2 로터(30b)가 마주 보는 상태로 결합하면 상기 제 1 로터톱(310)과 상기 제 2 로터톱(320)은 서로 다른 동심 원주에 의하여 인접한 상태로 교차 반복 배치되는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 제 1 구동축(13)은 제 1 벨트(12)를 통해 제 1 모터(11)와 연결되고 상기 제 1 모터(11)의 구동에 의하여 제 1 방향으로 일방향 회전하며, 상기 제 2 구동축(23)은 제 2 벨트(22)를 통해 제 2 모터(21)와 연결되고 상기 제 2 모터(21)의 구동에 의하여 제 2 방향으로 일방향 회전하며, 상기 제 1 방향과 상기 제 2 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.

상기 제 1 로터(30a)와 상기 제 2 로터(30b)는 단위 임펠러를 구성하고 1 내지 10 의 단위 중에서 선택된 어느 하나의 단위에 의한 다단의 임펠러부로 이루어질 수 있다.

*상기 제 2 로터(30b)는 원반 형상의 외측 가장자리 부분을 제 2 로터고정브라켓(230)의 제 1 고정부(232)에 나사체결하여 고정결합하고, 상기 제 2 고정축(23)은 상기 고정브라켓(230)의 제 2 고정부(234)에 나사체결하여 고정결합하는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 제 1 구동축(13)은 원통형상을 하는 실린더(30)의 상측면 중앙 부분에 회전상태로 고정 설치되고, 상기 제 2 구동축(23)은 원통형상을 하는 상기 실린더(30)의 하측면 중앙 부분에 회전상태로 고정 설치되고, 상기 제 1 로터(30a)와 상기 제 2 로터(30b)는 상기 실린더(30)의 내부에 설치되는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 제 1 구동축(13)은 제 1 메카니칼 실(14)에 의하여 상기 실린더(30)의 상측면을 밀폐된 상태로 관통하고 회전상태로 고정 결합 설치하며, 상기 제 2 구동축(23)은 제 2 메카니칼 실(24)에 의하여 상기 실린더(30)의 하측면을 밀폐된 상태로 관통하고 회전상태로 고정 결합 설치하며, 상기 제 1 구동축(13)의 회전축 중심과 상기 제 2 구동축(23)의 회전축 중심은 동일 수직선상에 위치하는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 실린더(30)는 상기 실린더(30)의 하측부에 형성되고 외부로부터 재료를 투입하는 투입구(31); 및 상기 실린더(30)의 상측부에 형성되고 내부로부터 재료를 토출하는 토출구(32); 를 더 포함하되, 상기 제 1 모터(11)의 회전축 중심선과 상기 제 2 모터(21)의 회전축 중심선은 상기 제 1 구동축(13)의 회전축 중심과 상기 제 2 구동축(23)의 회전축 중심이 연장 형성하는 수직선을 기준으로 평면에서 0 도 내지 180도 범위 중 선택된 어느 하나의 값을 형성하거나 동일한 위치에 배치되고, 상기 투입구(31)와 상기 토출구(32)는 상기 제 1 구동축(13)의 회전축 중심과 상기 제 2 구동축(23)의 회전축 중심이 연장 형성하는 수직선을 기준으로 평면에서 0 도 내지 180도 범위 중 선택된 어느 하나의 값을 형성하거나 동일한 위치에 배치되는 구성으로 이루어질 수 있다.

상기 실린더(30)의 투입구(31) 전단에 설치되어 고점도 재료의 실린더(30) 내 유입을 원활하게하는 재료흡입펌프(33)를 더 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 종래기술에 의한 로터-스테이터 방식의 문제점을 개선하여 임펠러를 로터-로터 방식으로 구성하고 적용한 것으로써 제 1 로터와 제 2 로터로 이루어지는 임펠러를 다단계로 구성하고 대상물질이 다단계 임펠러를 차례차례 순차 통과되도록 하여 분산유화 공정이 원패스 처리공정으로 이루어지므로 강력한 전단력에 의하여 전체적인 작업시간이 단축되며, 혼합되는 대상물질의 입도 균일성이 향상되는 것을 장점으로 한다.

도 1 은 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 초음파 분산유화 장치를 설명하는 기능 구성 도시도,
도 2 는 종래기술의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-스테이터 방식 분산유화 장치를 설명하는 기능 구성 도시도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 나타내는 도시도,
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 제 1 로터(30a)와 제 2 로터(30b)의 구조를 설명하는 기능 구성도,
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 사시도,
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 측면도(도 6a)와 평면도(도 6b),
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 제어유닛이 포함된 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 전체 구성과 고점도 분산용 다단계 임펠러(30u)의 구조를 설명하는 기능 도시도,
도 8 은 일 실시 예에 의한 것으로 종래기술에 의한 구성과 본 발명에 의한 로터-로터 방식 구성의 분산유화 공정에 의한 처리순서와 공정시간을 설명하는 도시도,
그리고
도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템의 설치 운용방법을 설명하는 순서도 이다.

며, 이러한 과정을 다단으로 구성된 임펠러에 의하여 다단 반복한다.

그러므로 투입되는 재료(물질), 용도, 용량 등의 주어진 조건과 필요에 의하여 임펠러의 다단 숫자를 가감할 수 있고 일반적으로 5 단으로 구성하는 것이 바람직하며, 임펠러의 단위 숫자가 적은 경우는 토출구(32)로 토출된 재료를 재료흡입펌프(33)에 유입시키고 재료흡입펌프(33)의 구동에 의하여 다시 투입구(31)로 유입시켜 실린더(30)에 재투입 시킬 수 있고, 임펠러의 단위가 5 단을 초과하는 경우 효율이 낮아질 수도 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 제어유닛이 포함된 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 전체 구성과 고점도 분산용 다단계 임펠러(30u)의 구조를 설명하는 기능 도시도 이다.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 설명하면 도 7에서 1af 와 2af 는 투입된 물질(재료)의 이동방향을 나타낸다.

즉, 실런더(30)의 하단 측면에 구비된 재료흡입펌프(33)와 투입구(31)를 통해 실린더(30)의 내부에 투입된 물질(재료)이 고점도 분산용 임펠러(30u)의 각 단계별 제 1 로터(30a)와 제 2 로터(30b)로 형성된 상태가 다단계 또는 5 단계로 반복된 임펠러 구성을 따라 원패스 방식으로 차례차례 통과하여 실린더(30)의 상단에 투입구(31)와 동일한 방향으로 형성된 토출구(32)를 통해 배출되는 분산유화 공정을 진행한다.

재료흡입펌프(33)에 의하여 고점도의 물질(재료)인 경우에도 실린더(30)에 원활하게 공급하므로 제 1 모터(11)와 제 2 모터(21)의 부하(load)를 경감시키고, 제 1 모터(11)와 제 2 모터(21)는 경감된 부하에 의하여 해당 전단력을 높일 수 있는 동시에 분산유화 효율이 더욱 높이는 장점이 있다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)은 제 1 로터(30a)와 제 2 로터(30b)를 포함하는 고점도 분산용 임펠러(30u)에 의해 분산유화되므로 분산유화의 효율을 높이며, 투입되는 대상 물질(재료)이 수직의 다단계 또는 5 단계로 이루어지는 로터-로터 방식 임펠러(30u)를 통과하면서 직병렬식의 입체분산이 가능하여 분산유화의 효율을 극대화시킨다.

이러한 고점도 분산용 다단계 임펠러(30u)로 이루어지는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)은 원패스 방식의 플로우 타입으로 분산유화 공정의 효율을 획기적으로 고도화한다.

도 8 은 일 실시 예에 의한 것으로 종래기술에 의한 구성과 본 발명에 의한 로터-로터 방식 구성의 분산유화 공정에 의한 처리순서와 공정시간을 설명하는 도시도 이다.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 설명하면 도 8 은 분산유화 대상물의 원료 투입부터 배출까지 원패스 방식으로 처리하는 플로우 타입으로 기존 배치공정(batch process)에 비해 공정시간을 1/8 수준으로 단축이 가능하며 생산 공정시간을 단축하고 생산비용과 불량율을 낮추는 장점이 있다.

또한, 분산유화 대상물의 반응시간이 획기적으로 단축되어 기존 인라인 믹서 대비 분산열 발생이 거의 없으므로 분산유화 공정에 의한 반응물의 물성변화가 없는 장점이 있다.

*하기의 표 1 은 고점도 물질의 분산유화 문제점과 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 장점을 대비한 도표이다.

고점도 물질분산의 문제점	로터-로터 방식의 분산장치(100)의 장점
- 고점도 물질은 균일성 측면에서 고분산 구현이 기술적으로 한계. - 기존 믹서를 실험실용 이상으로 스케일 업 할 경우 높은 비용부담. - 처리 용량이 커질수록 교반 사각지역 증가, 품질 저하, 처리시간의 장기화 필요(8시간 이상) - 낙후된 공정으로 품질과 수익률 낮음	- 로터-로터 방식으로 균일도 높은 분산유화 구현. - 대용량에서 소용량까지 모두 처리가능. - 프리 믹싱후 원료 투입부터 배출까지 플로우 타입의 원-패스 공정으로 작업시간 대폭 축소. - 분산 반응기의 체류시간이 대폭 줄어들어 분산유화시 열발생으로 인한 열화현상 없음.

본 발명의 일 실시 예에 의한 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)은 소재산업뿐만 아니라 고효율의 분산, 유화, 미립화, 혼합이 요구되는 공정에 적용될 수 있으며 식품, 화장품, 제약, 고무, 접착제, 필름, 코팅, 잉크, 페인트, 정밀화학, 전자재료, 고분자 산업 등 광범위한 분야에 적용될 수 있다.

즉, 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)은 원패스 플로우 방식으로 분산유화 처리하는 것으로 공정시간과 품질 측면에 애로사항이 있고 전단에너지와 균일한 혼합, 분산이 필요한 배치 공정 분야에 적용되어 문제점을 해결하므로 기술적인 파급효과가 크게 기대된다.

이하에서 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)이 적용 가능한 분야와 문제점 해결에 대한 예를 분야별로 설명한다.

<잉크 혼합/제조공정>

잉크의 제조방식은 재래화되어 있어 재료혼합, dissolver, 3 roll mill 및 bead mill 분산 후 바니시, 용제 등 첨가제 첨가하고 다시 dissolver 공정을 거치는 복잡한 공정이다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 공정에 적용하면 재료 혼합과 dissolver 공정에서 높은 전단에너지 공급에 의하여 공정시간의 단축이 가능하다.

<발포단열제의 첨가제 혼합공정>

발포단열제 제조공정에서 단열재를 발포시키는 해당 첨가제는 매우 미량 첨가된다. 생산단계에서 미량 첨가되는 첨가제가 균일하게 혼합되도록 하는 공정이 비교적 어려워 연속 대량생산이 불가능하였다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 공정에 적용하면 미량의 첨가제와 단열재를 각각 정량 주입하여 원패스로 분산유화시키므로 일정한 품질로 연속생산 할 수 있으며 제조 생산 공정의 획기적인 시간 감소와 단열성능에서도 30 %의 개선된 상승효과를 얻을 수 있다.

<실리콘 GUM Blending>

접착제와 필름 등에 많이 사용하는 실리콘은 최근 스마트 폰 특수 보호필름 등에도 사용될 정도로 수요처를 확대하고 있으나 실리콘 원료를 GUM 상태로부터 용해시키는 생산현장에서의 처리공정은 해당 저장 탱크를 130 ℃의 온도로 가열하고 48 시간 동안 가동 후 냉각하여야 하므로 생산시간과 비용이 많이 소요된다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 이러한 공정에 적용하면 로터-로터의 높은 전단력에 의하여 약 5 시간 만에 해당 공정을 완료하여 대량생산이 가능하다.

<그래핀을 얇고 고르게 분산하는 기술>

터치패널, Flexible display, 에너지소자 전극과 전자파 차폐필름, 자동차 열선유리, 태양전지와 반도체 칩, 투명히터, 스마트윈도우, 각종 센서, 인쇄용 전자잉크 등에 사용되는 그래핀은 전도성, 유연성, 내구성 등이 다른 물질보다 탁월하여 꿈의 신소재로써 각광받고 있지만 생산 공정이 복잡하고 대량생산이 어려워 실생활에 활용하기 어렵다는 단점이 있다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 활용하면 로터-로터의 높은 전단력을 활용한 기술로 대량생산이 가능하다.

<카본블랙>

산업용 카본블랙은 프린트용 잉크, 토너, 코팅, 플라스틱, 제지와 건축 등의 다양한 응용분야에서 사용되며, 최근 스마트폰의 외장 코팅에도 많이 사용된다. 카본블랙은 타 안료에 비해 분산하기 매우 어려우며 성분이 카본이고 카본의 특성상 서로 응집하여 잘 떨어지지 않으므로 균일한 품질의 제품을 생산하기 어려운 문제가 있다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 활용하면 로터-로터의 높은 전단력을 활용하여 카본의 분산유화를 처리하므로 해당 제품을 균일한 품질로 대량 생산할 수 있다.

<Metal Paste 분산>

스마트폰의 핵심부품인 칩 콘덴서에 사용되는 나노 메탈 페이스트는 분산이 매우 중요하고 나노 메탈 페이스트의 분산이 잘 이루어지지 않는 경우 전기적 불량의 원인이 된다.

칩 콘덴서는 스마트폰과 태블릿 PC 등 모바일기기는 물론 노트북 등 전자제품과 자동차까지 광범위하게 사용되는 핵심 부품으로 전력이 각 부품에 필요한 만큼 적시에 공급되도록 제어해주는 역할을 한다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)를 활용하면 로터-로터의 높은 전단력에 의하여 나노 메탈 페이스트를 분산유화시키므로 전기적 불량을 줄이고 균일한 품질에 의한 칩 콘덴서를 대량 생산할 수 있다.

<메디컬 고분자 필러 및 콜라겐 분산>

미용성형분야에서 빈번하게 사용되는 필러(filler)는 영어로 채운다는 의미이고, 미용 성형분야에서 피부에 주사하거나 삽입 시술하여 주름, 패인 흉터 등을 감추는 보완재료를 통칭한다.

현재 필러 분야는 크게 인체 내 피부에 존재하는 생체 물질인 히알루론산 성분을 이용하는 제품과 생체적합성 고분자 성분을 이용하는 제품으로 구분된다.

생체적합성 고분자를 이용한 제품은 6 개월 ~ 1 년 정도만 효과를 발휘하던 히알루론산 제품과 달리 한번 시술을 통해 2 년 이상 효능이 발휘되며, 피부 내에서 환자 자신의 콜라겐 생성을 유도하는 특징이 있어 이물감이 적고 실제 조직처럼 자연스러운 효과가 나타나는 것으로 알려져 있다.

국내 미용분야에서 필러의 시장규모는 약 1,000 억원 수준이며, 전세계 시장도 약 2 조원이 넘는 대형 시장으로 알려져 있고, 인구 고령화와 미용에 대한 관심증대로 계속적으로 성장할 것으로 예상되는 분야이다.

생체적합성 고분자인 콜라겐은 높은 점도 때문에 교반과 대량생산이 어려워 원료가 매우 고가인 문제가 있다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)를 활용하면 로터-로터의 높은 전단력과 원패스(ONE-PASS) 타입을 활용한 기술로 필러의 대량생산이 가능하다.

<2차전지 제조>

2차전지(리튬전지)는 IT 수요의 꾸준한 증가와 함께 전기자동차용 배터리와 에너지저장장치(ESS)용 수요가 크게 늘어나면서, 2018년에 125 GWh의 수요가 예측되어 연평균 22% 가량 성장할 것으로 전망된다.

리튬전지는 활물질과 BINDER를 SOLVENT에 녹여 양극과 음극의 SLURRY를 만드는 공정이 쉽지 않은 문제가 있다.

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)을 활용하면 로터-로터의 높은 전단력과 원패스(ONE-PASS) 타입을 활용하므로 분산유화 시간을 매우 짧게 줄일 수 있고 다음 공정인 코팅공정에 바로 연결할 수 있어 생산성이 향상되고 불량을 을 낮추며 생산비용을 줄일 수 있다.

도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 것으로 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템의 설치 운용방법을 설명하는 순서도 이다.

이하, 첨부된 모든 도면을 참조하여 상세히 설명하면 제 1 구동축(13), 제 1 로터(30a), 제 1 모터(11), 제 1 벨트(12), 제 1 메카니칼 실(14), 제 2 구동축(23), 제 2 로터(30b), 제 2 모터(21), 제 2 벨트(22), 제 2 메카니칼 실(24), 실린더(30)를 포함하는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템의 설치 운용방법에 있어서 제 1 로터와 제 2 로터를 하나 이상 다수 준비한다(S1010).

제 1 로터를 구성하는 제 1 로터톱(310)이 하방향을 향하고 제 2 로터를 구성하는 제 2 로터톱(320)이 상방향을 향하여 제 1 로터와 제 2 로터가 마주 보도록 배치한다.

이때, 제 1 로터톱과 제 2 로터톱이 상호 인접하도록 제 2 로터의 내부에 제 1 로터를 삽입 설치하여 하나의 단위 임펠러를 형성한다.

즉, 하나의 제 1 로터와 제 2 로터가 서로 마주 보도록 배치된 구성을 이하에서 단위 임펠러로 설명한다.

단위 임펠러를 1 내지 10 의 숫자 범위에서 선택된 어느 하나의 숫자에 의한 값으로 상하 방향으로 적층하는 수직 다단 설치하여 임펠러부를 형성한다(S1020).

단위 임펠러가 수직방향으로 다단 설치되는 구성을 이하에서 임펠러부로 설명한다.

제 1 구동축을 준비한다(S1030).

제 1 구동축을 임펠러부 또는 제 1 로터의 중앙에 형성된 관통홀인 제 1 축고정홀(312)에 삽입하여 제 1 구동축의 외주면에 제 1 로터를 고정상태로 설치한다(S1040).

이때, 제 1 구동축은 일 실시 예로, 상부 일측에 하나 이상 다수의 제 1 로터가 지정된 위치로부터 상방향으로 더 이상 이동하지 못하도록 제한하는 멈춤턱을 형성하고 하측 끝단에는 하나 이상 다수의 제 1 로터가 제 1 구동축에 고정 설치되도록 너트가 체결되는 나사산이 형성된다.

또한, 다른 일 실시 예로, 제 1 구동축의 하측단 부위에 외주면에 고정설치되고 하나 이상 다수의 제 1 로터가 고정 설치되도록 하는 제 1 로터고정브라켓을 구비할 수 있다.

고정 설치하는 구성은 일반적으로 쉽게 알 수 있으므로 본 발명에서는 구체적이며 상세한 설명을 생략하기로 한다.

제 2 로터고정브라켓(230)을 포함하는 제 2 구동축을 준비한다(S1050).

원반형상을 하는 제 2 로터고정브라켓의 가장자리 부분에 형성된 제 1 고정부(232)에 하나 이상 다수로 이루어지는 제 2 로터의 가장자리 부분을 고정 설치한다. 이러한 고정설치에는 볼트를 이용하거나 일반적으로 알 수 있는 방식을 이용할 수 있다.

*제 2 로터고정브라켓의 중심부위에 관통 형성된 제 2 고정부(234)에는 제 2 구동축을 고정 설치하며, 고정설치에는 볼트를 이용하거나 일반적으로 알 수 있는 방식을 이용할 수 있다(S1060).

즉, 상기 제2로터고정브라켓(230)은 중공 형상이고, 상단부 외측면에는 상기 제1고정부(232)가 외측 방향으로 돌출 형성되어 상기 제2로터(30b)와 볼트 체결되는 제2로터고정브라켓본체(231)를 포함한다.

상기 제2로터고정브라켓본체(231)에는 재료 이동을 위한 재료 이동공(O)이 형성된다. 상기 재료 이동공(O)은 상기 제2로터고정브라켓본체(231)의 상면에 형성되는 제1재료 이동공(O2)과, 상기 제2로터고정브라켓본체(231)의 측면에 원주 방향으로 다수 개 형성되는 제2재료 이동공(O1)으로 이루어진다.

상기 제2로터고정브라켓본체(231)의 저면에는 제2고정부(234)가 형성되어 제2구동축(23)이 고정된다.

유화 대상이 되는 재료는 도 3에 도시된 바와 같이 재료흡입펌프(33)에 의해 이송되어 투입구(31)를 거쳐 실린더(30) 내부로 투입된다. 상기 투입된 재료는 실린더(30) 내부에 설치된 제2로터고정브라켓(230)의 제2재료 이동공(O2)을 거쳐 상기 제2로터고정브라켓(230)의 내부로 투입된다. 이후, 상기 제1재료 이동공(O2)을 통해 제2로터(30b)측으로 투입된다.

실린더와 제 1 메카니칼 실과 제 2 메카니칼 실을 준비한다(S1070).

실린더의 내부에 제 1 구동축과 제 2 구동축이 고정설치된 임펠러부를 내장하고 상단부에 제 1 메카니칼 실을 밀폐 상태로 설치하므로 제 1 구동축을 회전상태로 고정 설치한다. 또한, 실린더의 하단부에 제 2 메카니칼 실을 밀폐 상태로 설치하므로 제 2 구동축을 회전상태로 고정 설치한다(S1080).

여기서 실린더에는 투입구와 토출구가 설치되는 것으로 설명한다.

제 1 벨트와 제 2 벨트가 포함된 제 1 모터와 제 2 모터를 각각 준비한다(S1090).

제 1 모터와 제 2 모터를 실린더의 주변에 고정설치하고, 제 1 모터의 구동력이 제 1 구동축에 전달되도록 제 1 모터와 제 1 구동축을 제 1 벨트로 연결한다. 한편, 제 2 모터의 구동력이 제 2 구동축에 전달되도록 제 2 모터와 제 2 구동축을 제 2 벨트로 연결한다(S1100).

로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템(100)의 설치가 완료되면 제 1 모터와 제 2 모터에 각각 전원을 입력하여 각각 정상 구동 상태를 확인하고, 주변정리 및 세척을 완료한 후, 투입구에 해당 재료를 투입하여 분산유화 처리하고 토출구로 배출되도록 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명은 제 1 로터와 제 2 로터가 구비되고, 제 1 로터와 제 2 로터는 각각 반대 방향으로 회전하여 대상물질인 해당 재료를 입도 균일성이 향상된 상태로 분산유화 처리한다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 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 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

11: 제 1 모터 12: 제 1 벨트
13: 제 1 구동축 14: 제 1 메카니칼 실
21: 제 2 모터 22: 제 2 벨트
23: 제 2 구동축 24: 제 2 메카니칼 실
30: 실린더 30u: 고점도 분산용 다단계 임펠러
30a: 제 1 로터 30b: 제 2 로터
31: 투입구 32: 토출구
100: 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템
230 : 고정브라켓 232 : 제 1 고정부
234 : 제 2 고정부 310 : 제 1 로터톱
312 : 제 1 축고정홀 320 : 제 2 로터톱
33 : 재료흡입펌프

Claims (3)

1. 원반 형상을 하며 하측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 1 로터톱(310)이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 중앙에 개방된 제 1 축고정홀(312)을 통하여 삽입된 제 1 구동축(13)의 외주면에 고정 설치되는 제 1 로터(30a); 및
   원반 형상을 하며 상측 방향으로 돌출 형성된 하나 이상 다수의 제 2 로터톱(320)이 하나 이상 다수의 동심 원주를 따라 균일한 간격으로 배열 형성되고 외측 가장자리 부분이 제 2 로터고정브라켓(230)에 고정되고 회전중심축이 일치된 상태로 제 2 구동축(23)에 고정 설치되는 제 2 로터(30b); 를 포함하고,
   상기 제 1 로터(30a)는 상기 제 2 로터(30b)와 마주보는 상태로 결합하되 상기 제 1 로터톱(310)과 제 2 로터톱(320)이 간격을 형성하는 상태로 결합하고,
   상기 제 1 로터톱(310)과 상기 제 2 로터톱(320)은 동심 원주 상에 배열되되 서로 다른 원주 상에 배열되고,
   상기 제 1 로터(30a)와 상기 제 2 로터(30b)가 마주 보는 상태로 결합하면 상기 제 1 로터톱(310)과 상기 제 2 로터톱(320)은 서로 다른 동심 원주에 의하여 인접한 상태로 교차 반복 배치되는 구성으로 이루어지고,
   상기 제2로터고정브라켓(230)은 중공 형상이고, 상단부 외측면에는 상기 제1고정부(32)가 외측 방향으로 돌출 형성되어 상기 제2로터(30b)와 볼트 체결되는 제2로터고정브라켓본체(231)를 포함하고,
   상기 제2로터고정브라켓본체(231)에는 재료 이동을 위한 재료 이동공(O)이 형성되고, 상기 재료 이동공(O)은 상기 제2로터고정브라켓본체의 상면에 형성되는 제1재료 이동공(O2)과, 상기 제2로터고정브라켓본체(231)의 측면에 원주 방향으로 다수 개 형성되는 제2재료 이동공(O1)으로 이루어지며, 상기 제2로터고정브라켓본체(231)의 저면에 형성되는 제2고정부(234)에는 제2구동축이 고정되고,
   재료흡입펌프(33)에 의해 이송되어 투입구(31)를 거쳐 실린더(30) 내부로 투입된 재료는 실린더 내부에 설치된 제2로터고정브라켓(230)의 제2재료 이동공(O1)을 거쳐 상기 제2로터고정브라켓(230)의 내부로 투입되고, 상기 제1재료 이동공(O2)을 통해 제2로터(30b)측으로 투입되는 것을 특징으로 하는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 로터(30a)와 상기 제 2 로터(30b)는 단위 임펠러를 구성하고 1 내지 10 의 단위 중에서 선택된 어느 하나의 단위에 의한 다단의 임펠러부로 이루어지는 구성을 특징으로 하는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 실린더(30)의 투입구(31) 전단에 설치되어 고점도 재료의 실린더(30) 내 유입을 원활하게하는 재료흡입펌프(33)를 더 포함하는 구성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로터-로터 방식 분산유화장치 임펠러 구조 시스템.
   
   
   

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