KR20180090250A - 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키기 위한 혼합 링과, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키기 위한 혼합 링과, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링(1)을 지칭하며, 혼합 링(1)은 혼합 경로(4)와 유동적으로 연결된 용매 투입 경로(2) 및 용질 투입 경로(3)을 포함한다. 용매 투입 경로(2)는 용매의 일부를 수용하도록 구성되며 용질 투입 경로(3)는 용질의 일부를 수용하도록 구성되며, 혼합 링(1)은 용매의 일부 및 용질의 일부를 혼합 경로(4)로 유도하도록 구조적으로 구성되며, 혼합 링(1)은 대체적으로 혼합 경로(4)의 내부 영역에 위치되며, 디퓨저(5)는 용매의 일부는 용질의 일부를 향해 유도되도록 구성된다. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템 및 방법이 또한 제안된다.

Description

용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키기 위한 혼합 링과, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템 및 방법
본 발명은 시스템 및 방법, 그리고 용질(solute)의 일부를 용매(solvent)의 일부에 용해(dissolve)시키기 위한 혼합 링(a mixing ring)에 관한 것이다. 구체적으로, 용질과 용매 사이 혼합의 효율성을 증가시키도록 구성된 시스템과 방법 및 혼합 링에 관한 것이다.
용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 선행 기술 시스템 및 방법은 프로세스(the process) 동안 혼합 비율(the mixing ratio)을 일정하게 유지시키는데 약점(문제)가 있다.
그러한 시스템에서, 용질 투여량(the solute dose)(용매 안에 용질의 양)은 용질 유량(the solute flow rate)의 측정에 따라 100%이며, 그러한 측정은 시스템의 소정 루프 제어(a determined loop control of the system)에 따라(dependent) 이루어진다.
기본적으로, 선행 기술 시스템에서, 용매 유량(the solvent flow rate)은 소정 값으로 일정하게 유지되며, 소정 용매 유량 및 요구되는 혼합 비율에 따라서, 시스템은 고정 시럽 유량(a fixed syrup flow rate)을 더한다.
루프 제어에 의해, 메커니즘 및 제어(the mechanisms and controls)가 바람직하게는 프로그램 가능 논리 제어기(PLC, Programmable Logic Controller)를 사용하여, 프로세스의 일부 변수(some variables)를 조정하도록 되어있다. 예를 들어, 루프 제어(a loop control)에서, 소정 시간(determined times)은 PLC가 소정 값을 제어할 때 설정된다.
구체적으로 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템 및 방법에서, 소정 시간은 용매 유량의 측정 시간과, 용질 유량의 측정 시간과 추가로 PLC가 어떤 작용(which action)이 취해졌는지 결정하는 시간일 수 있다.
PLC가 용질 투여랑을 어떻게 조정하는지 결정하는 역할을 추가로 하기 때문에, 이는 소정 값 또는 그러한 신호를 수용 및 해석(interpret)하고 시스템의 용질 유량을 증가 또는 감소시키는 펌프(pump)로 신호를 보낸다.
루프 제어는 프로세스 동안 계속해서 반복되며, 위에 언급된 소정 시간은 용질 및 용매의 혼합 비율에 직접적인 영향을 가지며 이는 밸브(the valve) 또는 펌프에 의해 수용된 신호가 즉각적인 작용(an instantaneous action)을 야기하지 않기 때문이며 이는 그러한 신호가 해석되는데 일정 시간이 걸리기 때문이다.
결과적으로, 루프 제어에서 그리고 메커니즘(their mechanisms)에서 간단한 오류(a simple error)는 전체 시럽 투여량(the total syrup dose)에 직접적으로 영향을 미칠 것이며, 즉 용질 및 용매의 혼합 비율에 직접적으로 영향을 미친다.
용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 제안된 시스템과 방법 및 혼합 링에서, 용질 유량은 시스템에서, 그리고 구체적으로 구조적 구성(its structural configuration)에 의한 혼합 링에서 흐르는 용매 유량에 의해 자동적으로 끌린다.
결과적으로 그리고 루프 제어의 작용(the actuation)을 고려하여, 시스템은 PLC가 제어 신호(a control signal)를 소정 값으로 보내는 시간을 감지(sense)하지 못할 것이며, 그러한 신호는 수용 및 해석되어 결과적으로 밸브가 제어된다.
제안된 시스템, 방법 및 혼합 링에서, 작용은 실시간으로 일어나며 이는 물(용매) 유량에 변동(variations)이 시럽 유량을 자동적으로 조정(제어)하기 때문이다. 다시 말하면 위에 언급된 바와 같이, 용질은 시스템과 구체적으로 혼합 링의 구조적 구성에 의한 용매에 의해 끌린다.
본 발명에서 루프 제어는 요구되는 혼합 비율을 결정하는 용질 모듈 밸브(a solute modulating valve)의 개폐(the opening/closing)(조정)에 따라 영향을 받을 것이다. 혼합 프로세스(the mixing process)가 안정적이기 위해서는, 요구되는 혼합 비율 및 실제 혼합 비율 사이 차이에 대해 용질 모듈 밸브를 조정하는 것이 필요할 것이다.
제안된 혼합 링과 시스템 및 방법이 최종 용액 비율(the proportionality of the final solution)(용질/용매)을 유지할 때, 용질 유량에서 수정의 필요성(the necessity of correction)이 감소한다.
용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키도록 구조적으로 구성된 혼합 링을 제공하는 것은 본 발명의 한 목적이며, 용매의 일부는 용질의 일부를 향해 수직으로 유도(lead)된다.
170 cPs 이하(inferior or equal)의 점도(a ciscosity)의 어떤 종류의 용질과 점도 80 cPs 이하이거나 그와 같은 점도의 어떤 종류의 용매도 프로세스할 수 있도록 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링과 시스템 및 방법을 제공하는 것은 본 발명의 추가적인 목적이다.
혼합 링에 들어가는 용질 유량에 작용의 필요성을 감소키시도록 구성되도록 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링과 시스템 및 방법을 제공하는 것은 본 발명의 추가적인 목적이다.
용매 유량의 변동에 의한 용질 유량의 변동을 자동적으로 조정하도록 구성된 혼합 링과 시스템 및 방법을 제공하는 것은 본 발명의 또 다른 목적이다.
용매 모듈 밸브 또는 용질 모듈 밸브 사이 단지 하나만을 조정함으로써 실제 혼합 비율의 제어가 가능한 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 방법을 제공하는 것은 본 발명의 추가적인 목적이다.
음료 산업에서와 같이 대형 시스템에서 사용될 수 있고, 패스트푸드점의 음료수 기계에서와 같이 소형 시스템(small scale systems)에서 추가로 사용될 수 있는 혼합 링 및 혼합 방법을 제공하는 것은 본 발명의 추가적인 목적이다.
음료, 화학, 약학 산업 및 추가로 병원 부문(the hospital sector)과 같은 다수의 적용 분야에서 사용될 수 있는 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링과 시스템 및 방법을 제공하는 방법 또한 본 발명의 목적이다.
혼합 링이 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 것으로 제안되고, 상기 혼합 링은, 혼합 경로(a mixing path)에 유동적으로(fluidly) 연결되는 용매 투입 경로(a solvent input path)와 용질 투입 경로(a solute input path)를 포함하며, 용매 투입 경로는 용매의 일부를 수용하도록 구성되며 용질 투입 경로는 용질의 일부를 수용하도록 구성된다.
혼합 링은 용매의 일부와 용질의 일부를 혼합 경로로 유도하도록 구조적으로 구성되며, 혼합 링은 대체적으로 혼합 경로의의 내부 영역에 위치된 디퓨저(a diffuser)를 추가로 포함하며, 티퓨저는 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 유도하도록 구성된다.
본 발명은 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템을 제안하며, 시스템은 용매의 일부를 용매 탱크(a solvent tank)에서 혼합 링으로 유도하도록 구성된 용매 방출 덕트(a solvent discharge duct)를 포함하며, 용매 방출 덕트의 제1 단부(a first end)는 용매 탱크의 하단부(a bottom portion)에 연결되며, 용매 방출 덕트는 혼합 링의 제1 직경(a first diameter)과 같은 용매 덕트 직경(a solvent duct diameter)을 포함한다.
시스템은 용질의 일부를 용질 탱크(a solute tank)에서 혼합 링으로 유도하도록 구성된 용질 방출 덕트(a solute discharge duct)를 포함하며, 용질 방출 덕트의 제1 단부는 용질 탱크의 하단부에 연결되며, 용질 덕트(a solute duct)는 혼합 링의 제3 직경(a third diameter)과 같은 용질 덕트 직경(a solute duct diameter)을 포함한다.
본 발명은 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 방법을 추가로 제안하며, 방법은 용액 안에 용매 및 용질의 요구되는 혼합 비율을 설정하는 단계와 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템의 혼합 링에 용매의 일부 및 용질의 일부를 더하는 단계를 포함한다.
방법은 용매의 일부가 혼합 링에 도달하기 전에 용매의 일부의 유량을 측정하는 단계와 용질의 일부가 혼합 링에 도달하기 전에 용질의 일부의 유량을 측정하는 단계와, 용질의 측정된 유량에 의해 용매의 측정된 유량을 나눔(dividing)으로써 실제 혼합 비율을 결정하는 단계와 언급된 실제 혼합 비율과 설정된(established) 요구되는 혼합 비율을 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명은 바람직한 실시예에 따라 도시되었다.
도 1은 본 발명에 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 2는, 도 2(a)가 용매 투입 경로를 도시하며 도(b)가 용질 투입 경로를 도시하며 도 2(c)가 혼합 경로를 도시하는, 혼합 링의 단면도이다.
도 3은 용매 및 용질의 유동을 나타내는 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 4는 구조적 크기(its structure dimensions)를 나타내는 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 5는 용질 투입 경로의 크기를 나타내는 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 6은 제안된 혼합 링의 용질 목(the solute neck)을 나타내는 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 7은 디퓨저의 크기를 나타내는 제안된 혼합 링의 단면도이다.
도 8은 디퓨저의 크기를 나타내는 제안된 혼합 링의 추가적 단면도이다.
도 9는 용매 및 용질의 변위 벡터(displacement vectors)를 나타내는 혼합 링의 영역의 하이라이트된 도면이다.
도 10은 본 발명에 제안된 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템의 일반적인 도면이다.
도 11은 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템의 추가적 도면이다.
제안된 혼합 링과 혼합 시스템 및 혼합 방법의 이러한 바람직한 실시예에서, 물의 일부로서 바람직하게 이해될 수 있으며 용질은 시럽의 일부로서 바람직하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에서 제안된 혼합 링(1)의 단면도이다. 제안된 혼합 링(1)의 더 나은 이해를 위하여, 도 1은 주요 세그먼트(main segments)를 도시할 것이며 따라서 각 세그먼트는 구조적 구성 및 목적에 관련하여 기술(addressed)될 것이다.
도 1을 참조하여, 제안된 혼합 링(1)은,
혼합 경로(a mixing path, 4), 디퓨저(a diffuser, 5), 용매 투입 영역(a solvent input zone, 6), 폐쇄 영역(a choke zone, 7), 용질 투입 영역(a solute input zone, 8) 및 용질 챔버(a solute chamber, 9)를 포함한다. 용질 투입 영역(6) 및 폐쇄 영역(7)은 용매 투입 경로(a solvent input path, 2)를 정의하며, 추가로, 용질 투입 영역(8) 및 용질 챔버(9)는 용질 투입 경로(a solute input path, 3)을 정의한다. 도 1에 도시된 점선은 위에 언급된 각 세그먼트(each segment)의 경계(the boundaries)를 나타낸다.
용매 투입 경로(2) 및 용질 투입 경로(3)는 구체적으로 각각 도 2(a) 및 도2(b)에 나타낼 수 있다. (디퓨저가 없는) 혼합 경로(4)는 도 2(c)에 도시된다.
도 3에 솔리드 화살표(the solid arrows)는 용매의 일부를 나타내며 이는 (도시되지 않은) 용매 탱크(a solvent tank)에서 용매 투입 경로(2)로 이동하며, 따라서, 점선 화살표(the dotted arrows)는 용질의 일부를 나타내며 이는 (도시되지 않은) 용질 탱크에서 용질 투입 경로(3)로 이동한다. 혼합 링(1)의 대안적인 실시예에서 용매 및 용질은 또다른 저장소(another reservoir)에서 올 수 있고 이는 구체적으로 탱크일 필요는 없다.
용매 및 용질 양쪽은 혼합 링(1)에 가깝게 위치된 펌프(a pump)에 의해 흡입(sucked)되며, 그러한 펌프의 위치는 혼합 링(1)의 구조적 구성의 기술이 완료된 후에 추가로 기술될 것이다.
도 4에서 더 잘 나타내지듯이, 용매 투입 영역(6) 및 폐쇄 영역(7) 사이 상호 접속(the interconnection)은 제1 직경(A)(a first diameter A)를 설정하며, 이는 혼합 링(1)이 혼합(수용)하도록 계획된(projected) 총 유량(the total flow rate)(용매 유량+시럽 유량)에 따르게 된다.
아래에 표는 바람직하게 프로세스되는 총 유량에 따른 제1 직경(A)의 값을 도시한다. 언급된 바와 같이, 아래에 값은 바람직하게 제한사항으로 고려되어서는 안되는 값이다.
총 유량 (m 3 /h) 제1 직경 A (밀리미터)
= 75 총 유량 x 1,55
55에서 74 총 유량 x 1,75
25에서 54 총 유량 x 1,8
8에서 24 총 유량 x 2,25
< 8 총 유량 x 3
용매 투입 영역 길이 N(the solvent input zone length N)에 있어서, 혼합 링(1)의 이러한 바람직한 실시예에서 이는 제1 직경(A)와 같은 크기를 갖는다.
혼합 경로(4)로 유도될 수 있는 용매의 일부의 수렴(the convergence)에서 시작하여, 용매 투입 경로(2)의 내부 영역은 폐쇄 영역(7)과 혼합 경로(4) 사이 상호 접속 사이 부근(the vicinity)에서 용질 투입 영역(6)과 폐쇄 영역(7) 사이 상호 적속에서 시작하여 점진적으로 감소된다.
결론적으로, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 제2 직경(B)(a second diameter B)가 결정되며 이는 아래와 같이 제1 직경(A)의 50%와 65% 사이일 것이다.
총 유량 (m 3 /h) 제2 직경(B) (밀리미터)
= 75 0,5 * A에서 0.65*A
55에서 74 0,5 * A에서 0.65*A
25에서 54 0,5 * A에서 0.65*A
8에서 24 0,5 * A에서 0.65*A
< 8 0,5 * A에서 0.65*A
혼합 경로 길이 O(the mixing path length O)에 있어서, 제1 직경(A)에 따라서 구체적으로, 혼합 링(1)의 이러한 바람직한 실시예에서, 혼합 경로(4)의 혼합 경로 길이 O는 제1 직경(A)의 값의 1.5에서 3.0 배 사이이어야 한다.
폐쇄 지점(the choke point, 13)에서 혼합 경로(4)의 경계(the border)까지, 제2 직경(B)는 바람직하게 일정하게 (용매는 향해 혼합 경로(4)로 올바르게 유지하기 위해) 유지되며, 그러한 구성은 용질과 용매 사이 혼합의 효율성(the efficiency of the mixing)을 증가시킨다. 하지만, 혼합 링(1)의 대안적인 실시예에서, 점진적인 감소(the gradually reduction/the gradual reduction)는 언급된 경계(the mentioned border)까지 직접적으로 계속될 수 있다.
제1 직경(A)로부터 제2 직경(B)로의 점진적 감소는 폐쇄 각
Figure pct00001
(a choke angle
Figure pct00002
)을 설정하고 이는 혼합 링(1)의 수렴 각(the convergence angle)로 고려될 수 있다. 제1 직경(A)와 유사하게, 폐쇄 각
Figure pct00003
은 혼합 링(1)이 프로세스하도록 계획된 총 유량에 따른다.
바람직하게 폐쇄 각
Figure pct00004
의 값은 아래의 표에 공개된다.
총 유량 (m 3 /h) 각
Figure pct00005
(등급)
= 75 28
55에서 74 25
25에서 54 23
8에서 24 20
< 8 17
용질 투입 경로(3)의 구조적 구성은 도 5에서부터 특히 기술될 것이다.
용질의 일부는 용질 입력 영역(8)에 혼합 링(1)에서 처음으로 도입되며, 이는 제3 직경(C)(a third diameter C)를 가진다. 제3 직경(C)의 값은 혼합 링(1)이 프로세스되는 총 유량에 따른다. 제3 직경(C)가 바람직하게 제1 직경(A)의 값의 50%와 65% 사이가 되어야한다는 것이 보여질 수 있다.
총 유량 (m 3 /h) 제3 직경(C) (밀리미터)
= 75 0,5 * A에서 0.65*A
55에서 74 0,5 * A에서 0.65*A
25에서 54 0,5 * A에서 0.65*A
8에서 24 0,5 * A에서 0.65*A
< 8 0,5 * A에서 0.65*A
값은 제2 직경(B)에 대해 제안된 것과 같음이 관측될 수 있으며, 따라서, 혼합 링(1)의 이러한 바람직한 실시예에서, 제2 직경(B)는 제3 직경(C)와 같다.
혼합 경로(4)에서 용질의 일부의 올바른 도입(a correct introduction)을 수행하기 위해, 용질 챔버 폭 E(the solute chamber width E)는 크게 정의되어서는 안된다. 혼합 링의 이러한 바람직한 실시예에서, 용질 챔버 폭 E는 다음과 같은 범위에서 값이 정의되어야한다, C/10 = E = C/3. 제3 직경(C)에 대한 참조가 도 5에서 이루어진다.
도 4를 참조하여, 용질 챔버 폭 E의 값은 폐쇄 지점(13)에서 혼합 경로(4)의 경계까지 거리(길이)와 같다.
이러한 바람직한 값에서, 용질의 일부는 "압축(compressed)"될 수 있으며 결과적으로 용질 챔버(9)의 개방 부분(the open portion)으로 유도될 것이며, 이는 연속하여(sequentially) 기술될 것이다.
혼합 경로(4)에 들어가기 전에, 용질의 일부는 용질 목(11)을 통해 흐르며 이는 도 6에 하이라이트된 어두운 영역에 의해 나타내어진다. 구조적으로, 도 5를 참조하여, 용질 목(11)은 제4 직경(D)에 따르며 제1 직경(A)에 따르는 제2 직경 F를 설정하며, 결과적으로, 제2 직경 F는 혼합 링(1)이 수용하는 용매 및 용질의 유량에 따른다.
구체적으로, 제2 폭 F는 아래의 표현에 의해 얻어진다.
Figure pct00006
도 4를 참조하여, 제2 폭 F의 값은 또한 지점(13)에서 혼합 경로(4)의 경계까지의 거리의 값이다.
혼합 경로(4)에서 용질의 더 나은 도입(a better introduction)을 위해서 용질 목(11)은 프로젝선 램프(a projection ramp, 12)를 정의하며 이 램프는 용질의 부분을 디퓨저(5)를 향해 유도하며, 더 구체적으로, 도 7을 참조하여, 디퓨저(5)의 직선 세그먼트(the straight segments, 16, 16')를 향해 유도하도록 구성된다.
바람직하게, 프로젝션 램프(12)는 직선 램프(a straight ramp)이지만, 램프(12)의 다른 구성도, 예를 들어, 굴곡진(a curved) 또는 톱니형(serrated) 구성도 된다.
프로젝션 램프(the projection ramp, 12)는 목의 각 ρ(a neck's angle ρ)을 설정하며 이는 혼합 링(1)의 이러한 바람직한 실시예에서 45°의 값을 갖는다. 이러한 바람직한 값은 용질을 디퓨저(5)를 향해 올바르게 유도하지만, 필요시 다른 값도 사용될 수 있다. 바람직하게, 시럽(용질)의 유량이 클수록, 목의 각 ρ의 값은 더 작아질 것이다.
용질의 일부는 용질 목(the solute neck, 11)을 따라 흐른 후에, 혼합 경로(4)에 진입하며 이 때 디퓨저(5)는 혼합 링(1)의 중심에 위치된다. 디퓨저의 구조적 구성은 도 7을 통해 더 잘 도시될 수 있다.
디퓨저가 혼합 링에 고정되는 방법은 제안된 발명의 주요 측면이 아니며, 이는 이미 널리 공지된 어떤 방법으로도 고정될 수 있다.
도시된 바와 같이, 디퓨저(5)는 대칭 구조(a symmetric structure)이며 이 때 대칭 축(the symmetric axis)은 혼합 링(1)의 길이방향 축 A-A(the longitudinal axis A-A)이다. 디퓨저(5)는 두 개의 볼록 원호(two convex arcs), 제1 원호(a first arc, 14) 및 제2 원호(a second arc, 15)에 의해 형성되며 이는 서로에 대해 반대로(oppositely) 배치되며 직선 세그먼트(16, 16')에 의해 연결된다.
반대로 배치됨으로써, 이는 (혼합 링(1)의 축 A-A에 따라) 디퓨저 바깥에 위치하며 디퓨저 방향을 보고 있는 관찰자(an observer)가 원호 중 하나의 볼록 표면(a convex surface)를 보고, 결과적으로 다른 원호의 오목 표면(a concave surface)을 볼 것을 의미한다. 예를 들어, 도 8을 참조하여, 지점 P(the point P)에 위치하는 관찰자는 제1 원호(the first arc, 14)의 볼록 표면 및 제2 원호(the second arc, 15)의 오목 표면을 볼 것이다.
바람직하게, 제1 및 제2 볼록 원호(14, 15) 각각의 디퓨저 볼텍스 V1 및 V2(the diffuser vortices V1 and V2)는 혼합 링(1)의 길이방향 축 A-A에 배치된다. 추가로, 도 8에 더 잘 도시되는 바와 같이, 디퓨저(5)의 볼록 원호의 개구부 각
Figure pct00007
1,
Figure pct00008
2(the aperture angles
Figure pct00009
1,
Figure pct00010
2)는 다르며, 혼합 링(1)의 이러한 바람직한 실시예에서 제1 볼록 원호(14)의 개구부 각
Figure pct00011
1은 제2 볼록 원호(15)의 개구부 각
Figure pct00012
2보다 커야 한다.
볼텍스 V1 및 V2는 오목/볼록 표면을 정의하거나 (화살 타입 표면을 정의하는) 웨지 표면(a wedge surface)를 정의할 수 있으며, 각 원호의 세그먼트는 단일 지점(a single point)에서 연결된다.
수치(numerical values)를 참조하여, 바람직한 실시예에서 개구부 각
Figure pct00013
1은 55° 정도여야 하며 개구부 각
Figure pct00014
1는 바람직하게 20°정도여야 한다. 일반적으로(in general terms),
Figure pct00015
1 가 적어도
Figure pct00016
2-의 두 배인 것으로 지칭될 수 있다.
크기에 있어서, 디퓨저(5) 길이(볼텍스 V1 및 V2 사이 거리)는 바람직하게 제1 직경(A) 값의 25%이어야 하며, 추가로, 디퓨저 폭 G는 아래와 같이 제1 직경(A) 값의 1.5배이어야 한다.
총 유량 (m 3 /h) 폭 G (mm) 길이 (mm)
= 75 0,25 * A 1,5 * A
55에서 74 0,25 * A 1,5 * A
25에서 54 0,25 * A 1,5 * A
8에서 24 0,25 * A 1,5 * A
< 8 0,25 * A 1,5 * A
디퓨저(5)의 그러한 구조적 구성은 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 유도하여 결과적으로 용질을 용매에 더할 수 있다.
구체적으로, 제안된 혼합 링(1)에 있어서, 용매 변위 벡터(the solvent displacement vectors)는 수직으로 (75°에서 105° 사이 범위는 허용될 수 있음) 용질 변위 벡터(the solute displacement vectors)를 향해 유도될 수 있으며, 접촉(the encounter)은 용질 목(11)의 부근에서 혼합 경로(4)에 일어난다.
혼합 효율은 디퓨저(5)를 혼합 링(1)의 중심에 위치시킴으로써, 용매 변위 속도(the solvent displacement velocity)가 감소되고 따라서 용질 끌림(the solute dragging/drag of solute)이 일어난다.
추가로, 용매 및 용질의 변위 벡터의 접촉(the encounter of the displacement vectors of solvent and solute) 후에, 디퓨저의 길이는 그러한 벡터가 정렬(aligned)되도록 보장하여야 하며, 그러한 이유로, 위에 표에 공개된 표에 값이 사용되어야 한다.
도 9는 용매 변위 벡터(Vsolvent) 및 용질 변위 벡터(Vsolute)을 드러내는(disclosing) 혼합 링(1)의 내부 영역의 하이라이트된 시점이다. 실선은 용매 벡터를 나타내며 점선은 용질 벡터를 나타낸다.
도 9는 용질 및 용매의 접촉을 추가로 도시하며, 그러한 벡터는 충돌하여 수직 각(a perpendicular angle)을 형성하고 따라서 디퓨저(5)의 직선 세그먼트(16, 16')에 수평하는 결과 용액 변위 벡터(a resultant solution displacement vector)(Vsolution)를 형성한다.
혼합 링(1)에서 디퓨저(5)의 배치에 있어서, 디퓨저(5)가 혼합 경로(4)에 완전히 위치되지만, 혼합 링(1)의 대안적인 예에서, 제1 볼록 원호(14)의 작은 일부가 용매 투입 경로(2)와 결합될 수 있다는 점이 도면(특히 도 2(a))에서 관찰될 수 있다.
혼합 링(1)의 추가적 대안적인 실시예에서, 디퓨저는 (폐쇄 영역(7)에 진입하는) 혼합 링의 길이방향 축(A-A)을 따라 재배치(이동, 분리(dislocated))될 수 있다. 그러한 특징은 용질/용매 변위 벡터에 대한 큰 제어(a great control)을 가능하게 하고 따라서 영역에 대한 제어(the control of the region)를 가능하게하며 이 때 벡터는 충돌(crash)(접촉)할 것이다.
제안된 혼합 링(1)의 추가적 대안적인 실시예에서, 디퓨저(5) 없이 계획(projected)될 수 있으며, 이러한 방식으로, 폐쇄 영역(7)의 구조적 구성은 용매의 일부를 용질의 일부로 유도할 것이다.
혼합 링이 디퓨저가 없는 것으로 계획되는 실시예에서 폐쇄 각(
Figure pct00017
)으로 제안된 값은 디퓨저가 있는 실시예와 같을 것이며, 더불어 용매의 일부는 각 45°와 90° 사이 각으로 용질의 일부를 향해 유도될 것이다.
용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 제안된 혼합 링(1)이 기술되었고, 지금부터 그러한 혼합 링(1)이 바람직하게 사용되는 시스템, 다시 말해서, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 (시스템(system, 25)으로도 지칭되는) 시스템이 기술될 것이다.
도 10은 제안된 시스템(25)의 일반적인 바람직한 실시예를 나타낸다. 그러한 도면은 주요 구성요소(the main components) 및 시스템의 덕트(파이프)를 도시하며, 그의 모든 밸브 및 순서대로 기술될 덕트를 도시하지는 않는다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 시스템(25)은 혼합 링(1)에 연결된 용매 탱크(a solvent tank, 20) 및 용질 탱크(a solute tank, 21)를 포함하며, 언급된 혼합 링(1)은, 시스템(25)의 바람직한 실시예에서, 본 적용에서 위에 기술되고 제안된 혼합 링(1)이다.
탱크(20, 21)은 후에 혼합 링(1)에 혼합될 용매의 일부 및 용질의 일부 각각을 저장하도록 구성된다. 용매 탱크(20)와 혼합 링(1)간 연결(the connection)은 도 10에 도시된 바와 같이 용매 방출 덕트(a solvent discharge duct, 26)에 의해 이루어진다.
도 4 내지 도 10에서 보여지는 바와 같이, 용매 방출 덕트(26)의 제1 단부(a first end)는 바람직하게 용매 탱크(20)의 하단부에 연결된다. 추가로, 용매 덕트는 바람직하게 용매 덕트 직경(a solvent duct diameter)이 혼합 링(1)의 제1 직경(A)와 같은 튜브 구조(a tubular structure)이다. 용매 방출 덕트(26)의 반대 단부(the opposite end)는 혼합 링(1)의 용매 투입 영역(6)에 연결된다.
도 5 내지 도 10에서 도시되는 바와 같이, 시스템(25)은 용질의 일부를 용질 탱크(21)에서 혼합 링(1)으로 유도하도록 구성된 용질 방출 덕트(a solute discharge duct, 27)를 포함한다. 용매 방출 덕트(26)와 유사하게, 용질 방출 덕트(27)는 혼합 링(1)의 제3 직경(C)와 같은 용질 덕트 직경을 가진 튜브형 구조이다.
도 10에 가장 잘 도시되는 바와 같이, 용질 방출 덕트(27)의 제1 단부는 바람직하게 용질 탱크(21)의 하단부에 연결되며, 결과적으로, 반대 단부는 혼합 링(1)에 연결된다. 바람직하게, 용매 방출 덕트(26) 및 용매 방출 덕트(27)의 용매 탱크(20)와 용질 탱크(21)와 혼합 링(1)으로의 연결(the association)은 용접 프로세스(a welding process)에 의해 이루어진다.
바람직하게, 용매 방출 덕트(26) 및 용매 방출 덕트(27) 사이의 각각의 탱크(26, 27)의 하단부와의 연결은 도 10에 도시된 바와 같은 제한사항으로 고려되어서는 안된다. 그러한 연결은 (예를 들어, 탱크의 측면과 같은) 탱크(20, 21)의 다른 부분에서 이루어질 수 있고, 이는 저장소(the reservoirs)의 구동 레벨(the operation level) 이하로 위치되어야 한다.
혼합 링(1)에서 일정한 압력을 유지하기 위하여, 용질 탱크(21)(저장소)는 혼합 링(1)에서 특정 거리(높이)로 배치되어야 한다.
시스템(25)의 이러한 바람직한 실시예에서, 용질 저장소(the solute reservoir, 21)는 용질 방출 덕트(27) 및 혼합 링(1) 사이 연결에서 용질 저장소(21) 총 높이 L'(total height L')의 절반까지 1700 mm(밀리미터)와 1900 mm 사이에 위치된다. 바람직하게, 용질 방출 덕트(27)는 혼합 링(1)과 탱크(21) 사이에 수직으로 위치되어야한다.
결과적으로, 도 10을 참조하여, 제1 높이 H(a first height H)는 1700 mm 에서 1900 mm 사이 정도여야 한다. 용질 저장소(21)의 제1 높이 H 와 총 높이 L' 사이에 언급된 관계(the mentioned relation)는 용질 저장소의 부피와 독립적으로 유지되어야 한다.
제1 높이 H의 값의 언급된 바람직한 값은 용질 저장소(21)에서 최소 압력(a minimum pressure)(150g/cm2)를 설정하며, 그러한 압력은 탱크(21)에서 혼합 링(1)으로의 시럽(용질)의 유동(the flow)을 가능하게 한다.
용질 인렛 덕트(the solute inlet duct, 28)와 용질 탱크(21) 사이 연결 지점은 도 10에 도시된 바와 같을 수 있고, 또는 대안적으로 용질 탱크(21)의 반대 측면에서 도시된 바와 같을 수 있다.
용질 방출 덕트(27)과 같이, 용질 인렛 덕트(28)는 시스템이 프로세스하는 용질의 최대 유량에 따르는 직경을 가진 튜브형 구조이다. 다시 말해서, 용질 인렛 덕트(28)의 직경은 혼합 링(1)의 제3 직경(C)와 같은 용질 방출 덕트(27)의 직경과 같다.
탱크(21)에 용질의 투입이 용질 인랫 밸브 V13(a solute inlet valve V13)를 조정(개방/폐쇄)함으로써 이루어진다. 추가적으로, 시스템(25)은 용질 환기 밸브 V14(a solute vent valve V14)를 포함하며 이는 모든 혼합 프로세스 동안 그리고 용질 탱크(21)의 압력을 대기압으로 유지하기 위해 개방된 채로 유지되어야 한다.
용질 방출 덕트(27)에서, 시스템(25)은 용질 방출 밸브 V26를 추가로 포함한다. 용질 모듈 밸브 Vm12는 혼합 링(1)에 유도되는 용질의 유량을 더 잘 조정하기 위해 또한 사용된다.
용질 유량계 Sq12는 혼합 링(1) 및 용질 모듈 밸브 Vm12 사이에 배치되어 혼합 링(1)에 진입하는 용질의 유량을 체크한다. 제안된 시스템(25)에서, 용매와 용질 사이 혼합 비율을 균형화(balance)(보상(compensate))하기 위해 용질 유량을 측정하는 것은 중요하다. 균형화는 용질 모듈 밸브 Vm12 개구부(the solute modulating valve Vm12 opening)를 조정함으로써 이루어진다.
바람직하게, 탱크(21)는 (도시되지 않은) 세척공(a wash ball)의 사용과 같은, 어떠한 세척 방법도 포함할 수 있다.
용매는 (도시되지 않은) 용매 공급원(a solvent source)에서 용매 인랫 덕트(24)를 통해 용매 탱크(20)로 더해진다. 바람직하게, 용매 인랫 덕트(24) 직경은 용매 방출 덕트(26)의 직경과 같아야하고 결과적으로 혼합 링(1)의 제1 직경(A)와 같아야한다.
시스템(25)의 바람직한 실시예에서, 용매는 용매 모듈 밸브 Vm18(a solvent modulating valve Vm18를 제어함으로써 (도 11을 참조하는) 탱크(20)의 상단부(the top portion)에 추가된다. 용매 모듈 밸브 Vm18의 제어(개방/폐쇄)는 용매 탱크(20)의 레벨을 시스템에 의해 요구되는 용매 유량과 상관없이 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다.
대안적으로, 용매는, (아래에 구체적으로 기술될) 강우식으로(in a rainy way) 그리고 용매와 접촉하지 않는 영역(액체가 없는 영역)에 추가되는 한 탱크의 어떤 측면에 의해서도 추가될 수 있다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 제안된 시스템(25)은 변류기 원뿔(a deflector cone, 30)을 포함하며 이는 용매 탱크(20) 안에 (바람직하게 상단부에) 배치되며 용매 인랫 덕트(24)의 한 단부에 연결된다.
변류기 원뿔(30)은 탱크(20)의 레벨이 일정하기 유지되는 것을 가능하게 하며 추가로 용매가 탱크(20)에 강우식으로 더해지는 것을 가능하게 하며, 그러한 특징은 용매로부터 탈산소화(deoxygenates)(산소를 제거)하여 따라서 용매 탱크(20)의 상단부에서 진공(the vacuum)과 원뿔 변류기(the con deflector, 30)을 나가는 복수의 용매 입자(solvent drops, 31) 사이에서 접촉(the contact)을 증가시킨다.
다시 말해서, 원뿔 변류기(30)는 용매의 일부를 복수의 용매 입자(31)으로 퍼뜨리도록(spread)(분무(atomize/spray)하도록) 구성된다.
도 10에 도시된 바와 같은 변류기 원뿔(30)의 사용은 용매를 강우식으로 탱크(20)에 더하는 방법의 제시된 실시예일뿐이며, 본 발명에 관련된 기술에서 공지된 다른 방법이 용매를 강우식으로 더하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.
용매 탱크(20)의 상단부에서 진공은 바람직하게 선행기술에서 공지된 어떤 종류의 진공 펌프 B3(a vacuum pump B3)에 의해서도 발생될 수 있다. 그러한 펌프의 구성은 제안된 시스템(25)의 주요 측면이 아니다. 추가로, 진공 펌프 B3에 관련하여, 시스템(25)은 바람직하게 용매 탱크(20)가 넘치면 폐쇄하는 진공 밸브 V28(vacuum valve V28)를 포함한다.
용매 탱크(20)에 진공 레벨(the vacuum level)은 -50 g/cm2와 150 g/cm2 사이에 유지되어야 하며, 그러한 범위 값은 혼합 링(1)(용매 투입 영역(6))에 일정한 용매 유량을 가능하게 한다.
용매 탱크(20)는 개방되며 용매의 레벨이 최대 레벨 이상으로 증가될 때 압력을 방출(release)시킬 목적을 가진 용매 탱크 환기 밸브 V16(a solvent tank vent valve V16)를 포함한다.
용매 탱크 레벨은 바람직하게 (도시되지 않은) 유도 파동 레이더(a guided wave radar)에 의해 제어되며 이는 선행기술에서 어떤 타입의 공지된 것도 될 수 있다. 특정 액체의 레벨을 측정할 수 있는 어떤 다른 방법 또는 장치도 사용될 수 있다.
제안된 시스템(25)의 바람직한 실시예에서, 이는 (도시되지 않은) 압력 센서(a pressure sensor)를 포함할 수 있으며 이 센서는 용매 탱크(20) 진공 레벨의 감시(the monitoring)을 가능하게 한다. 마지막으로, 용질 탱크(20)는 용질 탱크(20) 방출 밸브 V21를 포함하며 이 밸브는 탱크(20)에서 용매의 배수 시설(the drainage of the solvent)이 필요하다면 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명에 제안된 바와 같이 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템의 추가적인 도면이다. 도 11은 도 9와 비교하여 시스템(25)의 추가적인 구성요소를 도시한다.
도 11에서 도시된 바와 같이, 시스템(25)은 혼합 링(1)과 (연결되어) 인접하게 위치된 주요 펌프 B1을 포함한다. 펌프 B1은 용매 및 용질을 혼합 링(1)으로 흡입하도록 구성되고, 혼합 프로세스가 완료된 후, 용액이 탄화 시스템으로 유도된다.
주요 펌프 B1은 혼합 링(1)에서 바람직한 범위 거리에 배치되어야 하며, 바람직하게, 펌프 B1은 혼합 링(1)과 같은 높이에 배치된다. 이는 같은 높이에서 혼합 링(1)을 주요 펌프 B1과 연결(connects/associates)시키는 덕트가 동등하게(leveled)되는 것을 의미한다.
주요 펌프 B1과 혼합 링(1) 사이 바람직한 범위 거리는, 도 11에 도시된 바와 같이, 혼합 거리 L(a mixing distance L)로 지칭된다. 혼합 거리 L의 값은 혼합 링(1)의 제1 직경(A)의 값에 따르며, 결과적으로, 혼합 거리 L은 시스템(25)이 수용하도록 설계된 최대 용매 유량에 따른다.
바람직한 실시예에서, 혼합 거리 L의 값은 제1 직경(A)의 값에 5배 내지 11배 사이이다. 5 이하의 값이 사용되면 혼합 링(1)의 혼합 경로(4)에 원치 않는 난기류(unwanted turbulence)가 생성될 수 있고, 반면에, 11 이상의 값으로는 주요 펌프 B1 전력(power)이 증가되어야 한다.
혼합 링(1)을 주요 펌프 B1과 연결하는 덕트는 탄화 덕트(a carbonation duct, 32)로 지칭되며, 바람직하게 내부 직경이 혼합 링(1)의 제1 직경(A)와 같은 튜브형 구조로 구성된다. 덕트(32)는 혼합 링(1)의 혼합 경로(4)와 연결되어야 하며 추가로 제1 직경(A)는 바람직하게 주요 펌프 B1을 (도시되지 않은) 탄화 시스템과 연결하는 튜브형 구조로 유지된다.
추가로, 잠금 밸브 V20는 바람직하게 용매 방출 덕트(26)에 배치된다. 잠금 밸브 V20는 필요시 덕트(26)에 용매 유동을 막기 위하여 폐쇄된다. 추가로, 도 11에 도시된 바와 같이 용매 유량계 Sq13(a solvent flowmeter Sq13)는 바람직하게 혼합 링(1)에 가깝게 배치되어 혼합 링(1)으로 진입하는 용매의 유량이 적절히 측정되도록 한다.
혼합 링(1)과 용매 유량계 Sq13 사이 거리는 바람직하게 제1 직경(A)의 5배거나 그 이상일 수 있다.
용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 바람직한 시스템(25)과 추가로 그러한 시스템(25)에서 사용되는 혼합 링(1)을 위한 바람직한 구조적 구성이 위에 기술되었고, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 바람직한 방법이 이제 기술될 것이다.
방법과 결과적으로 값 및 제안된 시스템을 포함하는 펌프는 인간 기계 인터페이스(a Human Machine Interface, HMI)에 의해 제어된다. 그러한 HMI의 세부사항(the details)은 본 발명의 주요 측면이 아니기 때문에 반드시 기술되지는 않는다. 선행기술 가르침에서 공지된 값 및 펌프를 조정(manage)하는 어떤 HMI도 사용될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 방법은 수동적으로 구동될 수 있다.
혼합 프로세스 동안, 용질 환기 밸브 V14(the solute vent valve V14)및 진공 밸브 V28(the vacuum valve V28)는 개방된 채 유지되어야 하고, 추가로, 진공 펌프 B3는 용매 탱크(20)에서 진공을 발생시키도록 작동(triggered)된다.
바람직하게, 진공 펌프 B3는 혼합이 이루어지는 동안 그리고 혼합이 시작되기 전에 작동(activated) 유지되어야 한다.
진공 펌프 B3는 작동되어야 하고, 진공 밸브 V28과 용질 환기 밸브 V14는 개방되어야 하고, 용매는 용매 탱크(20)에 더해져야 한다. 결과적으로, 용매 모듈 밸브 Vm18는 탱크(20) 안에 용매 체적을 일정하게 유지하게 위해서 개방되어야 한다.
바람직하게, 용매 탱크(20) 안에 용매 체적은 혼합 링(1)에 일정한 용매 유량을 유지하기 위해 일정하게 유지되어야 한다. 용질 탱크(21)의 체적은 원하는 용질 체적에 따른 용질 인렛 밸브 V13(the solute inlet valve V13)의 작동(개방/폐쇄)에 의해 제어된다.
주요 펌프 B1가 용매 및 용질을 당기기(흡입하기) 시작할 때, 용매 탱크(20) 안에 체적은 위에 언급된 바와 같이 일정하게 유지되어야 하나, 용질 탱크(21)에 체적은 변화할 수 있다.
혼합 동안, 잠금 밸브 V20 및 용질 방출 밸브 V26은 개방되어야 한다. 위에 언급된 바와 같이, 용질 환기 밸브 V14 및 진공 밸브 V28은 여전히 개방되어야 하고, 진공 펌프 B3는 작동되어야 하며 밸브 Vm18과 V13 또한 개방되어야 한다.
잠금 밸브 V20 및 용질 방출 밸브 V26의 개방과 관련하여, 용질 모듈 밸브 Vm12는 개방되어야 한다. 용매 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률(the opening percentage)은 (시스템이 용매 및 용질 유량계 없이 사용된다면) 수행되는 마지막 혼합 생산(the last mixing production done)의 평균 개방 확률과 같아야 하거나 유량계 Sq12 및 Sq13에 의해 측정되는 용매 및 용질 유량에 따라 제어될 수 있다.
유량계가 사용되지 않는다면, 그리고 그러한 평균 개방(average opening)을 달성하기 위해 PLC는 사전에 혼합 사이클(a mixing cycle)에 쓰였던 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방의 모든 확률(every percentage of opening)을 소정 특징(a determined flavor)(용액)을 준비하기 위해 저장해야 한다.
결과적으로, 새로운 혼합 프로세스가 시작될 때, 용매 유량이 원하는 특징을 준비하기 위해 원하는 유량 주위(근처)에 있는 것이 필연적이다.
유량계가 사용된다면, 그리고 주요 펌프 B1이 작동되면서, 용매 및 용질 유량계 Sq13 및 Sq12는 용매 및 용질의 유량을 각각 측정하기 시작한다.
실제 혼합 비율은 용매 유량 나누기 용질 유량에 의해 얻어진다. 실제 혼합 비율은 요구된 혼합 비율과 비교되어야 하며, 요구된 혼합 비율은 최종 용액이 가져야 하는 용매와 용질간 관계이며, 그러한 요구된 혼합 비율은, HMI를 사용하는, 제안된 방법의 오퍼레이터(the operator)에 의해 결정된다.
실제 혼합 비율(유량 나눔(flow rate division))과 요구된 혼합 비율 사이 차이가 양수라면, 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률은 실제 혼합 비율과 요구된 혼합 비율 사이 차이가 0에 도달할 때까지 증가되어야 한다(Vm12는 개방된다).
차이가 음수라면, 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률은 차이가 0에 도달할 때까지 감소되어야 한다(Vm12이 폐쇄된다).
예를 들어, PLC에 확립된 요구된 혼합 비율이 4 m3/h이며 용매 유량계 Sq13가 6 m3/h의 측정값을 갖고 용질 유량계 Sq12가 2 m3/h의 측정값을 갖는다면, 실제 혼합 비율은 6 m3/h / 2 m3/h = 3이 될 것이다.
따라서, 실제 혼합 비율(3)과 요구된 혼합 비율(4) 사이 차이는 -1이 될 것이다. 따라서, 위에 언급된 바와 같이, 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률은 용질 유량계 Sq12가 용질 유량을 1.5 m3/h으로 측정할 때까지 폐쇄되어야 한다.
용질 유량이 1.5 m3/h일 때, 실제 혼합 비율은 4가 될 것이며 따라서 실제 혼합 비율(4)과 요구된 혼합 비율(4) 사이 차이는 0이 될 것이다.
PLC는 비교(차이)가 정확히 0에 도달하거나 실질적으로 0과 같은 값에 도달할 때까지 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률을 조정하도록 설정될 수 있다. 허용 공차(the acceptable tolerance)는 당연히 시스템이 사용되는 적용에 따라 (화학, 식품 산업, 제약 산업 등) 정확도(in its accuracy) 따라서 달라질 것이다.
요구된 혼합 비율과 실제 혼합 비율 사이 비교는 실시간으로 PLC에 의해 자동적으로 이루어질뿐만 아니라, 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방/폐쇄(조정)에 의해 이루어진다.
혼합 링(1) 구조적 구성이 용질의 용매에 대한 비례성(the proportionality)을 유지할 때, 용질 유량의 수정(correction)(조정)의 필요성이 감소된다.
대안적 실시예에서, 그리고 위에 언급된 바와 같이, 유량계 Sq12 및 Sq13의 사용의 필요성은 없을 것이다. 혼합 비율은 PLC에 저장된 마지막 평균 개방 값(the last average opening values)에 따른 용질 모듈 밸브 Vm12의 개방 확률을 설정함으로써만 결정될 수 있으며, 이는 용매 유량의 변동(the variation)은 용질 유량의 변동을 자동적으로 야기할 것이기 ?문이다.
추가로, 위에 기술된 방법이 용질 모듈 밸브 Vm12의 조정만을 언급하였지만, 용매 모듈 밸브 Vm18이 고정된 개방 확률(a fixed opening percentage)로 유지되는 동안 개방 확률과, 대안적 실시예에서, 방법은 시럽(용매) 모듈 밸브 Vm12의 개방이 고정되어 유지되는 동안 용매(물) 모듈 밸브 Vm18의 개방 확률을 조정함으로써 수행될 수 있다.
추가로, 본 발명에 언급된 용질은 시럽의 일부로 한정되어서는 안되고, 바람직하게, 170 cPs 이하 또는 같은 점도(the viscosity)를 가진 어떤 물질도 제안된 혼합 링(1)과, 시스템(25) 및 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 용질은 고과당 콘시럽(high fructose corn syrup), 알콜, 식초(vinegar), 세제(detergents), (가정용/상업용) 액상 세척제(liquid cleaners) 등이 될 수 있다.
유사하게, 용매의 일부는 물의 일부로 한정되어서는 안된다. 바람직하게, 80 cPs와 같거나 그 이하의 점도를 가진, 예를 들어 물 또는 탄산수 등, 어떤 물질도 될 수 있다.
추가로, 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 제안된 혼합 링(1)과, 시스템(25) 및 방법은 음료 산업(the beverage industry)으로 제한되어서는 안된다. 본 발명은 추가로 화학 및 제약 산업, 그리고 추가로 병원 부문(the hospital sector)에서 사용될 수 있다.
적용 분야에 상관없이, 위에 언급한 바와 같이 용매 및 용질의 점도상 제한사항(the limitations)을 유지하는 것이 중요하다.
추가로, 음료 산업에 사용될 때, 제안된 혼합 링(1) 및 방법은 대형 시스템으로 제한되어서는 안된다. 제안된 발명은 바람직한 예에서처럼 패스트푸드점에 사용되는 것이나 가정에서 또는 부엌 기구에서 사용되는 것과 같은 소형 음료 혼합 장치에서와 같이 소형 시스템에서 사용될 수 있다.
적용 분야에 상관없이, 프로세스되어야 하는 총 유량에 따라 혼합 링(1) 및 시스템(25)의 크기(dimensions)를 지키는 것(respect)이 중요하다.
기술된 바람직한 실시예가 기술됨으로써, 독자는 본 발명이 다른 가능한 변형(other possible variations)을 포함(embraces)하며, 가능한 균등물(the possible equivalents)을 포함하는 첨부된 청구항의 내용에 의해서만 제한된다는 점을 이해할 것이다.
1: 혼합 링
2: 용매 투입 경로
3: 용질 투입 경로
4: 혼합 경로
5: 디퓨저

Claims (39)

  1. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링(1)에 있어서,
    상기 혼합 링(1)은,
    혼합 경로(4)에 유동적으로 연결된 용매 투입 경로(2) 및 용질 투입 경로(3)를 포함하며,
    용매 투입 경로(2)는 용매의 일부를 수용하도록 구성되며 용질 투입 경로(3)는 용질의 일부를 수용하도록 구성되며,
    혼합 링(1)은 용매의 일부 및 용질의 일부를 혼합 경로(4)에 유도하도록 구조적으로 구성되며,
    혼합 링(1)은 혼합 경로(4)의 내부 영역에 대체적으로 위치되는 디퓨저(5)를 추가로 포함하며, 디퓨저(5)는 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 유도하도록 구성되는 혼합 링(1).
  2. 제1항에 있어서,
    디퓨저가 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 75°와 105° 사이 각으로 유도하도록 구성되는 혼합 링(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    용매 투입 경로(2)가 용매 투입 영역(6) 및 폐쇄 영역(7)으로 구성되며, 폐쇄 영역(7)이 용매 투입 영역(6)과 혼합 경로(4) 사이에 배치되며,
    용매 투입 영역(6)과 폐쇄 영역(7) 사이 상호 연결은 제1 직경 (A)를 확립하며 폐쇄 영역(7)과 혼합 경로(4) 사이 상호 연결은 제1 직경 (A)보다 작은 제2 직경 (B)를 확립하며, 폐쇄 영역(7)의 내부 직경은 제1 직경 (A)에서 폐쇄 영역(7)과 혼합 경로(4) 사이 상호 연결의 부근에 지점(13)까지의 제2 직경 (B)로 점진적으로 감소하는 혼합 링(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 직경 (B)의 값은 제1 직경 (A)의 값의 50%에서 65% 사이이며, 추가로, 혼합 경로(4)의 길이(O)는 제1 직경 (A)의 값의 1.5에서 3.0배 사이인 혼합 링(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질 투입 경로(3)는 용질 투입 영역(8) 및 용질 챔버(9)를 포함하며, 용질 투입 영역(8)은 제3 직경(C)를 확립하며 용질 챔버(9)는 제3 직경(C)보다 큰 제4 직경(D)을 확립하며, 이 때 제3 직경(C)는 혼합 링(1)의 제2 직경 (B)와 같은 혼합 링(1)
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질 챔버(9)는 제3 직경(C)에 따른 제1 폭(E)를 확립하며, 이 때 그 값은 C/10 = E = C/3의 범위를 갖는 혼합 링(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질 투입 경로(3)는 용질 챔버(9)와 연결된 용질 목(11)을 포함하며, 용질 목(11)은 제2 폭(F) 및 프로젝션 램프(12)를 확립하며, 프로젝션 램프(12)는 용질의 일부를 디퓨저(5)를 향해 유도하도록 구성된 혼합 링(1).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    디퓨저(5)는 대칭 구조이며 이 때 대칭 축은 혼합 링(1)의 길이방향 축이며, 디퓨저(5)는 서로에 대해 반대로 배치되고 직선 세그먼트(16, 16')에 의해 연결되는 제1 볼록 원호(14) 및 제2 볼록 원호(15)를 추가로 포함하는 혼합 링(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로젝선 램프(12)는 용질의 일부를 디퓨저의 직선 세그먼트(16, 16')를 향해 유도하도록 구성된 혼합 링(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각 제1 및 제2 볼텍스 원호(14, 15)의 볼텍스(V1, V2)가 혼합 링(1)의 길이방향 축에 배치되는 혼합 링(1).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    볼텍스(V1, V2) 사이 거리는 제1 직경(A)의 1.3에서 1.6배만큼 더 크며 디퓨저 폭(G)는 제1 직경(A)의 23에서 26% 사이인 혼합 링(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    개구부 각(
    Figure pct00018
    1)의 값이 개구부 각(
    Figure pct00019
    2)의 값의 최소 2배인 혼합 링(1).
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    폐쇄 영역(7)이 15°에서 30° 사이 범위의 폐쇄 각(
    Figure pct00020
    )을 정의하는 혼합 링(1).
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 직경(A)가 혼합 링(1)이 프로세스하도록 구성된 총 유량보다 1.5에서 3.0배 더 큰 범위의 값을 가지는 혼합 링(1).
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질의 일부가 170 cPs 와 같거나 그 이하의 점도를 가진 물질인 혼합 링(1).
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매의 일부가 80 cPs 와 같거나 그 이하의 점도를 가진 물질인 혼합 링(1).
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매 투입 경로(2)가 용매 탱크(20)에 용매의 일부를 수용하며 용질 탱크(21)에 용질의 일부를 수용하는 혼합 링(1).
  18. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템(25)에 있어서,
    상기 시스템(25)은,
    용매 탱크(20)에 용매의 일부를 혼합 링(1)으로 유도하도록 구성된 용매 방출 덕트(26)를 포함하되, 용매 방출 덕트(26)의 제1 단부는 용매 탱크(20)의 하단부에 연될되며, 용매 바출 덕트(26)는 혼합 링(1)의 제1 직경(A)과 같은 용매 덕트 직경을 포함하며,
    시스템(25)은 용질 탱크(21)에 용질의 일부를 혼합 링(1)으로 유도하도록 구성된 용질 방출 덕트(27)를 포함하며, 용질 방출 덕트(7)의 제1 단부는 용매 탱크(21)의 하단부와 연결되며, 용매 덕트(27)는 혼합 링(1)의 제3 직경(C)와 같은 용매 덕트 직경을 포함하는 시스템(25).
  19. 제18항에 있어서,
    용질 탱크(21)가 제1 높이(H)에 배치되며, 제1 높이(H)는 용질 방출 덕트(27)와 혼합 링(1) 사이 연결부에서 용질 탱크(21) 총 길이(L')까지 측정되는 시스템(25).
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    제1 높이(H)의 값이 1700mm에서 1800mm 사이의 범위에 있는 시스템(25).
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매의 일부가 용매 탱크(20)의 상단부로 용매 인렛 덕트(24)에 의해 더해지며, 용매 인렛 덕트(24)는 단부 중 하나에 연결된 원뿔 변류기(30)를 포함하며, 원뿔 변류기(30)가 용매의 일부를 복수의 용매 드롭(31)으로 뿌리도록 구성된 시스템(25).
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 링(1)에 연결된 주요 펌프(B1)을 포함하며, 주요 펌프(B1)은 혼합 링(1)에서 혼합 거리(L)에 배치되며, 혼합 거리(L)는 혼합 링(1)의 제1 직경(A)의 값에 5에서 11배 사이인 시스템(25).
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매 탱크(20) 와 용질 탱크(21)의 하단부가 각각 용매 탱크(20)와 용질 탱크(21)에 용매 및 용질 레벨 아래에 배치된 탱크의 어떤 부분으로 구성되는 시스템(25).
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매 방출 덕트(26) 및 용질 방출 덕트(27)가 각각 용매 유량계(Sq13) 및 용질 유량계(Sq12) 를 포함하며, 용매 유량계(Sq13)가 제1 직경(A)의 값에 5배보다 큰 혼합 링(1)에서 거리로 배치되는 시스템(25).
  25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질의 일부가 170 cPs 와 같거나 그 이하의 점도를 갖는 물질인 시스템(25).
  26. 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매의 일부는 80 cPs 와 같거나 그 이하의 점도를 갖는 물질인 시스템(25).
  27. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    용액에 용매와 용질의 요구된 혼합 비율을 설정하는 단계와,
    용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 시스템(25)의 혼합 링(1)에 용매의 일부 및 용질의 일부를 더하는 단계와,
    용매의 일부가 혼합 링(1)에 도달하기 전에 용매의 일부의 유량을 측정하는 것과 용질의 일부가 혼합 링(1)에 도달하기 전에 용질의 일부의 유량을 측정하는 단계와,
    용매의 측정 유량을 용질의 측정 유량으로 나눔으로써 실제 혼합 비율을 결정하는 단계와,
    언급된 실제 혼합 비율을 확립된 요구된 혼합 비율과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    실제 혼합 비율과 요구된 혼합 비율과의 비교는 실제 혼합 비율을 요구된 혼합 비율에 대해 뺌으로써 이루어지는 방법.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서,
    실제 혼합 비율과 요구된 혼합 비율과의 비교에 따라 용질 모듈 밸브(Vm12)의 개방 확률을 조정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  30. 제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    실제 혼합 비율과 요구된 혼합 비율과의 비교의 값이 실질적으로 0과 같아질 때까지 용질 모듈 밸브(Vm12)의 개방 확률을 조정하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  31. 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    용매의 일부 및 용질의 일부의 유량을 측정하는 단계가 각각 용매 유량계(Sq12) 및 용질 유량계(Sq13)에 의해 이루어지는 방법.
  32. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 방법에 있어서,
    상기 방법이,
    용질 모듈 밸브(Vm12)의 복수의 개방 확률에 따라 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시켜서 혼합 사이클을 끝내는 단계와,
    용질 모듈 밸브(Vm12)의 복수의 개방 확률의 평균값을 저장하는 단계와,
    저장된 평균값과 같은 값의 용질 모듈 밸브(Vm12)의 개방 확률을 설정함으로써 새로운 혼합 사이클을 시작하는 단계를 포함하는 방법.
  33. 용질의 일부를 용매의 일부에 용해시키는 혼합 링(1)에 있어서,
    상기 혼합 링(1)은,
    혼합 경로(4)와 유동적으로 연결된 용질 투입 경로(2) 및 용매 투입 경로(3)를 포함하며,
    용매 투입 경로(2)는 용매의 일부를 수용하도록 구성되며 용질 투입 경로(3)는 용매의 일부를 수용하도록 구성되고, 혼합 링(1)은 용매의 일부 및 용질의 일부를 혼합 경로(4)에 유도하도록 구조적으로 구성되고,
    혼합 링(1)이 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 유도하도록 구조적으로 구성된 폐쇄 영역(7)을 추가로 포함하는 혼합 링(1).
  34. 제33항에 있어서,
    폐쇄 영역(7)은 용매의 일부를 용질의 일부를 향해 45°에서 90° 사이 각으로 유도하도록 구성되고, 추가로, 폐쇄 영역(7)이 폐쇄 각(
    Figure pct00021
    )을 15° 에서 30° 사이로 정의하는 혼합 링(1).
  35. 제33항 또는 제34항에 있어서,
    용매 투입 경로(2)는 폐쇄 영역(7)을 포함하며 용매 투입 영역(6)을 추가로 포함하며, 폐쇄 영역(7)은 용매 투입 영역(6)과 혼합 경로(4) 사이에 배치되며,
    추가로, 용매 투입 영역(6)과 폐쇄 영역(7) 사이 상호 연결이 제1 직경(A)을 확립하고 폐쇄 영역(7)과 혼합 경로(4) 사이 상호 연결이 제1 직경(A)보다 낮은 제2 직경(B)을 확립하고, 폐쇄 영역(7)의 내부 직경은 제1 직경(A)에서 제2 직경(B)으로 폐쇄 영역(7)과 혼합 경로(4) 사이 상호 연결 부근에 지점(13)까지 점진적으로 감소하며,
    추가로, 용질 투입 경로(3)는 용질 투입 영역(8) 및 용질 챔버(9)를 포함하며, 용질 투입 영역(8)은 제3 직경(C)을 확립하며 용질 챔버(9)는 제3 직경(C)보다 더 큰 제4 직경(D)을 확립하는 혼합 링(1).
  36. 제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 직경(A)이 혼합 링(1)이 프로세스하도록 구성된 총 유량보다 1.5에서 3.0배 더 큰 범위에 값을 가지는 혼합 링(1).
  37. 제33항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    용질 챔버(9)가 제3 직경(C)에 따른 제1 폭(E)을 확립하여 C/10 = E = C/3 범위의 값을 가지고, 용질 투입 경로(3)는 용질 챔버(9)에 연결된 용질 목(11)을 추가로 포함하며, 용질 목(11)이 제2 폭(F) 및 프로젝션 램프(12)를 확립하며, 프로젝션 램프(12)가 용질의 일부를 혼합 경로(4)를 향해 유도하도록 구성된 혼합 링(1).
  38. 용질을 용매에 용해시키는 혼합 링(1)에 있어서,
    혼합 링(1)은 용질 스트림 및 용매 스트림이 혼합될 ? 파이프를 따라 위치되며,
    상기 혼합 링은,
    용매 투입 경로(2)와,
    용질 목(11)을 가진 용질 투입 경로(3)와,
    혼합 경로(4)를 포함하며,
    용매 투입 경로(2)가 용매 목(11)의 상류에 위치되며, 투입 경로(2) 및 용질 투입 경로(3) 양쪽 모두가 서로에 대해 유동적으로 연결되고 혼합 경로(4)로 유도되고, 혼합 경로(4)가 하류에 위치되고, 용매 투입 경로(2)가 파이프의 유량이 상류에 위치된 파이프의 직경에 대해 감소될 ? 폐쇄 영역(7)에 제공되며,
    용질 투입 경로(3)가 용질 목(11)의 방식으로 혼합 경로(4)에 유동적으로 연결되며 용질을 폐쇄 영역(7)을 나가는 용질의 스트림을 향해 유도하여 용질 스트림 및 용매 스트림이 서로에 대해서 실질적으로 수직하게 충돌하도록 되는 혼합 링(1).
  39. 제38항에 있어서,
    디퓨저(5)가 폐쇄 영역(7)에서 하류에 위치되며, 디퓨저(5)가 용매 스트림을 용질 스트림을 향해 유도하도록 구성되는 혼합 링(1).

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