KR20190113358A - 유체 혼합 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 혼합 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 유체 혼합 장치는, 일방향으로 흐르는 유체가 통과하는 본관; 및 상기 본관 내에 배치되며, 본관의 입구로부터 유입된 유체가 타방향으로 전환되어 배출되는 제1 전환공간과 상기 제1 전환공간으로부터 유입된 유체가 일방향으로 전환되어 배출되는 제2 전환공간을 형성하는 믹싱유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 별도의 동력 없이도 유체를 효과적으로 혼합시키는 것이 가능하다.

Description

유체 혼합 장치{Fluid mixer}

본 발명은 유체 혼합 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 동력 없이도 유체를 효과적으로 혼합시키는 것이 가능한 유체 혼합 장치에 관한 것이다.

상·하수도 처리 또는 화학 약품 제조 등의 공정에는 일반적으로 서로 다른 종류의 유체를 혼합하는 과정이 포함되며, 서로 다른 종류의 유체가 어느 정도로 고르게 혼합되었는지에 따라 공정의 결과가 달라지게 된다.

등록특허 제10-1364639호의 '유체 혼합장치 및 이를 구비하는 검사 시스템'은 서로 다른 종류의 유체를 혼합하는 방법에 관한 종래기술 중의 하나로서, 유입배관(110)에 대해 혼합배관(120)을 절곡되도록 형성하여 절곡부에서 유로의 곡률 차이에 의해 유체 간에 유속 차를 발생시킴으로써 유체를 혼합시킨다.

그러나 상기 종래기술에서는 절곡부를 형성하면서 장치의 크기가 커지는 문제점이 있으며, 혼합의 효율도 높지 못하다.

또 다른 종래기술인 등록특허 제10-1558822호의 '유체의 난류 유동을 이용한 약품 급속 혼화장치'에서는 유체가 이동하는 관의 직경을 변화시키고 관 내에 회전날개(224)를 배치함으로써 유체를 혼합시킨다.

회전날개는 회전하면서 관 내의 유체를 효과적으로 혼합시킬 수 있지만, 회전날개를 회전시키기 위해서는 별도의 동력원이 필요하므로 경제성이 떨어질 수 있고 회전날개를 관리하는 것이 쉽지 않은 문제점이 있다.

KR 10-1558822 B1 KR 10-1364639 B1

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 별도의 동력원 없이도 서로 다른 유체를 효과적으로 혼합하는 것이 가능한 유체 혼합 장치를 제공함에 있다.

또한, 장치의 설치를 위해 별도의 추가적인 공간을 거의 필요로 하지 않는 유체 혼합 장치를 제공하고자 한다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 일방향으로 흐르는 유체가 통과하는 본관; 및 상기 본관 내에 배치되며, 본관의 입구로부터 유입된 유체가 타방향으로 전환되어 배출되는 제1 전환공간과 상기 제1 전환공간으로부터 유입된 유체가 일방향으로 전환되어 배출되는 제2 전환공간을 형성하는 믹싱유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치에 의해 달성된다.

상기 믹싱유닛은, 상기 본관의 횡단면과 같은 크기를 가지고 상기 본관의 횡단면과 평행하게 배치되며, 중심에 위치하는 중심홀, 상기 중심홀을 둘러싸는 가상의 제1 폐쇄도형을 따라 형성되는 다수 개의 배출홀 및 상기 제1 폐쇄도형을 둘러싸는 가상의 제2 폐쇄도형을 따라 형성되는 다수 개의 유입홀을 구비하는 중심판; 상기 중심판의 일측으로 상기 제1 전환공간을 형성하며, 일단부가 상기 중심판의 일면에 상기 중심홀의 둘레를 따라 접합되고 타단부가 상기 본관의 내측면에 접합되는 전환관; 및 상기 중심판의 타측으로 상기 제2 전환공간을 형성하며, 상기 제1 폐쇄도형과 상기 제2 폐쇄도형 사이의 위치에서 상기 중심판의 타면에 접합되는 전환챔버;을 포함할 수 있다.

상기 믹싱유닛은, 상기 중심판의 타면에 상기 중심홀의 둘레를 따라 돌출 형성되는 안내관을 더 포함할 수 있다.

상기 전환관은 테이퍼진 관 형상으로 이루어져 상기 제1 전환공간은 상기 믹싱유닛의 종단면 상에서 삼각형으로 이루어질 수 있다.

상기 전환관의 테이퍼진 각도는 유체의 종류에 의해 정해질 수 있다.

상기 전환챔버는 원뿔형으로 이루어질 수 있다.

상기 전환챔버는 상기 중심판에 대해 탈착 가능하게 형성될 수 있다.

상기 믹싱유닛은 상기 본관에 대해 탈착 가능하게 형성될 수 있다.

상기 믹싱유닛은 상기 본관의 길이방향을 따라 다수 개 구비될 수 있다.

상기 본관은 길이방향으로 이음 가능한 다수 개의 단위관으로 이루어지고, 상기 단위관 각각에는 상기 믹싱유닛이 배치될 수 있다.

상기 믹싱유닛의 표면에는 요철이 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 유체 혼합 장치는 서로 다른 유체를 혼합하기 위하여 별도의 추가적인 공간을 필요로 하지 않는다.

그리고 다수 회에 걸쳐서 유체의 흐름을 급격하게 전환시키기 때문에 서로 다른 유체를 효과적으로 혼합시킬 수 있다.

이러한 효과는 본 발명에 의한 유체 혼합 장치를 구성하는 믹싱유닛의 형상에 의해 발생하기 때문에 유체를 혼합하기 위한 별도의 동력원 없이도 발휘될 수 있다.

본 발명에 의한 유체 혼합 장치를 구성하는 부재들이 탈착 가능하게 형성되는 경우 유지 관리가 용이하다.

또한, 본 발명에 의한 유체 혼합 장치를 구성하는 믹싱유닛의 수를 조절함으로써 유체 혼합의 효율성을 조절하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 유체 혼합 장치의 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 의한 유체 혼합 장치의 결합 단면도,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 유체 혼합 장치의 결합 단면도,
도 4는 본 발명에 의한 유체 혼합 장치의 믹싱유닛이 탈착 가능하게 형성되는 경우에 관한 설명도,
도 5는 본 발명에 의한 유체 혼합 장치에 믹싱유닛이 다수 개 구비되는 경우에 관한 설명도,
도 6은 본 발명에 의한 유체 혼합 장치의 본관이 다수 개의 단위관으로 이루어지는 경우에 관한 설명도이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참고하여 자세하게 설명하도록 한다.

도 1에는 본 발명에 의한 유체 혼합 장치(1)의 분해 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명에 의체 유체 혼합 장치(1)의 결합 단면도가 도시되어 있다.

본 발명에 의한 유체 혼합 장치(1)는 크게 본관(10)과 믹싱유닛(20)을 포함한다.

본관(10)은 혼합하고자 하는 서로 다른 유체가 일방향으로 흐르면서 통과하게 되는 관으로서, 전체적으로는 일(一)자 형상으로 이루어지되 서로 다른 유체가 별도의 입구를 통해 본관(10) 내로 유입될 수 있도록 2개 이상의 입구를 구비할 수 있다. 예를 들어, 본관(10)은 'ㅗ'형 또는 'Y'형으로 이루어져 2개의 입구를 구비하거나 '十'형으로 이루어져 3개의 입구를 구비할 수 있다.

믹싱유닛(20)은 상기 본관(10)의 내부에 배치되며, 본관(10)에 유입된 유체가 통과하는 유로를 구비하는데 상기 유로는 타방향으로 전환된 후 다시 일방향으로 전환되는 형상으로 형성되어, 본관(10)에 유입되어 일방향으로 흐르는 유체를 타방향으로 전환시킨 후 다시 일방향으로 전환시킴으로써 서로 다른 유체를 혼합시키는 역할을 한다.

이처럼 믹싱유닛(20)은 본관(10) 내에 배치되기 때문에 서로 다른 유체를 혼합하기 위하여 별도의 추가적인 공간이 필요하지 않고, 두 번에 걸쳐서 유체의 흐름을 급격하게 전환시키기 때문에 유체에서 강한 와류가 발생하여 서로 다른 유체가 효과적으로 혼합되는 것이 가능하다. 이러한 효과는 믹싱유닛(20)의 형상에 의해 발생하기 때문에 유체를 혼합하기 위한 별도의 동력원 없이도 발휘될 수 있다.

상기 믹싱유닛(20)은 본관(10) 내에서 유로에 포함되는 제1 전환공간(S1)과 제2 전환공간(S2)을 형성할 수 있다.

제1 전환공간(S1)은 본관(10)의 입구로부터 유입되어 일방향으로 흐르는 유체를 타방향으로 전환하여 배출하고, 제2 전환공간(S2)은 상기 제1 전환공간(S1)으로부터 유입되어 타방향으로 흐르는 유체를 일방향으로 다시 전환하여 배출한다.

각각 형성되는 전환공간을 지나는 유체는 흐름의 방향이 확실하게 전환될 수 있다.

믹싱유닛(20)은 보다 구체적으로 중심판(21), 전환관(22) 및 전환챔버(23)를 포함하여 이루어질 수 있다.

중심판(21)은 본관(10)의 횡단면과 같은 크기를 가지고 본관(10)의 횡단면과 평행하게 배치된다. 중심판(21)에는 중심홀(21a), 배출홀(21b) 및 유입홀(21c)이 형성된다. 중심홀(21a)은 중심판(21)의 중심에 형성되며, 배출홀(21b)은 중심홀(21a)을 둘러싸는 가상의 제1 폐쇄도형(f1)을 따라 다수 개가 형성된다. 그리고 유입홀(21c)은 제1 폐쇄도형(f1)을 둘러싸는 가상의 제2 폐쇄도형(f2)을 따라 다수 개가 형성된다. 중심홀(21a), 제1 폐쇄도형(f1) 및 제2 폐쇄도형(f2)은 예를 들어, 원형으로 형성될 수 있다. 즉, 중심홀(21a), 제1 폐쇄도형(f1) 및 제2 폐쇄도형(f2)은 동심원 형상을 이루도록 배치되어, 다수 개의 배출홀(21b) 각각은 중심홀(21a)의 둘레로부터 동일한 간격을 갖고 다수 개의 유입홀(21c) 각각은 중심홀(21a)의 둘레로부터 동일한 간격을 갖되 각 배출홀(21b)과 중심홀(21a) 사이의 간격이 각 유입홀(21c)과 중심홀(21a) 사이의 간격보다 작게 형성된다.

전환관(22)은 예를 들어 테이퍼진 관과 같이 일단부와 타단부의 직경이 서로 다르게 형성되는 관 형상으로 이루어지며, 직경이 상대적으로 작은 일단부는 중심판(21)의 일면 중 중심홀(21a)의 둘레 부분에 접합되고 직경이 상대적으로 큰 타단부는 본관(10)의 내측면에 접합된다. 이에 따라, 중심판(21)의 일측에는 중심판(21)의 일면, 전환관(22)의 외측면 및 본관(10)의 내측면에 의해 구획되는 제1 전환공간(S1)이 형성된다. 유입홀(21c)을 통해 제1 전환공간(S1)으로 유입된 유체는 본관(10)의 내측면과 전환관(22)의 외측면에 부딪혀 흐름의 방향이 전환되고 배출홀(21b)을 통해 배출된다.

전환챔버(23)는 일측에 입구를 가지는 컨테이너 형상으로 이루어지며 중심판(21)의 타측에서 입구 부분이 중심판(21)을 향하도록 배치된다. 전환챔버(23)의 입구 부분 테두리는 중심판(21)의 타면 중 제1 폐쇄도형(f1)과 제2 폐쇄도형(f2) 사이 위치에 접합되어 중심판(21)의 타측으로 제2 전환공간(S2)을 형성한다. 제1 전환공간(S1)에서 배출홀(21b)을 통해 배출된 유체는 제2 전환공간(S2)으로 유입되고 전환챔버(23)의 내측면에 부딪혀 흐름의 방향이 전환된 후 중심홀(21a)을 통해 배출된다. 제2 전환공간(S2)에서 배출된 유체는 전환관(22)의 내부 공간을 통과하여 믹싱유닛(20)을 벗어나게 된다.

믹싱유닛(20)은 안내관(24)을 더 포함할 수 있다.

안내관(24)은 짧은 관 형상으로 이루어지며 중심판(21)의 타면에서 중심홀(21a)의 둘레를 따라 돌출되는 형상을 가지도록 배치된다. 이러한 안내관(24)은 배출홀(21b)을 통해 제2 전환공간(S2)으로 유입된 유체가 곧바로 중심홀(21a)을 통해 배출되는 것을 방지하여, 제2 전환공간(S2) 내에서 유체의 방향전환이 보다 급격하게 이루어질 수 있도록 한다.

제2 전환공간(S2) 내에 안내관(24)이 배치되는 것과 마찬가지로, 제1 전환공간(S1) 내에는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 제2 안내관(25)이 배치된다. 제2 안내관(25)은 짧은 관 형상으로 이루어지며 중심판(21)의 일면 중 제1 폐쇄도형(f1)과 제2 폐쇄도형(f2) 사이 위치에서 돌출되는 형상을 가지도록 배치된다. 상기 제2 안내관(25)은 유입홀(21c)을 통해 제1 전환공간(S1) 내로 유입된 유체가 곧바로 배출홀(21b)을 통해 배출되는 것을 방지한다.

전환관(22)은 상기했던 바와 같이 테이퍼진 관 형상으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 제1 전환공간(S1)은 믹싱유닛(20)의 종단면 상에서 삼각형 형상을 갖게 된다. 이에 따라, 제1 전환 공간 내의 유체가 삼각형의 뾰족한 모서리 부분에서 급격하게 방향 전환될 수 있으며, 방향 전환된 후의 유체는 전환관(22)의 외측면에 의해 형성되는 삼각형의 변 부분을 따라 배출홀(21b)로 안내될 수 있다.

전환관(22)은 직경이 연속적으로 변화하여 테이퍼진 관 형상으로 이루어질 수도 있지만, 일단부의 직경이 중심홀(21a)의 직경과 같고 타단부의 직경이 본관(10)의 내경과 같다면 직경이 단계적으로 변화할 수도 있다. 즉, 믹싱유닛(20)의 종단면 상에서 전환관(22)의 벽면은 계단형으로 이루어질 수도 있다.

전환관(22)이 테이퍼진 관 형상으로 이루어지는 경우, 전환관(22)의 테이퍼진 각도는 유체의 종류에 의해 정해질 수 있다. 즉, 서로 다른 유체가 서로 잘 섞이는 성질을 갖는지의 여부에 따라 전환관(22)의 테이퍼진 각도를 조절할 수 있다.

전환관(22)의 테이퍼진 각도가 조절되면 제1 전환공간(S1)의 크기, 그리고 본관(10)의 내측면에 대한 전환관(22) 벽면이 이루는 각도가 조절되어, 제1 전환공간(S1) 내에서 유체 혼합의 효율성을 조절할 수 있다. 다시 말해, 서로 다른 유체가 각각 친수성, 소수성을 가지는 등의 이유로 잘 섞이지 않는 경우에는 본관(10)의 내측면과 전환관(22)의 벽면이 이루는 각도가 작아지도록 전환관(22)의 테이퍼진 각도를 조절함으로써 유체 혼합의 효율성을 높이고, 서로 다른 유체가 모두 친수성을 가지는 등의 이유로 잘 섞이는 경우에는 본관(10)의 내측면과 전환관(22)의 벽면이 이루는 각도가 커지도록 전환관(22)의 테이퍼진 각도를 조절함으로써 믹싱유닛(20)이 필요 이상의 유체 혼합 효율성을 발휘하지 않도록 한다.

전환챔버(23)는 원뿔형으로 이루어질 수 있다.

이 경우, 제2 전환공간(S2) 내로 유입된 유체가 원뿔의 뾰족한 꼭대기 부분에서 급격하게 방향 전환되어 유체 혼합의 효율성이 증대될 수 있다.

이와는 달리, 전환챔버(23)는 반구형 또는 육면체형 등으로 이루어지는 것도 가능하다.

믹싱유닛(20)의 표면에는 요철이 형성되는 것이 바람직하다.

요철은 유체에서 난류가 보다 효과적으로 발생하도록 하여 유체 혼합의 효율성을 보다 증대시키게 된다.

믹싱유닛(20)은 본관(10)에 대해 탈착 가능하게 형성될 수 있다.

유체 혼합 장치에 의해 혼합되는 유체에는 이물질이 포함될 수 있고 이러한 이물질은 믹싱유닛(20) 내에 쌓일 수 있는데, 믹싱유닛(20)이 본관(10)에 대해 탈착 가능하면 본관(10)에서 믹싱유닛(20)을 분리하여 믹싱유닛(20)을 세척한 후 다시 본관(10)에 믹싱유닛(20)을 결합시켜 유체 혼합 장치를 사용할 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 본관(10)의 내측면과 믹싱유닛(20)의 전환관(22) 외측면에는 서로 맞물리는 나사산(t1)이 형성되어 믹싱유닛(20)을 본관(10)에 대해 탈착할 수 있다.

상기 전환챔버(23)는 중심판(21)에 대해 탈착 가능하게 형성될 수 있다.

이 경우, 전환챔버(23)를 중심판(21)에서 분리하면 제2 전환공간(S2)이 개방될 수 있으므로 믹싱유닛(20)에 대한 세척을 보다 용이하게 할 수 있다.

전환챔버(23)와 중심판(21) 또한, 전환챔버(23)의 외측면과 중심판(21)의 타측에 서로 맞물리는 나사산(t2)을 형성함으로써 탈착이 가능하다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 유체 혼합 장치는 다수 개의 믹싱유닛(20)을 구비할 수 있다.

다수 개의 믹싱유닛(20)은 본관(10)의 길이방향을 따라 배치되며, 이 경우 유체는 믹싱유닛(20)을 통과할 때마다 급격하게 방향이 전환되면서 보다 고르게 혼합될 수 있다.

서로 다른 유체가 서로 잘 섞이는 성질을 갖는지의 여부에 따라 본관(10) 내에 배치되는 믹싱유닛(20)의 개수는 조절될 수 있다. 즉, 서로 다른 유체가 서로 잘 섞이는 성질을 갖는 경우에는 본관(10) 내에 믹싱유닛(20)을 여러 개 배치하지 않아도 되지만, 서로 다른 유체가 서로 잘 섞이지 않는 성질을 갖는 경우에는 본관(10) 내에 여러 개의 믹싱유닛(20)을 배치하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명에 의한 유체 혼합 장치에서 본관(10)은 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 길이방향으로 이음 가능한 다수 개의 단위관(11)으로 이루어지고, 상기 단위관(11) 각각에는 믹싱유닛(20)이 배치될 수 있다.

이 경우, 본관(10)을 이루는 단위관(11)의 수를 조절함으로써 본 발명에 의한 유체 혼합 장치의 혼합 효율을 조정하는 것이 가능하다.

단위관(11)의 일단부 내측면과 타단부 외측면에는 서로 맞물리는 형상의 나사산(t3)을 형성하여 단위관(11)들을 서로 연결할 수 있다. 또는, 단위관(11)의 양단부에 플랜지를 형성하여 인접하는 단위관(11)들의 플랜지를 볼트와 너트로 결합시키는 것도 가능하다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

1 : 유체 혼합 장치
10 : 본관 11 : 단위관
20 : 믹싱유닛 21 : 중심판
21a : 중심홀 21b : 배출홀
21c : 유입홀 22 : 전환관
23 : 전환챔버 24 : 안내관
f1 : 제1 폐쇄도형 f2 : 제2 폐쇄도형
S1 : 제1 전환공간 S2 : 제2 전환공간

Claims (11)

1. 일방향으로 흐르는 유체가 통과하는 본관; 및
   상기 본관 내에 배치되며, 본관의 입구로부터 유입된 유체가 타방향으로 전환되어 배출되는 제1 전환공간과 상기 제1 전환공간으로부터 유입된 유체가 일방향으로 전환되어 배출되는 제2 전환공간을 형성하는 믹싱유닛;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱유닛은,
   상기 본관의 횡단면과 같은 크기를 가지고 상기 본관의 횡단면과 평행하게 배치되며, 중심에 위치하는 중심홀, 상기 중심홀을 둘러싸는 가상의 제1 폐쇄도형을 따라 형성되는 다수 개의 배출홀 및 상기 제1 폐쇄도형을 둘러싸는 가상의 제2 폐쇄도형을 따라 형성되는 다수 개의 유입홀을 구비하는 중심판;
   상기 중심판의 일측으로 상기 제1 전환공간을 형성하며, 일단부가 상기 중심판의 일면에 상기 중심홀의 둘레를 따라 접합되고 타단부가 상기 본관의 내측면에 접합되는 전환관; 및
   상기 중심판의 타측으로 상기 제2 전환공간을 형성하며, 상기 제1 폐쇄도형과 상기 제2 폐쇄도형 사이의 위치에서 상기 중심판의 타면에 접합되는 전환챔버;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 믹싱유닛은,
   상기 중심판의 타면에 상기 중심홀의 둘레를 따라 돌출 형성되는 안내관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 전환관은 테이퍼진 관 형상으로 이루어져 상기 제1 전환공간은 상기 믹싱유닛의 종단면 상에서 삼각형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 전환관의 테이퍼진 각도는 유체의 종류에 의해 정해지는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 전환챔버는 원뿔형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
7. 제2항에 있어서,
   상기 전환챔버는 상기 중심판에 대해 탈착 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱유닛은 상기 본관에 대해 탈착 가능하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 믹싱유닛은 상기 본관의 길이방향을 따라 다수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 본관은 길이방향으로 이음 가능한 다수 개의 단위관으로 이루어지고,
    상기 단위관 각각에는 상기 믹싱유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 믹싱유닛의 표면에는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치.
    

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