KR20210132452A - 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네틱 교반기의 내부 오염이 최소화되고 세척이 용이하며, 내구성이 향성된 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템에 관한 것이다.

Description

마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템{Magnetic Mixer And Mixing System Including The Same}

본 발명은 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 마그네틱 교반기의 내부 오염이 최소화되고 세척이 용이하며, 내구성이 향성된 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템에 관한 것이다.

교반기는 액체와 액체, 액체와 고체, 또는 분체 등을 교반하기 위한 기구를 의미한다. 이러한 교반기는 광범위한 산업분야에서 널리 사용되고 있으며, 제약, 바이오, 식품, 화장품 및 정밀 화학 산업 분야에서는 이물질 투입과 발생이 방지되어야 하고 위생적인 관리가 가능한 교반기에 대한 수요가 크다.

종래에는 교반 블레이드를 구동하는 모터의 구동축이 교반 탱크 내로 직접 연장 배치되되, 메카니컬 씰(mechanical seal)을 이용하여 교반 탱크의 외부와 내부를 차단하는 밀봉기술을 사용하는 교반기가 사용되었으나, 메카니컬 씰은 사용중 메카니컬 씰 근방에 흡착 또는 고착된 교반 물질의 변질 또는 메카니컬 씰의 파손으로 이물질이 발생되기 쉽고, 메카니컬 씰의 내구성이 떨어지는 등 다양한 위생적 또는 유지 보수 상의 문제점이 존재하였다.

이러한 문제를 제거하기 위하여, 최근 모터의 구동력을 자성체를 통해 전달하여 메카니컬 씰 등이 생략된 마그네틱 교반기의 보급이 확대되고 있다.

마그네틱 교반기는 모터의 구동축에 로터로서 제1 자성체가 구비되고, 타측에 상기 제1 자성체와 자기결합되는 제2 자성체가 구비되고 제2 자성체에 연결된 축상에 교반 블레이드가 구비되는 구조로 구성될 수 있다.

또한, 소형 마그네틱 교반 시스템의 경우 교반 탱크 내로 축을 연장할 필요 없이 로터인 제1 자성체와 제2 자성체가 교반탱크 벽면 근방에서 자기결합 되도록 구성될 수 있으나, 교반 물질의 종류 또는 교반탱크의 크기가 큰 경우, 교반 블레이드를 구동하기 위한 구동축 등이 탱크 내부로 연장 배치되어야 하는 경우가 있다.

그러한 경우 모터의 구동력을 전달하기 위한 구동축 등은 탱크 내부로 배치되어야 하며, 교반탱크 내에 배치된 구동축을 지지하기 위한 지지구조 또는 구동축의 자기결합을 위한 결합구조 등은 여전히 기밀 또는 위생 상의 문제를 발생시킨다.

본 발명은 마그네틱 교반기의 내부 오염이 최소화되고 세척이 용이하며, 내구성이 향성된 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

본 발명의 해결 과제는 교반탱크 상부에 장착되는 마그네틱 교반기에 있어서, 구동모터; 상기 구동모터에 의해 구동되는 제1 구동축; 상기 제1 구동축 단부에 구비되며 복수 개의 자성체가 구비된 제1 자성부; 상기 제1 자성부와 자기결합되는 제2 자성부; 상기 제2 자성부에 연결되어 구동되며, 상기 교반탱크 내부로 연장되는 제2 구동축; 상기 제2 구동축에 연결되어 상기 교반탱크 내의 유체를 교반하기 위한 적어도 하나의 교반 블레이드; 및 상기 교반탱크 상부에 장착되는 하우징을 포함하며, 상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축을 회전 가능하게 지지하고, 세척수가 도입되어 상기 하우징 내부를 세척하기 위한 세척유로를 구비하는 구동유닛;을 포함하는 마그네틱 교반기를 제공함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 구동유닛의 하우징은 상기 제1 자성부를 감싸는 형태의 제2 자성부 외측으로 연결된 세척수 주입구 및 상기 주입구 하부에 구비되며 하방으로 경사지게 구비된 세척수 배출구를 구비할 수 있다.

또한, 상기 세척수는 CIP(Cleaning in Place) 공정을 위한 세척수이며,

상기 세척수 주입구는 수평하게 연결되고, 상기 세척수 배출구는 4도 이상 경사질 수 있다.

그리고, 상기 구동유닛의 하부에 상기 교반탱크 내부의 유체의 유입을 방지하기 위한 유입 방지부가 구비되고, 상기 세척수 주입구를 통해 공급된 세척수의 일부는 상기 유입 방지부를 통해 상기 교반탱크 내부로 유입되며 세척을 수행할 수 있다.

또한, 상기 구동유닛은 상기 교반탱크를 관통하여 장착되며 상기 제2 구동축이 경유하는 마운트 부재를 구비하고, 상기 유입 방지부는 상기 마운트 부재 상부에 상부에 장착되어 상기 세척유로와 연결되며 방향이 180도 변경되는 세척용 슬릿을 구비할 수 있다.

여기서, 상기 유입 방지부는 상기 마운트 부재의 상부 개구부에 장착되어 상기 제2 구동축 방향으로 축관되는 축관부재 및 상기 세척용 슬릿의 방향이 변경되도록 상기 축관부재 상부를 감싸는 캡부재를 구비할 수 있다.

또한, 상기 구동유닛의 유입 방지부 상부에 상기 제2 구동축을 회전 가능하게 지지하는 축 지지부 및 상기 축 지지부 상부에 상기 제1 자성부를 감싸며 상기 제2 구동축과 연결되는 제2 구동축과 연결되는 제2 자성부를 지지하는 회전 지지부를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2 자성부는 컵 형상으로 구성된 제2 자성바디와 상기 제2 자성바디에 매립된 복수 개의 제2 자성체를 포함하고, 상기 회전 지지부는 상기 제2 자성바디와 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 제2 자성바디의 하면의 수직방향 하중을 지지하며 상기 제2 자성바디의 회전을 지지하는 스러스트 베어링(thrust bearing)일 수 있다.

또한, 상기 제1 구동축과 상기 구동모터의 구동축은 감속기를 매개로 수직하게 연결될 수 있다.

여기서, 상기 제2 구동축은 상기 교반탱크 내에서 상기 교반 블레이드가 장착된 블레이드축과 체결될 수 있다.

아울러, 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 교반용 탱크; 상기 교반용 탱크 상부에 장착되는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기; 및 상기 교반용 탱크 내측에 설치되고, 상기 교반용 탱크를 관통하여 연결되는 세척수 배관과 연결되며, 세척수 분사를 위한 다수의 분사구가 구비된 적어도 하나의 스프레이볼;을 포함하는 마그네틱 교반 시스템을 제공할 수 있다.

여기서, 상기 스프레이볼은 적어도 하나 구비되고, 상기 스프레이볼 중 적어도 하나의 스프레이볼은 상기 교반 블레이드를 세척하기 위하여 구비될 수 있다.

또한, 상기 교반 블레이드는 복수 개가 서로 다른 높이에 구비되고, 상기 스프레이볼 중 적어도 하나의 스프레이볼은 인접한 2개의 교반 블레이드 중간 높이에 설치될 수 있다.

그리고, 상기 스프레이볼에 연결되는 세척수 배관은 상기 교반용 탱크 상부를 관통하여 상기 스프레이볼에 연결될 수 있다.

본 발명에 따른 마그네틱 교반기에 의하면, 구동축이 교반탱크 내로 연장 배치되는 구조에도 불구하고 마그네틱 결합 방식으로 구동력을 축간 전달하여 구동축 실링을 위한 메카니컬 실 등을 생략하여, 메카니컬 실 등에 의한 교반 유체의 오염 등을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기에 의하면, 구동축을 자기결합하고 구동축을 지지하기 위한 상기 구동유닛 내부에 세척유로가 구비되므로, 상기 구동유닛의 내부 세척이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기에 의하면, 상기 구동유닛이 교반탱크 외부에 장착되므로, 구동유닛이 교반 유체에 의하여 오염되는 것을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기에 의하면, 상기 구동유닛이 교반탱크 외부에 장착되므로, 교반탱크 내에 구동유닛 등을 세척하기 위한 전용 세척볼을 생략할 수 있으므로, 교반탱크 내의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기에 의하면, 구동유닛 내에 유입 방지부를 구비하여 교반탱크 내의 교반 유체가 구동유닛 내로 유입되는 것을 방지하면서도, 유입 방지부 내에 형성되는 세척용 슬릿을 이용하여 복잡한 구조의 유입 방지부 내부를 세척수로 자동으로 세척할 수 있으므로, 교반 시스템의 유지 보수성이 향상될 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기 시스템에 의하면, 마그네틱 교반기의 구동유닛을 별도 세척하기 위한 스프레이볼의 설치가 불필요하므로 이에 따른 비용이 절감될 수 있다.

도 1는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 외관을 도시한다.
도 2은 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 단면도를 도시한다.
도 3는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 구동유닛 단면도를 확대 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 구동유닛 내부를 유동하는 세척수의 흐름을 표시한 것이다.
도 5은 본 발명에 따른 마그네틱 교반기가 장착되는 마그네틱 교반 시스템을 도시한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 한정되는 것을 의미하지는 않는다. 그리고, 본 발명의 여러 실시예를 설명함에 있어서, 동일한 기술적 특징을 갖는 구성요소에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마그네틱 교반기에 관하여 설명한다.

도 1는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)의 측면도를 도시하며, 도 2는 도 1에 도시된 마그네틱 교반기(1)의 단면도를 도시한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)는 교반탱크 상부에 장착되며 구동모터(100), 상기 구동모터(100)에 의해 구동되는 제1 구동축(200), 상기 제1 구동축(200) 단부에 구비되며 복수 개의 제1 자성체(310)가 구비된 제1 자성부(300), 상기 제1 자성부(300)와 자기결합되는 제2 자성부(400), 상기 제2 자성부(400)에 연결되어 구동되며 상기 교반탱크 내부로 연장되는 제2 구동축(500), 상기 제2 구동축(500)에 연결되어 상기 교반탱크 내의 유체를 교반하기 위한 적어도 하나의 교반 블레이드(600) 및 상기 교반탱크 상부에 장착되는 하우징(710)을 포함하며, 상기 제1 구동축(200)과 상기 제2 구동축(500)을 회전 가능하게 지지하고, 세척수가 도입되어 상기 하우징(710) 내부를 세척하기 위한 세척유로(720)를 구비하는 구동유닛(700)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)는 교반탱크의 상부에 장착 가능하도록 구성되며, 상기 제1 구동축(200)과 상기 구동모터(100)의 구동축이 감속기(110)를 매개로 수직하게 연결될 수 있다. 상기 감속기(110)는 감속, 토크 증대 또는 축방향 변경을 위하여 구비될 수 있다.

또한, 상기 감속기(110)는 예를 들면 'L'자 형성이 가능한 웜 가속기 또는 베벨 감속기일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 감속기(110)에는 수평방향으로 구동모터(100)이 연결되고, 수직 방향으로 제1 구동축(200)이 연결되어 구동력이 전달될 수 있다.

상기 제1 구동축(200)의 하단부에는 복수 개의 제1 자성체(310)가 구비된 제1 자성부(300) 및 상기 제1 자성부(300)의 외측을 감싸는 형태로 구비되면서 상기 제1 자성부(300)와 자기결합되는 제2 자성부(400)가 구비된다.

일실시예로, 상기 제1 자성부(300)는 상기 제1 구동축(200)의 하단에 체결되는 제1 자성바디(320) 및 상기 제1 자성바디(320)에 매립되는 영구자석인 복수 개의 제1 자성체(310)를 포함하여 구성될 수 있고, 필요에 따라 상기 제1 자성바디(320)는 상기 제1 구동축(200)과 일체로 구성될 수도 있다. 즉, 복수 개의 상기 제1 자성체(310)는 상기 제1 구동축(200) 하단에 매립 또는 인서트되는 방법으로 구비될 수 있다.

상기 제1 자성부(300)는 상기 제1 구동축(200) 하단에 구비되는 로터로 작용하고, 상기 제1 자성부(300)는 상기 제2 자성부(400)와 자기결합되어 상기 제1 구동축(200)에서 제공된 구동력을 제2 구동축(500)으로 전달한다.

그리고, 상기 제1 자성부(300)의 자기력과 자기결합되는 상기 제2 자성부(400)는 컵 형상으로 구성된 제2 자성바디(420)와 상기 제2 자성바디(420)에 매립된 복수 개의 제2 자성체(410)를 포함하여 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자성체(310)와 상기 제2 자성체(410)는 비접촉 상태로 배치되며, 상기 제1 구동축의 회전시 상기 제1 자성부(300)가 회전하게 되고, 상기 제1 자성부(300)와 자기결합된 제2 자성부(400)가 함께 회전하여 상기 제2 구동축(500)을 회전하게 된다.

한편, 상기 제1 자성부(300)의 복수 개의 제1 자성체(310)와 상기 제2 자성부(400)의 복수 개의 제2 자성체(410)는 N극 자석과 S극 자석이 원주방향으로 각각 번갈아 배치될 수 있고, 상기 제1 자성부와 제2 자성부가 자기결합시 상기 제1 자성부의 복수 개의 제1 자성체(310)와 상기 제2 자성부의 복수 개의 제2 자성체(410)는 상호 인력을 발생시키도록 서로 다른 극을 향하여 마주하도록 자기결합될 수 있다.

이와 같이, 자기결합 방식으로 제1 자성부(300)와 제2 자성부(400)로 구성되는 자기결합부(350)는 후술하는 교반탱크(T) 상부에 장착되는 구동유닛(700) 내측 상부 영역에 배치될 수 있다. 상기 구동유닛(700)에 대한 자세한 설명은 뒤로 미룬다.

상기 제2 구동축(500)은 상기 교반탱크 내부로 연장 배치되는 구동축으로, 상기 제2 구동축(500)의 외주면으로 상기 교반탱크 내의 유체를 교반하기 위한 교반 블레이드(600)가 구비될 수 있다.

상기 교반 블레이드(600)의 갯수는 교반탱크의 부피, 교반에 필요한 회전 속도(rpm), 교반 유체의 점도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 또한, 상기 교반 블레이드(600)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 프로펠러형(propeller type)이 사용될 수도 있고, 그 외에도 패들형(paddle type), 앵커형(anchor type), 터빈형 등의 교반 블레이드를 선택할 수 있다.

한편, 상기 교반 블레이드(600)는 전술한 바와 같이 상기 제2 구동축(500)의 외주면에 구비될 수도 있으나, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제2 구동축(500)에 착탈 가능한 별도의 블레이드축(610)에 장착되도록 구성될 수 있다.

후자의 경우, 상기 제2 구동축(500)은 상기 교반탱크 내에서 상기 교반 블레이드(600)가 장착되는 블레이드축(610)과 체결될 수 있다.

상기 블레이드축(610)이 구비되는 경우 교반탱크의 높이나 부피에 따라 선택적으로 제공되는 상기 블레이드축(610)을 상기 제2 구동축(500)에 체결함으로써 회전 구동축의 전체 길이를 연장시킬 수 있으므로, 상기 교반 블레이드(600)가 교반탱크의 하부까지 도달 가능하여 액상을 고르게 교반할 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)는 교반탱크 상부에 장착되는 하우징(710)을 포함하고, 상기 제1 구동축(200)과 상기 제2 구동축(300)을 회전 가능하게 지지하며, 세척수가 도입되어 상기 하우징(710) 내부를 세척하기 위한 세척유로를 구비하는 구동유닛(700)을 포함할 수 있다.

상기 구동유닛(700) 교반탱크(T) 외측에 장착되되, 전술한 자기결합부(350)를 수용하고, 교반탱크(T) 내측으로 배치되는 구동축들을 지지하며, 자기결합부, 구동축을 지지하기 위한 구성들을 상기 세척유로를 통해 세척할 수 있다.

상기 구동유닛(700)의 하우징(710)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상부에 위치하는 제1 하우징(711)과 하부에 위치하는 제2 하우징(712)으로 분할 구성될 수 있다. 상기 하우징(710)을 제1 하우징(711)과 제2 하우징(712)을 분할 구성하면, 구동유닛 유지 보수를 위한 상기 제1 하우징(711)과 제2 하우징(712)의 해체를 용이하게 할 수 있다.

그리고, 상기 하우징(710)은 내부에 상기 제1 구동축(200)과 상기 제2 구동축(500) 각각의 적어도 일부를 수용하면서, 상기 제1 구동축(200)과 상기 제2 구동축(500)의 회전 가능하게 지지하는 구성요소를 포함할 수 있다.

상기 하우징(710)은 그 내부 상부 영역에 전술한 자기결합부(350)가 구비되고, 상기 자기결합부(350) 하부에 상기 제1 자성부(300)를 감싸며 상기 제2 구동축(500)과 연결되는 제2 자성부(400)를 지지하는 회전 지지부(920)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 자성부는 컵 형상으로 구성된 제2 자성바디(420)와 상기 제2 자성바디(420)에 매립된 복수 개의 제2 자성체(410)를 포함하고, 상기 회전 지지부는 상기 제2 자성바디(420)와 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 제2 자성바디(420)의 하면의 수직방향 하중을 지지하며 상기 제2 자성바디(420)의 회전을 지지하도록 장착될 수 있다.

상기 회전 지지부(920)는 상기 제2 구동축(500)에 대하여 축방향으로 작용하는 하중을 지지하는 역할을 수행하기 위하여 베어링으로 구비될 수 있고, 바람직하게는 스러스트 베어링(thrust bearing)으로 구비될 수 있다.

상기 회전 지지부(920)는 스러스트 베어링을 구비할 수 있어 상기 제2 자성부(400), 상기 제2 구동축(500) 및 상기 교반 블레이드(600) 등에서 각각 부하되는 수직 하중을 견고하게 지지할 수 있다.

그리고, 상기 회전 지지부(920)의 하부에는 축 지지부(910)가 구비될 수 있다. 상기 축 지지부(910)는 상기 제2 구동축(500)을 회전 가능하게 지지하기 위하여 구비될 수 있다. 상기 축 지지부(910)는 상기 제2 구동축(500)의 복수 개의 이격된 위치에 장착되는 레어디얼 베어링(radial bearing)일 수 있다.

상기 교반 블레이드(600)는 크기에 따라 다르지만 하나의 무게가 수십 킬로그램에 이르므로 그 개수가 증가하고, 그에 따라 제2 구동축(500)의 직경과 길이 변화에 따라 하중이 증가할 수 있다.

상기 제2 구동축(500)을 회전 가능하게 지지하는 축 지지부(910)만 구비되는 경우, 상기 축 지지부(910)가 수직 방향의 제2 구동축(500)의 회전을 지지함과 동시에 구동축의 하중까지 견뎌야 하므로 축 지지부(910)를 구성하는 베어링의 내구성 문제로 인해 교체 주기가 ?F았다.

그러나, 상기 제2 자성부(400)를 구성하는 상기 자성체 바디(420)와 상기 하우징 사이에 스러스트 베어링 형태의 회전 지지부(920)를 더 구비하는 경우, 상기 축 지지부(910)에 구동축의 하중이 거의 전달되지 않는 무부하 상태가 될 수 있으므로, 각각의 베어링의 내구성이 4배 이상 증가하는 것을 반복적인 시뮬레이션(IGUS Xiros Service Life calculator 사용) 및 실험을 통해 확인하였다.

그리고, 상기 스러스트 베어링(thrust bearing) 및 상기 레어디얼 베어링(radial bearing)의 예로서 볼베어링이 적용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

그리고, 종래 소개된 마그네틱 교반기 역시 본 발명에 따른 마그네틱 교반기와 마찬가지로 구동축이 교반탱크 내로 연장 배치되어야 하는 대형 기기의 경우, 자기결합부와 축을 지지하는 지지부 등이 구비된 구동유닛에 대응되는 구성들이 교반탱크 내에 배치되는 경우가 많아 교반 대상 유체 등에 의하여 쉽게 오염되고 세척이 용이하지 않다는 문제가 있었다

구체적으로, 구동유닛이 교반탱크 내부에 장착되는 경우, 상기 구동유닛 내부로 교반 유체가 유입되는 문제가 있었다. 특히, 상기 구동유닛에 축을 지지하기 위한 지지부로서 볼베어링이 구비되는 경우, 상기 볼베어링을 구성하는 볼 사이 또는 자성부 경계영역 등에 교반 대상 유체가 침투하여 이물질이 남게 되어 세척이 어려웠으나, 본 발명은 구동유닛을 교반탱크 외부에 배치하여 이와 같은 문제들을 상당 부분 해소하였다.

또한, 상기 구동유닛(700)을 교반탱크 상부에 배치하는 방법으로 교반 탱크 내에 교반 블레이드의 설치 위치의 자유도가 증가하여 교반 가능한 유체의 양이 더 증가될 수도 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 상기 구동유닛(700)의 자체적인 세척을 수행하기 위한 세척유로(720)를 구비할 수 있다.

상기 구동유닛(700) 내부에는 자성부(300, 400)가 구비된 자기결합부(350)와 다수의 베어링이 구비된 지지부 등이 구비되므로, 교반 대상 유체가 조금이라도 역류하는 경우 또는 볼 베어링 등의 윤활유 등이 누설되는 경우, 각각의 부품 사이에 침투하여 쉽게 변질 또는 부패되어 오염이 발생되는 영역일 수 있다.

상기 세척유로(720)는 상기 하우징(710) 내부 구성요소들 사이에 구비되는 이격 공간에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 자성부(300) 및 상기 제2 자성부(400)는 각각 이격되어 구비되고, 제2 구동축과 하우징 사에는 빈 공간으로 구성되므로, 이러한 빈 공간이 세척유로(720)로 활용될 수 있다.

따라서, 상기 구동유닛(700)의 내부 세척이 용이하도록 상기 하우징(710)은 상기 제2 자성부(400) 외측 또는 구동유닛(700)의 하우징 상부 영역으로 연결된 세척수 주입구(730) 및 상기 세척수 주입구(730) 하부에 구비되는 세척수 배출구(740)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 구동유닛(710) 상부를 통해 세척수를 주입하고, 하부를 통해 세척에 사용된 세척수를 배출하여 구동유닛 내부 세척을 수행할 수 있다.

상기 구동유닛(700)에 구비된 축 지지부(910) 및 회전 지지부(920)를 구성하는 볼베어링 등은 내부 볼이 지속적으로 회전하여 상기 볼과 리테이너(retainer) 또는 상기 볼과 케이지(cage) 사이에 마찰 마모가 발생하여 금속, 세라믹, 또는 합성수지 소재의 미세 입자가 생성되고, 교반 탱크 내로 유입시 교반 유체를 오염시킬 수 있으므로 세척수를 통한 구동유닛의 세척이 요구된다.

여기서, 상기 세척수는 CIP(Cleaning in Place) 공정을 위한 세척수일 수 있으며, 상기 세척수 주입구(730)는 수평하게 연결되고, 상기 세척수 배출구(740)은 하방으로 4도(°) 이상 경사질 수 있어 상기 세척수 주입구(730)로 주입된 세척수가 상기 세척수 배출구(740)로 원활하게 배출될 수 있다.

상기 CIP(Cleaning in Place) 공정은 식품, 의약품, 화장품, 반도체 등에 사용되는 원료의 가공, 교반 등을 수행하는 장치의 내부를 세척하기 위한 공정으로, 상기 장치에 연결되는 탱크나 배관 등을 해체하지 않고 상기 장치에 연결된 상태에서 내부에 세척수를 통과시켜 세척을 수행한다.

상기 CIP 공정에 사용되는 세척수는 부식방지제, 청관제, 산성 용액, 알칼리성 용액 등 제조되는 용액에 따라 적절하게 선택 가능하다.

이에, 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)는 상기 구동유닛(700) 내부에 세척유로(720)를 구비하고, 상기 세척수 주입구(730)로 주입된 세척수가 상기 세척유로(720)를 지나 하부로 유동하면서 상기 구동유닛(700) 내부를 세척한 이후 상기 세척수 배출구(740)로 배출되도록 하여 CIP 공정이 원활하게 진행될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 구동유닛(700) 단면도를 확대 도시하며, 도 4는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기의 구동유닛 내부를 유동하는 세척수의 흐름을 표시한 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 구동유닛(700)의 하부에는 상기 교반탱크(T) 내부의 교반 대상 유체의 구동유닛 내의 유입을 방지하기 위한 유입 방지부(860)가 구비될 수 있다.

상기 제2 구동축(500) 등은 이상적으로는 밀봉된 상태로 교반탱크에 내부로 연장 설치되는 것이 바람직하지만, 기계적 마찰에 의한 이물질 발생 또는 실링부재 등의 내구성 등의 이유로 일정한 유격을 형성하며 구동축이 관통 설치될 수 있다.

따라서, 교반 블레이드를 통한 교반 과정에서 교반 대상 유체가 튀거나 비산되어 구동유닛 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 구동유닛(700) 내에는 구동축과 밀착되지 않으나 교반탱크 내의 유체가 유입되는 것을 방지하기 위한 유입 방지부(860)를 설치한다.

또한, 상기 구동유닛(700)은 상기 교반탱크(T)를 관통하여 장착되며 상기 제2 구동축(500)이 경유하는 마운트 부재(810)를 구비하고, 상기 유입 방지부(860)는 상기 마운트 부재(810)의 상부 개구부에 장착되어 상기 제2 구동축(500) 방향으로 축관되는 축관부재(861) 및 상기 축관부재(861) 상부를 감싸는 캡부재(866)를 포함하여 구비할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 캡부재(866)의 내측면이 상기 축관부재(861)의 외측면보다 외측에 구비되고, 축관부재의 상단이 캡부재의 내면과 접하지 않도록 형성되어 유입 방지부(860) 내에 “∩”자 형상의 유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 축관부재(861)는 베어링 등에서 낙하하는 미세 입자 등이 낙하 과정에서 자연스럽게 세척수 배출구(740) 방향으로 유도되어 유입 방지부를 통한 교반탱크(T) 유입을 차단할 수 있도록 외주면 하부가 경사면으로 구성될 수 있다.

상기 미세입자가 교반 유체가 수용된 교반탱크(T) 내부로 낙하하는 대신에, 상기 축관부재(861)의 상부로 낙하될 수 있어 이후에 주입되는 세척수에 의하여 제거가 가능하다.

상기 유입 방지부(860)는 구동축이 유격을 형성하며 관통하되, 교반탱크(T) 내부에 수용된 교반 대상 유체가 구동유닛 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 이와 같은 유입 방지부(860) 상에 존재하는 불가피한 유격을 활용하여 세척에 활용한다.

즉, 상기 마운트 부재(810)의 상부 개구부에 장착되어 상기 제2 구동축(500) 방향으로 내경이 감소되어 축관되는 축관부재(861) 및 상기 축관부재(861) 상부 둘레를 감싸는 캡부재(866)를 장착하여 교반탱크(T) 내부에 수용된 교반 대상 유체가 상기 구동유닛 내부로 유입되려면 180도 방향이 변경된 유로를 통하도록 하여 교반탱크(T) 내부에 수용된 교반 대상 유체가 구동 유닛 내부로 유입될 가능성을 낮출 수 있다.

따라서, 상기 유입 방지부(860)은 축관부재(861) 및 상기 축관부재(861) 상부 둘레를 감싸는 캡부재(866) 사이에 형성된 유격으로 형성된 공간을 세척용 슬릿(720s)으로 사용한다.

즉, 상기 유입 방지부(800)은 교반탱크(T) 내부에 수용된 교반 대상 유체가 구동 유닛(700) 내부로 유입될 가능성을 낮추기 위하여, 축관부재(861) 및 상기 축관부재(861) 상부 둘레를 감싸는 캡부재(866)를 구비하고, 그 과정에서 형성된 유격 공간을 연결하여 세척용 슬릿(720s)을 형성하게 된다.

상기 세척용 슬릿(720s)은 상기 세척유로(720)와 연결되며 전술한 바와 같이 내부 유로 방향이 180도(°) 변경되고, 유체 교반시에는 유체의 유입을 방지하고, 세척시에는 세척수를 교반 유체의 유입 방향과 반대방향인 교반탱크 내로 공급하며 그 유입 방지부(860) 내부 또는 슬릿 내부를 세척하게 된다.

또한, 상기 세척용 슬릿(720s)은 상기 세척수 배출구(740) 근방에 배치될 수 있다.

마그네틱 교반 시스템의 세척 과정을 검토하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세척수 주입구(730)을 통해 공급된 세척수의 일부는 상기 유입 방지부(860) 내부의 세척용 슬릿(720s)을 통하여 상기 교반탱크(T) 내부로 유입되며 세척을 수행할 수 있고, 공급된 세척수의 나머지는 상기 세척수 배출구(740)로 배출될 수 있다. 여기서, 상기 교반탱크(T) 내부로 유입되는 세척수와 상기 세척수 배출구(740)로 배출되는 세척수의 부피비는 약 3:7이 되도록 세척수 배출구(740)의 개폐 밸브(미도시)를 제어하거나 세척수 배출구(740) 또는 세척용 슬릿(720s)의 유로 면적을 구성하는 방법이 가능하다.

상기 유입 방지부(860) 내부의 세척용 슬릿(720s)통해 공급되는 세척수는 상기 유입 방지부(860) 내부 또는 세척용 슬릿(720s)의 유로 상의 오염물질을 세척한 이후 상기 교반탱크(T) 내부로 분사된다.

또한, 상기 교반탱크(T) 내부 용액, 예를 들면 교반 유체나 CIP 공정을 위한 세척수 등이 상기 유입 방지부(860)로 유입된다 할지라도, 상기 유입 방지부(860)의 상단에 세척용 슬릿(810)이 구비되므로 세척용 슬릿(720s)을 경유한 탱크 내부 유체는 유로가 180도 변경되어 구동유닛 하부에 연결된 세척수 배출구(740)로 배출될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 세척 주입구(730)로 주입된 세척수는 상기 구동유닛(700)의 하우징(710) 내부에서 세척유로(720)를 따라 하부로 유동하면서 제1 자성부(300) 및 제2 자성부(400)를 포함하는 자기결합부(350), 상기 회전 지지부(920), 상기 축 지지부(910), 상기 제2 구동축(500), 하우징의 내주면, 캡부재의 외주면 및 축관부재의 외주면 등의 세척이 가능하다.

그리고, 상기 주입된 세척수는 상기 세척 배출구(740)로 배출되며, 상기 세척수 중 일부는 세척용 슬릿(720s)을 유입 방지부(860) 내부 유로를 역류하며 세척을 수행하며, 교반탱크(T) 내부로 낙하하면서 스프레이볼(60)에서 분사되는 세척수와 함께 상기 제2 구동축 및 마운트 부재를 세척이 가능하므로, CIP 공정이 용이하게 수행될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1)가 장착되는 마그네틱 교반 시스템을 도시한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명은 교반용 탱크(2), 상기 교반용 탱크(2) 상부에 장착되는 전술한 본 발명에 따른 마그네틱 교반기(1) 및 상기 교반용 탱크(T) 내측에 설치되고, 상기 교반용 탱크(T)를 관통하여 연결되는 세척수 배관(P)과 연결되며, 세척수 분사를 위한 다수의 분사구가 구비된 적어도 하나의 스프레이볼(3)을 포함하는 마그네틱 교반 시스템이 제공될 수 있다.

여기서, 상기 스프레이볼(3) 중 적어도 하나의 스프레이볼은 교반 블레이드(600)를 세척하기 위해 구비될 수 있다. 그리고, 상기 스프레이볼(3)에 연결되는 CIP 배관(P)은 상기 교반용 탱크(2) 상부를 관통하여 상기 스프레이볼(3)에 연결될 수 있다.

통상적으로, 상기 스프레이볼(3)은 상기 교반용 탱크(T) 내부에 설치되어 CIP 공정을 위한 세척수를 노즐을 통해 고압 분사하여 상기 세척수가 상기 교반용 탱크(T)의 내부 표면에 전체적으로 접촉되어 세척할 수 있도록 한다.

만일 구동유닛이 교반탱크 내에 설치된다면, 구동유닛의 세척이 어렵기도 하지만 구동유닛 근방에 구동유닛만의 세척을 위한 별도의 세척볼을 추가로 구비해야 하므로 교반탱크 내의 세척볼의 개수가 증가되어 교반탱크 내의 부피를 차지하고 구조를 복잡하게 할 수 있으나, 본 발명은 구동유닛을 교반탱크 외측에 배치하여 교반탱크에 구비되는 세척볼은 교반탱크의 세척만을 위하여 사용될 수 있으므로, 세척 성능을 향상시킬 수 있고, 교반탱크 내부의 구조도 단순화할 수 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 교반 블레이드는 복수 개가 서로 다른 높이에 구비되고, 상기 스프레이볼 중 적어도 하나의 스프레이볼은 인접한 2개의 교반 블레이드 중간 높이에 설치되어 세척볼의 세척 기능을 공유할 수 있다.

이와 같은 구조를 갖는 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 교반 시스템에 의하면, 구동축이 교반탱크 내로 연장 배치되는 구조에도 불구하고 마그네틱 결합 방식으로 구동력을 축간 전달하여 구동축 실링을 위한 마그네틱 실 등을 생략하여, 마그네틱 실 등에 의한 교반 유체의 오염 등을 최소화할 수 있으며, 구동축을 자기결합하고 구동축을 지지하기 위한 상기 구동유닛 내부에 세척유로가 구비되므로, 상기 구동유닛의 내부 세척이 가능하고, 상기 구동유닛이 교반탱크 외부에 장착되므로, 구동유닛이 교반 유체에 의하여 오염되는 것을 최소화할 수 있고, 상기 구동유닛이 교반탱크 외부에 장착되므로, 교반탱크 내에 구동유닛 등을 세척하기 위한 전용 세척볼을 생략할 수 있으므로, 교반탱크 내의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 구동유닛 내에 유입 방지부를 구비하여 교반탱크 내의 교반 유체가 구동유닛 내로 유입되는 것을 방지하면서도, 유입 방지부 내에 형성되는 세척용 슬릿을 이용하여 복잡한 구조의 유입 방지부 내부를 세척수로 자동으로 세척할 수 있으므로, 교반 시스템의 유지 보수성이 향상될 수 있으며, 마그네틱 교반기의 구동유닛을 별도 세척하기 위한 스프레이볼의 설치가 불필요하므로 이에 따른 비용이 절감될 수 있다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 따라서 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 마그네틱 교반기
100 : 구동모터
200 : 제1 구동축
300 : 제1 자성부
400 : 제2 자성부
500 : 제2 구동축
600 : 교반 블레이드
700 : 구동유닛

Claims (14)

1. 교반탱크 상부에 장착되는 마그네틱 교반기에 있어서,
   구동모터;
   상기 구동모터에 의해 구동되는 제1 구동축;
   상기 제1 구동축 단부에 구비되며 복수 개의 자성체가 구비된 제1 자성부;
   상기 제1 자성부와 자기결합되는 제2 자성부;
   상기 제2 자성부에 연결되어 구동되며, 상기 교반탱크 내부로 연장되는 제2 구동축;
   상기 제2 구동축에 연결되어 상기 교반탱크 내의 유체를 교반하기 위한 적어도 하나의 교반 블레이드; 및,
   상기 교반탱크 상부에 장착되는 하우징을 포함하며,
   상기 제1 구동축과 상기 제2 구동축을 회전 가능하게 지지하고, 세척수가 도입되어 상기 하우징 내부를 세척하기 위한 세척유로를 구비하는 구동유닛;을 포함하는 마그네틱 교반기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동유닛의 하우징은 상기 구동유닛 내부를 세척하기 위하여 상기 제1 자성부를 감싸는 형태의 제2 자성부 외측에 세척수 주입구 및 상기 주입구 하부에 세척수 배출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 세척수는 CIP(Cleaning in Place) 공정을 위한 세척수이며,
   상기 세척수 주입구는 수평하게 연결되고, 상기 세척수 배출구는 4도 이상 하방으로 경사진 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동유닛의 하부에 상기 교반탱크 내부의 유체의 유입을 방지하기 위한 유입 방지부가 구비되고, 상기 세척수 주입구를 통해 공급된 세척수의 일부는 상기 유입 방지부를 통해 상기 교반탱크 내부로 유입되며 세척을 수행하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 구동유닛은 상기 교반탱크를 관통하여 장착되며 상기 제2 구동축이 경유하는 마운트 부재를 구비하고,
   상기 유입 방지부는 상기 마운트 부재 상부에 장착되어 상기 세척유로와 연결되며 유로 방향이 180도 변경되는 세척용 슬릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 유입 방지부는 상기 마운트 부재의 상부 개구부에 장착되어 상기 제2 구동축 방향으로 축관되는 축관부재 및 상기 축관부재와 상기 제2 구동축 사이에 형성되는 세척용 슬릿의 유로 방향이 변경되도록 상기 축관부재 상부를 감싸는 캡부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기
7. 제4항에 있어서,
   상기 구동유닛의 유입 방지부 상부에 상기 제2 구동축을 회전 가능하게 지지하는 축 지지부 및 상기 축 지지부 상부에 상기 제1 자성부를 감싸며 상기 제2 구동축과 연결되는 제2 자성부를 지지하는 회전 지지부를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 자성부는 컵 형상으로 구성된 제2 자성바디와 상기 제2 자성바디에 매립된 복수 개의 제2 자성체를 포함하고,
   상기 회전 지지부는 상기 제2 자성바디와 상기 하우징 사이에 구비되어 상기 제2 자성바디의 하면의 수직방향 하중을 지지하며 상기 제2 자성바디의 회전을 지지하는 스러스트 베어링(thrust bearing)인 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
9. 제1항에 있어서,
   상기 구동모터의 구동축과 상기 제1 구동축은 감속기를 매개로 수직하게 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구동축은 상기 교반탱크 내에서 상기 교반 블레이드가 장착된 블레이드축과 체결되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반기
11. 교반용 탱크;
    제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 따른 마그네틱 교반기; 및,
    상기 교반용 탱크 내측에 설치되고, 상기 교반용 탱크를 관통하여 연결되는 세척수 배관과 연결되며, 세척수 분사를 위한 다수의 분사구가 구비된 적어도 하나의 스프레이볼;을 포함하는 마그네틱 교반 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 스프레이볼은 적어도 하나 구비되고, 상기 스프레이볼 중 적어도 하나의 스프레이볼은 상기 교반 블레이드 방향으로 세척수를 분사하는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반 시스템.
13. 제12항에 있어서,
    상기 교반 블레이드는 복수 개가 서로 다른 높이에 구비되고, 상기 스프레이볼 중 적어도 하나의 스프레이볼은 인접한 2개의 교반 블레이드 중간 높이에 설치되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반 시스템.
14. 제11항에 있어서,
    상기 스프레이볼에 연결되는 세척수 배관은 상기 교반용 탱크 상부를 관통하여 상기 스프레이볼에 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 교반 시스템.

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