KR20230019359A - 관형 유체 혼합기 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관형 유체 혼합기 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는, 중공구조의 관, 상기 관의 길이방향과 평행하며 상기 관의 중심에 구비된 필러 및 상기 필러와 관을 연결하며, 상기 필러와 상기 관을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개를 포함한다. 본 관형 유체 혼합기는 짧은 길이에서 유체를 완전히 혼합하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 관형 유체 혼합기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 관 내에 삽입된 비균질 유체가 관형 유체 혼합기에 유입되는 힘만으로 관형 유체 혼합기의 내부 구조에 의해 혼합되는 관형 유체 혼합기에 관한 것이다.
화학 반응에 있어서, 중요한 요소 중 하나가 혼합이다. 화학반응식은 균질혼합물의 반응을 전제로 한다. 따라서, 불균질 혼합물에 대하여 반응을 일으킬 경우국지적으로 예상되지 않은 반응이 일어나기도 한다.
따라서 일반적인 배치식(batch type) 화학반응의 경우 교반기를 두어 장시간 완전히 혼합한다. 이때, 교반기는 반응기와 별개의 장치로 구비될 수 있다. 배치식 화학반응은 대량 반응에 유리하지만, 국지적으로 농도의 불균일이 발생할 수 있다. 따라서, 부분적으로 예상하지 못했던 반응(부반응)이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 배제하기 위하여 유로에 구조를 형성하여 유로 내부에서 혼합이 일어나도록 하는 기술이 제안되었다. 일본등록특허공보 제06204235호에는 유로의 분할 및 충돌을 반복하여 혼합하는 구조가 개시되어 있다. 그러나 마이크로 유체 장치에서의 유로 변경의 혼합방법은 현재 식각 공정을 활용하는 한계상 2차원 구조에 제한되었다. 다시 말해서 배치식에서 사용하였던 회전운동 등 3차원 혼합방법은 지금까지의 마이크로 유체 장치 기술에서 사용되기 어렵다. 따라서 새로운 혼합구조 및 제조방법이 필요하다.
본 발명은 유체의 유동을 입체적으로 제어하여 유체를 혼합하는 관형 유체 혼합기 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 관 안에 회전 구조를 포함하여, 유체를 혼합하는 관형 유체 혼합기를 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관, 상기 관의 길이방향과 평행하며 상기 관의 중심에 구비된 필러 및 상기 필러와 관을 연결하며, 상기 필러와 상기 관을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개를 포함한다.
상기 날개는 상기 추출물을 제1 방향으로 회전시키도록 제1 각만큼 기울어진 제1 날개면을 갖는 제1 날개 및 상기 추출물을 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 회전시키도록 제2 각만큼 기울어진 제2 날개면을 갖는 제2 날개를 포함할 수 있다.
상기 제1 날개와 상기 제2 날개는 상기 관의 길이방향으로 번갈아가며 구비될 수 있다.
상기 날개는 상기 필러를 기준으로 나선형으로 연장될 수 있다.
상기 날개는 상기 필러의 외면을 따라 한바퀴 이상 연장되어 스크류 구조를 형성할 수 있다.
상기 날개는 복수개로 구성되고, 상기 필러의 길이방향으로 동일 높이에 환형으로 배치될 수 있다.
상기 복수개의 날개들은 상기 환형의 중심점을 기준으로 점대칭 구조로 배치될 수 있다.
상기 날개는 단면이 역삼각형 구조일 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 제조방법은 중공구조의 관, 상기 관의 길이방향과 평행하며 상기 관의 중심에 구비된 필러 및 상기 필러와 관을 연결하며, 상기 필러와 상기 관을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개를 포함하는 관형 유체 혼합기의 제조방법이며, 상기 관의 길이방향을 수직으로 세워서 적층 제조한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관, 상기 관의 길이방향과 평행하고 제1직경을 가진 제1부분 및 상기 제1직경보다 작은 제2직경을 가진 제2부분이 번갈아가며 구비되고, 상기 관의 중심에 구비된 필러, 상기 제1직경보다 크고, 상기 제2직경보다 작은 내경을 가지며, 상기 필러의 상기 제1부분을 둘러싸는 링 및 상기 링의 외곽을 향해 상기 링에 구비된 날개를 포함하는 날개부, 및 상기 필러를 상기 관에 지지되도록 구비된 고정부재를 포함한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관, 상기 관의 길이방향으로 기설정된 위치에서 상기 관의 내측면에 구비된 레일, 상기 레일을 따라 회전하는 외측링, 상기 링과 동심원을 이루며 내부에 구비된 내측링 및 상기 내측링과 상기 외측링을 연결하며, 동일한 축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 날개를 포함할 수 있다.
상기 외측링은 상기 레일 상에서 슬라이딩 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 외측링과 상기 레일 사이에 배치된 볼을 더 포함하고, 상기 외측링, 상기 레일 및 상기 볼에 의해 볼 베어링 구조가 형성될 수 있다.
상기 관은 상기 관은 상기 레일의 하단에서 분절될 수 있다.
상기 내측링을 관통하는 상기 축의 위치에 필러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 관의 내부에 필러와 관을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개를 구비함으로써, 관의 내부를 흐르는 유체를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 관의 내부에 날개가 고정된 필러를 구비함으로써 날개에 가해지는 유압을 견디는 추가적인 내구성 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 각기 다른 방향의 유체회전을 일으키는 날개를 번갈아가며 구비함으로써, 관의 내부를 흐르는 유체에 난류를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 각기 다른 방향으로 기울어진 날개를 기설정된 개수씩 반복하고, 방향이 바뀔 때 난류 형성부를 더 구비함으로써, 난류발생의 효과를 증대시켜서 혼합효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 필러를 기준으로 나선형을 따라 배치됨으로써, 유체의 회전력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개를 스크류 구조로 형성함으로써, 유체의 회전력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 다수의 날개가 필러의 길이방향으로 동일 위치인 접합점에 환형으로 배치됨으로써, 해당 접합점에 해당하는 면을 지나는 유체 전체에 회전력을 동시에 인가하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 접합점을 대칭점으로 점대칭 구조로 배치됨으로써, 필러에 가해지는 충격을 흡수하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 단면이 역삼각형 구조로서, 날개의 상면에 가해지는 압력을 용이하게 지탱할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 필러에 링을 구비하여 날개가 회전하는 구조를 구비함으로써, 회전하는 날개가 유체사이를 움직이며 교반성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체혼합기의 제조 방법은 관의 길이방향을 수직으로 세워서 적층 제조함으로써, 지지대를 최소화하며 관형 유체 혼합기를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 관의 내측면에 레일을 구비하고, 날개의 일단을 연결한 외측링이 그 레일을 따라 돌도록 함으로써, 각각의 날개가 독립하여 회전하는 관형 유체 혼합기를 제조할 수 있다.
본발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 외측링과 레일을 베어링 구조로 형성함으로써, 외측링 회전시 마찰력을 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 레일의 하단에 분절구조를 구비함으로써, 적층제조법으로 부분을 제조하여 조립할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 내측링을 관통하는 축의 위치에 필러를 더 포함함으로써, 외측링의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 a방향에서 본 평면도이고, 도 2b는 측면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전형 관형 유체 혼합기의 분해 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도7b는 사시도이다.
도 8a는 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도8b는 사시도이다.
도 9는 내부의 볼 베어링을 보다 자세히 살펴볼 수 있는 각도에서의 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예인 관형 유체 혼합기의 사시단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 a방향에서 본 평면도이고, 도 2b는 측면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전형 관형 유체 혼합기의 분해 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도7b는 사시도이다.
도 8a는 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도8b는 사시도이다.
도 9는 내부의 볼 베어링을 보다 자세히 살펴볼 수 있는 각도에서의 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예인 관형 유체 혼합기의 사시단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서 설명하는 발명은 유체가 흐르는 관에 관한 발명이다. 따라서, 관의 내부 구조는 유체가 흐르는 방향과 밀접한 관련이 있다. 본 명세서에서 구성요소의 위치관계는 관을 세우고 유체가 위에서 아래로 흐르는 것을 전제로 작성되었다. 다시 말해서 “아래” 또는 “하단”은 유체가 빠져나가는 방향을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
관형 유체 혼합기는 유체가 혼합되는 믹서일 수 있으며, 혼합된 반응물질이 자발적 또는 비자발적 반응하는 반응기일 수 있다.
도 1을 참조하면, 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관(110), 관의 길이방향과 평행하며 관(110)의 중심에 구비된 필러(120) 및 필러(120)와 관(110)을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개(130)를 포함한다.
관(110)의 일단은 유체의 유입구와 연결되고, 타단은 유체의 배출구와 연결된다. 관(110)은 내부에 중공구조를 구비하며, 이 중공구조로 유체를 연통시킬 수 있다.
관(110)은 1cm이내의 직경을 갖는 것이 바람직하다. 관(110)의 직경이 1cm를 초과하는 경우, 유체의 유속이 저하될 수 있으며, 관(110)의 내부에 구비된 날개(130)들에 의한 혼합효율이 떨어질 수 있다.
필러(120)는 관(110)의 직경의 중심에 고정되어 날개(130)를 지탱하는 역할을 하며, 유체의 회전에 대하여 회전 중심축 역할을 한다. 필러(120)의 직경에 제한은 없으나, 필러(120)의 직경은 유압으로 인하여 날개(130)가 밀리거나 부서지지 않도록 충분한 크기를 가질 수 있다. 또한, 필러(120)의 직경은 필러(120)가 지나치게 커서 유량을 제한하지 않는 크기를 가질 수 있다.
날개(130)는 관(110)의 상하 유체의 통공을 막지 않으면서 관(110)의 벽과 필러(120)를 연결한다. 또한, 날개(130)는 판상구조나 휘어진 면 구조일 수 있다. 날개(130)는 날개(130)가 연결한 필러(120)와 관(110)을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가질 수 있다. 날개(130)의 상면은 유입되는 유체가 상면을 타고 흐르는 유로로 기능할 수 있다. 일정한 각만큼 회전한 날개(130)의 구조상 유체의 유로는 날개(130)의 상면을 따라 관(110)의 지름방향으로 회전하는 형태로 변경된다.
필러(120)의 길이방향으로 특정 위치에 다수의 날개(130)가 결합될 수 있다. 결합된 각 날개(130)는 동일한 방향으로 동일한 크기만큼 회전한 상면을 가질 수 있다. 날개(130)는 필러(120)의 길이방향으로 동일 위치인 접합점에 복수개가 동일한 각 만큼 이격되어 환형으로 배치될 수 있다. 이 경우 다수의 날개(130)가 유로의 단면에 대칭적으로 힘을 인가하게 되어 유체의 회전효율이 증대될 수 있다.
필러(120)의 전후단에 고정부재(140)를 구비하여 필러(120)의 유동을 견고히 막을 수 있다. 필러(120)는 유체의 흐름 방향으로 진동, 압력 등을 받을 수 있다. 필러(120)가 고정되면, 유체의 흐름에 따른 진동 등에 대하여 내구성이 향상된다.
관형 유체 혼합기의 각 구성요소인 관(110), 필러(120), 날개(130), 고정부재(140)는 내구성이 큰 소재가 적합하다. 또한, 열 등을 가하여 반응을 일으키는 비자발적 반응기로 사용할 경우 내열성 및 열전도도가 우수해야 한다. 세라믹은 전술한 특징을 모두 포함한 우수한 소재로서 관형 유체 혼합기 제조에 적합한 소재이다. 따라서 관형 유체 혼합기는 세라믹으로 제조되는 것이 바람직하다.
관형 유체 혼합기는 작고 복잡한 구조 때문에 특히 광경화방법을 활용한 적층 제조방법으로 제작하는 것이 바람직하다. 따라서 관형 유체 혼합기는 광경화성 수지로 제조될 수 있다. 소재를 세라믹으로 대체하기 위하여 광경화성 수지에 세라믹 분말을 분산하여 적층 제조하고 광경화성 수지를 700℃ 이상의 온도에서 탈지하고 1000℃ 이상의 온도에서 소결하는 방법을 사용하여 관형 유체 혼합기를 세라믹으로 제조할 수 있다. 전술한 비자발적 반응기로 사용할 경우 내열성 및 전도성이 높은 알루미나 또는 지르코니아와 같은 소재를 관형 유체 혼합기의 소재로 사용할 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 a방향에서 본 평면도이고, 도 2b는 측면에서 바라본 사시도이다.
복수의 날개(130)는 필러(120)의 길이방향으로 동일위치(접합점)에 모일 수 있다. 예컨대 도 1의 a 방향에서 필러(120) 및 날개(130)를 바라본 경우 각 날개(130)는 필러(120)를 중심으로 회전 대칭적인 위치에 환형으로 구비될 수 있다. n개의 날개(130)가 360/n의 각을 이루며 필러(120)를 둘러싸는 경우 각 날개(130)는 유체의 압력에도 필러(120)를 대칭적으로 지탱해주게 된다. 따라서 내구성이 향상될 수 있다. n이 짝수인 경우 날개(130)들은 필러(120)의 위치를 대칭점으로 하는 점대칭 구조로 형성될 수 있다. 이 경우 관(110)의 지름방향으로 대칭적인 내압구조가 형성되어 필러(120)의 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
관(110)의 중심에서 밖으로 향할수록 날개(130)가 차지할 수 있는 면적이 넓어진다. 따라서 관(110)의 벽에 닿는 면을 넓게 구성하는 것이 필러(120)에 닿는 면을 넓히는 것보다 유리하다.
날개(130)의 단면 구조가 개량되는 경우 내구성 및 제조공정상 용이성이 향상될 수 있다. 도면의 상부에서 하부로 유체가 흐른다고 가정할 경우, 날개(130)의 단면이 하부가 뾰족한 역삼각형이나 이와 유사한 구조일 수 있다. 또한 날개(130)는 필러(120)를 중심으로 관(110)의 벽으로 향할수록 유체가 빠져나가는 방향으로 기울어진 형태일 수 있다. 하단이 뾰족한 역삼각형 구조는 상부의 압력에 대하여 하단구조로 뒷받침될 수 있다. 따라서, 역삼각형 구조는 상부의 힘을 용이하게 분산할 수 있다. 또한, 필러(120)를 중심으로 관(110)의 벽을 향할수록 유체가 빠져나가는 방향으로 날개(130)가 기울어진다면, 필러(120)와 날개(130)의 결합점에 가해지는 힘을 관(110)의 벽으로 용이하게 분산할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기를 나타낸 사시도이다.
날개(130)는 관(110)의 길이방향을 따라 기설정된 간격으로 필러(120)와 관(110) 사이에 구비될 수 있다. 관형 유체 혼합기를 통과하는 유체는 각각의 날개(130)로 인하여 회전하게 된다. 따라서, 날개(130)를 지나는 유체는 날개(130)의 각도에 따라 나선형으로 회전한다. 한 날개(130)의 표면을 지난 유체의 경로를 날개(130)의 각도를 기초로 예상해서 그리면, 나선형의 선(340)으로 그릴 수 있다. 후속 날개(130)는 나선형의 선(340) 상에 위치하여 유체의 회전력이 작아질 때마다 회전력을 공급할 수 있다. 유체의 점성에 따라 차이가 있으나, 날개(130)에 의해 직접 회전력을 인가받은 유체는 그렇지 않은 부분에 비해 난류가 덜 형성된다. 따라서, 날개(130)의 각도에 따라 결정된 나선형의 선(340) 상에 배치된 날개(130)는 유체에 회전력을 효율적으로 공급할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
날개(430)가 연결하는 필러(120)와 관(110) 사이의 길이를 날개(430)의 길이, 날개(430)가 이루는 평면상에서 날개(430)의 길이와 수직인 방향에서 너비를 폭으로 정의할 수 있다. 관형 유체 혼합기의 날개(430)는 날개(430)의 폭에 제한이 없으며 스크류 형태로 구비될 수 있다. 다시 말해서, 날개(430)는 필러(120)를 기준으로 나선형으로 연장될 수 있다. 날개(430)는 필러(120)를 한바퀴 이상 둘러싸는 폭을 가질 수 있다. 평면도상 하나의 날개(430)의 폭이 다음 날개(430)의 영역에 해당되어도 두 날개(430)는 상하로 동일 평면상에 존재하지 않으므로 충돌없이 공존할 수 있다. 날개(430)는 자신의 폭만큼 유체에 회전력을 가할 수 있다. 따라서, 스크류 형태의 날개(430)는 짧은 관(110)의 길이에서 더 큰 회전력을 가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
관형 유체 혼합기의 날개는 난류를 발생하기 위하여 기설정된 간격마다 역방향으로 구비될 수 있다. 날개는 제1방향으로 유체 회전을 일으키는 제1각으로 기울어진 제1날개와 제1방향과 반대방향인 제2방향의 유체회전을 일으키는 제2각인 제2날개를 포함할 수 있다. 제1날개와 제2날개는 기설정된 개수 씩 관의 길이방향으로 번갈아가며 구비될 수 있다. 한 가지 종류의 날개가 반복되는 동안 유체의 회전이 강화되며, 날개의 종류가 바뀌었을 때 유체의 방향이 전환되므로 난류가 발생한다.
도 5에 도시된 바와 같이 제1날개와 제2날개가 2개씩 반복되는 경우 제1날개가 구비된 영역인 제1날개부(560)에서 제2날개가 구비된 영역인 제2날개부(580)로 바뀌는 부분에서 심한 난류가 발생한다. 해당 난류는 혼합에 도움이 된다. 따라서 난류가 충분히 혼합에 활용될 수 있도록 제1날개부(560)와 제2날개부(580)가 만나는 부분에 난류 형성부(570)를 두어 난류가 충분히 유지될 수 있도록할 수 있다. 난류 형성부(570)는 관형 유체 혼합기의 혼합성능을 향상시키는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 회전형 관형 유체 혼합기의 분해 사시도이다.
관형 유체 혼합기는 중심에 필러(620)를 구비하고 있으므로 이를 축으로 날개부(630)를 회전시키는 구조일 수 있다. 날개가 회전하는 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관(110), 관(110)의 길이방향과 평행하고 제1직경을 가진 제1부분(627) 및 제1직경보다 작은 제2직경을 가진 제2부분(623)이 번갈아 가며 구비되고 관(110)의 중심에 구비된 필러(620), 관(110)과 체결되며 필러(620)를 지지하는 고정부재(140) 및 날개부(630)를 포함한다. 여기서 날개부(630)는 제1직경보다 크고, 제2직경보다 작은 내경을 가지고, 필러(620)의 제2부분(623)을 둘러싸는 링(633) 및 링(633)의 외곽을 향해 링(633)에 구비된 날개(637)를 포함한다.
관(110)은 앞서 설명한 실시예들의 관과 같다. 따라서, 여기서는 설명을 생략한다.
필러(620)는 관(110)의 중심에 위치하며, 날개부(630)가 부착된 채 회전할 수 있는 지지대 역할을 한다. 필러(620)는 길이방향으로 요철(凹凸)모양이 반복된 막대 형상으로 직경이 작은 부분(제2부분, 623)과 직경이 큰 부분(제1부분, 627)을 반복하여 구비한다. 제2부분(623)에 날개부(630)가 위치하며, 제1부분(627)이 날개부(630)의 이탈을 막는다.
본 실시예에서는 날개부(630)가 벽과 연결되어 있지 않으므로 날개부(630)가 필러(620)를 지지할 수 없다. 따라서 필러(620)가 관(110)에 지지되도록 고정하는 고정부재(140)가 추가로 필요하다.
고정부재(140)는 도시된 바와 같이 관(110)의 말단과 체결된 채 필러(620)의 양단을 고정하는 구조일 수 있고, 관과 일체형으로서 필러를 고정하는 구조일 수도 있다.
날개부(630)는 링(633)과 날개(637)을 포함한다. 링(633)은 날개부(630)가 필러(620)의 길이방향으로 특정위치에 고정되어 회전할 수 있는 연결수단으로서 기능한다. 링(633)은 중앙이 비어 있는 짧은 관의 구조일 수 있다. 짧은 관의 구조를 가질 경우 날개부(630)가 좌우로 유동하는 것을 막을 수 있다. 링(633)은 필러(620)에서 제2부분(623)에 고정되도록 구성할 수 있다. 링(633)은 필러(620)의 주변을 회전하여야 하므로 제2부분(623)보다 큰 직경을 갖는다. 링(633)이 제2부분(623)에 고정되어야 하므로 제2부분(623) 상하에는 링(633)의 직경보다 큰 직경의 제1부분(627)이 구비된다.
날개(637)의 경우 링(633)과 체결되거나 일체형으로 제작될 수 있다.
날개(637)는 링(633)과 연결되고, 관(110)의 벽을 향해 펼쳐진 판상구조나 휘어진 면 구조일 수 있다. 날개(637)는 필러(620)와 관(110)을 연결한 선을 축으로 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가질 수 있다.
날개부(630)는 필러(620)의 길이방향으로 흐르는 유체의 압력을 받는다. 따라서, 날개부(630)는 필러(620)의 길이방향을 따라 밀리는 방향으로 압력을 받는다. 제2부분(623)에 고정된 링(633)은 아래의 제1부분(627)을 향해 힘을 받으므로, 링(633)의 아래에 위치하는 제1부분(627)의 상단은 링(633)을 막기 위하여 더 큰 직경을 갖는 것이 바람직하다.
필러(620)는 링(633)을 끼우기 위하여 제2부분(623)과 제1부분(627)의 사이에서 조립 구조를 가질 수 있다. 이 경우 제2부분(623)과 제1부분(627)은 말단에 서로 결합되는 체결구조를 구비한다.
본 구조는 도 1 내지 5에서 설명된 관형 유체 혼합기보다 저압이 인가되는 구조에 적합하다. 따라서, 유체의 속도, 점성 등이 낮은 유체의 혼합에 적용될 수 있다.
이상의 관형 유체 혼합기는 적층제조 방법으로 제조될 수 있다. 적층제조는 하부에서부터 순차적으로 쌓아올리는 방식이기 때문에 관형 유체 혼합기는 관의 길이방향을 수직으로 세워서 적층 제조될 수 있다. 이 경우 날개가 관에 연결되고 날개의 단면을 하부구조가 지지되도록 구성하여 적층 제조에 적합한 구조일 수 있다. 즉 날개는 단면을 역삼각형으로 구성하고, 날개가 관의 벽에 닿는 연결점이 필러와 연결되는 점보다 관의 하단에 구비함으로써, 적층시 하면의 지지를 용이하게 설계할 수 있다. 하면에 지지구조를 스스로 갖춘 구조는 별도의 지지대를 구비하지 않고도 제조가 가능하여 후처리를 간략화 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 필러가 생략된 형태로 관형 유체 혼합기를 제조할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도7b는 사시도이다.
필러가 생략된 형태의 관형 유체 혼합기는 중공구조의 관(710), 관(710)의 길이방향으로 기설정된 위치에서 관(710)의 내측면에 구비된 레일(711), 레일(711)을 따라 회전하는 외측링(735), 상기 외측링과 동심원을 이루며 내부에 구비된 내측링(733) 및 내측링(733)과 외측링(735)을 연결하며, 동일한 축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 날개(730)를 포함할 수 있다.
중공구조의 관(710)은 제작의 편의성과 후술할 레일(711)에 외측링(735)을 결합하기 위하여 기설정된 간격마다 분해되는 조립구조를 가질 수 있다. 관(710)은 후술할 레일(711)의 하단 또는 중간에 분절구조를 가지며, 레일(711)의 중간에 외측링(735)을 위치시킨 후 적층하는 방식으로 조립될 수 있다.
레일(711)은 관(710)의 길이방향으로 특정위치에 관(710)의 내부를 따라 원형으로 구비된다. 따라서, 적어도 레일(711)이 형성되는 위치에서 관(710)의 단면은 원형이다. 레일(711)은 관(710)의 일부가 튀어나오거나, 움푹 들어간 요철구조로 형성될 수 있다. 레일(711)은 관(710)의 길이방향으로 특정 위치에서 후술할 외측링(735)이 회전하도록 제한한다. 레일(711)은 외측링(735)이나 베어링의 볼이 이동하는 경로를 고정하는 역할을 한다.
외측링(735)은 레일(711)의 형상에 대응되는 구조로 형성될 수 있다. 즉 레일(711)의 단면이 요철(凹凸)구조로 형성된다면, 외측링(735)의 단면은 철요(凸凹) 구조로 형성될 수 있다.
레일(711)과 외측링(735)이 직접 맞닿는 구조로 형성되는 경우 레일(711)과 외측링(735)은 슬라이딩 가능하도록 구성된 구조일 수 있다. 외측링(735)은 베어링메탈이나 윤활면으로 코팅된 구성일 수 있다.
외측링(735)은 내측이 비어있는 도넛 모양이며, 내측에는 후술할 날개(730)와 연결된다.
내측링(733)은 후술할 날개(730)를 고정하기 위한 요소이다. 내측링(733)은 외측링(735)과 동심원을 이루며 외측링(735)보다 반경이 작다. 따라서 내측링(733)은 외측링(735)의 내측에 구비된다. 내측링(733)은 외측링(735)과 날개(730)로 연결된다. 내측링(733)은 외측링(735)과 동일평면 상에 위치할 수 있다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 내측링(733)은 외측링(735)의 중심에 위치한 중공 관의 형태일 수 있다. 그러나, 이에 한정된 것은 아니며, 내측링(733)은 외측링(735)의 중심에 위치한 원형 판 또는 점의 형태일 수 있다. 한편, 내측링(733)이 원형 판 또는 점의 형태로 구성되는 경우, 관형 유체 혼합기에 유입된 유체는 내측링(733)을 통과하지 못하고, 모두 날개(730)를 통과하도록 유동하므로, 날개(730)의 회전이 더욱 용이해 질 수 있으며, 날개(730) 회전에 의한 유체의 혼합 효율이 향상될 수 있다.
날개(730)는 외측링(735)과 내측링(733)을 연결하는 판상 또는 휘어진 면의 형태인 구조체이다. 날개(730)는 자신이 연결하는 외측링(735)과 내측링(733)을 연결하는 선을 축으로 기설정된 각도만큼 회전된 구조로 구비된다. 따라서, 날개(730)는 관(710)을 흐르는 유체에 의하여 회전력을 받게 된다. 이 회전력은 내측링(733) 및 외측링(735)으로 전달된다. 따라서, 외측링(735)은 레일(711)을 따라 회전한다.
도 8 및 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예인 볼 베어링을 구비한 관형 유체 혼합기를 설명한다.
도 8a는 관형 유체 혼합기의 사시단면도고, 도8b는 사시도이다. 도 9는 내부의 볼 베어링을 보다 자세히 살펴볼 수 있는 각도에서의 관형 유체 혼합기의 사시도이다.
도 8 및 9에 도시된 관형 유체 혼합기는 도 7에 도시된 관형 유체 혼합기의 레일(711)과 외측링(735) 사이에 볼(835a)을 더 포함한다. 따라서, 도8 및 9에 도시된 관형 유체 혼합기는 외측링(835), 레일(711), 볼(835a)에 의해 볼 베어링 구조가 형성된다는 점에서 도 7에 도시된 관형 유체 혼합기와 차이가 있다. 외측링(835), 레일(711), 볼(835a)에 대하여 도 7과의 차이점을 중심으로 설명한다.
외측링(835)은 레일(711)과 함께 볼(835a)이 이탈하지 않는 경로를 형성할 뿐만 아니라, 회전력을 전달하는 역할을 한다. 외측링(835)은 외측에 홈을 구비하며, 볼(835a)은 외측링(835)의 홈에 삽입될 수 있다. 이 경우, 외측링(835)의 홈은 볼(835a)이 회전할 수 있는 공간을 제공한다.
레일(711)은 관(710)의 내측면에 구비된 홈의 형태로 형성될 수 있다. 레일(711)은 볼(835a)의 이탈을 막기 위하여 볼(835a)이 회전하는 경로의 아래측에 볼 가이드(미도시)를 구비할 수 있다.
볼(835a)은 세라믹 또는 금속으로 형성될 수 있다. 볼(835a)은 외측링(835)의 외주면과 레일(711) 사이를 이동한다. 볼(835a)은 이동경로를 조밀하게 채워서 외측링(835)에 가해지는 압력을 고르게 분산할 수 있다.
도 7 내지 9에서 설명한 관형 유체 혼합기는 중간에 필러가 생략되고 그 대신 날개(730)의 지지대로서 레일(711) 및 외측링(735, 835)을 구비한 구조이다. 이때, 외측링(735, 835)이 레일(711)의 일측으로 편심된다면, 외측링(735, 835)이 레일(711)에서 이탈하거나 마찰력이 커질 수 있다. 이를 막기 위하여 관형 유체 혼합기는 각 날개(730)들의 회전중심에 필러를 더 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예인 관형 유체 혼합기의 사시단면도이다.
도 10을 참조하면, 관형 유체 혼합기는 도 7 내지 9에 도시된 관형 유체 혼합기에서 내측링(733)들을 관통하는 필러(1020)를 더 구비한 구조일 수 있다.
필러(1020)는 각 내측링(733)들의 동심을 관통하는 선상에 위치하며, 내측링(733)의 내경과 동일한 지름을 갖는 원기둥 형태일 수 있다. 필러(1020)는 각 내측링(733), 날개(730) 및 외측링(735, 835)이 과도하게 진동하거나 편심되는 것을 내측링(733) 내측에서 지지하여 막는 역할을 한다. 필러(1020)는 내측링(733)들의 동심에 견고히 지지되기 위하여 관(710) 양측에 구비된 고정부재(미도시)로 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 관의 내부에 기설정된 각만큼 회전한 상면을 가진 날개를 구비함으로써, 관의 내부를 흐르는 유체를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 관의 내부에 날개가 고정된 필러를 구비함으로써 날개에 가해지는 유압을 견디는 추가적인 내구성 구조를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 각기 다른 방향의 유체회전을 일으키는 날개를 번갈아가며 구비함으로써, 관의 내부를 흐르는 유체에 난류를 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 각기 다른 방향으로 기울어진 날개를 기설정된 개수씩 반복하고, 방향이 바뀔 때 난류 형성부를 더 구비함으로써, 난류발생의 효과를 증대시켜서 혼합효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 필러를 기준으로 나선형을 따라 배치됨으로써, 유체의 회전력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개를 스크류 구조로 형성함으로써, 유체의 회전력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 다수의 날개가 필러의 길이방향으로 동일 위치인 접합점에 환형으로 배치됨으로써, 해당 접합점에 해당하는 면을 지나는 유체 전체에 회전력을 동시에 인가하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 접합점을 대칭점으로 점대칭 구조로 배치됨으로써, 필러에 가해지는 충격을 흡수하는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 관형 유체 혼합기의 날개는 단면이 역삼각형 구조로서, 날개의 상면에 가해지는 압력을 용이하게 지탱할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체 혼합기는 필러에 링을 구비하여 날개가 회전하는 구조를 구비함으로써, 회전하는 날개가 유체사이를 움직이며 교반성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체혼합기의 제조 방법은 관의 길이방향을 수직으로 세워서 적층 제조함으로써, 지지대를 최소화하며 관형 유체 혼합기를 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체혼합기는 관의 내측면에 레일을 구비하고, 날개의 외측에 외측링을 구비함으로써, 내부에 필러 없이도 회전을 일으킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체혼합기는 외측링과 레일 사이에 볼을 구비함으로써, 외측링의 회전 중 발생하는 마찰을 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관형 유체혼합기는 외측링 및 내측링의 동심을 관통하는 필러를 더 구비함으로써, 외측링의 편심을 막고, 링의 이탈을 방지할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110, 710: 관
120, 620, 1020: 필러
130, 430, 730: 날개 140: 고정부재
340: 나선형의 선 560: 제1날개부
580: 제2날개부 570: 난류 형성부
620: 날개부 623: 제2부분
633: 링 637: 링을 연결하는 날개
711: 레일 733: 내측링
735, 835: 외측링 835a: 볼
130, 430, 730: 날개 140: 고정부재
340: 나선형의 선 560: 제1날개부
580: 제2날개부 570: 난류 형성부
620: 날개부 623: 제2부분
633: 링 637: 링을 연결하는 날개
711: 레일 733: 내측링
735, 835: 외측링 835a: 볼
Claims (5)
- 중공구조의 관;
상기 관의 길이방향으로 기설정된 위치에서 상기 관의 내측면에 구비된 레일;
상기 레일을 따라 회전하는 외측링;
상기 링과 동심원을 이루며 내부에 구비된 내측링; 및
상기 내측링과 상기 외측링을 연결하며, 동일한 축을 중심으로 회전하는 하나 이상의 날개를 포함하는 관형 유체 혼합기. - 제1항에 있어서,
상기 외측링은 상기 레일 상에서 슬라이딩 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 관형 유체 혼합기. - 제1항에 있어서,
상기 외측링과 상기 레일 사이에 배치된 볼을 더 포함하고,
상기 외측링, 상기 레일 및 상기 볼에 의해 볼 베어링 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 관형 유체 혼합기. - 제1항에 있어서,
상기 관은 상기 레일의 하단에서 분절되는 것을 특징으로 하는 관형 유체 혼합기. - 제1항에 있어서,
상기 내측링을 관통하는 상기 축의 위치에 필러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관형 유체 혼합기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210100849A KR20230019359A (ko) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 관형 유체 혼합기 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210100849A KR20230019359A (ko) | 2021-07-30 | 2021-07-30 | 관형 유체 혼합기 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230019359A true KR20230019359A (ko) | 2023-02-08 |
Family
ID=85225726
Family Applications (1)
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| KR (1) | KR20230019359A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204235A (ja) | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
-
2021
- 2021-07-30 KR KR1020210100849A patent/KR20230019359A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06204235A (ja) | 1992-12-28 | 1994-07-22 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
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