KR102587547B1 - A mixer having tilted blades and manufactured by additive manufacturing and continuously flowing a fluid, and an additive manufacturing method for manufacturing the same - Google Patents

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KR102587547B1
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손용
강동석
연시모
양정호
박상후
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 혼합기의 효율을 높여 짧은 혼합 거리로 화학물질을 혼합하며, 이를 통해 전체 유동반응 시스템의 크기를 줄이는 기술을 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기는 유입구와 배출구를 구비하며, 내부를 통과하는 유체에 유로를 제공하는 유로부; 상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 교차중심부 및 상기 교차중심부와 교차하도록 결합하는 교차날개부를 구비하는 교차날개유닛; 및 상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 틸팅중심부 및 상기 틸팅중심부를 향하여 기울어진 형상을 구비하는 틸팅날개부를 구비하는 꺾인날개유닛;을 포함한다. One embodiment of the present invention provides a technology to mix chemicals over a short mixing distance by increasing the efficiency of the mixer, thereby reducing the size of the entire flow reaction system. A continuous flow mixer based on additive manufacturing having a bent wing structure according to an embodiment of the present invention includes an inlet and an outlet, and a flow path portion providing a flow path for fluid passing therein; A cross wing unit formed inside the flow path portion and having a cross center portion having the shape of a wing and a cross wing portion coupled to intersect the cross center portion; and a bent wing unit formed inside the passage portion and including a tilting center portion having the shape of a wing and a tilting wing portion having a shape inclined toward the tilting center portion.

Description

꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기 및 이를 제조하기 위한 적층 제조 방법{A mixer having tilted blades and manufactured by additive manufacturing and continuously flowing a fluid, and an additive manufacturing method for manufacturing the same}A continuous flow mixer based on additive manufacturing having a tilted blades structure and an additive manufacturing method for manufacturing the same {A mixer having tilted blades and manufactured by additive manufacturing and continuously flowing a fluid, and an additive manufacturing method for manufacturing the same}

본 발명은 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기 및 그 설계 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 혼합기의 효율을 높여 짧은 혼합 거리로 화학물질을 혼합하며, 이를 통해 전체 유동반응 시스템의 크기를 줄이는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous flow mixer based on additive manufacturing with a bent blade structure and a design method thereof. More specifically, the present invention relates to a continuous flow mixer with a bent blade structure and a method of designing the same. More specifically, the efficiency of the mixer is increased to mix chemicals with a short mixing distance, thereby reducing the size of the entire flow reaction system. It is about technology to reduce .

연속 유동혼합기 기술은 MEMS 기술에 기반한 마이크로/메소 구조로 형성된 정적 혼합기로, 유로 내부의 구조변화 또는 전자기력을 적용하여 강제 순환 등의 방법으로 유체를 혼합을 하는 기술이다.Continuous flow mixer technology is a static mixer formed with a micro/meso structure based on MEMS technology, and is a technology that mixes fluids through structural changes inside the flow path or forced circulation by applying electromagnetic force.

유체 혼합을 위한 혼합기로는 대규모 화학물질이 함유된 용기의 온도를 일정하게 유지하며 모터로 교반장치를 회전시키는 화분식 혼합기가 있으며, 이와 같은 장치는 반응이 끝날 때까지 반응물을 교반시켜 높은 전환율을 얻을 수 있지만, 반응 완료 후 세척을 위한 휴지시간을 가져 대규모 생산에 불리하다는 문제점이 있다.Mixers for mixing fluids include pot-type mixers that maintain a constant temperature in a container containing large quantities of chemicals and rotate the stirring device with a motor. These devices stir the reactants until the reaction is complete, resulting in high conversion rates. Although it can be obtained, there is a problem that it is disadvantageous for large-scale production because there is a down time for washing after completion of the reaction.

대한민국 공개특허 제 10-2020-0079299 호(발명의 명칭: 개선된 혼합기 도관 및 이를 이용하는 공정)에서는, 유입구 및 배출구를 가지며 난류(turbulent flow)의 혼합을 위한 것으로서, 적어도 2개의 실질적으로는 동일 평면상에 있는 판 형상 세그먼트를 포함하는 적어도 하나의 정적 혼합기 요소를 함유하고, 세그먼트들 사이에는 실질적으로 종방향에 있는 갭이 형성되며, 각 세그먼트가 도관 벽에 부착되어 있고 그리고 적어도2 개의 자유단을 가지며, 어느 하나의 단은 선단이며 그리고 다른 하나의 단은 상기 종방향 갭에 인접하고 있는, 혼합기 도관에 있어서, 적어도 2개의 세그먼트가 상기 도관 축에 대해서 경사져 있어서 그들의 선단이 도관 내에서 상류로 향하고 그리고 주-유체 흐름 방향에 실질적으로 수직한 혼합기 도관이 개시되어 있다.In Korean Patent Publication No. 10-2020-0079299 (title of the invention: improved mixer conduit and process using the same), it has an inlet and an outlet and is for mixing turbulent flow, at least two substantially the same planes. Containing at least one static mixer element comprising plate-shaped segments thereon, wherein a substantially longitudinal gap is formed between the segments, each segment being attached to the conduit wall and having at least two free ends. and wherein one end is the tip and the other end is adjacent the longitudinal gap, wherein at least two segments are inclined relative to the conduit axis so that their tips point upstream within the conduit. And a mixer conduit substantially perpendicular to the main-fluid flow direction is disclosed.

그러나, 이러한 장치는 가공기술의 제약으로 교체 및 세척을 위한 이음부가 중앙을 관통하여 혼합 성능을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 중앙을 관통하는 이음부가 존재하지 않으며, 세척이 편리하고, 혼합 성능이 높은 유동 혼합기가 필요하다.However, due to limitations in processing technology, this device has a problem in that the joint for replacement and cleaning penetrates the center, thereby deteriorating mixing performance. Therefore, a flow mixer that does not have a joint through the center, is easy to clean, and has high mixing performance is needed.

대한민국 공개특허 제 10-2020-0079299 호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0079299

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 혼합기의 효율을 높여 짧은 혼합 거리로 화학물질을 혼합하며, 이를 통해 전체 유동반응 시스템의 크기를 줄이는 것이다.The purpose of the present invention to solve the above problems is to increase the efficiency of the mixer to mix chemicals with a short mixing distance, thereby reducing the size of the entire flow reaction system.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 유입구와 배출구를 구비하며, 내부를 통과하는 유체에 유로를 제공하는 유로부; 상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 교차중심부 및 상기 교차중심부와 교차하도록 결합하는 교차날개부를 구비하는 교차날개유닛; 및 상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 틸팅중심부 및 상기 틸팅중심부를 향하여 기울어진 형상을 구비하는 틸팅날개부를 구비하는 꺾인날개유닛;을 포함하고, 상기 유로부를 통과하는 유체가 혼합되는 것을 특징으로 한다.The configuration of the present invention for achieving the above object includes: a flow path portion having an inlet and an outlet and providing a flow path for the fluid passing therein; A cross wing unit formed inside the flow path portion and having a cross center portion having the shape of a wing and a cross wing portion coupled to intersect the cross center portion; and a bent wing unit formed inside the flow path portion and including a tilting center portion having the shape of a wing and a tilting wing portion having a shape inclined toward the tilting center portion, wherein fluid passing through the flow path portion is mixed. It is characterized by being

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 교차중심부는, 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the intersection center portion may be formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 틸팅중심부는, 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the tilting center may be formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid.

본 발명의 실시 예에 있어서, 하나의 틸팅날개부에 대한 다른 틸팅날개부의 꺾인 각도인 꺾임각은 60° 내지 120°으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bending angle, which is the bending angle of one tilting wing portion with respect to another tilting wing portion, may be formed at 60° to 120°.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 유로부의 단면 형상은, 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cross-sectional shape of the passage portion may be circular or polygonal.

본 발명의 실시 예에 있어서, 적어도 하나 이상의 교차날개유닛과 적어도 하나 이상의 꺾인날개유닛이 결합되어 혼합모듈이 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, a mixed module may be formed by combining at least one crossed wing unit and at least one bent wing unit.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛, 하나의 교차날개유닛, 다른 꺾인날개유닛 및 다른 교차날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing module may be formed by sequentially combining one bent wing unit, one cross wing unit, another bent wing unit, and another cross wing unit.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛, 다른 꺾인날개유닛, 하나의 교차날개유닛 및 다른 교차날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing module may be formed by sequentially combining one bent wing unit, another bent wing unit, one crossed wing unit, and another crossed wing unit.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 혼합모듈은, 배치 형태가 각각 다른 4개의 꺾인날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing module may be formed by sequentially combining four bent wing units with different arrangement forms.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 혼합모듈은, 복수개의 교차중심부를 구비하는 다중교차날개유닛과 복수개의 틸팅중심부를 구비하는 다중꺾인날개유닛이 결합되어 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the mixing module may be formed by combining a multiple crossing wing unit having a plurality of intersection center portions and a multiple bent wing unit having a plurality of tilting center portions.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 교차날개유닛은, 상기 교차중심부의 면적 대비 상기 교차날개부의 면적의 비율이38% 내지 48%으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the cross wing unit may be formed with a ratio of the area of the cross wing portion to the area of the cross center portion of 38% to 48%.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 꺾인날개유닛은, 상기 틸팅중심부의 면적 대비 상기 틸팅날개부의 면적의 비율이38% 내지 48%으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the bent wing unit may be formed such that the ratio of the area of the tilting wing portion to the area of the tilting center portion is 38% to 48%.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 3D프린터와 금속 분말을 마련하는 제1단계; 상기 교차중심부와 상기 교차날개부의 사이각 및 하나의 틸팅날개부와 다른 틸팅날개부의 꺽임각을 상기 3D프린터에 입력하는 제2단계; 및 상기 3D프린터를 이용하여 적어도 하나 이상의 혼합모듈을 형성시키는 제3단계;를 포함한다.The configuration of the present invention to achieve the above object includes the first step of preparing a 3D printer and metal powder; A second step of inputting the angle between the intersection center and the intersection wing and the bending angle of one tilting wing and the other tilting wing to the 3D printer; and a third step of forming at least one mixing module using the 3D printer.

상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 유로부 내에 적어도 하나의 꺾인날개유닛과 적어도 하나의 교차날개유닛을 위치시켜 혼합기의 효율을 높임으로써 보다 짧은 혼합 거리로 화학물질을 혼합 할 수 있으며, 이로 인해 효율적인 에너지 사용, 안정성 증가 등의 효과를 동반한다는 것이다.The effect of the present invention according to the above configuration is that chemicals can be mixed at a shorter mixing distance by increasing the efficiency of the mixer by placing at least one bent wing unit and at least one crossed wing unit in the flow path, This results in effects such as efficient energy use and increased stability.

또한, 본 발명의 효과는, 3D 프린터를 이용한 적층 제조로 제조되어 생산제품의 변경이 용이하여 다품종 생산에 걸맞으며, 향후 기술발전에 따른 신소재 생산에도 적합하다는 것이다. In addition, the effect of the present invention is that it is manufactured through additive manufacturing using a 3D printer, so the product can be easily changed, making it suitable for producing a large variety of products, and is also suitable for producing new materials according to future technological developments.

그리고, 본 발명의 효과는, 꺾인날개유닛과 교차날개유닛에 있어서, 모든 부분의 형상의 적층 각도가 45°이하로 형성되고 내부에 지지대 없이 3D 프린팅이 가능하여 적층제조 공정을 이용하여 제작하기에 용이하다는 것이다.In addition, the effect of the present invention is that, in the bent wing unit and the crossed wing unit, the stacking angle of the shape of all parts is formed at 45 ° or less and 3D printing is possible without an internal support, so it can be manufactured using an additive manufacturing process. It is easy.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유로부의 내부의 구조에 대한 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛에 대한 사시도이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛에 대한 측면 사시도이다.
도 3b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛에 대한 정면 사시도이다.
도 4a 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중교차날개구조에 대한 사시도이다.
도 4b 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중꺾인날개구조에 대한 사시도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾임각의 각도에 따른 혼합 효율 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛과 꺾인날개유닛의 유동 속도 분포를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼합모듈 내 각각의 유닛 조합에 따른 혼합성능 비교 도면이다.
도 8(a) 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛의 교차중심부 면적 대비 교차날개부 면적의 비율에 따른 혼합성능 비교 그래프이다.
도 8(b) 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛의 틸팅중심부 면적 대비 틸팅날개부 면적의 비율에 따른 혼합성능 비교 그래프이다.
1 is a schematic diagram of the internal structure of a flow path portion according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view of a cross wing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a is a side perspective view of a bent wing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a front perspective view of a bent wing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 4a is a perspective view of a multiple cross-wing structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 4b is a perspective view of a multi-bent wing structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph of mixing efficiency according to the angle of bending according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram showing the flow velocity distribution of the crossed wing unit and the bent wing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a diagram comparing mixing performance according to each unit combination in the mixing module according to an embodiment of the present invention.
Figure 8(a) is a graph comparing mixing performance according to the ratio of the cross wing area to the cross center area of the cross wing unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 8(b) is a graph comparing mixing performance according to the ratio of the area of the tilting wing portion to the area of the tilting center portion of the bent wing unit according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유로부(100)의 내부의 구조에 대한 개략도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛(200)에 대한 사시도이고, 도 3a은 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛(300)에 대한 측면 사시도이며, 도 3b은 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛(300)에 대한 정면 사시도이다.Figure 1 is a schematic diagram of the internal structure of the flow path portion 100 according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view of the cross wing unit 200 according to an embodiment of the present invention, and Figure 3a is a It is a side perspective view of the bent wing unit 300 according to an embodiment of the present invention, and Figure 3b is a front perspective view of the bent wing unit 300 according to an embodiment of the present invention.

도 1 에서 보는 바와 같이, 복수의 유체를 혼합하기 위한 연속 유동혼합기는, 유입구(110)와 배출구(120)를 구비하며, 내부를 통과하는 유체에 유로를 제공하는 유로부(100); 유로부(100) 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 교차중심부(210) 및 교차중심부(210)와 교차하도록 결합하는 교차날개부(220)를 구비하는 교차날개유닛(200); 및 유로부(100) 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 틸팅중심부(310) 및 틸팅중심부(310)를 향하여 기울어진 형상을 구비하는 틸팅날개부(320)를 구비하는 꺾인날개유닛(300);을 포함한다.As shown in FIG. 1, a continuous flow mixer for mixing a plurality of fluids includes a flow path portion 100 having an inlet 110 and an outlet 120 and providing a flow path for the fluid passing therein; A cross wing unit 200 formed inside the flow path 100 and including a cross center portion 210 having the shape of a wing and a cross wing portion 220 coupled to cross the cross center portion 210; and a bent wing unit 300 formed inside the flow path 100 and including a tilting center 310 having the shape of a wing and a tilting wing 320 having a shape inclined toward the tilting center 310. ); includes.

여기서, 유로부(100)의 단면 형상은, 원형 또는 다각형의 형상일 수 있다. 그리고 소재는 나일론, 플라스틱, 금속, 합성수지, 유리 등의 소재로 형성 될 수 있다. 유입구(110)는 유체가 들어오는 유로부(100)의 외곽에 형성되어 있고, 배출구(120)는 유체가 배출되는 유로부(100)의 외곽에 형성되어 있다. 유체는 유입구(110)로 유입되어 유로부(100) 내부에서 움직이고 배출구(120)로 빠져나오며, 유로부(100)의 단면적은 10mm내지 1000mm로 형성될 수 있지만, 다만, 이에 한정되는 것은 아니다. Here, the cross-sectional shape of the flow path portion 100 may be circular or polygonal. And the material can be formed from materials such as nylon, plastic, metal, synthetic resin, and glass. The inlet 110 is formed on the outside of the flow path part 100 through which fluid enters, and the outlet 120 is formed on the outside of the flow path part 100 through which fluid is discharged. Fluid flows into the inlet 110, moves inside the flow path 100, and exits through the outlet 120. The cross-sectional area of the flow path 100 may be 10 mm to 1000 mm, but is not limited thereto.

유로부(100) 내부는 복수의 혼합모듈로 구성되어 있는데, 혼합모듈 내 각각 유닛의 교차중심부(210) 및 틸팅중심부(310)의 중심축은 유체의 유동 방향에 특정 각도를 형성하며, 중심부의 중심축과 유체 유동 방향에 따른 특정 각도는 각각 유닛에 상이하다. 이러한 유로부(100) 내부 구조 변화로 인해 혼합기의 효율을 높임으로써 보다 짧은 혼합 거리로 화학물질을 혼합할 수 있다.The inside of the flow path unit 100 is composed of a plurality of mixing modules. The central axis of the intersection center 210 and tilting center 310 of each unit within the mixing module forms a specific angle with the flow direction of the fluid, and the center of the center The specific angle along the axis and the fluid flow direction is different for each unit. This change in the internal structure of the flow path portion 100 increases the efficiency of the mixer, allowing chemicals to be mixed at a shorter mixing distance.

도 2 에서 보는 바와 같이, 교차날개유닛(200)은 교차날개부(220)를 유동방향으로 회전시킨 형상이며, 이러한 형상은 유동방향으로 회전시키지 않은 교차날개유닛(200)과 비교하였을 때 유동의 재결합(combine)에 유리하다. 교차날개유닛(200)은 날개의 형상을 구비하는 교차중심부(210)와 교차중심부(210) 옆에 교차하게 위치한 하나의 교차날개부(220)와 다른 교차날개부(220)로 형성되어 있으나 이에 한정되지 않고 복수의 교차중심부(210)와 교차하는 복수의 교차날개부(220)로 형성될 수 있다. 그리고 교차날개유닛(200)을 형성하는 소재는 플라스틱, 금속, 합성수지, 유리 등의 소재로 형성 될 수 있다.As shown in Figure 2, the cross wing unit 200 has a shape in which the cross wing portion 220 is rotated in the flow direction, and this shape has a lower flow rate compared to the cross wing unit 200 that is not rotated in the flow direction. Favorable for recombination. The cross wing unit 200 is formed of a cross center part 210 having the shape of a wing, one cross wing part 220 and another cross wing part 220 located intersectingly next to the cross center part 210. It is not limited and may be formed of a plurality of intersection wing portions 220 that intersect a plurality of intersection center portions 210. And the material forming the cross wing unit 200 may be made of materials such as plastic, metal, synthetic resin, and glass.

교차날개부(220)는 유로부(100)의 단면이 원형일 때 유로부(100)와 인접한 교차날개부(220)의 외곽부분이 호의 형태를 구비한 곡부로 형성되는 판 형상을 가지고, 유로부(100)의 단면이 다각형 형태일 때 판 형상을 가진다. 교차중심부(210)는 판 형상을 가지며 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성될 수 있으며, 이를 통해 혼합 효율을 높일 수 있다.The cross wing portion 220 has a plate shape in which the outer portion of the cross wing portion 220 adjacent to the flow path portion 100 is formed as a curved portion having an arc shape when the cross section of the flow path portion 100 is circular. When the section 100 has a polygonal shape, it has a plate shape. The intersection center portion 210 has a plate shape and may be formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid, thereby improving mixing efficiency.

도 3 (a) 에서 보는 바와 같이, 꺾인날개유닛(300)은 틸팅날개부(320)를 유동방향으로 회전시킨 형상이며, 이러한 형상은 유동방향으로 회전시키지 않은 꺾인날개유닛(300)과 비교하였을 때 유동의 재결합(combine)에 유리하다. 꺾인날개유닛(300)은 날개의 형상을 구비하는 틸팅중심부(310)와 틸팅중심부(310) 옆에 기울어져 형성된 하나의 틸팅날개부(320)와 다른 틸팅날개부(320)로 형성되어 있으나 이에 한정되지 않고 복수의 틸팅중심부(310)와 틸팅되는 복수의 틸팅날개부(320)로 형성될 수 있다. 그리고 꺾인날개유닛(300)의 소재는 플라스틱, 금속, 합성수지, 유리 등의 소재로 형성 될 수 있다.As shown in Figure 3 (a), the bent wing unit 300 has a shape in which the tilting wing portion 320 is rotated in the flow direction, and this shape is compared with the bent wing unit 300 that is not rotated in the flow direction. It is advantageous for flow recombination. The bent wing unit 300 is formed of a tilting center portion 310 having the shape of a wing, one tilting wing portion 320 formed at an angle next to the tilting center portion 310, and another tilting wing portion 320. It is not limited and may be formed of a plurality of tilting center portions 310 and a plurality of tilting wing portions 320. And the material of the bent wing unit 300 can be made of materials such as plastic, metal, synthetic resin, and glass.

도 3 (b) 에서 보는 바와 같이, 꺾인날개유닛(300)은 제 1 틸팅날개부(321)와 제2 틸팅날개부(322)가 꺾임각을 이루는 틸팅구조로 형성됐는데, 꺾임각은 제 1 틸팅날개부(321)의 평면과 제 2 틸팅날개부(322) 평면 사이의 각도이며, 그 각은 0° 내지 180° 이다. 꺾인날개유닛(300)은 꺾임각으로 인하여 꺾인날개유닛(300)을 통과하는 유동이 유로 중심 방향으로 운동량이 생기며, 전체 유동의 주흐름(Main flow)를 확장시키는 효과를 가진다.As shown in Figure 3 (b), the bent wing unit 300 is formed in a tilting structure in which the first tilting wing part 321 and the second tilting wing part 322 form a bending angle, and the bending angle is the first tilting wing unit 300. It is the angle between the plane of the tilting wing portion 321 and the plane of the second tilting wing portion 322, and the angle is 0° to 180°. Due to the bending angle of the bent wing unit 300, the flow passing through the bent wing unit 300 generates momentum in the direction of the flow path center, which has the effect of expanding the main flow of the entire flow.

틸팅날개부(320)는 유로부(100)의 단면이 원형일 때 유로부(100)와 인접한 틸팅날개부(320)의 외곽부분이 호의 형태를 구비한 곡부로 형성되는 판 형상을 가지고, 유로부(100)의 단면이 다각형 형태일 때 판 형상을 가진다. 틸팅중심부(310)는 판 형상을 가지며 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성될 수 있으며, 이를 통해 혼합 유동반응 시스템의 크기를 줄일 수 있다.The tilting wing portion 320 has a plate shape in which, when the cross-section of the flow path portion 100 is circular, the outer portion of the tilting wing portion 320 adjacent to the flow path portion 100 is formed as a curved portion having the shape of an arc. When the section 100 has a polygonal shape, it has a plate shape. The tilting center 310 has a plate shape and can be formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid, thereby reducing the size of the mixed flow reaction system.

도 4 (a) 에서 보는것과 같이 다중교차날개유닛(201)은 교반 유체의 유량 및 점성 등의 조건에 따라 복수개의 교차중심부(210)를 가지도록 적절하게 설계될 수 있으며, 이를 통해 넓은 직경을 가지는 유로에 대해서도 본 발명의 적용이 가능할 수 있다.As shown in Figure 4 (a), the multiple intersection blade unit 201 can be appropriately designed to have a plurality of intersection centers 210 according to conditions such as the flow rate and viscosity of the stirring fluid, and through this, a wide diameter can be achieved. The present invention may also be applied to a branched flow path.

도 4 (b) 에서 보는것과 같이 다중꺾인날개유닛(301)은 교반 유체의 유량 및 점성 등의 조건에 따라 복수개의 틸팅중심부(310)를 가지도록 적절하게 설계될 수 있으며. 이를 통해 넓은 직경을 가지는 유로에 대해서도 본 발명의 적용이 가능하다. As shown in Figure 4 (b), the multi-bent wing unit 301 can be appropriately designed to have a plurality of tilting centers 310 depending on conditions such as the flow rate and viscosity of the stirring fluid. Through this, the present invention can be applied even to flow paths having a wide diameter.

또한, 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛(200)과 꺾인날개유닛(300)의 유동 속도 분포를 나타낸 도면이고, 도 6 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾임각의 각도에 따른 혼합 효율 그래프이고, 도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 혼합모듈 내 각각의 유닛 조합에 따른 혼합상태 비교 도면이며, 도 8(a) 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 교차날개유닛(200)의 교차중심부(210) 면적 대비 교차날개부(220) 면적의 비율에 따른 혼합성능 비교 그래프이다. 그리고 도 8(b) 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 꺾인날개유닛(300)의 틸팅중심부(310) 면적 대비 틸팅날개부(320) 면적의 비율에 따른 혼합성능 비교 그래프이다.In addition, Figure 5 is a diagram showing the flow velocity distribution of the crossed wing unit 200 and the bent wing unit 300 according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 is a diagram showing the angle of the bending angle according to an embodiment of the present invention. It is a mixing efficiency graph according to , and Figure 7 is a drawing comparing the mixing state according to each unit combination in the mixing module according to an embodiment of the present invention, and Figure 8(a) is a cross-blade unit according to an embodiment of the present invention. This is a graph comparing mixing performance according to the ratio of the area of the cross wing portion (220) to the area of the cross center portion (210) of (200). And Figure 8(b) is a graph comparing mixing performance according to the ratio of the area of the tilting wing portion 320 to the area of the tilting center portion 310 of the bent wing unit 300 according to an embodiment of the present invention.

도 5에서 보는 바와 같이, 도면은 구조에 따른 유동 진행에 따른 속도 분포를 나타내며, 속도가 낮으면 파란색, 속도가 높으면 빨강색을 띄는걸 확인 할 수 있다. ①번은 유입구에 인접한 유닛이 포함되지 않은 지점의 위치를 나타내며, ②번은 유입구에 인접한 하나의 유닛의 1/4 지점을 나타내며, ③번은 유입구에 인접한 하나의 유닛의 중앙 지점을 나타내며, ④번은 유입구에 인접한 하나의 유닛의 3/4지점을 나타낸다. ⑤번은 하나의 유닛과 다른 유닛 사이에 위치하며, ⑥은 배출구에 인접한 하나의 유닛의 1/4 지점을 나타내며, ⑦번은 배출구에 인접한 하나의 유닛의 중앙을 나타내고, ⑧은 배출구에 인접한 유닛이 포함되지 않은 지점의 위치를 나타낸다. S-SMX는 하나의 교차날개유닛(200)과 다른 교차날개유닛(200)의 속도 분포를 나타내며, T-unit + S-unit은 유동의 유입 방향으로부터 하나의 꺾인날개유닛(300)과 하나의 교차날개유닛(200)의 속도분포를 나타내며, 이때 T-unit은 꺾인날개유닛을 의미하며, S-unit은 교차날개유닛을 의미한다.As shown in Figure 5, the drawing shows the speed distribution according to the flow progress according to the structure, and it can be seen that the color is blue when the speed is low and red when the speed is high. Number ① indicates the location of a point that does not include the unit adjacent to the inlet, number ② indicates the 1/4 point of one unit adjacent to the inlet, number ③ indicates the central point of one unit adjacent to the inlet, and number ④ indicates the point at the inlet. Represents 3/4 of an adjacent unit. Number ⑤ is located between one unit and another unit, number ⑥ represents 1/4 point of one unit adjacent to the outlet, number ⑦ represents the center of one unit adjacent to the outlet, and number ⑧ includes the unit adjacent to the outlet. Indicates the location of a point that has not been reached. S-SMX represents the velocity distribution of one crossed blade unit 200 and another crossed blade unit 200, and T-unit + S-unit represents one bent blade unit 300 and one bent blade unit from the inflow direction of the flow. It represents the speed distribution of the cross wing unit 200, where T-unit means a bent wing unit and S-unit means a cross wing unit.

도 5에서 보는 바와 같이, 유로부(100)의 유입구(110)로 유체를 주입했을 때 유동의 진행에 따른 단면 속도분포를 보면 S-SMX 구조에 비하여 T-unit + S-unit을 혼합한 경우 속도 분포가 더 균일하게 나타난다. 이는 효율적인 에너지 사용, 안정성 증가 등 많은 효과를 동반한다.As shown in FIG. 5, when fluid is injected into the inlet 110 of the flow path 100, the cross-sectional velocity distribution according to the progress of the flow shows that compared to the S-SMX structure, the case of mixing T-unit + S-unit The velocity distribution appears more uniform. This brings many effects, including efficient energy use and increased stability.

도 6 에서 보는 바와 같이, 그래프는 TSTS구조에서 꺾임 각도에 따른 단면 속도 분포를 나타내며, a그래프의 세로축은 혼합 상태에 관한 것이고, 가로축은 꺾임각(Tilted_DEG)에 대한 것이다. 구체적으로, 제 1 틸팅날개부(321)와 제 2 틸팅날개부(322)의 각도인 꺾임각이 60° 내지 180°일 때 그에 대한 혼합 효율을 그래프로 나타낸 것으로, 혼합 상태는 유체 1, 2가 혼합이 될 때, 부피 분율의 표준편차로 정량화 한 것이며, 0에 가까울수록 혼합이 잘 되었음을 의미한다. b 그래프의 세로축은 압력강하에 관한 것이고, 가로축은 꺾임각(Tilted_DEG)에 관한 것이다..As shown in Figure 6, the graph shows the cross-sectional velocity distribution according to the tilting angle in the TSTS structure, and the vertical axis of the graph a is related to the mixed state, and the horizontal axis is related to the tilted angle (Tilted_DEG). Specifically, the mixing efficiency is graphed when the bending angle of the first tilting wing 321 and the second tilting wing 322 is 60° to 180°, and the mixing state is fluid 1 and 2. When mixed, it is quantified by the standard deviation of the volume fraction, and the closer it is to 0, the better the mixing is. b The vertical axis of the graph is about the pressure drop, and the horizontal axis is about the tilted angle (Tilted_DEG).

a그래프에서와 같이, 꺾임각이 60° 내지 120°일 때 혼합유체의 부피 분율의 표준편차가 감소하는 것을 확인할 수 있으며, 120° 이상부터 혼합유체의 부피 분율의 표준편차가 상승하는 것을 확인 할 수 있다. 구체적으로, 꺾임각이 60° 일 때 부피분율의 표준편차가 0.001에 인접한 것을 확인 할 수 있으며, 103°에서 부피분율의 표준편차가 가장 0.0005에 인접해 혼합 효율이 가장 좋음을 확인 할 수 있고, 부피분율의 표준편차가 120° 내외부터 급격하게 작아짐을 확인할 수 있다. As shown in the graph a, it can be seen that the standard deviation of the volume fraction of the mixed fluid decreases when the bending angle is 60° to 120°, and that the standard deviation of the volume fraction of the mixed fluid increases from 120° or higher. You can. Specifically, it can be seen that when the bending angle is 60°, the standard deviation of the volume fraction is close to 0.001, and at 103°, the standard deviation of the volume fraction is closest to 0.0005, indicating the best mixing efficiency. It can be seen that the standard deviation of the volume fraction rapidly decreases from around 120°.

b 그래프에서와 같이, 혼합유체에서 발생하는 압력강하는 꺾임각이 60° 내지 100° 일 때 증가하고 150° 내지 180° 일 때 감소하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 혼합유체의 부피분율의 표준편차가 낮아 가장 효율이 좋은 100° 내지 110° 범위의 값에서 압력강하가 감소하는 것을 확인할 수 있으며 103°에서 0.48로 낮은 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. As shown in the graph b, it can be seen that the pressure drop occurring in the mixed fluid increases when the bending angle is 60° to 100° and decreases when the bending angle is 150° to 180°. Specifically, it can be seen that the pressure drop decreases in the range of 100° to 110°, which is the most efficient, due to the low standard deviation of the volume fraction of the mixed fluid, and has a low value of 0.48 at 103°.

따라서 꺾임각이 100° 내지 120° 범위의 값을 가질 때 우수한 혼합 효율을 가지며, 특히 100° 내지 110° 범위에서 낮은 압력강하로 혼합 유동의 에너지 손실이 적고, 103°에서 가장 우수한 혼합효율과 낮은 압력강하를 얻을 수 있다.Therefore, it has excellent mixing efficiency when the bending angle has a value in the range of 100° to 120°. In particular, energy loss in the mixing flow is small due to low pressure drop in the range of 100° to 110°, and the best mixing efficiency and low mixing efficiency are achieved at 103°. pressure drop can be obtained.

도 7에서 보는 바와 같이, 혼합모듈의 혼합상태를 나타낸 도면이다. 알파벳이 쓰여진 4개의 네모 형상은 각각 하나의 유닛을 의미하며, 가장 위에 위치한 네모 형상이 유동의 유입구(110)에 인접한 유닛이며, 가장 아래 위치한 네모 형상은 유동의 배출구(120)에 인접한 유닛이다. std는 유체 1, 2가 혼합될 때 부피 분율의 표준편차를 정량화 한 것이며, 사진은 혼합 유체의 부피 분율의 표준편차를 시각적으로 나타낸것이다. 혼합모듈은 적어도 하나 이상의 교차날개유닛(200)과 적어도 하나 이상의 꺾인날개유닛(300)이 결합되어 형성 될 수 있으며, 이 때 T는 꺾인날개유닛(300)이며 S는 교차날개유닛(200)이다. 꺾인날개유닛(300)은 유동의 재결합에는 용이하지만 분할에는 용이하지 않을 수 있다. 따라서 전체 구조를 꺾인날개유닛(300)으로만 구성하는 것보다 교차날개유닛(200)과 꺾인날개유닛(300)을 적절히 조합함으로써 우수한 혼합 성능을 구현할 수 있다.As shown in Figure 7, it is a diagram showing the mixing state of the mixing module. The four square shapes with the alphabet written on them each mean one unit. The uppermost square shape is the unit adjacent to the flow inlet 110, and the bottommost square shape is the unit adjacent to the flow outlet 120. std is a quantification of the standard deviation of the volume fraction when fluids 1 and 2 are mixed, and the photo is a visual representation of the standard deviation of the volume fraction of the mixed fluid. The mixed module may be formed by combining at least one cross wing unit 200 and at least one bent wing unit 300, where T is the bent wing unit 300 and S is the cross wing unit 200. . The broken wing unit 300 is easy to recombine flows, but may not be easy to divide. Therefore, superior mixing performance can be achieved by appropriately combining the cross wing unit 200 and the bent wing unit 300 rather than consisting of only the bent wing unit 300 as the entire structure.

4개의 유닛을 기준으로 혼합모듈을 생성할 때 다양한 조합의 혼합모듈이 생성된다. TSTS구조의 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛(300), 하나의 교차날개유닛(200), 다른 꺾인날개유닛(300) 및 다른 교차날개유닛(200)이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다. std가 0에 가까울수록 혼합효율이 좋다. TSTS 구조에서 std가 0.0210으로 가장 0에 가까워 혼합 효율이 가장 우수함을 확인할 수 있다.When creating a mixed module based on four units, various combinations of mixed modules are created. The mixed module of the TSTS structure may be formed by sequentially combining one bent wing unit 300, one cross wing unit 200, another bent wing unit 300, and another cross wing unit 200. The closer std is to 0, the better the mixing efficiency. In the TSTS structure, it can be seen that the std is 0.0210, which is the closest to 0, showing the best mixing efficiency.

4개의 유닛을 기준으로 혼합모듈을 생성할 때 다양한 조합의 혼합모듈이 생성된다. TTSS구조의 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛(300), 다른 꺾인날개유닛(300), 하나의 교차날개유닛(200) 및 다른 교차날개유닛(200)이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있고, 유체 1, 2가 혼합될 때 부피 분율의 표준편차인 std가 0에 가까울수록 혼합효율이 좋다. TTSS 구조의 std가 0.0226으로 혼합모듈 중에서 두번째로 혼합 효율이 우수함을 확인할 수 있다.When creating a mixed module based on four units, various combinations of mixed modules are created. The mixed module of the TTSS structure can be formed by sequentially combining one bent wing unit 300, another bent wing unit 300, one crossed wing unit 200, and another crossed wing unit 200, When fluids 1 and 2 are mixed, the closer std, which is the standard deviation of the volume fraction, to 0, the better the mixing efficiency. It can be seen that the std of the TTSS structure is 0.0226, showing the second highest mixing efficiency among mixing modules.

4개의 유닛을 기준으로 혼합모듈을 생성할 때 다양한 조합의 혼합모듈이 생성된다. TTTT구조의 혼합모듈은, 배치 형태가 각각 다른 4개의 꺾인날개유닛(300)이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있고, 유체 1, 2가 혼합될 때 부피 분율의 표준편차인 std가 0에 가까울수록 혼합효율이 좋다. TTTT 구조의 std가 0.0256으로 혼합모듈 중에서 세번째로 혼합 효율이 우수함을 확인할 수 있다.When creating a mixed module based on four units, various combinations of mixed modules are created. The mixing module of the TTTT structure can be formed by sequentially combining four bent wing units 300 with different arrangement forms, and when fluids 1 and 2 are mixed, the closer std, which is the standard deviation of the volume fraction, to 0. Mixing efficiency is good. It can be seen that the std of the TTTT structure is 0.0256, showing the third highest mixing efficiency among mixing modules.

도 8 (a)에서 보는 바와 같이, 교차날개유닛(200)의 교차중심부(210)의 면적 대비 교차날개부(220)의 면적비에 따른 혼합성능 비교 그래프이며, CFD 해석을 통해 우수한 혼합성능을 나타내는 면적비를 확인했고, a그래프는 면적비에 따른 혼합 상태를 나타낸 그래프이며, 세로축은 혼합 상태를 나타내며, 가로축은 면적비를 나타낸다. b그래프는 면적비에 따른 압력강하를 나타낸 그래프이며, 세로축은 혼합 상태를 나타내며, 가로축은 면적비를 나타낸다. 교차날개부(220)와 교차중심부(210)로 흐르는 유량의 제어는 혼합에 중요한 영향을 끼치는데, 교차날개부(220)나 교차중심부(210)로 흐르는 유량이 어느 한쪽에 과도하게 많아지거나 적어지면 혼합 비에 영향을 미칠 수 있다. As shown in Figure 8 (a), it is a graph comparing mixing performance according to the area ratio of the cross wing portion 220 to the area of the cross center portion 210 of the cross wing unit 200, and shows excellent mixing performance through CFD analysis. The area ratio was confirmed, and the a graph is a graph showing the mixed state according to the area ratio, the vertical axis represents the mixed state, and the horizontal axis represents the area ratio. The b graph is a graph showing the pressure drop according to the area ratio, the vertical axis represents the mixing state, and the horizontal axis represents the area ratio. Control of the flow rate flowing to the cross wing 220 and the cross center 210 has an important effect on mixing. The flow rate flowing to the cross wing 220 or the cross center 210 is excessively high or low on either side. May affect ground mixing ratio.

a그래프와 같이, 교차중심부(210)의 면적 대비 교차날개부(220)의 면적비가 30%일 때 혼합성능이 3.5X10-2에 가까워 가장 낮았고, 면적비가 38% 내지 48%일 때 혼합성능이 0.5X10-2에 가까워 혼합성능이 좋았다. 따라서 교차날개유닛(200)은, 교차중심부(210)의 면적 대비 교차날개부(220)의 면적의 비율이38% 내지 48%로 형성될 수 있다. As shown in the graph a, when the area ratio of the cross wing portion 220 to the area of the cross center portion 210 is 30%, the mixing performance is close to 3.5 The mixing performance was good as it was close to 0.5X10 -2 . Accordingly, the cross wing unit 200 may be formed so that the ratio of the area of the cross wing portion 220 to the area of the cross center portion 210 is 38% to 48%.

b 그래프에서와 같이, 교차날개유닛(200)의 압력강하 수준은 면적비가 30%일 때 가장 낮았고, 면적비가 30% 내지 40%일 때 급격하게 증가하며, 60% 내지 70%일 때 감소하는 것을 확인할 수 있다. 혼합성능이 가장 우수한 38% 내지 48%일 때 압력강하 수준도 그 이상의 면적비에 비해 낮은 값으로, 혼합모듈의 성능은 교차날개유닛(200)일 경우 면적비가 38% 내지 48% 수준에서 우수한 것을 확인할 수 있다.As shown in the graph b, the pressure drop level of the cross blade unit 200 was lowest when the area ratio was 30%, increased rapidly when the area ratio was 30% to 40%, and decreased when the area ratio was 60% to 70%. You can check it. When the mixing performance is 38% to 48%, the pressure drop level is also low compared to the area ratio above that level, and it can be seen that the performance of the mixing module is excellent at the area ratio of 38% to 48% in the case of the cross blade unit 200. You can.

이로 인해, 혼합 물질의 품질을 향상시킴으로써 고부가가치 화학산업에 대한 적용이 가능하며, 종래에 Sulzer 등 해외 제작사에 의존하던 혼합기의 국산화를 통하여 제작 비용의 감소가 가능하다. As a result, application to the high value-added chemical industry is possible by improving the quality of the mixed material, and production costs can be reduced through local production of mixers that were previously dependent on foreign manufacturers such as Sulzer.

도 8 (b)에서 보는 바와 같이, 꺾임각이 105°일 때 꺾인날개유닛(300)의 틸팅중심부(310)의 면적 대비 틸팅날개부(320)의 면적비에 따른 혼합성능 비교 그래프이며, CFD 해석을 통해 우수한 혼합성능을 나타내는 면적비를 확인했고, a그래프는 면적비에 따른 혼합 상태를 나타낸 그래프이며, 세로축은 혼합 상태를 나타내며, 가로축은 면적비를 나타낸다. As shown in Figure 8 (b), it is a graph comparing mixing performance according to the area ratio of the tilting wing portion 320 to the area of the tilting center portion 310 of the bent wing unit 300 when the bending angle is 105°, and CFD analysis The area ratio showing excellent mixing performance was confirmed, and the a graph is a graph showing the mixing state according to the area ratio, the vertical axis represents the mixing state, and the horizontal axis represents the area ratio.

a그래프와 같이, 틸팅중심부(310)의 면적 대비 틸팅날개부(320)의 면적비가 30%일 때 혼합성능이 3.5X10-2에 가까워 가장 낮았고, 면적비가 38% 내지 48%일 때 혼합성능이 0.5X10-2에 가까워 혼합성능이 높았다. 따라서 꺾인날개유닛(300)은, 틸팅중심부(310)의 면적 대비 틸팅날개부(320)의 면적의 비율이38% 내지 48%로 형성될 수 있다. As shown in the graph a, when the area ratio of the tilting wings 320 to the area of the tilting center 310 was 30%, the mixing performance was the lowest, close to 3.5 The mixing performance was high as it was close to 0.5X10 -2 . Accordingly, the bent wing unit 300 may be formed so that the ratio of the area of the tilting wing portion 320 to the area of the tilting center portion 310 is 38% to 48%.

b그래프는 면적비에 따른 압력강하를 나타낸 그래프이며, 세로축은 혼합 상태를 나타내며, 가로축은 면적비를 나타낸다. 틸팅날개부(320)와 틸팅중심부(310)로 흐르는 유량의 제어는 혼합에 중요한 영향을 미치며, 틸팅날개부(320)나 틸팅중심부(310)로 흐르는 유량이 어느 한쪽에 과도하게 많아지거나 적어지면 혼합 비에 영향을 미칠 수 있다.The b graph is a graph showing the pressure drop according to the area ratio, the vertical axis represents the mixing state, and the horizontal axis represents the area ratio. Control of the flow rate flowing to the tilting wings 320 and the tilting center 310 has an important effect on mixing, and if the flow rate flowing to the tilting wings 320 or the tilting center 310 increases or decreases excessively on either side, May affect mixing ratio.

b 그래프에서와 같이, 꺾인날개유닛(300)의 압력강하 수준은 면적비가 30%일 때 가장 낮았고, 면적비가 30% 내지 40%일 때 급격하게 증가하며, 60% 내지 70%일 때 감소하는 것을 확인할 수 있다. 혼합성능이 가장 우수한 38% 내지 48%일 때 압력강하 수준도 그 이상의 면적비에 비해 낮은 값으로, 혼합모듈의 성능은 꺾인날개유닛(300)일 경우 면적비가 38% 내지 48% 수준에서 우수한 것을 확인할 수 있다. 따라서 꺾인날개유닛(300)은, 틸팅중심부(310)의 면적 대비 틸팅날개부(320)의 면적의 비율이38% 내지 48%로 형성될 수 있다. As shown in the graph b, the pressure drop level of the broken wing unit 300 was lowest when the area ratio was 30%, rapidly increased when the area ratio was 30% to 40%, and decreased when the area ratio was 60% to 70%. You can check it. When the mixing performance is 38% to 48%, the pressure drop level is also low compared to the area ratio above that level, and it can be seen that the performance of the mixing module is excellent when the area ratio is at the level of 38% to 48% in the case of the folded wing unit 300. You can. Accordingly, the bent wing unit 300 may be formed so that the ratio of the area of the tilting wing portion 320 to the area of the tilting center portion 310 is 38% to 48%.

이로 인해, 혼합 물질의 품질을 향상시킴으로써 고부가가치 화학산업에 대한 적용이 가능하며, 종래에 Sulzer 등 해외 제작사에 의존하던 혼합기의 국산화를 통하여 제작 비용의 감소가 가능하다.As a result, application to the high value-added chemical industry is possible by improving the quality of the mixed material, and production costs can be reduced through local production of mixers that were previously dependent on overseas manufacturers such as Sulzer.

본 발명의 연속 유동혼합기를 포함하는 화학물질 혼합 시스템이 형성될 수 있다. 구체적으로, 화학물질 혼합 시스템은, 본 발명의 연속 유동혼합기, 본 발명의 연속 유동혼합기에 2가지 이상의 유체를 공급하는 유체공급부, 및 본 발명의 연속 유동혼합기를 통과하여 혼합된 유체를 저장하는 저장부를 포함할 수 있다.A chemical mixing system can be formed comprising the continuous flow mixer of the present invention. Specifically, the chemical mixing system includes a continuous flow mixer of the present invention, a fluid supply unit that supplies two or more fluids to the continuous flow mixer of the present invention, and a storage that stores the fluid mixed through the continuous flow mixer of the present invention. May include wealth.

이하, 본 발명의 연속 유동혼합기를 제조하기 위한 적층 제조 방법에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, the additive manufacturing method for manufacturing the continuous flow mixer of the present invention will be described.

먼저 제1단계에서, 3D프린터와 액상, 고형 또는 분말을 마련할 수 있다. 다음으로, 제 2 단계에서, 교차중심부(210)와 교차날개부(220)의 사이각 및 하나의 틸팅날개부(320)와 다른 틸팅날개부(320)의 꺽임각을 상기 3D프린터에 입력할 수 있다. 그리고, 제 3 단계에서, 3D프린터를 이용하여 적어도 하나 이상의 혼합모듈을 형성할 수 있다.First, in the first step, you can prepare a 3D printer and liquid, solid, or powder. Next, in the second step, the angle between the intersection center portion 210 and the intersection wing portion 220 and the bending angle of one tilting wing portion 320 and the other tilting wing portion 320 are input to the 3D printer. You can. And, in the third step, at least one mixed module can be formed using a 3D printer.

여기서, 액상, 고형 또는 분말 각각에는 나일론, 플라스틱, 합성수지, 금속, 유리로 이루어진 군에서 선택되는 하나이상의 물질을 포함될 수 있으며, 방식에 따라 액체수지를 레이저로 경화시키는 SLA, 필라멘트 원료를 녹여 적층시키는 FDM, 분말을 레이저로 소결시키는 SLS이 사용될 수 있다. Here, each of the liquid, solid, or powder may contain one or more materials selected from the group consisting of nylon, plastic, synthetic resin, metal, and glass. Depending on the method, SLA is used to harden the liquid resin with a laser, or melted and laminated filament raw materials. FDM, SLS, which involves sintering the powder with a laser, can be used.

교차중심부(210)와 교차날개부(220)의 사이각 및 하나의 틸팅날개부(320)와 다른 틸팅날개부(320)의 꺽임각을 정한 후 3차원으로 설계하고 이를 미분하듯 가로로 잘게 잘라 분석한 후 아주 얇은 레이어를 한 층씩 쌓아 적어도 하나 이상의 혼합모듈을 만들 수 있다. 이러한 방식으로 만든 유동 혼합기는 생산제품 변경에 용이하여 다품종 생산에 걸맞으며, 향후 기술발전에 따른 신소재 생산에도 적합하다.After determining the angle between the intersection center 210 and the intersection wing 220 and the bending angle of one tilting wing 320 and the other tilting wing 320, design it in three dimensions and cut it horizontally as if differentiating it. After analysis, at least one mixed module can be created by stacking very thin layers one by one. The fluid mixer made in this way is suitable for producing a wide variety of products as it is easy to change the product produced, and is also suitable for producing new materials according to future technological developments.

또한, 꺾인날개유닛(300)과 교차날개유닛(220)에 있어서, 모든 부분의 형상의 적층 각도가 45°이하로 형성되고 내부에 지지대 없이 3D 프린팅이 가능하여 적층제조 공정을 이용하여 제작하기에 용이하다.In addition, in the bent wing unit 300 and the crossed wing unit 220, the stacking angle of the shape of all parts is formed at 45 degrees or less, and 3D printing is possible without an internal support, so it can be manufactured using an additive manufacturing process. It's easy.

이러한 특성으로 인하여, 제작에 많은 비용과 시간이 소모되는 사출, 리소그래피, 용접 등 종래의 혼합기 제작 공정과 달리, 원하는 길이의 연속 유동혼합기를 각각의 유닛(unit) 수에 구애 받지 않고 단일 공정으로 저렴하게 제작할 수 있다Due to these characteristics, unlike conventional mixer manufacturing processes such as injection, lithography, and welding, which require a lot of cost and time to manufacture, a continuous flow mixer of the desired length can be produced inexpensively in a single process, regardless of the number of units. It can be produced

본 발명의 연속 유동혼합기를 제조하기 위한 적층 제조 방법에 대한 나머지 사항은, 상기된 본 발명의 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기에 기재된 사항과 동일하다.The remaining details of the additive manufacturing method for manufacturing the continuous flow mixer of the present invention are the same as those described in the additive manufacturing-based continuous flow mixer having the bent blade structure of the present invention described above.

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 실시 예들은 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. The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 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. The scope of the present invention is indicated by the patent claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 유로부 110 : 유입구
120 : 배출구 200 : 교차날개유닛
201 : 다중교차날개유닛 210 : 교차중심부
220 : 교차날개부 300 : 꺾인날개유닛
301 : 다중꺾인날개유닛 310 : 틸팅중심부
320 : 틸팅날개부 321 : 제 1 틸팅날개부
322 : 제 2 틸팅날개부
100: flow path 110: inlet
120: outlet 200: cross wing unit
201: multiple intersection wing unit 210: intersection center
220: cross wing unit 300: bent wing unit
301: Multi-bent wing unit 310: Tilting center
320: tilting wing part 321: first tilting wing part
322: 2nd tilting wing part

Claims (14)

복수의 유체를 혼합하기 위한 연속 유동혼합기로서,
유입구와 배출구를 구비하며, 내부를 통과하는 유체에 유로를 제공하는 유로부;
상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 교차중심부 및 상기 교차중심부와 교차하도록 결합하는 교차날개부를 구비하는 교차날개유닛; 및
상기 유로부 내부에 형성되고, 날개의 형상을 구비하는 틸팅중심부 및 상기 틸팅중심부를 향하여 기울어진 형상을 구비하는 적어도 한 개 이상의 틸팅날개부를 구비하는 꺾인날개유닛을 포함하고,
하나의 틸팅날개부에 대한 다른 틸팅날개부의 꺾인 각도인 꺾임각은 100° 내지 120°로 형성되고, 상기 틸팅중심부의 면적 대비 상기 틸팅날개부의 면적의 비율이38% 내지 48%로 형성되어 복수의 유체의 혼합효율이 증가시키고 혼합 유동의 에너지 손실을 방지하며,
상기 교차날개유닛 및 상기 꺾인날개유닛은 금속 분말을 이용한 3D 프린트 방식의 단일 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
A continuous flow mixer for mixing a plurality of fluids,
A flow path portion having an inlet and an outlet and providing a flow path for fluid passing therein;
A cross wing unit formed inside the flow path portion and having a cross center portion having the shape of a wing and a cross wing portion coupled to intersect the cross center portion; and
It is formed inside the flow path portion and includes a tilted wing unit including a tilting center portion having the shape of a wing and at least one tilting wing portion having a shape inclined toward the tilting center portion,
The bending angle, which is the bent angle of one tilting wing with respect to the other tilting wing, is formed at 100° to 120°, and the ratio of the area of the tilting wing to the area of the tilting center is formed at 38% to 48%, forming a plurality of Increases the mixing efficiency of the fluid and prevents energy loss in the mixing flow.
An additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent wing structure, wherein the crossed wing unit and the bent wing unit are formed in a single process using a 3D printing method using metal powder.
청구항 1에 있어서,
상기 교차중심부는, 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 1,
An additive manufacturing-based continuous flow mixer having a bent wing structure, wherein the intersection center portion is formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid.
청구항 1에 있어서,
상기 틸팅중심부는, 유체의 유동 방향에 대해 기울어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 1,
An additive manufacturing-based continuous flow mixer having a bent wing structure, wherein the tilting center portion is formed to be inclined with respect to the flow direction of the fluid.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 유로부의 단면 형상은, 원형 또는 다각형인 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 1,
A continuous flow mixer based on additive manufacturing having a bent wing structure, wherein the cross-sectional shape of the flow path portion is circular or polygonal.
청구항 1에 있어서,
적어도 하나 이상의 교차날개유닛과 적어도 하나 이상의 꺾인날개유닛이 결합되어 혼합모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 1,
An additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent blade structure, wherein at least one crossed blade unit and at least one bent blade unit are combined to form a mixing module.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛, 하나의 교차날개유닛, 다른 꺾인날개유닛 및 다른 교차날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성되는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 6,
The mixing module is an additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent wing structure, characterized in that it is formed by sequentially combining one bent wing unit, one crossed wing unit, another bent wing unit, and another crossed wing unit.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합모듈은, 하나의 꺾인날개유닛, 다른 꺾인날개유닛, 하나의 교차날개유닛 및 다른 교차날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성하는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 6,
The mixing module is an additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent wing structure, characterized in that it is formed by sequentially combining one bent wing unit, another bent wing unit, one crossed wing unit, and another crossed wing unit.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합모듈은, 배치 형태가 각각 다른 4개의 꺾인날개유닛이 순차적으로 결합되어 형성하는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 6,
The mixing module is an additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent wing structure, which is formed by sequentially combining four bent wing units with different arrangement forms.
청구항 6에 있어서,
상기 혼합모듈은, 복수개의 교차중심부를 구비하는 다중교차날개유닛과 복수개의 틸팅중심부를 구비하는 다중꺾인날개유닛이 결합되어 형성하는 것을 특징으로 하는 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기.
In claim 6,
The mixing module is an additive manufacturing-based continuous flow mixer with a bent wing structure, characterized in that it is formed by combining a multi-crossing wing unit having a plurality of intersection centers and a multi-bent wing unit having a plurality of tilting centers.
청구항 1 내지 3, 5 내지 10 중 선택되는 어느 하나의 항에 따른 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기;
상기 적층 제조 기반 연속 유동혼합기에 2가지 이상의 유체를 공급하는 유체공급부; 및
상기 적층 제조 기반 연속 유동혼합기를 통과하면서 혼합된 유체를 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학물질 혼합 시스템.
An additive manufacturing-based continuous flow mixer having a bent blade structure according to any one of claims 1 to 3 and 5 to 10;
A fluid supply unit that supplies two or more fluids to the additive manufacturing-based continuous flow mixer; and
A chemical mixing system comprising a storage unit that stores the mixed fluid while passing through the additive manufacturing-based continuous flow mixer.
청구항 7의 꺾인 날개 구조를 가지는 적층 제조 기반 연속 유동혼합기를 제조하기 위한 적층 제조 방법에 있어서,
3D프린터와 금속 분말을 마련하는 제1단계;
상기 교차중심부와 상기 교차날개부의 사이각 및 하나의 틸팅날개부와 다른 틸팅날개부의 꺽임각을 상기 3D프린터에 입력하는 제2단계; 및
상기 3D프린터를 이용하여 적어도 하나 이상의 혼합모듈을 형성시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 제조 방법.
In the additive manufacturing method for manufacturing an additive manufacturing-based continuous flow mixer having the bent wing structure of claim 7,
The first step of preparing a 3D printer and metal powder;
A second step of inputting the angle between the intersection center and the intersection wing and the bending angle of one tilting wing and the other tilting wing to the 3D printer; and
An additive manufacturing method comprising a third step of forming at least one mixed module using the 3D printer.
청구항 12에 있어서,
상기 제 2 단계에서는, 상기 교차중심부의 면적 대비 상기 교차날개부의 면적의 비율이38% 내지 48%인 것을 특징으로 하는 적층 제조 방법.
In claim 12,
In the second step, the additive manufacturing method is characterized in that the ratio of the area of the cross wings to the area of the cross center is 38% to 48%.
삭제delete
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