KR102595105B1 - 액체 교반기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분쇄부재 내부의 임펠러가 회전함과 동시에 교반대상 액체에 혼입된 혼합물질의 입자 또는 기포를 분쇄하고 이를 교반대상 액체 내부로 분산시킴으로써 교반대상 액체에 대한 고체 또는 액체 상태의 혼합물질의 입자의 크기를 최소화 및 액체 내의 입자의 분포 균일도가 증가되고, 혼합물질이 기체인 경우 교반대상 액체 내의 기체의 용해도 등을 향상시킬 수 있는 액체 교반기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 액체 교반기에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 분쇄부재 내부의 임펠러가 회전함과 동시에 교반대상 액체에 혼입된 혼합물질의 입자 또는 기포를 분쇄하고 이를 교반대상 액체 내부로 분산시킴으로써 교반대상 액체에 대한 고체 또는 액체 상태의 혼합물질의 입자의 크기를 최소화 및 액체 내의 입자의 분포 균일도가 증가되고, 혼합물질이 기체인 경우 교반대상 액체 내의 기체의 용해도 등을 향상시킬 수 있는 액체 교반기에 관한 것이다.
최근 바이오 분야, 식품분야, 화장품 분야 등에 대한 수요와 관심이 증가하면서 위생적인 식음료 및 제약, 화장품 시장이 지속적이 성장하고 있다.
이에 따라 멸균 상태 및 무균상태에서의 재료의 교반이 가능한 위생 교반 기술에 필요성이 대두되었다.
예를 들어, 의약학 및 생명공학 분야에서 시약 또는 백신 등을 조제하고 세포 배양 등을 수행하데 이용되는 바이오 리액터는, 용액 및 세포를 배양하는 과정에서 리액터 외부와의 단절을 통한 무균 상태에서의 교반이 필수적이다. 특히, 배양 세포의 경우 자체적인 면역 체계를 갖지 못하는 것이 일반적이기 때문에 외부 오염 물질의 유입시 이를 파기해야 하는 경우가 발생하기 때문이다.
또한, 화장품 분야에서 화장품의 재료 및 원료를 교반하는 경우에도 외부와 차단되고 무균상태에서의 교반이 필수적이며, 커피 추출과 같은 고온 고압의 조건이 필요한 식음료 제조 산업분야의 식품 제조 공정도 마찬가지이다.
한편, 종래의 교반 장치는 메카니컬 씰(mechanical seal)을 이용하여 교반기의 외부와 내부를 차단하는 밀봉기술을 사용하였다. 이러한 메카니컬 씰은 반복적으로 사용되고, 습도 등의 환경변화에 따라 누유 및 누출이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 기술적 제한을 극복하고자 자성체의 자기인력을 이용하여, 교반 기의 내외부를 단절시켜 교반 가능한 마그네틱 교반기가 사용되고 있다.
마그네틱 교반기는 탱크 외부에 배치된 자성체가 구비된 로터를 회전시켜 탱크 내부에 배치되고 상기 로터에 자력에 반응하는 자성체를 포함한 임펠러를 회전시켜 탱크 내부의 액체 등을 교반하는 장치이다.
그러나 종래의 마그네틱 교반기를 적용하는 경우 교반대상 액체에 혼입된 혼합물질의 입자를 마이크로미터 내지 나노미터 수준까지 미세하게 분쇄할 수 없다는 한계가 있었다.
한편, 제약 분야에서 사용되는 교반기의 경우에 의약품 제조에 필수적인 주사용액을 제조함에 있어서 주사제 입자의 입경은 약 20 마이크로미터 수준까지 분쇄될 것이 요구된다. 또한, 점안액을 제조하는 경우에는 점안제 입자의 입경은 수십 나노미터 수준까지 매우 미세하게 분쇄되어 점안액 내부에 분산되어야 한다.
또한, 삼산배양근과 같은 식물을 배양하거나 발효시키는 공정에서 리액터 내 산소 포화도는 배양근 등의 세포 성장에 큰 영향을 미치는 인자이므로 리액터 내부에서 배양액의 산소 포화도는 우수하게 유지되어야 한다.
종래 기술에 따르면, 배양근이 성장하고 있는 배양액에 산소를 공급하기 위한 산소 공급장치, 공급된 산소를 리액터 내부에 분사시키기 위한 분사장치 및 분사 장치의 내압의 크기를 조절 및 제어하기 위한 압력장치 등이 포함된 배양 공정 시스템이 구축되어야 하고, 이로 인해 배양 공정 시스템의 전체 부피가 증가되고, 소비전력과 비용이 크다는 문제가 있었다.
본 발명은 분쇄부재 내부의 임펠러가 회전함과 동시에 교반대상 액체에 혼입된 혼합물질의 입자 또는 기포를 분쇄하고 이를 교반대상 액체 내부로 분산시킴으로써 교반대상 액체에 대한 고체 또는 액체 상태의 혼합물질의 입자의 크기를 최소화 및 액체 내의 입자의 분포 균일도가 증가되고, 혼합물질이 기체인 경우 교반대상 액체 내의 기체의 용해도 등을 향상시킬 수 있는 액체 교반기를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 교반대상 액체가 수용되는 액체탱크에 장착되는 액체 교반기에 있어서, 복수 개의 블레이드 및 복수 개의 영구자석이 내부에 매립되어 구비되는 임펠러; 회전축이 구비되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전축을 내부에 수용하며, 상기 구동모터에 장착되는 하우징; 상기 구동모터의 회전축 단부에 장착되고, 상기 임펠러를 자력에 의하여 회전시키기 위하여 구비되는 복수 개의 영구자석이 구비되는 로터; 상기 임펠러가 외측에 회전 가능하게 장착되고 내측에 상기 로터가 회전 가능하게 배치되는 구동공간이 구비되며 액체탱크 내측에 배치되는 구동부, 상기 하우징에 체결되는 체결부, 상기 구동부와 상기 체결부를 연결하고 상기 액체탱크에 형성된 개구부의 내주면과 그 외주면이 용접되어 접합 장착되는 웰딩부를 구비하는 웰딩플레이트; 상기 임펠러를 회전 가능하게 감싸도록 상기 웰딩플레이트에 체결되는 컵 형상의 커버부 및 상기 커버부 외주면 또는 상면에 교반대상 액체가 유입되거나 유입된 혼합물질의 입자가 분쇄되어 미세화된 후 방출되는 적어도 하나의 개구부가 구비된 분쇄부재;를 포함하는 액체 교반기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 액체는 베이스 액체와 상기 베이스 액체에 혼입된 혼합물질을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 분쇄부재의 개구부로 유입된 상기 액체 내의 혼합물질은 상기 분쇄부재의 커버부 내주면과 상기 임펠러의 블레이드 사이에서 분쇄되어 미세화될 수 있다.
여기서, 상기 분쇄부재의 내주면과 상기 임펠러의 블레이드 사이의 이격 거리는 0.025 밀리미터(mm) 내지 0.5 밀리미터(mm)로 구성되고, 상기 혼합물질은 50㎛ 내지 10㎚ 크기로 분쇄될 수 있다.
이 경우, 상기 분쇄부재의 상면에 파이프 연결부가 구비되고, 상기 파이프 연결부에 액체탱크 외부에서 도입된 파이프 부재가 연결되고 상기 파이프 부재를 통해 액체의 혼합물질이 공급될 수 있다.
그리고, 상기 분쇄부재 상면에 파이프 부재가 연결되는 파이프 연결부가 구비되는 경우 상기 분쇄분재의 상면에 별도의 개구부는 생략될 수 있다.
또한, 상기 혼합물질은 상기 분쇄부재 상면의 개구부 또는 상기 파이프 연결부로 유입되어 분쇄된 후 상기 분쇄부재 측면 개구부로 방출될 수 있다.
그리고, 상기 파이프 부재로 공급되는 혼합물질은 산소 또는 산소를 포함하는 기체일 수 있다.
여기서, 상기 임펠러는 상부에 상기 분쇄부재 내에 수용되며 원주면에 절곡된 판재 형태의 복수 개의 분쇄용 블레이드가 구비되어 상기 분쇄부재 내부에서 상기 혼합물질을 잘게 분쇄하여 상기 베이스 액체와 혼합하는 분쇄부 및 상기 분쇄부 하부에 상기 분쇄부보다 외경이 증가되고 외주면에 경사진 판재 형태의 복수 개의 혼합용 블레이드가 구비되어 액체탱크 내의 액체를 혼합하는 혼합부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 분쇄부재 측면에 형성된 개구부는 원형 또는 장공형으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 장공형 개구부는 상기 임펠러의 회전방향으로 절곡되어 화살표 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 분쇄부재 및 상기 임펠러를 상기 웰딩플레이트에 함께 체결하는 체결부재가 구비되고, 상기 임펠러는 상기 체결부재가 관통하되 상기 로터의 회전시 함께 회전 가능하게 구속되고, 상기 체결부재의 외주면과 상기 임펠러 내주면 사이에 상기 임펠러의 회전시 마찰 저감을 위한 부싱유닛이 구비될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전술한 상기 액체 교반기; 및, 상기 액체 교반기가 하부에 장착되는 액체탱크;를 포함하는 액체 교반 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 고정된 분쇄부재 내부의 임펠러가 고속으로 회전됨에 따라 파이프 부재로 공급되는 산소 등의 기체로 인한 기포의 크기를 미세화하여 교반대상 액체의 용존산소량 또는 기체의 용해도를 증가시키므로 특히 배양 공정 및 발효 공정의 생산 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 분쇄부재의 개구부 형상을 조절 또는 변형함으로써 고체뿐만 아니라 기체나 액체의 분쇄, 분쇄, 유화, 혼합 등의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 분쇄부재는 체결부재를 사용하여 임펠러 상부에 결합 또는 결합 해제가 가능한 구조이므로 분쇄부재의 유지 보수 또는 공정 전환에 따른 분쇄부재의 분리 및 교체 작업이 편리하다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 임펠러 하단에 복수 개의 혼합용 블레이드가 구비되므로 액체탱크 하단에 침전될 수 있는 혼합물질을 지속적으로 교반해줌으로써 액체탱크 내부의 데드존 형성을 최소화하고 교반대상 액체의 분산 균일성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 메카니컬 씰의 적용 없이 액체탱크의 내외부가 물리적으로 분리된 상태로 교반이 가능하여 액체에 이물질 혼입 가능성이 낮아 위생성과 안전성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 고정된 분쇄부재 내부에 임펠러가 수용되는 구조이므로 액체탱크 내부의 교반대상 액체 또는 혼합물질과 임펠러 사이의 기계적 마찰이 최소화되므로 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 고정된 분쇄부재 내부의 임펠러가 고속으로 회전됨에 따라 분쇄부재와 임펠러 사이의 이격된 틈에서 발생하는 높은 압력과 전단력으로 인해 혼합물질의 고체 입자를 분쇄 및 분쇄하여 이를 액상 내부로 분산시킬 수 있으므로 분산 균일성과 용해성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 교반기가 액체탱크에 설치된 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 액체 교반기에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 혼합물질이 분쇄되는 상태를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 액체 교반기가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 액체 교반기의 분해 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 액체 교반기를 사용한 경우와 종래 소개된 액체 교반기를 사용한 경우에 대하여 액체탱크 내부 교반 상태를 시간 경과에 따른 비교 이미지를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크에 설치된 상태를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 기포입자가 분쇄되는 상태를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 액체 교반기에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 혼합물질이 분쇄되는 상태를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 액체 교반기가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 액체 교반기의 분해 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 액체 교반기를 사용한 경우와 종래 소개된 액체 교반기를 사용한 경우에 대하여 액체탱크 내부 교반 상태를 시간 경과에 따른 비교 이미지를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크에 설치된 상태를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 기포입자가 분쇄되는 상태를 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 교반기가 액체탱크에 설치된 상태를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 액체 교반기에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 혼합물질이 분쇄되는 상태를 도시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기는 액체탱크(100) 내에 장착될 수 있고, 상기 액체탱크(100)에는 웰딩플레이트(600)가 외주면에 결합되기 위한 개구부가 형성될 수 있으며, 따라서 상기 액체탱크(100)는 개구부에서 웰딩플레이트(600)과 용접되어 접합되므로 액체탱크(100)의 내외부가 물리적으로 차단된 상태에서 회전될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 액체 교반기는 액체탱크(100) 내에 장착되어 액체 교반 시스템을 구성할 수 있다.
상기 액체탱크(100)의 내부에서 웰딩플레이트(600) 상에 임펠러(200) 및 분쇄부재(700)가 장착될 수 있다. 상기 임펠러(200)는 웰팅플레이트(600)에 체결되는 분쇄부재(700) 내부에서 구동모터(300)의 동력에 의해 회전 구동되어 교반대상 액체를 교반시킬 수 있다.
따라서, 상기 액체탱크(100) 내부 교반대상 액체의 공동화(cavitation) 또는 교반대상 액체의 급격한 특성 변화가 발생하여 임펠러(200)에 기계적 파손이 발생하더라도 상기 액체탱크(100) 내부 교반대상 액체가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있고, 또한 상기 액체탱크(100) 내부로 외부 오염원 등의 유입이 차단되므로 위생적이고 고순도의 액체를 교반 및 제조할 수 있다.
상기 교반대상 액체는 베이스 액체(110)와 상기 베이스 액체(110)에 혼입된 고체, 액체, 기체, 콜로이드, 젤, 겔 등의 다양한 상태의 혼합물질(120)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 액체탱크(100) 내부의 교반대상 액체는 액체-액체 분산액으로 구성될 수 있고, 액체-기체 분산액, 액체-고체 분산액 등 다상(multi-phase)의 분산액으로도 구성될 수 있다. 또한, 상기 베이스 액체 자체 역시 콜로이드, 젤, 겔 등의 점성 유체로 구성될 수도 있다.
본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 고정된 분쇄부재(700) 내부에 수용된 임펠러(200)가 회전됨에 따라 교반대상 액체의 혼합물질(120) 입자가 분쇄부재(700) 내측으로 유동되어 임펠러(200) 내부로 투입되고, 상기 투입된 혼합물질 입자(120)는 임펠러(200)와 분쇄부재(700) 사이에서 분쇄되고, 이후 분쇄된 혼합물질의 입자(120')가 분쇄부재(700) 외부로 방출되어 탱크 내의 교반대상 액체 내부로 고르게 분산될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 액체 교반기의 구조에 관하여 자세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 액체 교반기가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시하고, 도 4는 본 발명에 따른 액체 교반기의 분해 사시도를 도시한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기는 구동모터(300), 하우징(400), 로터(500), 웰딩플레이트(600), 임펠러(200) 및 분쇄부재(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 임펠러(200)는 액체탱크(100) 내부에서 직접적으로 액체를 교반하는 역할을 수행하고, 이를 위해 상기 임펠러(200)는 복수 개의 블레이드(211,221) 및 임펠러 본체 내부에 원주방향으로 N극과 S극이 반복되는 복수 개의 영구자석(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 복수 개의 영구자석은 후술하는 로터(500)에 구비된 복수 개의 영구자석과 서로 인력이 작용하여 상기 로터(500)의 회전에 따라 함께 회전될 수 있다. 상기 로터(500)의 영구자석 역시 내부에 동일한 방법으로 로터 본체 내부에 매립 등의 방법으로 장착될 수 있다.
상기 임펠러(200)는 상부에 분쇄부재(700) 내부에 수용되며 원주면에 절곡된 판재 형태의 복수 개의 분쇄용 블레이드(211)가 구비되는 분쇄부(210) 및 상기 분쇄부(210) 하부에 상기 분쇄부(210)보다 외경이 증가되고 외주면에 경사진 판재 형태의 복수 개의 혼합용 블레이드(221)가 구비되는 혼합부(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 임펠러(200)는 상기 임펠러의 분쇄부(210)가 뒤집힌 컵 형태의 분쇄부재(700) 내부에 수용되되, 상기 분쇄부재(700)의 내측면과 상기 분쇄부(210)를 구성하는 복수 개의 분쇄용 블레이드(211)는 소정 거리만큼 상호 이격되어 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 액체 교반기는 분쇄부재(700) 내부의 임펠러(200)가 고속으로 회전함에 따라, 분쇄부재(700)와 임펠러(200)를 구성하는 분쇄용 블레이드(211) 사이로 교반대상 액체와 혼합물질 입자가 통과하여 유동되는 과정에서 높은 압력과 전단력(shear stress)를 발생시켜 교반대상 액체의 혼합물질(120)을 분쇄시키고, 작은 입경으로 분쇄된 혼합물질(120')을 임펠러(200)을 다시 액체탱크(100) 내부로 분사시키는 효과를 제공할 수 있다.
상기 임펠러(200)는 상기 분쇄부(210) 하부에 혼합부(220)가 구비되고, 상기 혼합부(220)는 외주면에 복수 개의 혼합용 블레이드(221)가 용접 방식 등으로 결합되어 구비될 수 있다.
상기 혼합부(220)에 구비된 복수 개의 혼합용 블레이드(221)의 형상 및 크기는 상기 복수 개의 혼합용 블레이드(221)가 고속으로 회전됨에 따라 상기 혼합용 블레이드(221)로 인가되는 부하량에 따른 구동장치(300)의 동력 소비량이 과도하게 증가되지 않는 범위 내에서 교반대상 액체의 물성 또는 교반대상 액체의 회전속도(rpm) 등에 대응하여 다양하게 변경되거나 적절한 범위 내에서 결정될 수 있다.
상기 임펠러(200)는 상기 혼합부(220)에 구비된 복수 개의 혼합용 블레이드(221)이 고속으로 회전됨에 따라 액체탱크(100) 내부에서 와류 형성을 증폭시키므로 액체탱크(100) 하부에 침전되는 혼합물질(120)을 지속적으로 부상시켜 액체탱크 내의 액체를 전체적이고 지속적으로 혼합하는 역할을 수행한다. 이로 인해, 상기 액체탱크(100) 내부 교반대상 액체가 매우 균일하게 혼합될 수 있도록 한다.
한편, 상기 임펠러(200)는 약제, 식음료, 세포 배양등의 과정에서 교반 내용물과 직접 접촉하게 되므로 내열성, 내산화성, 내부식성이 강한 재질을 사용하여 교반 내용물의 성분 및 품질에 영향을 주지 않아야 한다.
그리고, 교반시 내포되어 있는 자성체의 영향을 최소화시키기 위하여, 산화철을 발생시키지 않으며 자성을 띠지 않는 성질의 소재를 사용해야 한다.
또한, 교반 완료 후 CIP(Cleaning In Place) 및 SIP(Sterilisation In Place) 공정에 따라 교반 탱크 전체에 고온 고압으로 살포되어 세척하는 수산화나트륨 및 알칼리수 등의 세척 용액으로부터도 변질이 발생하지 않아야 한다.
따라서, 상기 임펠러(200)는 상기의 조건을 만족하는 소재로 이루어질 수 있으며, 예들 들면 STS 304, STS 304L, STS 316, STS 316L 혹은 HDPE, UHMW 폴리에틸렌 등의 소재 등으로 이루어질 수 있다.
상기 구동모터(300)는 구동력을 발생시키는 역할을 하며, 일반적인 직류 모터, 교류 모터가 적용될 수 있고, 단상 모터, 삼상 모터 등 전력을 공급받아 동력을 발생시킬 수 있는 장치라면 제한없이 적용될 수 있다.
상기 구동모터(300)의 회전축(310)의 단부에 로터(500)가 장착되어 일체로 회전됨으로써 로터(500)를 회전 구동할 수 있다.
상기 하우징(400)은 모터(300)를 상기 웰딩플레이트(600)에 장착함과 동시에 사용자의 접촉에 의한 상해 방지 및 외부 환경으로부터 회전축(310) 및 로터(500) 등의 보호할 수 있다.
상기 로터(500)는 임펠러(200)에 구동모터(300)의 회전력을 전달하는 역할을 하며, 이를 위해 회전축(310)에 결합되어 회전축(310)과 함께 회전되며, 본체 내부에 구비된 영구자석은 상기 임펠러(200)의 복수 개의 영구자석과 각각 대응되는 복수 개의 영구자석이 구비될 수 있다. 상기 회전축(310)은 하우징(400)의 내측을 관통하여 배치될 수 있다.
상기 하우징(400)의 단부에는 웰딩플레이트(600)가 장착될 수 있다. 상기 웰딩플레이트(600)는 액체탱크(100)를 관통하여 장착된다. 상기 웰딩플레이트(600)는 액체탱크(100)와 하우징(400)을 결합시키고 상기 액체탱크(100)의 내외부를 물리적으로 분리할 수 있다.
상기 웰딩플레이트(600)는 액체탱크(100)의 형성된 개구부에 기밀하게 접합되는 웰딩부(610), 상기 접합부 일측에 액체탱크(100) 내측에 배치되는 구동부(630) 및 상기 웰딩부(610) 타측에 하우징(400)의 타단부에 체결되는 체결부(620)를 포함하여 구성된다. 상기 구동부(630)는 액체탱크 내부로 노출되는 외주면 상에 상기 임펠러(200)가 회전 가능하게 장착되고 액체탱크 외측 공간인 내주면에는 상기 로터(500)가 회전 가능하게 배치되는 구동공간이 구비된다.
상기 웰딩부(610)는 상기 구동부(620)와 상기 체결부(610)를 구획함과 동시에 액체탱크(100)에 용접 등의 방법으로 접합되는 부분으로 플랜지 형태로 구성될 수 있다.
상기 구동부(630)의 상부면에는 체결부재(810)가 결합될 수 있는 체결홀(632)이 구비될 수 있다.
상기 체결부재(810)는 상기 체결홀(632)에 나사 결합 방식 등으로 체결되어 상기 임펠러(200)가 상기 구동부(630)로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있고, 상기 임펠러(200)의 지지축 역할을 수행할 수 있다.
상기 웰딩플레이트(600)는 체결부(620)에 의해 상기 웰딩플레이트(600)에 하우징(400)의 타단부가 결합 고정될 수 있다.
상기 웰딩부(620)에 의해 액체탱크(100)의 벽면과 단턱이 생기지 않도록 동일 평면을 구성하도록 접합되는 것이 바람직하다.
전체적으로, 액체탱크(100)에 웰딩플레이트(600)가 관통 접합되고, 상기 웰딩플레이트(600)에 하우징(400)의 타단부가 결합 고정되며, 하우징(400)의 일단부에 구동모터(300)가 결합 고정되고, 구동모터(300)의 회전축(310)에 로터(500)가 결합되며, 로터(500)의 단부가 웰딩플레이트(600)의 구동부(630)에 수용되어 회전 구동됨으로써 임펠러(200)에 자력을 이용하여 회전력이 전달될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)는 상기 임펠러(200)를 회전 가능하게 감싸도록 상기 웰딩플레이트(600)에 체결되는 컵 형상의 커버부(710) 및 상기 커버부(710) 외주면 또는 상면에 교반대상 액체가 유입되는 적어도 하나의 개구부(720)가 구비될 수 있다.
상기 체결부재(810)는 상기 분쇄부재(700) 및 상기 임펠러(200)를 상기 웰딩플레이트(600)에 함께 체결하고, 상기 임펠러(200)는 상기 체결부재(810)가 관통하되 상기 로터(500)의 회전시 함께 회전 가능하도록 구속될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)가 상기 체결부재(810)를 사용하여 상기 임펠러(200) 및 상기 웰딩플레이트(600)에 장착되면, 상기 분쇄부재(700) 상부에 구비되는 체결너트(820)를 체결볼트 형태의 체결부재(810)에 결합하여 상기 분쇄부재(700)는 고정되고, 상기 임펠러(200)는 회전 가능하게 구속될 수 있다.
즉, 상기 분쇄부재(700)는 상기 체결부재(810)와 상기 체결너트(820)의 체결에 의해 상기 웰딩플레이트(600)에 고정되므로 상기 분쇄부재(700)는 액체탱크(100) 내부에서 고정된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 상기 분쇄부재(700)는 상부에 고정된 체결너트(820)를 상기 체결부재(810)로부터 해체 가능하여 상기 분쇄부재(700)의 분리 및 교체 작업을 원활하게 수행할 수 있다.
또한, 상기 체결부재(810)의 외주면과 상기 임펠러(200)의 내주면 사이에 상기 임펠러(200)의 회전시 마찰 저감을 위한 부싱유닛(830)이 구비될 수 있다. 상기 부싱유닛(830)은 저마찰 소재로 구성되어 이물질 발생을 최소화하며 상기 임펠러(200)의 원주방향 회전 시 마찰에 의한 파손이나 손상 등을 방지하고 상기 임필러(200)의 회전 중심을 지지하는 역할을 수행한다.
상기 부싱유닛(830)은 내주면에 상기 체결부재(810)가 관통하여 상기 웰딩플레이트(600) 단부에 고정될 수 있고, 상기 부싱유닛(830)은 상기 분쇄부재(700) 상부에 결합되는 체결너트(830)에 의해 상기 임펠러(200)와 상기 웰딩플레이트(600) 사이에 견고하게 고정될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재(700)의 형상 및 임펠러(200)와 분쇄부재(700)의 결합 구조에 관하여 상세하게 살펴본다.
도 5는 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재를 도시한다. 구체적으로, 도 5(a)는 하나의 실시예에 따른 분쇄부재의 사시도를 도시하고, 도 5(b)는 도 5(a)에 도시된 상기 분쇄부재의 상면도를 도시하고, 도 5(b)는 다른 실시예에 따른 분쇄부재의 상면도를 도시한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재(700)는 상기 임펠러(200)를 회전하게 감싸도록 상기 웰딩플레이트(600)에 체결되는 컵 형상의 커버부(710)를 포함하여 구성되고, 상기 커버부(710)의 외저면 또는 상면에는 교반대상 액체가 유입되는 적어도 하나의 개구부(720)가 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 분쇄부재(700)를 구성하는 커버부(710)는 상기 분쇄부재(700) 상부에 배치되는 상면부(711) 및 상기 상면부(711)와 연결되어 상기 분쇄부재(700)의 측부에 배치되는 원주면부(713)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 커버부(710)가 전체적으로 컵(cup) 형상으로 구성될 수 있다면 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게, 상기 커버부(710)를 구성하는 상면부(711)는 상기 분쇄부재(700) 근방에 가해지는 액체의 전단력을 최소화하기 위하여 원형으로 구성될 수 있고, 상기 원주면부(713)는 상기 상면부(711)의 원주를 감싸는 형상으로 구성될 수 있다.
도 5(b) 및 도 5(c)를 참조하면, 상기 분쇄부재(700)의 상면에 구비되는 상면부(711)는 중앙에 상기 체결너트(820)가 관통되기 위한 관통부(740)가 형성될 수 있고, 상기 관통부(740)의 외주면에는 복수 개의 상면 개구부(721)가 형성될 수 있으며 상기 복수 개의 상면 개구부(721)는 상기 관통부(740) 중심으로 일정 간격을 지니도록 배치될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)의 상면에 구비되는 각각의 상면 개구부(721)의 면적과 형상 등은 도면에 도시된 사항에 한정되지 않으며 교반대상 액체에 혼입된 혼합물질(120)의 입경, 경도 및 점성 등 물성에 따라 다양하게 변경 또는 조절될 수 있다.
예를 들면, 각각의 상기 상면 개구부(721)의 면적을 비교적 작게 구성하는 경우, 상기 분쇄부재(700) 근방에서 액체의 압력강하가 증가하여 상기 상면 개구부(721)로 유입되는 액체의 유속과 마찰력이 증가하여 상기 액체가 더욱 미세하게 분쇄될 수 있다.
또한, 각각의 상기 상면 개구부(721)의 면적과 형상은 은 교반대상 액체에 혼입되는 혼합물질(120) 또는 액체의 종류에 따라 변경될 수 있다.
마찬가지로, 상기 분쇄부재(700) 측면에 구비되는 원주면부(713)는 외주면에 복수 개의 원주면 개구부(723)가 형성될 수 있다. 여기서, 상기 분쇄부재(700) 측면에 구비되는 원주면 개구부(723)의 형상은 조절 또는 변형함으로써 고체 상태의 혼합물질(120)뿐만 아니라 기체나 액체 상태의 혼합물질(120)의 분쇄, 분쇄, 유화, 혼합 등의 공정을 원활하게 수행할 수 있다.
예를 들면, 상기 분쇄부재(700) 측면에 형성된 원주면 개구부(723)은 원형 또는 장공형으로 구성될 수 있다. 상기 원주면 개구부(723)의 형상이 원형인 경우 교반대상 액체가 액체-기체 분산액인 경우 상기 분쇄부재(700) 내부의 상기 임펠러(200)의 회전에 의해 기체의 기포 입자를 분쇄하는데 효과적인 한편, 상기 원주면 개구부(723)의 형상이 장공형인 경우 교반대상 액체가 액체-고체 분산액인 경우 상기 분쇄부재(700) 내부의 상기 임펠러(200)의 회전에 의해 고체 입자를 분쇄 및 분쇄하는데 효과적일 수 있다.
나아가, 상기 분쇄부재(700) 측면에 형성되는 장공형 원주면 개구부(723)는 각각 사선방향으로 배치될 수도 있고, 상기 장공형 원주면 개구부(723)는 상기 임펠러(200)의 회전 방향으로 절곡되어 화살표 형상을 구성할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기에 의하면, 액체탱크(100) 내부에서 액체-액체 분산액 교반 공정에서 액체-고체 분산액 교반 공정으로의 전환을 진행하는 경우, 각각의 공정별 최적화된 특정 원주면 개구부(723)의 형상을 갖는 분쇄부재(700)를 교체하여 교반 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 분쇄부재(700)는 체결부재(810) 및 체결너트(820)와 같은 체결부재를 사용하여 임펠러(200) 상부에 결합 또는 결합 해제가 가능한 구조이므로 공정 전환에 따른 상기 분쇄부재(700)의 분리 및 교체 작업이 원활하게 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
구체적으로, 도 6(a)는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태의 외관 측면도를 도시하고, 도 6(b)는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태의 측단면도를 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기는 분쇄부재(700)가 임펠러(200) 상부에 장착될 수 있고, 상기 분쇄부재(700)는 체결부재(810)와 체결너트(820)에 의해 고정되고 상기 임펠러(200)는 상기 분쇄부재(700) 내부에 수용되어 회전 가능하게 구비된다.
이와 같이, 상기 분쇄부재(700)는 상기 임펠러(200) 상부에 고정 장착되므로 임펠러(200)가 회전하는 동안 액체 점성에 의한 축추력에 의하여 상부로 변위되어 이탈되는 현상을 방지할 수 있다.
상기 분쇄부재(700) 내부 임펠러(200)의 회전 시 상기 혼합부(220)의 혼합용 블레이드(221)가 회전하면서 액체탱크(100) 내부의 와류를 형성시키고, 상기 액체탱크(100) 내부의 액체는 상기 분쇄부재(700)의 상면부(711)에 구비되는 상면 개구부(721) 내부로 유입되고, 상기 유입된 액체와 혼합물질은 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713) 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이에서 분쇄되어 혼합물질의 입자가 미세화될 수 있다.
즉, 액체탱크(100) 내부의 액체는 전체적으로 순환하되, 상기 분쇄부재(700)의 상면, 즉 임펠러(200)의 축방향 압력이 감소하여 분쇄부재(700)의 상면의 개구부로 기본 액체 내의 혼합물질 입자가 유입되고, 임펠러(200)와 분쇄부재(700) 내주면 사이에서 혼합물질의 입자가 분쇄되어 혼합물질의 입자가 미세화된 후 분쇄부재(700) 외주면의 개구부로 방출되어 유체탱크(100) 내부의 교반 액체에 다시 섞이며 교반 대상 액체 내의 혼합물질의 균일도가 향상되는 과정이 반복될 수 있다.
이후, 분쇄된 혼합물질(120')은 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713)에 구비되는 원주면 개구부(723) 외부로 방출되어 액체탱크(100) 내 교반대상 액체와 다시 혼합될 수 있으며, 분쇄된 혼합물질(120')은 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713)에 구비되는 원주면 개구부(723) 외부로 방출되는 과정에서도 분쇄가 지속적으로 발생될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)의 측부에 구비되는 원주면부(713)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄부(210)에 구비되는 각각의 분쇄용 블레이드(211) 사이는 일정 간격으로 이격되어 구비될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 거리는 상기 교반대상 액체의 물성, 상기 분쇄용 블레이드(211)의 형상, 사이즈 및 회전 속도 등의 변수에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
바람직하게, 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 거리는 본 발명 액체 교반기가 적용되는 산업 분야에 따라 변경될 수 있으나, 대략 0.025 밀리미터(mm) 내지 0.5 밀리미터(mm) 범위 내에서 조절될 수 있다. 상기 이격 거리가 작을수록 상기 분쇄부재(700)와 상기 임펠러(200) 사이의 이격 공간에서 유속이 빨라지고 액체의 압력과 전단력이 증가하여 분쇄 효과가 증가할 수 있다.
그리고, 상기 분쇄부재(700)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 블레이드, 예를 들면 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 거리를 대략 0.025 밀리미터(mm) 내지 0.5 밀리미터(mm) 정도로 구성하는 경우에도, 임펠러의 빠른 회전에 따른 원주방향 압력 증가에 의하여 기본 액체 내에 혼입된 상기 혼합물질은 분쇄 과정에서 혼합물질의 입자가 50㎛ 내지 10㎚ 크기까지 분쇄될 수 있음이 확인되어, 20㎚ 이하의 입자 분쇄가 요구되는 의약품 중 점안액 약제 등의 경우까지 적용이 가능함을 확인할 수 있었다. 즉, 본 발명에 따른 액체 교반기의 경우, 상기 분쇄부재(700)의 내주면과 분쇄용 블레이드(211) 사이의 간격의 크기보다 더 미세한 크기로 혼합물질의 분쇄가 가능함을 확인하였다.
여기서, 상기 분쇄부재(700)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 거리는 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713)의 내주면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 거리 이외에도 상기 분쇄부재(700)의 상면부(711)의 내주면 사이의 거리를 포함하는 개념일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기는 상기 분쇄부재(700)와 상기 임펠러(200) 사이의 이격 공간에서 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211)의 회전 과정에서 발생되는 고압과 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(713) 내주면과 교반대상 액체 간의 마찰 및 충돌로 인한 고전단으로 인해 교반대상 액체의 혼합물질(120)의 입자를 미세하게 분쇄시켜 이를 액체탱크(100) 내부로 균일하게 분산될 수 있도록 한다.
도 7은 본 발명에 따른 액체 교반기를 사용한 경우의 실시예와 종래 소개된 액체 교반기를 사용한 경우의 비교예의 액체탱크 내부 교반 상태를 시간 경과에 따른 비교 이미지를 도시한다.
일반적으로, 식품 산업에서 빈번하게 사용되는 유화(Emulsifying) 공정은 층 분리(layer separation) 상태로 존재하는 소수성 용액과 친수성 용액을 혼합한 이후에 유화제를 투입하여 혼합용액 내 상기와 같은 층 분리가 발생하지 않도록 용해시키는 공정이다.
이러한 유화 공정에 있어서 본 발명에 따른 액체 교반기의 분산 우수성을 확인하기 위하여 동일한 유분과 수용액을 일정 부피비로 혼합하여 혼합용액을 제조한 다음 본 발명에 따른 액체 교반기와 종래 소개된 액체 교반기를 사용하여 각각의 혼합용액을 서로 교반시켰다.
여기서, 종래 소개된 액체 교반기는 임펠러(200)는 구비되지만 본 발명의 분쇄부재(700)를 미구비하는 액체 교반기다. 도 7에 도시된 바와 같이, 종래 소개된 액체 교반기를 사용한 경우 임펠러(200)의 회전에 따른 와류로 인해 유분 입자가 임펠러(200) 근방으로 유도되는 현상은 관찰되었으나 유분 입자의 분산 및 용해가 원활하지 않음을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 액체 교반기를 사용한 경우 고정된 분쇄부재(700) 내부 임펠러(200) 회전에 의한 와류로 인해 유분 입자가 분쇄부재(700) 상부로 유입되고 상기 유입된 유분 입자는 분쇄부재(700)와 임펠러(200) 사이의 고전단에 의하여 탄화 수소 연결 고리가 파괴되어 수용액 내부로 용해되고, 유분 입자의 입경이 더욱 미세화됨에 따라 유화제가 상기 유분 입자 내부로 빠르게 흡착되어 유화 공정에 소요되는 시간이 단축되고 혼합용액의 분산 우수성도 우수한 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기를 식품 산업의 유화 공정에 적용하는 경우 고체나 액체 상태의 용질 입자의 크기를 수십 마이크로미터 내지 수십 나노미터 수준으로 매우 미세하게 분쇄하여 용액 내부에 분산시킬 수 있으므로 혼합용액 내 유화제가 용질 입자의 표면에 부착하기가 용이하여 효율적인 용해 및 유화 공정이 수행 가능하도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예에 관하여 설명한다. 전술한 액체 교반기의 구성과 비교하여 동일한 부분의 설명은 생략하며 차이가 있는 부분을 중점적으로 설명한다.
도 8은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크에 설치된 상태를 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예에 의해 액체탱크 내부의 교반대상 액체가 교반되어 기포입자가 분쇄되는 상태를 도시한다.
본 발명에 따른 액체 교반기를 구성하는 액체탱크(100)가 세포 배양용 액체탱크 또는 식품 발효용 액체탱크인 경우 상기 액체탱크(100) 내부의 배양액 또는 발효액의 용존산소량 또는 기체의 용해도를 증가시키는 공정이 필수적으로 요구된다. 만약, 상기 액체탱크(100) 내부의 용존산소량이 감소하게 되면 배양 세포의 생장 속도가 감소하거나 세포가 죽거나 파괴되므로 생산 수율이 감소되고 부패 등으로 인한 안정성 문제 및 품질 저하가 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예는 상기 분쇄부재(700)의 상면에 파이프 연결부(760)를 구비하고, 상기 파이프 연결부(760)에 액체탱크(100) 외부에서 도입된 파이프 부재(900)를 연결하고 상기 파이프 부재(900)를 통해 액체의 혼합물질을 공급하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파이프 부재(900)로 공급되는 혼합물질은 산소 또는 산소를 포함하는 기체 등일 수 있다. 한편, 상기 상기 파이프 부재(900)로 공급되는 혼합물질은 기체로 제한되지 않고 상기 액체탱크(100)의 투입 전 입자의 미세화 공정 또는 유화 등이 필요한 용액을 공급하기 위해 사용될 수도 있다.
상기 파이프 부재(900)로 공급된 혼합물질은 분쇄부재(700) 내부의 임펠러(200) 회전에 의하여 분쇄부재(700)와 임펠러(200) 사이에서 미세한 기포 입자(130)로 분쇄되어 교반대상 액체로 분산될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기는 임펠러(200) 회전에 의해 상기 파이프 부재(900)로 공급된 혼합물질이 분쇄됨에 따라 기포 입자(130)의 크기가 최소화됨에 따라 상기 기포 입자(130)와 액체(110)의 접촉 단면적을 증가시켜 용존 산소량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 액체탱크(100) 내부에서 임펠러(200)의 회전에 의해 와류가 형성되고, 분쇄부재(700) 외부로 통과되는 기포 입자(130)가 상기 와류를 따라 회전함에 따라 상기 기포 입자(130)가 바로 수면으로 빠져나가지 않고 액체 내부에 비교적 장기간 체류할 수 있으므로 용존 산소량을 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예가 액체탱크로부터 분리된 상태를 도시한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예 역시 임펠러(200), 구동모터(300), 하우징(400), 로터(500), 웰딩플레이트(600) 및 분쇄부재(700)를 포함하여 구성되고, 상기 분쇄부재(700) 상면에 파이프 부재(900)가 연결되는 파이프 연결부(760)가 더 구비될 수 있다.
이 경우, 상기 분쇄부재(700) 상면에 교반대상 액체가 유입되기 위한 별도의 개구부는 생략될 수 있으며, 상기 분쇄부재(700) 측면에만 상기 분쇄부재(700) 내부에서 분쇄된 기포 입자가 유입 또는 방출되기 위한 개구부(720)가 형성될 수 있다.
상기 분쇄부재(700)의 혼합부(720)를 구성하는 복수 개의 혼합용 블레이드(721)는 회전에 의해 와류를 지속적으로 형성해줄 수 있으므로 상기 액체탱크(100) 하부 영역에서 산소 부족에 따른 데드존(dead zone)의 형성을 방지하거나 최소화할 수 있음은 마찬가지이다.
도 11은 본 발명에 따른 액체 교반기의 다른 실시예를 구성하는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태를 도시한다.
도 11(a)는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태의 외관 측면도를 도시하고, 도 11(b)는 분쇄부재가 임펠러 상부에 장착된 상태의 측단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 액체 교반기는 분쇄부재(700) 상면에 파이프 연결부(760)가 구비되고 상기 파이프 연결부(760)에 연결된 파이프 부재(900)를 통해 산소 등의 기체가 유입될 수 있다. 상기 유입된 산소 등의 기체는 상기 분쇄부재(700)의 원주면부(731) 내측면과 상기 임펠러(200)의 분쇄용 블레이드(211) 사이의 이격 공간을 통과하면서 미세한 크기의 기포 입자(130)로 분쇄될 수 있다.
이와 같이 미세한 크기로 분쇄된 상기 기포 입자(130)는 상기 분쇄부재(700)의 측면 개구부(720)로 방출되어 액체탱크(100) 내부의 교반대상 액체에 분산 및 용해되므로 교반대상 액체의 용존산소량이 증가될 수 있고, 이는 특히 배양 공정 및 발효 공정의 생산 수율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
100 : 액체탱크
200 : 임펠러
300 : 구동모터
400 : 하우징
500 : 로터
600 : 웰딩플레이트
700 : 분쇄부재
200 : 임펠러
300 : 구동모터
400 : 하우징
500 : 로터
600 : 웰딩플레이트
700 : 분쇄부재
Claims (13)
- 교반대상 액체가 수용되는 액체탱크에 장착되는 액체 교반기에 있어서,
복수 개의 블레이드 및 복수 개의 영구자석이 내부에 매립되어 구비되는 임펠러;
회전축이 구비되는 구동모터;
상기 구동모터의 회전축을 내부에 수용하며, 상기 구동모터에 장착되는 하우징;
상기 구동모터의 회전축 단부에 장착되고, 상기 임펠러를 자력에 의하여 회전시키기 위하여 구비되는 복수 개의 영구자석이 구비되는 로터;
상기 임펠러가 외측에 회전 가능하게 장착되고 내측에 상기 로터가 회전 가능하게 배치되는 구동공간이 구비되며 액체탱크 내측에 배치되는 구동부, 상기 하우징에 체결되는 체결부, 상기 구동부와 상기 체결부를 연결하고 상기 액체탱크에 형성된 개구부의 내주면과 그 외주면이 용접되어 접합 장착되는 웰딩부를 구비하는 웰딩플레이트;
상기 임펠러를 회전 가능하게 감싸도록 상기 웰딩플레이트에 체결되는 컵 형상의 커버부 및 상기 커버부 외주면 또는 상면에 교반대상 액체가 유입되거나 유입된 혼합물질의 입자가 분쇄되어 미세화된 후 방출되는 적어도 하나의 개구부가 구비된 분쇄부재;를 포함하고,
상기 분쇄부재의 상면에 파이프 연결부가 구비되고, 상기 파이프 연결부에 액체탱크 외부에서 도입된 파이프 부재가 연결되고 상기 파이프 부재를 통해 액체의 혼합물질이 공급되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 교반대상 액체가 수용되는 액체탱크에 장착되는 액체 교반기에 있어서,
복수 개의 블레이드 및 복수 개의 영구자석이 내부에 매립되어 구비되는 임펠러;
회전축이 구비되는 구동모터;
상기 구동모터의 회전축을 내부에 수용하며, 상기 구동모터에 장착되는 하우징;
상기 구동모터의 회전축 단부에 장착되고, 상기 임펠러를 자력에 의하여 회전시키기 위하여 구비되는 복수 개의 영구자석이 구비되는 로터;
상기 임펠러가 외측에 회전 가능하게 장착되고 내측에 상기 로터가 회전 가능하게 배치되는 구동공간이 구비되며 액체탱크 내측에 배치되는 구동부, 상기 하우징에 체결되는 체결부, 상기 구동부와 상기 체결부를 연결하고 상기 액체탱크에 형성된 개구부의 내주면과 그 외주면이 용접되어 접합 장착되는 웰딩부를 구비하는 웰딩플레이트;
상기 임펠러를 회전 가능하게 감싸도록 상기 웰딩플레이트에 체결되는 컵 형상의 커버부 및 상기 커버부 외주면 또는 상면에 교반대상 액체가 유입되거나 유입된 혼합물질의 입자가 분쇄되어 미세화된 후 방출되는 적어도 하나의 개구부가 구비된 분쇄부재;를 포함하고,
상기 분쇄부재 및 상기 임펠러를 상기 웰딩플레이트에 함께 체결하는 체결부재가 구비되고, 상기 임펠러는 상기 체결부재가 관통하되 상기 로터의 회전시 함께 회전 가능하게 구속되고, 상기 체결부재의 외주면과 상기 임펠러 내주면 사이에 상기 임펠러의 회전시 마찰 저감을 위한 부싱유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 액체는 베이스 액체와 상기 베이스 액체에 혼입된 혼합물질을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분쇄부재의 개구부로 유입된 상기 액체 내의 혼합물질은 상기 분쇄부재의 커버부 내주면과 상기 임펠러의 블레이드 사이에서 분쇄되어 미세화되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제4항에 있어서,
상기 분쇄부재의 내주면과 상기 임펠러의 블레이드 사이의 이격 거리는 0.025 밀리미터(mm) 내지 0.5 밀리미터(mm)로 구성되고, 상기 혼합물질은 50㎛ 내지 10㎚ 크기로 분쇄되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항에 있어서,
상기 분쇄부재 상면에 파이프 부재가 연결되는 파이프 연결부가 구비되는 경우 상기 분쇄부재의 상면에 별도의 개구부는 생략되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항에 있어서,
상기 혼합물질은 상기 분쇄부재 상면의 개구부 또는 상기 파이프 연결부로 유입되어 분쇄된 후 상기 분쇄부재 측면 개구부로 방출되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항에 있어서,
상기 파이프 부재로 공급되는 혼합물질은 산소 또는 산소를 포함하는 기체인 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제3항에 있어서,
상기 임펠러는 상부에 상기 분쇄부재 내에 수용되며 원주면에 절곡된 판재 형태의 복수 개의 분쇄용 블레이드가 구비되어 상기 분쇄부재 내부에서 상기 혼합물질을 잘게 분쇄하여 상기 베이스 액체와 혼합하는 분쇄부 및 상기 분쇄부 하부에 상기 분쇄부보다 외경이 증가되고 외주면에 경사진 판재 형태의 복수 개의 혼합용 블레이드가 구비되어 액체탱크 내의 액체를 혼합하는 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 분쇄부재 측면에 형성된 개구부는 원형 또는 장공형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제10항에 있어서,
상기 장공형 개구부는 상기 임펠러의 회전방향으로 절곡되어 화살표 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액체 교반기. - 제1항 또는 제2항의 액체 교반기; 및
상기 액체 교반기가 하부에 장착되는 액체탱크;를 포함하는 액체 교반 시스템.
- 삭제
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| GRNT | Written decision to grant |