KR200453473Y1 - 고압력 호모게나이저 - Google Patents

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KR200453473Y1 KR2020110001156U KR20110001156U KR200453473Y1 KR 200453473 Y1 KR200453473 Y1 KR 200453473Y1 KR 2020110001156 U KR2020110001156 U KR 2020110001156U KR 20110001156 U KR20110001156 U KR 20110001156U KR 200453473 Y1 KR200453473 Y1 KR 200453473Y1
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Abstract

본 고안은 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방시킴으로서 분사 모듈의 분사로 막힘 현상 발생으로 인한 생산성 저하, 재료 손실, 제품 오염, 비용 상승 등의 문제점을 해결하여 에멀션 생산의 안정성을 향상시킬 수 있는 고압력 호모게나이저에 관한 것으로서, 탱크와 분사 모듈이 연결관으로 연결되어지되 분지기에 의하여 분지된 제1연결관과 제2연결관이 분사 모듈 전,후의 제1배출관과 제2배출관 중간에 연결설치되며, 연결관 중간에 고압축 펌프가 연결되고, 제1배출관과 열교환기가 연결되며, 제1연결관과 제2연결관이 연결된 제1배출관과 제2배출관의 연결부분 좌,우 및 제1연결관과 제2연결관 중간에 고압밸브를 설치하여 정상 가동시에는 제2연결관에 설치된 고압밸브와 제2배출관 좌측에 설치된 고압밸브를 잠그고 나머지 고압밸브를 연 상태로 가동하고, 분사 모듈의 분사로가 막혔을 경우에는 제1연결관에 설치된 고압밸브와 제1배출관 우측에 설치된 고압밸브를 잠그고 나머지 고압밸브를 연 상태로 가동시켜 분사로를 개방시킨 후 다시 정상 모드로 전환하여 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방시킬 수 있다.

Description

고압력 호모게나이저{High pressure homogenizer}
본 고안은 물과 기름과 같이 혼합되지 않는 두 종류의 물질을 유화시켜 에멀션(emulsion)을 만들기 위한 고압력 호모게나이저에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방시킴으로서 분사 모듈의 분사로 막힘 현상 발생으로 인한 생산성 저하, 재료 손실, 제품 오염, 비용 상승 등의 문제점을 해결하여 에멀션 생산의 안정성을 향상시킬 수 있는 고압력 호모게나이저에 관한 것이다.
일반적으로 고압력 호모게나이저는 베르누이 정리의 원리를 이용하여 화장품이나 잉크 등의 원료인 에멀션을 생산하거나, 배양된 미생물의 세포벽을 파괴시키는 용도로 많이 사용되는 장치다.
일반적인 고압력 호모게나이저(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 혼합된 유체를 저장하기 위한 탱크(20)와 상기 탱크로부터 유입되는 유체에 높은 압력을 가하기 위한 고압축 펌프(30)와 상기 고압축 펌프에 의한 압력으로 유체를 분사로로 통과시켜 나노 사이즈로 자른 후 유화되도록 하는 분사 모듈(50)과 상기 분사 모듈을 통과한 유체의 냉각시키기 위한 열교환기(60)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 고압력 호모게나이저(10)의 작용을 물과 기름의 예로써 설명하면 다음과 같다. 즉, 물과 기름을 교반하여 혼합한 혼합물을 탱크(20)에 저장한 다음, 물과 기름의 혼합물은 분사 모듈(50) 방향으로 이동하다가 고압축 펌프(30)에 의해 큰 압력을 받으면서 분사 모듈(50)의 분사로를 통과하게 된다. 이때, 상술한 베르누이 원리에 의해 물과 기름이 혼합된 유체가 매우 좁은 분사로를 매우 빠른 속도로 통과하는 과정에서 물과 기름에 전단력이 작용하여 각각 나노 사이즈로 잘게 부서지면서 뭉쳐있는 분자의 연결구조가 끊어지고, 이후 유체가 분사로를 완전히 통과하고 나면 넓은 통로에서 속도가 늦어지면서 다시 높은 압력에 의해 끊어진 물과 기름 분자들 간에 서로 뭉쳐 에멀션이 생산되는 것이다.
상기 고압력 호모게나이저(10)의 핵심 부품으로써 종래 분사 모듈(50)은 도 2에 도시된 바와 같이 중앙이 관통된 원통형 실린더(52)와 상기 실린더의 중간에 결합되어 분사로를 형성하는 전후 한 쌍의 노즐 블록(54a, 54b)으로 구성되는데, 이와 같은 종래 전후 노즐 블록(54a, 54b)은 각각 서로 반대 방향으로 편심된 구멍(56a, 56b)을 뚫은 상태에서 서로 밀착하는 단면에 상기 전후 구멍으로 연결되는 직경 80~100㎛의 가는 홈(58a, 58b)을 가공한 후 마주하게 결합하여 분사로를 형성하게 된다.
그러나, 상기의 분사 모듈(50)에 의하면 상기 분사로가 유체의 흐름에 의해 쉽게 깨지면서 에멀션 생산의 안정성이 저하될 뿐만 아니라, 한 번의 분사에 의해서는 에멀션의 생산성이 저하되기 때문에 이를 보완하기 위한 방법으로 도 1에 도시된 바와 같이 분사로의 직경이 200㎛ 내외인 보조 분사 모듈을 더 구비해야 하는 비용적 부담이 발생한다. 아울러, 상기 분사로를 형성하기 위한 80 ~ 100㎛의 가는 홈을 레이저로 가공함에 따라 홈의 표면이 매우 거칠어 유체의 원활한 흐름이 어려울 뿐만 아니라, 분사로의 방향이 유체의 흐름 방향으로부터 직각으로 절곡되기 때문에 유체의 안정적인 흐름을 위해서 필요 이상의 높은 압력이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안자는 새로운 분사 모듈을 개발하여 특허출원 제2008-83130호로 출원한 바 있고, 다양한 분사 모듈을 개발하기 위한 시도가 이루어지고 있다.
한편, 일반적으로 고압력 호모게나이저(10)를 사용할 경우 유체에 입도가 상대적으로 큰 물질이 함유되어 있거나 유체의 점도가 높은 경우 등과 같은 다양한 원인에 의하여 분사 모듈의 분사로가 종종 막히는 경우가 발생한다. 분사 모듈의 분사로가 막히게 되면 분사 모듈 전체를 분해하여 세척한 후 재조립하거나 분사 모듈을 분리하여 역방향으로 조립하고 가동하여 막힌 분사로를 개방시키는 방법이 사용되지만, 막힌 분사로를 개방시키기 위하여 수행중인 공정을 중지시켜야 하기 때문에 생산성이 저하되고, 분사 모듈 분리 및 분해시에 배관 중간에 있는 유체가 밖으로 흐르거나 분출되어 기기 자체를 오염시킬 뿐만 아니라 주변 환경을 오염시키는 문제가 있으며, 분사 모듈 분리 및 분해와 조립을 행하여야 하기 때문에 번거롭고 시간이 많이 소요되며 불필요하게 인력이 필요하게 되는 단점이 있다.
뿐만 아니라, 막힌 분사로를 개방시키기 위하여 수행중인 공정을 중지시킬 경우 분사 모듈, 배관 중간에 있는 유체가 손실되고, 반복적인 분사 모듈의 분리 및 분해로 인하여 기기의 손상을 초래하는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안의 목적은 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방시킴으로서 분사 모듈의 분사로 막힘 현상 발생으로 인한 생산성 저하, 재료 손실, 제품 오염, 비용 상승 등의 문제점을 해결하여 에멀션 생산의 안정성을 향상시킬 수 있는 고압력 호모게나이저를 제공하는 데 있다.
본 고안의 다른 목적은 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방시킬 수 있는 고압력 호모게나이저의 구조를 제공하는 데 있다.
상기 목적들 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 또 다른 목적을 용이하게 달성하기 위하여 본 고안에서는 혼합된 유체를 저장하기 위한 탱크, 상기 탱크에 저장된 유체를 고압으로 순환시키기 위한 고압축 펌프, 상기 고압축 펌프에 의한 압력으로 유체를 분사로로 통과시켜 나노 사이즈로 자른 후 유화되도록 하는 분사 모듈과 상기 분사 모듈을 통과한 유체를 냉각시키기 위한 열교환기가 고압력 관으로 연결 구성되는 고압력 호모게나이저에 있어서, 탱크와 분사 모듈이 연결관으로 연결되어지되 분지기에 의하여 분지된 제1연결관과 제2연결관이 분사 모듈 전,후의 제1배출관과 제2배출관 중간에 연결설치되며, 연결관 중간에 고압축 펌프가 연결되고, 제1배출관과 열교환기가 연결되며, 제1연결관과 제2연결관이 연결된 제1배출관과 제2배출관의 연결부분 좌,우 및 제1연결관과 제2연결관 중간에 고압밸브를 설치하여 정상 가동시에는 제2연결관에 설치된 고압밸브와 제2배출관 좌측에 설치된 고압밸브를 잠그고 나머지 고압밸브를 연 상태로 가동하고, 분사 모듈의 분사로가 막혔을 경우에는 제1연결관에 설치된 고압밸브와 제1배출관 우측에 설치된 고압밸브를 잠그고 나머지 고압밸브를 연 상태로 가동시켜 분사로를 개방시킨 후 다시 정상 모드로 전환함으로써 막힌 분사 모듈의 분사로를 용이하게 개방 가능하여 분사 모듈의 분사로 막힘 현상 발생으로 인한 생산성 저하, 재료 손실, 제품 오염, 비용 상승 등의 문제점을 해결하여 에멀션 생산의 안정성을 향상시킬 수 있었다.
본 고안의 고압력 호모게나이저를 이용함으로써 분사 모듈의 분사로가 막혔을 경우 이를 용이하게 개방 가능하여 분사 모듈의 분사로 막힘 현상 발생으로 인한 생산성 저하, 재료 손실, 제품 오염, 비용 상승 등의 문제점을 해결하여 에멀션 생산의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있었다.
도 1은 종래 고압력 호모게나이저의 일례를 도시한 사시도이고,
도 2는 종래 고압력 호모게나이저용 분사 모듈의 일례를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 사시도이고,
도 4는 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 요부 발췌 사시도이며,
도 5는 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 작동 상태를 나타내는 개념도이다.
본 고안을 첨부된 도면에 의거 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3은 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 요부 발췌 사시도이며, 도 5는 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저의 작동 상태를 나타내는 개념도이다.
본 고안의 고압력 호모게나이저(100)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 혼합된 유체를 저장하기 위한 탱크(110), 상기 탱크(110)에 저장된 유체를 고압으로 순환시키기 위한 고압축 펌프(120), 상기 고압축 펌프(120)에 의한 압력으로 유체를 분사로로 통과시켜 나노 사이즈로 자른 후 유화되도록 하는 분사 모듈(130)과 상기 분사 모듈(130)을 통과한 유체를 냉각시키기 위한 열교환기(140)가 고압력 관으로 연결 구성되는 고압력 호모게나이저(100)에 있어서, 탱크(110)와 분사 모듈(130)이 연결관(111)으로 연결되어지되 분지기(112)에 의하여 분지된 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 분사 모듈(130) 전,후의 제1배출관(131)과 제2배출관(132) 중간에 연결설치되며, 연결관(111) 중간에 고압축 펌프(120)가 연결되고, 제1배출관(131)과 열교환기(140)가 연결되며, 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 연결된 제1배출관(131)과 제2배출관(132)의 연결부분 좌,우 및 제1연결관(113)과 제2연결관(114) 중간에 고압밸브(150, 151, 152, 153)를 설치하여 구성한 것으로 특징지워진다.
일반적으로 고압력 호모게나이저(100)는 혼합된 유체를 저장하기 위한 탱크(110), 상기 탱크(110)에 저장된 유체를 고압으로 순환시키기 위한 고압축 펌프(120), 상기 고압축 펌프(120)에 의한 압력으로 유체를 분사로로 통과시켜 나노 사이즈로 자른 후 유화되도록 하는 분사 모듈(130)과 상기 분사 모듈(130)을 통과한 유체를 냉각시키기 위한 열교환기(140)가 고압력 관으로 연결 구성된다.
그러나, 본 고안에서는 탱크(110)와 분사 모듈(130)이 연결관(111)으로 연결되어지되 분지기(112)에 의하여 분지된 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 분사 모듈(130) 전,후의 제1배출관(131)과 제2배출관(132) 중간에 연결설치되도록 한다.
즉, 탱크(110)로부터 분사 모듈(130)로 유체가 고압으로 이송되도록 하되 분사 모듈(130)의 정방향 또는 역방향으로 유체가 이송되게 할 수 있도록 연결관(111)을 연결하기 위하여 연결관(111)을 분지기(112)로 분지하고, 분지기(112)와 연결되는 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 분사 모듈(130) 전,후의 제1배출관(131)과 제2배출관(132) 중간에 연결설치되도록 한다.
이때, 연결관(111) 중간에 고압축 펌프(120)가 연결 구성되도록 한다.
한편, 상기 제1배출관(131)은 열교환기(140)와 연결되며, 열교환기(140)를 통과한 유체는 열교환기(140)의 상부에 연결설치된 배출호스(141)를 통하여 저장 용기(미도시)에 에멀션 상태로 저장된다. 상기 열교환기(140)의 일측 하단에는 냉각매체 유입구(142)가 구비되고, 타측 상단에는 냉각매체 배출구(143)가 구비된다.
또한, 상기 제2배출관(131)은 중간에 연결된 제1연결관(113)에 의하여 탱크(110)와 연결 구성되고, 분사 모듈(130)과 연결되지 않은 타단은 개방된 상태로유지된다.
그리고, 상기 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 연결된 제1배출관(131)과 제2배출관(132)의 연결부분 좌,우 및 제1연결관(113)과 제2연결관(114) 중간에 고압밸브(150, 151, 152, 153)가 설치된다. 즉, 상기 제1연결관(113) 중간에는 고압밸브(150)가, 제2연결관(114) 중간에는 고압밸브(151)가 설치되며, 제1연결관(113)과 연결된 제2배출관(132)의 연결부분 좌측에는 고압밸브(152)가, 제2연결관(114)과 연결된 제1배출관(131)의 연결부분 우측에는 고압밸브(153)가 설치된다.
한편, 본 고안의 고압력 호모게나이저(100)에는 내부의 압력을 측정하기 위한 압력게이지(160)가 설치되며, 제1연결관(113)과 제2배출관(132)이 연결되는 부분에 설치되는 것이 특히 바람직하다.
뿐만 아니라, 본 고안의 고압력 호모게나이저(100)에는 각종 측정 및 제어수단이 부가 설치될 수 있음은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 유추할 수 있는 것이다.
또한, 본 고안의 고압력 호모게나이저(100)의 구성 부품들은 60,000psi 이상의 압력에서도 견딜 수 있는 재질로 제조되는 것이 바람직하며, 모든 연결부분도 60,000psi 이상의 압력에서도 견딜 수 있게 연결되어야 한다.
본 고안의 고압력 호모게나이저(100)는 물과 기름을 유화시켜 에멀션을 얻는 것은 물론, 화장품이나 잉크와 같이 물과 함께 수소성의 원료를 유화시키는 용도로도 적용 가능하다. 뿐만 아니라, 배양된 미생물의 세포벽을 파괴시켜 여러 가지 원료를 얻고자 할 때에도 사용 가능하다.
상기와 같이 구성되는 본 고안에 따른 고압력 호모게나이저(100)의 작동 상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이 탱크(100)에 원료물질을 투입한 후, 고압밸브(151, 152)를 닫은 상태에서 고압밸브(150, 153)를 개방하고 고압축 펌프(120)를 가동하여 탱크(100)내의 유체가 분사 모듈(130)을 통과되도록 하고, 유체가 고압이 가해지면서 발생한 열을 제거하기 위하여 열교환기(140)를 통과시켜 저장 용기에 담아 에멀션을 제조한다.
상기와 같은 동작 중에 분사 모듈(130)이 막힌 것으로 판단될 때 고압축 펌프(120)의 가동을 중지하고, 고압밸브(150, 153)를 닫고 고압밸브(151, 152)를 개방한 후, 역방향으로 고압이 가하여지도록 고압축 펌프(120)를 가동하여 막혀있는 분사 모듈(130)이 개방되도록 한 다음, 역방향으로 이송되는 유체가 또다시 분사 모듈(130)을 막는 것을 방지하기 위하여 제2배출관(132)을 통하여 외부로 완전히 배출시켜 폐기한다.
막힌 분사 모듈(130)이 완전히 개방되면 다시 고압밸브(151, 152)를 닫고 고압밸브(150, 153)를 개방하여 정상적인 작동이 이루어지도록 한다.
한편, 본 고안의 고압력 호모게나이저(100)는 미사용시에 고압밸브(152, 153)을 닫아서 먼지 등의 이물질이 장비 내부로 유입되는 것을 방지하지만 기기의 작동 초기에 기기 내부가 오염될 수도 있으므로 고압밸브의 개폐조작을 통하여 세정작업을 할 수도 있다.
즉, 도 5b에 도시된 바와 같이 탱크(100)에 원료물질을 투입한 후, 고압밸브(151, 153)를 닫은 상태에서 고압밸브(150, 152)를 개방하고 고압축 펌프(120)를 가동하여 좌측 라인을 세정하고, 좌측 라인의 세정이 완료된 후에는 고압밸브(150, 152)를 닫고 고압밸브(151, 153)를 개방하여 우측 라인을 세정할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 고안은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 고압력 호모게나이저 110 : 탱크
111 : 연결관 112 : 분지기
113 : 제1연결관 114 : 제2연결관
120 : 고압축 펌프 130 : 분사 모듈
131 : 제1배출관 132 : 제2배출관
140 : 열교환기 150, 151, 152, 153 : 고압밸브

Claims (1)

  1. 혼합된 유체를 저장하기 위한 탱크(110), 상기 탱크(110)에 저장된 유체를 고압으로 순환시키기 위한 고압축 펌프(120), 상기 고압축 펌프(120)에 의한 압력으로 유체를 분사로로 통과시켜 나노 사이즈로 자른 후 유화되도록 하는 분사 모듈(130)과 상기 분사 모듈(130)을 통과한 유체를 냉각시키기 위한 열교환기(140)가 고압력 관으로 연결 구성되는 고압력 호모게나이저(100)에 있어서, 탱크(110)와 분사 모듈(130)이 연결관(111)으로 연결되어지되 분지기(112)에 의하여 분지된 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 분사 모듈(130) 전,후의 제1배출관(131)과 제2배출관(132) 중간에 연결설치되며, 연결관(111) 중간에 고압축 펌프(120)가 연결되고, 제1배출관(131)과 열교환기(140)가 연결되며, 제1연결관(113)과 제2연결관(114)이 연결된 제1배출관(131)과 제2배출관(132)의 연결부분 좌,우 및 제1연결관(113)과 제2연결관(114) 중간에 고압밸브(150, 151, 152, 153)를 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 고압력 호모게나이저.
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