KR100479576B1 - 액적 수취장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원하는 수량의 액적을 수집하기 위한 장치에 관한 것으로, 일정 직경이며 등간격인 액적을 발생시키는 액적발생기와; 상기 액적발생기로부터 발생되는 액적을 선택적으로 통과시키는 액적분리장치와; 상기 액적발생기와 액적분리장치를 제어하는 제어부를 가지고 있다.

상기 액적발생기는 액체시료가 이동하는 액체이동통로와, 상기 액체이동통로를 통해 시료를 공급받는 노즐, 압전소자에 의해 시료를 동일직경, 등간격의 액적으로 발생시키는 압전소자액적발생기를 가지고 있다.

상기 액적분리장치는 액적을 통과시키기 위한 슬릿을 가진 액적분리판과; 상기 액적분리판을 고속으로 이동시키는 액추에이터와; 상기 액추에이터를 제어하는 솔레노이드밸브를 가지고 있다.

상기 제어부는 상기 압전소자발생기에 전기신호를 공급하는 함수발생기와; 상기 솔레노이드밸브의 구동타이밍을 제어하는 타임딜레이제너레이터를 가지고 있다.

Description

액적 수취장치 {apparatus for getting a desired number of droplets}

본 발명은 액적 수취장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 원하는 수량의 액적을 분리해 내기 위한 장치에 관한 것이다.

의료분야, 화학실험 등에서 시약을 공급하는 기존의 방법은 뷰렛, 피펫 등을 사용하여 공급하는 것이 일반적인 방법이다. 그러나 이러한 방법은 공급하는 시약의 양이 정밀하게 조절되지 못하기 때문에, 실험 시에 오차를 발생시키는 요인이 된다.

또한 액체상태의 재료를 액적(液適)상태로 변화시켜 분무 및 연소실험을 하는 경우에도, 작은 액적을 필요한 수량만큼 공급하는 것은 실험의 중요한 요구사항이 됨에도 불구하고, 원하는 양의 액적을 발생시키는 장치는 제공되고 있지 않다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 이르는 작은 액적을 필요한 수량만큼 분리하여 공급할 수 있는 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 기타 다른 목적이나 효과는 발명의 상세한 설명과 첨부된 도면을 통해 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 일정 직경이며 등간격인 액적을 발생시키는 액적발생기와; 상기 액적발생기로부터 발생되는 액적을 선택적으로 통과시키는 액적분리장치와; 상기 액적발생기와 액적분리장치를 제어하는 제어부를 가지고 있다.

상기 액적발생기는 액체시료가 이동하는 액체이동통로와, 상기 액체이동통로를 통해 시료를 공급받는 노즐과, 상기 노즐을 통과하는 시료에 압전소자가 작용하여 시료를 등간격, 동일직경의 액적으로 변환시키는 압전소자 발생기를 가지고 있다.

상기 액적분리장치는 액적을 통과시키기 위한 슬릿을 가진 액적분리판과; 상기 액적분리판을 고속으로 이동시키는 액추에이터와; 상기 액추에이터를 제어하는 솔레노이드밸브를 가지고 있다.

상기 제어부는 상기 압전소자발생기에 전기신호를 공급하는 함수발생기와; 상기 솔레노이드밸브의 구동을 제어하는 타임딜레이제너레이터를 가지고 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하겠다.

액주의 분열현상은 여러 가지가 있지만, 본 발명에서 발생시키고자 하는 액적의 형태는 도 1에 해당하는 것이다. 도 1과 같은 형태의 액적은 분사압력이 약간 높은 조건(1기압∼3기압)에서 나타나며, 노즐 출구(n)에서 액주(c)형태가 나타내고, 노즐과 멀리 떨어질 경우에는 액적(s)의 형태가 나타나게 된다. 이러한 현상은 레일리(Rayleigh) 불안정 현상에 따른 액주의 분열현상(break up)으로서, 액주 내부의 관성력과 액주의 표면장력에 의해 나타난다. 이 때 액적의 직경은 대체로 노즐 직경의 1.89배가 되는 것으로 알려져 있다.

또한 이러한 액적을 발생시키는 장치는 압전물질을 사용하지 않아도 어느 정도의 일정한 직경을 갖는 액적을 발생시키는 것이 가능하나, 압전물질을 사용하면 일정직경으로 액적을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라 등간격으로 액적을 발생시킬 수 있다는 것이 이미 알려져 있다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예의 개략 사시도이고, 본 발명은 일정 직경이며 등간격으로 액적을 발생시킬 수 있는 액적발생기(10)와, 이 액적발생기(10)로부터 생성되는 액적을 선택적으로 통과시킬 수 있는 액적분리장치(20)와, 상기 액적발생기(10)와 액적분리장치(20)를 제어하는 제어부(30)를 가지고 있다. 본 발명은 우측에 위치한 액적발생기(10)에서 좌측방향으로 액적을 발생시키고, 발생된 액적은 좌측방향으로 이동하는 과정 중에 액적분리장치(20)에 의해 발생된 액적 중 일부분이 슬릿(29)을 통과하게 하는 장치이다. 도시된 도면은 액적발생기(10)와 액적분리장치(20)의 거리가 멀게 도시되어 있지만, 이는 좀더 자세히 설명하기 위해 개략적으로 도시한 것이고, 실제로는 발생되는 액적의 크기가 수 마이크로미터에서 수백 마이크로미터에 불과하기 때문에 액적발생기(10)와 액적분리장치(20)의 거리는 매우 가깝다. 또한 본 발명에서는 액적발생기(10)에 의해서 발생되는 액적이 좌우방향으로 이동하지만, 액적발생기(10)를 상부에 위치하게 하여 액적이 자유낙하에 의해 상하방향으로 이동하게 할 수도 있다.

상기 제어부(30)는 전기적인 신호를 공급하여 액적발생기(10)를 작동시키는 함수발생기(32)와, 전기적인 신호를 공급하여 후술하는 솔레노이드밸브(22)에 공급되는 전력 스위칭 신호의 시간지연을 제어하는 타임딜레이제너레이터(34)를 가지고 있다.

도 3은 도 2 중 액적발생기를 개략적으로 도시한 정면도이다.

액적발생기(10)는 액체시료가 이동하는 액체이동통로(12)와, 이 액체이동통로(12)를 통해 이동된 액체를 액적으로 만드는 노즐(14)과, 함수발생기(32)신호에 의해 압전현상을 일으키는 압전소자발생기(10)를 가지고 있다.

상기 압전소자발생기(10)는 상판(42)과, 하판(44)과, 이들 사이에 위치하는 압전소자(46)로 이루어져 있고, 상판(42)과 하판(44)에 가해지는 함수발생기(32)의 전기적인 신호에 의해 압전소자(46)는 압전변위를 발생시키게 된다. 이 압전소자(46)는 상기 노즐(14)과 함께 일정한 크기이며, 등간격인 액적을 발생시키게 된다. 이러한 구조를 가지는 압전소자발생기(10)는 주로 잉크젯 프린터헤드에 주로 사용되고 있기 때문에 구조에 대한 자세한 설명을 생략하기로 한다.

참고로 이 압전소자발생기(10)에 생성되는 액적의 직경(d)과 관련된 식은 이며, 여기서 Q=액체공급유량, f는 주파수이고, Rayleigh 불안정성 이론에 따른 최적의 주파수관계식은 이며, 는 노즐직경, 는 액주속도,은 최대의 교란을 일으키는 파장이다. 도 4는 도 2 중 액적분리장치의 사시도이다.

액적분리장치(20)는 액적을 통과시킬 수 있는 슬릿(29)이 형성된 액적분리판(26)과, 이 액적분리판(26)을 이동시키는 액추에이터(24)와, 액추에이터(24)를 제어하는 솔레노이드밸브(22)를 가지고 있다. 액적분리판(26)과 액추에이터(24)는 축(28)에 의해 결합되어 있고, 액추에이터(24)는 전기적인 신호에 의해 기계적인 변위를 일으키는 기기를 말하는 것으로, 이는 통상의 기기이므로 설명을 생략하기로 한다. 또한 상기 솔레노이드밸브(22)는 전기적인 신호에 의해 매우 빠르게 변위를 일으키는 장치로 전자제어에 이용되는 통상의 장치이므로 이 역시 설명을 생략하기로 한다. 그리고 상기 액적분리판(26)은 액추에이터(24)에 의해 이동되기 전에 액적이 액적분리판(26)과 부딪히는 곳에 위치하는 홈(27)을 가지고 있으며, 이 홈(27)의 역할은 본 장치가 작동하기 전에 발생되는 액적을 하방으로 떨어뜨려 모으기 위함이다.

이하 본 발명에 따른 작동방법을 도 2를 중심으로 도 5a와, 도 5b를 참조하여 보다 상세하게 설명하겠다.

먼저 함수발생기(32)에서 생성된 전기적인 신호는 액적발생기(10)로 보내지고, 액적발생기(10)는 이 전기적인 신호에 의해 압전소자를 작동시키며, 이 압전소자는 등간격이며, 균일한 크기의 액적(도 3의 100)을 생성시킨다. 이와 같이 생성된 액적(100)은 노즐(도 3의 14)을 통과하며 1기압에서 3기압 사이의 압력으로 방출되게 되고, 이 액적(100)은 정지해 있는 액적분리판(26)의 홈(27)에 부딪혀서 아래로 떨어진다. 이를 도시한 도면이 도 5a다.

한편, 균일한 액적(100)이 발생되면, 타임딜레이제너레이터(34)는 전기적인 신호를 솔레노이드밸브(22)에 보내게 되고, 이 신호가 솔레노이드밸브 작동에 필요한 전력을 스위칭하는 역할을 하게 되며, 솔레노이드밸브(22)는 액추에이터(24)를 제어하게 된다. 이 액추에이터(24)는 솔레노이드와 직결되어 있으므로 솔레노이드밸브(22)의 고속 변위에 의해 축(28)의 이동속도와 거리를 제어하게 되고, 이 축(28)과 결합되어 있는 액적분리판(26)은 축(28)과 함께 이송되게 된다. 이와 같은 이송 중에도 액적발생기(10)는 액적을 연속적으로 발생시키고 있고, 이 액적 중 일부는 상기와 같이 액추에이터(24)에 의해 이송되는 액적분리판(26)의 슬릿(29)을 통과하게 된다. 이를 도시한 도면이 도 5b다

상기와 같은 과정을 통하여 액적(도 5b의 100)은 액적분리판(26)의 슬릿(29)을 통과하게 되고, 타임딜레이제너레이터(34)의 신호에 의해 액추에이터(24)의 이동속도 및 타이밍이 결정되므로, 타임딜레이제너레이터(34)를 제어하여 원하는 수량의 액적(100)을 분리할 수 있게 된다. 원하는 액적의 수량을 얻기 위해서는 타임딜레이제너레이터(도 1의 34), 솔레노이드밸브(22), 액적분리판(26)의 슬릿(29) 크기, 액적분리판(26)의 질량등이 변수로 작용할 수 있으며, 이는 실험을 통하여 보정될 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시이며 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 이 분야의 통상의 기술자에 의한 다양한 변화와 변형이 가능할 것이나, 이러한 변화와 변형은 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 청구범위를 통해 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 액적분리장치는 고속으로 이동하는 액적분리판의 슬릿을 통하여 정밀한 정확도를 가지는 액적의 수량을 분리해 낼 수 있으며, 이는 의료 및 화학분야에서 그 유용성이 넓다. 또한 이는 액적분열현상을 고찰하기 위한 연구와 연소실험 등과 같이 기초 공학의 실험에 이용될 수 있다.

도 1은 액주의 분열현상에 관한 개략도

도 2는 본 발명에 따른 실시예로서 액적 수취장치의 개략 사시도

도 3은 도 2의 장치 중 액적발생기의 개략 정면도

도 4는 도 2의 장치 중 액적분리장치의 개략 사시도

도 5a와 5b는 본 발명에 따른 재료공급장치의 작동관계를 순서대로 설명하기 위한 작동도

*도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 : 액적발생기 20 : 액적분리장치

30 : 제어부

Claims (2)

1. 일정 직경이며 등간격인 액적을 발생시키는 액적발생기와;

   상기 액적발생기로부터 발생되는 액적을 선택적으로 통과시키는 액적분리장치와;

   상기 액적발생기와 액적분리장치를 제어하는 제어부

   를 포함하는 액적 수취장치
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 액적분리장치는 액적을 통과시키기 위한 슬릿을 가진 액적분리판과;

   상기 액적분리판을 고속으로 이동시키는 액추에이터와;

   상기 액추에이터를 제어하는 솔레노이드밸브

   를 포함하는 액적 수취장치