KR100532131B1 - Fluid resistor device using fluid resistor units and, its applications to flow controller, fluid mixer, flow dividers - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미소 유로 내에서 미소 유체의 유동 또는 유압 저항을 조절하는 유체저항소자와, 이 유체저항소자를 이용한 유체의 유량/유압 조절장치와, 유체의 유량/유압 조절장치를 이용한 유체 혼합기 및 유체 분배기에 관한 것이다.The present invention provides a fluid resistance element for controlling the flow or hydraulic resistance of a micro fluid in a micro flow path, a fluid flow rate / hydraulic pressure regulating device using the fluid resistance element, a fluid mixer and fluid using the fluid flow rate / hydraulic pressure regulating device. Relates to a distributor.
본 발명에 따른 유체저항소자는, 유로의 폭을 변형하거나 유로 내부에 기하학적인 구조물을 제작하여 단위유체저항요소를 형성하고, 입측유로와 출측유로 사이에 다수의 단위유체저항요소를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결하여, 유체의 전체유동저항을 결정한다. 그리고, 이 유체저항소자의 선단에 유체를 일정한 압력 또는 유량 혹은 맥동하는 압력 또는 유량을 공급하는 유체 공급기를 설치하여 유체의 유량/유압 조절기를 구성한다. 그리고, 이 다수의 유량/유압 조절기를 이용하여 유체 혼합기 및 유체 분배기를 구성한다.In the fluid resistance element according to the present invention, the unit fluid resistance element is formed by modifying the width of the flow path or manufacturing a geometric structure inside the flow path, and a plurality of unit fluid resistance elements are connected in series and in parallel between the entry flow path and the exit flow path. Or in series-parallel mixing to determine the total flow resistance of the fluid. A fluid supply for supplying a constant pressure or flow rate or a pulsating pressure or flow rate is provided at the tip of the fluid resistance element to form a flow rate / hydraulic regulator of the fluid. Then, the plurality of flow rate / hydraulic regulators are used to construct the fluid mixer and the fluid distributor.
Description
본 발명은 미소 유로 내에서 미소 유체의 유동 또는 유압 저항을 조절하는 유체저항소자와, 이 유체저항소자를 이용한 유체의 유량/유압 조절장치와, 유체의 유량/유압 조절장치를 이용한 유체 혼합기 및 유체 분배기에 관한 것이다.The present invention provides a fluid resistance element for controlling the flow or hydraulic resistance of a micro fluid in a micro flow path, a fluid flow rate / hydraulic pressure regulating device using the fluid resistance element, a fluid mixer and fluid using the fluid flow rate / hydraulic pressure regulating device. Relates to a distributor.
최근 미소 생체 시료 주입기, 미소 분석기 등에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 응용 분야에서는 nl 또는 ㎕ 정도의 소량의 유체를 정밀하게 제어하는 것이 요구된다. 상기 요구를 만족시키기 위해서는 유동저항을 정확하게 조절할 필요가 있다.Recently, interest in microbial sample injectors, microanalyzers, and the like has increased. These applications require precise control of small amounts of fluid, such as nl or μl. In order to meet the demand, it is necessary to precisely adjust the flow resistance.
종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 유체의 유동저항을 조절하기 위하여 동일 깊이를 가진 유로의 폭을 조절하는 방법을 이용하였다.In the related art, in order to control the flow resistance of a fluid as shown in FIG. 1, a method of adjusting the width of a flow path having the same depth is used.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 유체의 유동저항을 조절하는 방법은 유로(30) 사이에 서로 다른 유체저항요소(40, 41)를 사용한다. 이와 같은 구성을 가진 미소 유량/유압 조절기는 유량/유압을 정해진 양으로 조절하기 위하여 유로 내의 유체저항요소의 단면적을 변화시킨다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 동일 깊이의 유체 저항부의 폭을 증감하여 유동저항을 조절한다.Referring to FIG. 1, a method for adjusting the flow resistance of a fluid according to the related art uses different fluid resistance elements 40 and 41 between flow paths 30. The micro flow rate / hydraulic regulator having such a configuration changes the cross-sectional area of the fluid resistance element in the flow path in order to adjust the flow rate / hydraulic pressure by a predetermined amount. That is, as shown in FIG. 1, the flow resistance is adjusted by increasing or decreasing the width of the fluid resistance portion having the same depth.
그러나, 이러한 방법은 일반적으로 유동 또는 유압 저항이 유로의 단면적과 선형적인 관계가 아니기 때문에 유로의 단면적을 조절하여 원하는 수준의 유량 또는 압력을 조절하기에 상당한 어려움이 따른다.However, these methods generally present significant difficulties in controlling the flow rate or pressure at a desired level by adjusting the cross-sectional area of the flow path since the flow or hydraulic resistance is not linearly related to the cross-sectional area of the flow path.
또한, 특정 유량 또는 압력에 맞추어 유체저항요소를 설계하더라도 제작 과정에서 가공 오차가 발생하게 되어 전체 유체시스템 내에 유량 또는 압력의 정확성과 동일 유체시스템 간의 균질성을 유지하는데 어려움이 따른다.In addition, even if the fluid resistance element is designed according to a specific flow rate or pressure, processing error occurs during the manufacturing process, there is a difficulty in maintaining the homogeneity between the same fluid system and the accuracy of the flow rate or pressure in the entire fluid system.
종래 기술을 살펴보면, 다음과 같은 것들이 있다.Looking at the prior art, there are the following.
먼저, 미국특허(US 5849367) 'Micromachined Fluid Handling Devices'는 미소펌프, 밸브, 유량조절기를 이용하여 미소유체의 유동을 조절하는 방법이다. 본 선행특허의 유량조절기는 박막을 이용하여 유로의 단면적을 조절하는 방법이다. 이 경우 박막의 동작 특성상, 반복도와 선형성이 떨어져서 유량 및 유동저항의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.First, US Patent (US 5849367) 'Micromachined Fluid Handling Devices' is a method of controlling the flow of microfluids using a micropump, a valve and a flow regulator. The flow regulator of the prior patent is a method for adjusting the cross-sectional area of the flow path using a thin film. In this case, there is a problem in that the accuracy of the flow rate and the flow resistance is lowered due to the poor repeatability and linearity due to the operation characteristics of the thin film.
미국 특허(US 6296020) 'Fluid Circuit Components based upon Passive Fluid Dynamics'는 비어있는 유로 내부로 유체가 진입할 때 유체와 유로 벽 사이의 접촉각 또는 표면 장력에 의한 유동저항의 변화를 이용하여 각각의 유로를 통하여 흐르는 미소 유체의 분리 및 혼합 상태를 조절하는 방법이다. 본 선행 특허는 유체 저항을 이용하여 각각의 빈 유로를 통하여 유입되는 유동을 차단하거나 유동의 순서를 조절하는 방법이다. 그러나, 본 선행 특허는 미소 가공시 발생하는 가공 오차의 영향이 매우 크므로 상술한 문제점들을 해결하지는 못 한다.U.S. Patent (US 6296020) 'Fluid Circuit Components based upon Passive Fluid Dynamics' uses each fluid flow path by changing the flow resistance due to the contact angle or surface tension between the fluid and the flow path wall when the fluid enters the empty flow path. It is a method of controlling the separation and mixing of the microfluid flowing through. This prior patent discloses a method of blocking flow or adjusting the order of flow through each empty flow path using fluid resistance. However, this prior patent does not solve the above-mentioned problems because the influence of the processing error that occurs during micro-processing is very large.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 유체의 유동저항을 조절하기 위하여 유로 내의 유체저항요소의 깊이와 폭을 조절하는 방법 대신, 깊이와 폭이 정하여진 단위유체저항요소를 형성하고 상기 단위유체저항요소를 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합으로 연결하여 전체 유동저항을 변화시키는 유체저항소자를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, instead of the method of adjusting the depth and width of the fluid resistance element in the flow path to control the flow resistance of the fluid, the unit fluid resistance is defined in depth and width An object of the present invention is to provide a fluid resistive element that forms an element and connects the unit fluid resistive element in series, parallel or series-parallel mixing to change the overall flow resistance.
또한, 본 발명은 상술한 유체저항소자를 이용한 유체의 유량/유압 조절장치와, 유체의 유량/유압 조절장치를 이용한 유체 혼합기 및 유체 분배기를 제공하는 데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide a fluid flow rate / hydraulic pressure control device using the above-mentioned fluid resistance element, a fluid mixer and a fluid distributor using the fluid flow rate / hydraulic pressure control device.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유체저항소자는, 입측유로와 출측유로 사이를 통과하는 유체의 유량 또는 유압을 조절하는 유체저항소자에 있어서, 상기 입측유로와 출측유로 사이에 위치하여 각 입측유로와 출측유로 사이를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결하는 적어도 2개 이상의 단위유체저항요소를 구비하고, 상기 입측유로와 출측유로 사이에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결된 상기 단위유체저항요소에 의해 상기 유체의 전체유동저항이 결정되는 것을 특징으로 한다.A fluid resistance element according to the present invention for achieving the object as described above, in the fluid resistance element for adjusting the flow rate or the hydraulic pressure of the fluid passing between the entry passage and the exit passage, located between the entry passage and the exit passage And at least two unit fluid resistance elements connecting each entry channel and the exit channel in series, parallel, or series-parallel mixing, and connected in series, parallel, or series-parallel mixing between the entrance channel and the exit channel. The total fluid resistance of the fluid is determined by the unit fluid resistance element.
또한, 본 발명에 따른 유체의 유량/유압 조절기는, 유체를 공급하는 유체공급원과 연통되는 입측유로와, 상기 입측유로를 통해 상기 유체공급원으로부터 공급되는 유체의 유량 또는 유압을 조절하는 유체저항소자와, 상기 유체저항소자에 의해 유량 또는 유압이 조절된 유체를 외부로 배출하는 출측유로를 구비하고, 상기 유체저항소자는 상기 입측유로와 출측유로 사이에 위치하여 각 입측유로와 출측유로 사이를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결하는 적어도 2개 이상의 단위유체저항요소를 구비하며, 상기 입측유로와 출측유로 사이에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결된 상기 단위유체저항요소에 의해 결정되는 상기 유체의 전체유동저항에 따라 상기 유체의 유량 또는 유압이 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the flow rate / hydraulic pressure regulator of the fluid according to the present invention, the inlet flow passage communicating with the fluid supply source for supplying the fluid, and the fluid resistance element for adjusting the flow rate or hydraulic pressure of the fluid supplied from the fluid supply source through the inlet flow path; And an exit passage for discharging the fluid whose flow rate or hydraulic pressure is controlled by the fluid resistance element to the outside, wherein the fluid resistance element is positioned between the entry passage and the exit passage and is connected in series between each entry passage and the exit passage. Said fluid having at least two unit fluid resistive elements connected in parallel or in series-parallel mixing, and determined by said unit fluid resistive elements connected in series, parallel or series-parallel mixing between said entry and exit flow paths; The flow rate or hydraulic pressure of the fluid is adjusted according to the total flow resistance of the.
또한, 본 발명에 따른 유체 혼합기는, 혼합하고자 하는 유체를 공급하는 적어도 2개 이상의 유체공급원과, 상기 각각의 유체공급원과 연통되는 적어도 2개 이상의 입측유로와, 상기 각각의 입측유로를 통해 상기 각각의 유체공급원으로부터 공급되는 유체의 유량 또는 유압을 각 유체의 혼합율에 따라 조절하는 적어도 2개 이상의 유체저항소자와, 상기 각각의 유체저항소자에 의해 유량 또는 유압이 조절된 각각의 유체를 모두 혼합하여 외부로 배출하는 출측유로를 구비하고, 상기 유체저항소자는 상기 입측유로와 출측유로 사이에 위치하여 각 입측유로와 출측유로 사이를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결하는 적어도 2개 이상의 단위유체저항요소를 구비하며, 상기 입측유로와 출측유로 사이에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결된 상기 단위유체저항요소에 의해 결정되는 상기 유체의 전체유동저항에 의해 상기 유체의 혼합율이 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fluid mixer according to the present invention, at least two or more fluid supply source for supplying the fluid to be mixed, at least two or more entrance passages in communication with each of the fluid supply source, and each through the each entry channel At least two or more fluid resistance elements for adjusting the flow rate or hydraulic pressure of the fluid supplied from the fluid supply source of the fluid according to the mixing ratio of each fluid, and each fluid whose flow rate or hydraulic pressure is controlled by the respective fluid resistance elements are mixed At least two or more unit fluids having an exit flow passage to be discharged to the outside, wherein the fluid resistance element is located between the entry flow passage and the exit flow passage and connects each entry flow passage and the exit flow passage in series, parallel, or serial parallel mixing. And a resistance element and connected in series, parallel, or series-parallel mixing between the entry and exit channels. By the overall flow resistance of the fluid as determined by the above fluid resistance element is characterized in that the mixing rate of the control fluid.
또한, 본 발명에 따른 유체 분배기는, 분배하고자 하는 유체를 공급하는 유체공급원과, 상기 유체공급원과 연통되는 입측유로와, 상기 입측유로를 통해 상기 유체공급원으로부터 공급되는 유체를 분리하고 분리된 유체의 유량 또는 유압을 해당 유체의 분배율에 따라 조절하는 적어도 2개 이상의 유체저항소자와, 상기 각각의 유체저항소자에 의해 유량 또는 유압이 조절된 각각의 유체를 각각 외부로 배출하는 적어도 2개 이상의 출측유로를 구비하고, 상기 유체저항소자는 상기 입측유로와 출측유로 사이에 위치하여 각 입측유로와 출측유로 사이를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결하는 적어도 2개 이상의 단위유체저항요소를 구비하며, 상기 입측유로와 출측유로 사이에 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합으로 연결된 상기 단위유체저항요소에 의해 결정되는 상기 유체의 전체유동저항에 의해 상기 유체의 분배율이 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the fluid distributor according to the present invention, the fluid supply source for supplying the fluid to be dispensed, the entry passage in communication with the fluid supply source, and the fluid supplied from the fluid supply source through the entry passage to separate the separated fluid of At least two fluid resistance elements for adjusting the flow rate or oil pressure according to the distribution ratio of the fluid, and at least two outlet passages for discharging each fluid whose flow rate or oil pressure is controlled by the respective fluid resistance elements to the outside, respectively The fluid resistance element has at least two unit fluid resistance elements positioned between the entry passage and the exit passage and connecting each entry passage and the exit passage in series, parallel, or series-parallel mixing. By the unit fluid resistance element connected in series, parallel, or series-parallel mixing between the entry channel and the exit channel The distribution rate of the fluid is controlled by the total flow resistance of the fluid to be determined.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유체저항소자와 유체의 유량/유압 조절장치와 유체 혼합기 및 유체 분배기의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the fluid resistance element and the flow rate / hydraulic control device of the fluid, the fluid mixer and the fluid distributor according to the present invention.
도 2는 본 발명에서 제안하는 유체의 유동저항을 조절하는 방법을 개념적으로 도시한다.2 conceptually illustrates a method of controlling the flow resistance of a fluid proposed in the present invention.
도 2의 (a)는 본 발명에 의하여 정의된 단위유체저항요소를 평면상에 직렬로 연결하여 전체 유동저항을 조절하는 방법을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)는 단위유체저항요소를 병렬로 연결하여 전체 유동저항을 조절하는 방법을 나타낸 것이며, 도 2의 (c)는 단위유체저항요소를 직병렬 혼합으로 연결하여 전체 유동저항을 조절하는 방법을 나타낸 것이다.Figure 2 (a) shows a method of controlling the total flow resistance by connecting the unit fluid resistance elements defined in accordance with the present invention in series on a plane, Figure 2 (b) shows the unit fluid resistance elements in parallel 2 shows a method of adjusting the total flow resistance, and (c) of FIG. 2 shows a method of controlling the total flow resistance by connecting the unit fluid resistance element in a series-parallel mixture.
도 3은 본 발명에 따른 단위유체저항소자의 실시예들을 도시한 도면이다. 단위유체저항소자는 유로의 단면적을 조절하여 형성하여 유체의 유동저항을 조절한다. 도 3의 (a), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i), (j), (k), (l), (m) 및 (n)은 각각 다양한 단위유체저항요소(52)를 형성하는 방법을 나타내고 있는데, (a) 및 (b)는 동일한 깊이를 가지는 유로(30) 내부에 유로의 폭에 비하여 상대적으로 유로의 폭을 줄이는 방법으로 단위유체저항요소(52)를 형성하는 방법을 도시하고 있다.3 is a diagram illustrating embodiments of a unit fluid resistance device according to the present invention. Unit fluid resistance element is formed by adjusting the cross-sectional area of the flow path to control the flow resistance of the fluid. (A), (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h), (i), (j), (k), and (l) of FIG. , (m) and (n) show a method of forming various unit fluid resistance elements 52, respectively, and (a) and (b) are relative to the width of the flow path inside the flow path 30 having the same depth. As a result, a method of forming the unit fluid resistance element 52 by a method of reducing the width of the flow path is illustrated.
또한, 도 3의 (c), (d) 및 (e)는 동일한 깊이를 가지는 유로(30) 내부에 폭의 변화를 일정하게 하고, 유로(30)의 폭에 비하여 상대적으로 폭을 줄이는 방법으로 단위유체저항요소(52)를 형성하는 방법을 도시하고 있다.3C, 3D, and 3E have a constant width change in the flow path 30 having the same depth, and a method of reducing the width relatively to the width of the flow path 30. A method of forming the unit fluid resistance element 52 is shown.
또한, 도 3의 (f), (g), (h), (i), (j) 및 (k)는 동일한 깊이를 가지는 유로(30) 내부에 유로(30)의 폭에 비하여 상대적으로 유로의 폭을 넓히는 방법으로 단위유체저항요소(52)를 형성하는 방법을 도시하고 있다.3 (f), (g), (h), (i), (j) and (k) are flow paths relatively larger than the width of the flow path 30 inside the flow path 30 having the same depth. The method of forming the unit fluid resistive element 52 by a method of widening the width of the cross section is shown.
또한, 도 3의 (l), (m) 및 (n)은 유로(30) 내부에 기둥 형태의 기하학적 구조물(52)을 유로 내에 섬 형태로 제작하는 방법으로 단위유체저항요소(52)를 형성하는 방법을 도시하고 있다.In addition, (l), (m) and (n) of Figure 3 to form a unit fluid resistance element 52 by the method of manufacturing the column-shaped geometric structure 52 in the form of islands in the flow path (30). It shows how.
한편, 도 3의 (a) 내지 (n)에서, 유로(30)의 선단부(10)에는 유체 공급원(도면에는 도시되어 있지 아니함.)이 연통되고, 후단부(20)에는 유체의 출구가 연통될 수 있다. 그러면, 유체 공급원으로부터 공급된 유체가 유로(30)를 통하여 흐를 때, 단위유체저항요소(52)에서는 나머지 유로(30)에 비하여 상대적으로 큰 값의 점성에 의한 압력 손실과 기하학적 형상 변화에 의한 추가적인 압력 손실이 발생하게 되어, 단위유체저항요소(52)에서의 단위 길이당 유동저항이 유로(30)에서의 단위 길이당 유동저항에 비하여 훨씬 큰 값을 가지게 된다.On the other hand, in Fig. 3 (a) to (n), the fluid supply source (not shown in the figure) communicates with the front end portion 10 of the flow path 30, and the outlet of the fluid communicates with the rear end portion 20. Can be. Then, when the fluid supplied from the fluid source flows through the flow path 30, in the unit fluid resistance element 52, the pressure loss due to the viscosity of the relatively larger value than the remaining flow path 30 and the additional change due to the geometry change The pressure loss is generated so that the flow resistance per unit length in the unit fluid resistance element 52 has a much larger value than the flow resistance per unit length in the flow path 30.
도 4는 본 발명에 따른 단위유체저항요소를 직렬 연결하여 유체저항소자를 구성한 실시예들을 도시한다.4 illustrates embodiments in which a fluid resistance element is formed by connecting unit fluid resistance elements in series according to the present invention.
도 4에 도시된 유체저항소자는 도 3과 같이 형성된 단위유체저항요소(50)를 구성할 수 있는데, 이 단위유체저항요소(50)를 유로와 유로 사이에 직렬로 연결하여 전체 유동저항을 조절한다.The fluid resistance element shown in FIG. 4 may constitute a unit fluid resistance element 50 formed as shown in FIG. 3, and the unit fluid resistance element 50 is connected in series between the flow path and the flow path to adjust the overall flow resistance. do.
전기 영역과 유체 영역의 유사성을 살펴보면, 전압은 유압, 전류는 단위 시간당 유량, 전기 저항은 유동저항에 대응되며, 각각의 영역 내에서의 역할이 아래의 [수학식 1]과 같이 매우 유사함을 알 수 있다.Looking at the similarity between the electric and fluid areas, voltage corresponds to hydraulic pressure, current corresponds to flow rate per unit time, and electrical resistance corresponds to flow resistance, and the role in each area is very similar as shown in [Equation 1] below. Able to know.
여기서, R은 전기 저항이고, V는 전압차이며, i는 전류이고, Rf는 유동 또는 유압 저항이며, ΔP 는 압력차이고, Q는 유량율(Flow Rate)이다.Where R is the electrical resistance, V is the voltage difference, i is the current, R f is the flow or hydraulic resistance, ΔP is the pressure difference, and Q is the flow rate.
도 4에 도시된 바와 같이, 유로(30)에서의 유동저항을 조절하기 위하여 유로 단면적을 조절하는 방법 대신 단위유체저항요소(41)를 단순히 직렬로 연결하여 각 유로(30)의 전체 유동저항을 조절한다. 이는 전기 영역에서 저항을 직렬로 연결하는 것을 모사한 것이다.As shown in FIG. 4, instead of the method of adjusting the cross-sectional area of the flow path in order to control the flow resistance in the flow path 30, the unit fluid resistance elements 41 are simply connected in series to provide the total flow resistance of each flow path 30. Adjust This simulates the series connection of resistors in the electrical domain.
상술한 도 4의 유체저항소자에 일정한 유압 또는 유량, 혹은 맥동하는 유압 또는 유량으로 유체를 공급하는 유체 공급기를 연결하면, 공급되는 유체의 유압 또는 유량을 조절하여 배출하는 유량/유압 조절기를 구성할 수 있다.When the fluid supply device for supplying the fluid at a constant hydraulic pressure or flow rate or pulsating hydraulic pressure or flow rate is connected to the fluid resistance element of FIG. 4, the flow rate / hydraulic controller may be configured to discharge the hydraulic pressure or flow rate of the supplied fluid. Can be.
도 5는 본 발명에 따른 단위유체저항요소를 병렬로 연결하여 유체저항소자를 구성한 방법을 도시한다.5 illustrates a method of constructing a fluid resistance element by connecting unit fluid resistance elements in parallel according to the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 유로(30)의 전체 유동저항을 조절하기 위하여 그 저항값에 따라 유로의 단면적을 조절하는 방법 대신에 단위유체저항요소(51)를 병렬로 연결한다. 이는 전기 영역에서 저항을 병렬로 연결하는 것을 모사한 것이다.As shown in Figure 5, in order to adjust the overall flow resistance of the flow path 30, instead of the method of adjusting the cross-sectional area of the flow path in accordance with the resistance value unit fluid resistance element 51 is connected in parallel. This simulates the parallel connection of resistors in the electrical domain.
상술한 도 5의 유체저항소자에 일정한 유압 또는 유량, 혹은 맥동하는 유압 또는 유량으로 유체를 공급하는 유체 공급기를 연결하면, 공급되는 유체의 유압 또는 유량을 조절하여 배출하는 유량/유압 조절기를 구성할 수 있다.When the fluid supply device for supplying fluid at a constant hydraulic pressure or flow rate or pulsating hydraulic pressure or flow rate is connected to the fluid resistance element of FIG. Can be.
도 6은 본 발명에 따른 단위유체저항요소를 직병렬 혼합으로 연결하여 유체저항소자를 구성한 방법을 도시한다. 도 6의 (a)에서 단위유체저항요소(53)는 도 6의 (b)의 단위유체저항요소(54)와 동일하다.6 illustrates a method of constructing a fluid resistance element by connecting a unit fluid resistance element in series and parallel mixing according to the present invention. In FIG. 6A, the unit fluid resistance element 53 is the same as the unit fluid resistance element 54 of FIG. 6B.
이 경우 도 6의 (a)에서 단위유체저항요소(53)에 의한 유동 또는 유압 저항은 도 6의 (b)에서 단위유체저항요소(54)에 의한 유동 또는 유압 저항과 같게 된다. 도 6의 (b)에서 좌측의 단위유체저항요소와 우측의 단위유체저항요소는 각각 도 6의 (a)의 단위유체저항요소(53)에 비하여 절반 크기의 유동 또는 유압 저항을 가지게 된다. 이는 전기 영역에서 동일 크기의 저항을 직렬 및 병렬로 연결하여 같은 값의 저항값을 가지게 하는 것을 모사한 것이다.In this case, the flow or hydraulic resistance by the unit fluid resistance element 53 in FIG. 6A is the same as the flow or hydraulic resistance by the unit fluid resistance element 54 in FIG. 6B. In FIG. 6B, the unit fluid resistance element on the left side and the unit fluid resistance element on the right side each have a flow or hydraulic resistance that is half the size of the unit fluid resistance element 53 of FIG. 6A. This simulates the resistance of the same value by connecting the same size resistor in series and parallel in the electrical domain.
상술한 도 6의 유체저항소자에 일정한 유압 또는 유량, 혹은 맥동하는 유압 또는 유량으로 유체를 공급하는 유체 공급기를 연결하면, 공급되는 유체의 유압 또는 유량을 조절하여 배출하는 유량/유압 조절기를 구성할 수 있다.When the fluid supply device supplying the fluid at a constant hydraulic pressure or flow rate, or pulsating hydraulic pressure or flow rate is connected to the fluid resistance element of FIG. Can be.
도 7은 본 발명에 의한 등가 회로 구성을 설명하기 위한 참고도이고, 도 8은 일정한 유압 또는 유량, 혹은 맥동하는 유압 또는 유량의 유체 공급원에, 유체저항소자를 연결하여 동일 유체 또는 서로 다른 유체의 압력 또는 유량을 정해진 비율로 혼합하거나 분배하는 유체 혼합기와 유체 분배기를 도시한다.Figure 7 is a reference diagram for explaining the equivalent circuit configuration according to the present invention, Figure 8 is connected to a fluid resistance element of a constant hydraulic pressure or flow rate, or pulsating hydraulic pressure or flow rate, by connecting a fluid resistance element of the same fluid or different fluids Shown are fluid mixers and fluid distributors that mix or dispense pressure or flow rates at a fixed rate.
각 유로의 일 단부(10)에 유체 공급원이 연통되고 타 단부(20)에 유체의 출구가 연통되면, 유체 혼합기를 구성할 수 있다. 타 단부(20)에 유체 공급원이 연통되고 일 단부(10)에 유체의 출구가 연통되면 유체 분배기를 구성할 수 있다. 각 유로의 내부에 다수의 단위유체저항요소(50, 51)로 구성된 유체저항소자가 형성된다.If the fluid source is in communication with one end 10 of each flow path and the outlet of the fluid is in communication with the other end 20, the fluid mixer can be configured. If the fluid source is in communication with the other end 20 and the outlet of the fluid is in communication with one end 10, the fluid distributor can be configured. A fluid resistance element composed of a plurality of unit fluid resistance elements 50 and 51 is formed inside each flow path.
도 7은 전압 또는 전류를 정해진 비율로 분배하는 전압, 전류 분배기의 회로도로서, 두 저항(R1, R2)의 양단(30) 사이에 전압 또는 전류원이 연결되면 두 저항의 저항값의 절대치와는 상관없이 저항값의 비에 따라 전압, 전류가 분배된다. 도 7과 같은 등가회로를 응용하면 유체를 정해진 비율로 혼합 또는 분배하는 유체 혼합기 또는 유체 분배기를 구성할 수 있다.7 is a circuit diagram of a voltage, a current distributor operable to distribute the voltage or current to a predetermined ratio, the absolute value of the resistance values of the two resistors two resistance when a voltage or current source connected between the two ends 30 of the (R 1, R 2) and Regardless, the voltage and current are distributed according to the ratio of the resistance values. By applying the equivalent circuit of FIG. 7, a fluid mixer or a fluid distributor for mixing or dispensing a fluid at a predetermined ratio may be configured.
도 8의 (a)는 단위유체저항요소(50)를 직렬로 연결하여 각각의 유로가 정해진 비의 유동저항을 가지게 한 것이고, 도 8의 (b)는 단위유체저항요소(51)를 병렬로 연결하여 각각의 유로가 정해진 비의 유동저항을 가지게 한 것이며, 도 8의 (c)는 단위유체저항요소를 직병렬 혼합으로 연결하여 각각의 유로가 정해진 비의 유동저항을 가지게 한 것이다.FIG. 8 (a) shows the unit fluid resistance elements 50 connected in series so that each flow path has a predetermined ratio of flow resistance. FIG. 8 (b) shows the unit fluid resistance elements 51 in parallel. Each flow path is connected to have a predetermined ratio of flow resistance, Figure 8 (c) is to connect the unit fluid resistance element in a series-parallel mixing so that each flow path has a specified ratio of flow resistance.
먼저, 유체 혼합기에 대해 설명한다. 도 8의 구성에서, 부호(10)에는 일정한 유압 또는 유량, 혹은 맥동하는 유압 또는 유량의 유체 공급원을 연결하고, 부호(20)에 출구를 연결한다. 또한 유로(30)에는 단위유체저항요소(50, 51)를 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여 각 유로의 유동저항을 정해진 비율로 설정한다. 유체 공급원으로부터 공급되는 유체가 각 유로를 따라 출구 쪽으로 배출되는데 이때 각 유로의 유동저항의 크기에 따라 출구로 배출되는 유량 또는 유압이 달라진다. 따라서, 각 유로의 유동저항에 따라 각 유체를 정해진 비율로 혼합할 수 있다.First, the fluid mixer will be described. In the configuration of FIG. 8, reference numeral 10 connects a fluid supply source of constant hydraulic pressure or flow rate or pulsating hydraulic pressure or flow rate, and an outlet is connected to reference numeral 20. In addition, the flow path 30 connects the unit fluid resistance elements 50 and 51 in series, in parallel or in parallel to set the flow resistance of each flow path at a predetermined ratio. The fluid supplied from the fluid source is discharged toward the outlet along each flow path, and the flow rate or hydraulic pressure discharged to the outlet varies depending on the magnitude of the flow resistance of each flow path. Therefore, each fluid can be mixed at a predetermined ratio according to the flow resistance of each flow path.
다음, 유체 분배기에 대해 설명한다. 도 8의 구성에서, 유체 공급원과 출구의 위치를 바꾸면, 즉 도면에서 부호(20)에 유체 공급원을 연결하고, 부호(10)에 출구를 연결하면, 유체 공급원으로부터 공급되는 유체가 유로를 따라 출구 쪽으로 배출되는데, 이때 각 유로의 유체저항소자의 저항비율에 따라 유체의 유량 또는 유입이 분배된다.Next, the fluid distributor will be described. In the configuration of FIG. 8, if the positions of the fluid source and the outlet are reversed, that is, the fluid source is connected to 20 at the drawing and the outlet is connected to 10 at the drawing, the fluid supplied from the fluid source exits along the flow path. It is discharged to the side, where the flow rate or inflow of the fluid is distributed according to the resistance ratio of the fluid resistance element of each flow path.
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이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 일 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, it is intended to exemplarily describe the best embodiment of the present invention, but not to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
이상과 같이 본 발명에 따른, 단위유체저항요소를 이용한 복합유체소자 및 유체회로망은, 유동 또는 유압 저항을 조절하기 위하여 유로의 폭과 깊이를 조절하는 기존의 방식과 달리, 일정한 유동저항을 가지는 단위유체저항요소를 직렬, 병렬, 또는 직병렬 혼합 연결을 통하여 전체 유체 시스템 내에 필요한 유동 또는 유압 저항을 설정하기 때문에, 복잡한 계산없이 정의된 단위유체저항요소를 평면상에 단순히 배치하는 방법을 통하여 유로를 설계할 수 있으며, 제작 과정시 발생하는 가공 오차의 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a complex fluid element and a fluid network using a unit fluid resistance element, unlike the conventional method of adjusting the width and depth of the flow path to adjust the flow or hydraulic resistance, a unit having a constant flow resistance Since the fluid resistance elements set the required flow or hydraulic resistance in the whole fluid system through series, parallel, or parallel-parallel mixed connection, the flow path can be easily established by simply placing the defined unit fluid resistance elements on the plane without complicated calculations. It can be designed and has the effect of reducing the influence of machining errors occurring during the manufacturing process.
이러한 본 발명은 인슐린 펌프(Insulin Pump)와 같은 미소 유량 또는 유압 조절기에 사용할 수 있고, 이는 폐쇄형 인공 췌장을 구현하기 위한 초소형 생체 시료 주입기 및 미소 약물 혼합기에 적용될 수 있다.The present invention can be used in a micro flow rate or a hydraulic regulator such as an insulin pump, which can be applied to a microbial sample injector and a micro drug mixer for implementing a closed artificial pancreas.
도 1은 종래 기술에 따른 유체의 유동저항을 조절하는 방법을 나타낸 개념도,1 is a conceptual diagram showing a method for adjusting the flow resistance of a fluid according to the prior art,
도 2는 본 발명에서 제안하는 유체의 유동저항을 조절하는 방법을 개념적으로 도시한 도면,2 is a view conceptually illustrating a method of controlling the flow resistance of a fluid proposed in the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 유체의 유동저항을 조절하기 위하여 유로의 단면적이 급격히 줄어드는 부분을 제작하는 방법을 이용하여 다양한 단위유체저항요소를 형성하는 실시예를 도시한 도면,3 is a view illustrating an embodiment of forming various unit fluid resistance elements by using a method of manufacturing a portion in which the cross-sectional area of the flow path is sharply reduced in order to control the flow resistance of the fluid according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 단위유체저항요소의 직렬 연결을 통하여 유체저항소자를 구성한 실시예들을 도시한 도면,4 is a view showing an embodiment of configuring a fluid resistance element through the series connection of the unit fluid resistance element according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 단위유체저항요소의 병렬 연결을 통하여 유체저항소자를 구성한 실시예들을 도시한 도면,5 is a view showing an embodiment of configuring a fluid resistance element through the parallel connection of the unit fluid resistance element according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 단위유체저항요소의 직병렬 혼합 연결을 통하여 유체저항소자를 구성한 실시예들을 도시한 도면,FIG. 6 is a view showing embodiments of configuring a fluid resistance element through a series-parallel mixed connection of a unit fluid resistance element according to the present invention; FIG.
도 7은 본 발명에 따른 유체저항소자의 등가 회로 구성을 설명하기 위한 참고도,7 is a reference diagram for explaining an equivalent circuit configuration of a fluid resistance element according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 유체저항소자를 이용하여 유체 혼합기와 유체 분배기를 구성한 실시예들을 도시한 도면이다.FIG. 8 is a diagram illustrating embodiments of a fluid mixer and a fluid distributor using the fluid resistance device according to the present invention.
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