KR101370550B1 - 액체혼합장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2종 이상의 액체를 혼합할 때 발생할 수 있는 물리화학적 특성들의 변화들을 복합적으로 측정할 수 있는 액체혼합장치에 관한 것으로서, 계량눈금이 구비된 혼합용기와; 상기 혼합용기에 유체적으로 연결되며, 계량눈금이 구비된 제1액체공급용기와; 상기 혼합용기에 유체적으로 연결되며, 계량눈금이 구비된 제2액체공급용기와; 상기 혼합용기에 고정되어 상기 혼합용기 내의 물리화학적 특성들을 측정할 수 있는 측정기;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

액체혼합장치{Liquid mixing apparatus}
본 발명은 액체혼합장치에 관한 것으로서, 특히 2종 이상의 액체를 혼합할 때 발생할 수 있는 물리화학적 특성들의 변화들을 복합적으로 측정할 수 있는 액체혼합장치에 관한 것이다.
2종 이상의 액체를 서로 혼합하는 경우, 단순히 수학적으로 생각하면, 혼합 후의 액체의 부피는 혼합 전의 각 액체의 부피의 합이 될 것으로 여겨지나, 실제에 있어서는 그렇지 않은 경우가 많다.
예를 들어, 물 100㎖와 물 100㎖를 혼합하는 경우, 물 200㎖를 얻을 수 있으나, 물 100㎖와 에탄올 100㎖를 혼합하는 경우, 그 결과의 혼합액은 200㎖가 되지 않는다. 이러한 현상은 물과 알코올의 혼합 뿐만 아니라 산용액과 알칼리용액을 혼합하는 경우 등 여러 경우들에서 혼합액은 부피의 변화, 온도의 변화, pH의 변화 등 여러 물리화학적 특성들의 변화를 경험하게 된다.
그러나, 이러한 여러 물리화학적 특성들의 변화들을 동시에 그리고 용이하게 측정할 수 있도록 고안된 수단이 아직 개발되고 있지 않아 실험자나 또는 실제 2종 이상의 혼합액을 사용하는 현장에서는 실험실 환경이나 작업환경에 맞추어 이들 물리화학적 특성들의 변화들을 측정할 수 있는 도구들과 상기 액체들을 취급할 수 있는 용기 등을 적절히 조합하여 사용하여야만 하는 실정이다. 특히, 국내외 초중고등학교들의 실험실 환경으로는 각각 개별화된 온도계, pH측정기, 비이커, 플라스크, 스탠드 등 실험도구들을 가지고 각 실험에 맞추어 이들을 혼용하여 실험을 할 수 밖에 없을 정도의 환경에 있는 것이 현실이다.
일례로, 국내 중학교 과학교과서에서 분자의 구조를 배우면서 ‘두 액체를 섞으면 부피가 줄어드는 반응’이 개시되어 있기는 하나, 구체적인 실험과정이나 실험장치에 대한 기재가 없다.
또한, 외국 실험서 ‘줄어드는 액체 혼합물’ 실험에서는, 도 1에 나타낸 바와 같이,
1. 하나의 시험관과 하나의 작은 비이커를 준비하고,
2. 알코올 - 에틸알코올, 메틸알코올 또는 이소프로필알코올(메틸하이드레이트 또는 소독용 알코올이 사용될 수 있다)를 준비하고, 물이 들어 있는 시험관에 작은 비이커에 들어 있는 알코올을 투입하고, 손가락으로 시험관의 입구를 막은 채, 흔들어서 혼합하는 실험절차가 개시되어 있다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 국내 고등학교 2학년용 화학I 교과서에는 ‘중화반응과 온도측정’실험이 개시되어 있기는 하나, 중화열에 의한 발열반응으로 단순 온도 변화 실험은 있지만 부피가 생성된 물에 의해 전체 부피가 증가한다는 중요한 내용은 개시하지 못하고 있다.
즉, 상기한 바와 같은 중고교용 교과서는 실험이 없거나 단순히 부피변화나 온도변화 등 하나의 변화만을 측정할 수 있을 정도로 밖에 개시되어 있지 않아 불편한 점이 매우 많고, 정확한 과학지식을 쌓기 위한 실험으로서는 충분치 못하였다.
따라서 한 번의 실험으로 부피 변화, 온도 변화 뿐만 아니라 중화반응의 경우, pH의 변화 등을 육안으로 동시에 간편하게 관찰할 수 있는 새로운 실험기구의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 물과 물, 물과 에탄올, 염산과 수산화나트륨 수용액을 혼합할 때 전체 부피의 변화와 온도 변화 등을 정량적으로 그리고 육안으로 한 번에 쉽게 관찰하는 것이 가능하도록 하여 분자의 구조, 분자 모형, 중화반응, 발열반응 등의 중요한 과학개념들을 용이하게 학습할 수 있도록 하는 액체혼합장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액체혼합장치는, 외주면에 계량눈금이 형성되고 내부 중앙에 교반자가 구비된 혼합용기와, 상기 혼합용기의 상방 개구부를 덮을 수 있도록 반구형으로 형성됨과 동시에 삽입홀 들이 형성되어 있는 부속고정대와, 상기 부속고정대의 삽입홀에 끼워져 조립되는 고정마개와, 상기 고정마개의 중앙에 형성된 구멍 내로 장착되어 혼합용기로 공급되는 두가지 액체의 물리화학적 특성들을 측정하기 위한 제1 및 제2측정기와, 상기 부속고정대의 삽입홀을 통해 결속되고 스토퍼를 가짐과 동시에 외주면에 각각 계량눈금이 형성된 미세유량측정기와, 상기 미세유량측정기의 상단부 끝단에 결속되고 외주면에 각각 계량눈금이 형성된 제1 및 제2액체공급용기로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따르면, 물과 물, 물과 에탄올, 염산과 수산화나트륨 수용액을 혼합할 때 전체 부피의 변화와 온도 변화 등을 정량적으로 그리고 육안으로 한 번에 쉽게 관찰하는 것이 가능하도록 하여 분자의 구조, 분자 모형, 중화반응, 발열반응 등의 중요한 과학개념들을 용이하게 학습할 수 있도록 하는 액체혼합장치를 제공함으로써 실험을 용이하게 하면서도 여러 물리화학적 특성들을 동시에 그리고 간편하게 측정할 수 있어 실험을 용이하게 하고, 학습효과를 배가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 외국 실험서 ‘줄어드는 액체 혼합물’ 실험을 나타내는 도면이다.
도 2는 국내 고등학교 2학년용 화학I 교과서에는 ‘중화반응과 온도측정’실험을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 액체혼합장치의 구성을 개략적으로 도시한 분해사시도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 액체혼합장치는, 계량눈금이 구비된 혼합용기(11)와; 상기 혼합용기(11)에 유체적으로 연결되며, 계량눈금이 구비된 제1액체공급용기(12)와; 상기 혼합용기(11)에 유체적으로 연결되며, 계량눈금이 구비된 제2액체공급용기(13)와; 상기 혼합용기(11)에 고정되어 상기 혼합용기(11) 내의 물리화학적 특성들을 측정할 수 있는 제1 및 제2측정기(14,15)를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 액체혼합장치는 2종 이상의 액체들이 혼합되되, 상기 혼합용기(11)에는 그 내부에서 혼합된 액체 혼합물의 용적을 직접적으로 측정가능하도록 계량눈금이 형성되어 있고, 상기 혼합용기(11)에는 또한 혼합된 액체 혼합물의 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 제1 및 제2측정기(14,15)를 직접적으로 고정시킨다.
또한, 상기 혼합용기(11)에서 혼합되어야 할 액체들을 상기 혼합용기(11)에로 일정량, 즉 혼합하고자 하는 양의 액체를 공급할 수 있도록 계량눈금이 구비된 제1액체공급용기(12) 및 제2공급용기(13)들이 연결되어 이루어지며, 그에 따라 계량된 양의 제1액체와 제2액체를 상기 혼합용기(11) 내로 공급하여 혼합 이전의 2종 이상의 액체의 용적을 정확히 제어하여 공급하고, 상기 혼합용기(11) 내에서 혼합되도록 함으로써 혼합 후의 액체 혼합물의 용적을 역시 직접적으로 측정할 수 있도록 하여 혼합 전 후의 액체의 용적의 변화를 직접적으로 관찰할 수 있도록 하며, 동시에 상기 제1 및 제2측정기(14,15)에 의해 측정된 물리화학적 특성을 동시에 측정할 수 있도록 한 점에 특징이 있는 것이다.
상기 제1액체공급용기(12)에는 상기 제1액체공급용기(12)로부터 상기 혼합용기(11) 내로 공급되는 액체의 흐름을 단속할 수 있는 스토퍼(121)가 더 포함될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2액체공급용기(13)에는 상기 제2액체공급용기(13)로부터 상기 혼합용기(11) 내로 공급되는 액체의 흐름을 단속할 수 있는 스토퍼(131)가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 상기 제1측정기(14)는 온도계가 될 수 있다. 상기 온도계는 바람직하게는 디지털 온도계가 될 수 있으며, 그에 의하여 상기 혼합용기(11) 내의 혼합 후의 액체 혼합물의 온도를 직접적으로 그리고 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
상기 디지털 온도계는 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다.
상기 혼합용기(11)에는 제2측정기(15)가 더 고정될 수 있다. 상기 제2측정기(15)는 상기 제1측정기(14), 즉 온도계로 측정될 수 있는 온도와는 다른 물리화학적 특성을 측정할 수 있는 측정기가 될 수 있다. 본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 상기 제2측정기(15)는 pH미터가 될 수 있다. 상기 pH미터는 상기 혼합용기(11) 내의 혼합된 액체 혼합물의 pH를 측정할 수 있는 수단으로서, 역시 국내외 유수의 제조업자들에 의해 상용적으로 제공되는 것을 구입하여 사용할 수 있을 정도로 공지된 것으로 이해될 수 있는 것이다. 그러나, 본 발명이 위에 기술된 제1측정기(14)로서의 온도계나 제2측정기(15)로서의 pH미터로만 한정되는 것은 아니며, 다른 측정가능한 물리화학적 특성들을 측정할 수 있는 측정기들은 어느 것이나 상기 혼합용기(11)에 연결될 수 있음은 이해될 수 있는 것이며, 예를 들면, 혼합된 액체 혼합물의 비중을 측정할 수 있는 비중측정기 등과 같은 다른 측정기를 더 포함할 수 있다.
필요한 경우, 상기 제1액체공급용기(12) 및/또는 제2액체공급용기(13)에도 온도계 및/또는 pH미터 등과 같은 측정기가 더 포함될 수 있다.
상기 혼합용기(11)는 그 상방을 덮을 수 있도록 구성되며, 2개 이상의 삽입홀(211)들이 형성되는 부속고정대(21)를 더 포함할 수 있다. 상기 부속고정대(21)는, 예를 들면, 상기 온도계와 같은 상기 제1측정기(14) 및/또는 상기 pH미터와 같은 상기 제2측정기(15) 등과 같은 측정수단들을 고정시키는 기능을 하며, 동시에 상기 제1액체공급용기(12)와 제2액체공급용기(13)들이 상기 부속고정대(21)를 통하여 상기 혼합용기(11)와 유체적으로 연결될 수 있다.
상기 제1측정기(14) 및/또는 제2측정기(15)들은 바람직하게는 고정마개(212)를 통하여 상기 부속고정대(21)에 고정될 수 있다.
상기 부속고정대(21)에는 2개 이상 다수의 삽입홀(211)들이 형성되며, 상기 제1측정기(14) 및/또는 상기 제2측정기(15)들이 고정된 삽입홀(211)들 이외의 잔여의 삽입홀(211)들은 그대로 개방된 상태를 유지하거나 또는 달리 밀폐마개(213)들로 폐쇄될 수 있다.
상기 제1액체공급용기(12) 및/또는 제2액체공급용기(13)들은 물론 상기 제1측정기(14) 및/또는 제2측정기(15)들은 종래의 실험기구의 하나인 클램프(clamp) 등의 수단을 통하여 역시 종래의 실험기구의 하나인 스탠드(stand) 및/또는 이와 유사한 별도의 고정수단에 의해 고정될 수 있음은 이해될 수 있는 것이다.
상기 혼합용기(11)와 상기 제1액체공급용기(12) 사이 및 상기 혼합용기(11)와 상기 제2액체공급용기(13) 사이에는 각각 계량눈금이 구비된 미세유량측정기(122, 132)가 더 연결될 수 있다. 이들 미세유량측정기(122, 132)들은 종래의 실험기구의 하나인 피펫 또는 마이크로피펫과 동일 또는 유사한 것이 될 수 있다. 이들 미세유량측정기(122, 132)들에 의하여 상기 혼합용기(11)에로 공급되는 2종 이상의 액체의 유량을 더욱 정확하게 계량할 수 있다.
또한, 상기 제1공급용기(12)에는 제1유체공급관(123)을 통하여 상기 제1액체공급용기(12) 내로 액체를 공급할 수 있는 제1유체저장소(124)가 더 연결되어 상기 제1액체공급용기(12)에로 지속적으로 대량의 액체의 공급을 가능하도록 함으로써 대량의 액체의 혼합 또는 반복되는 혼합실험을 용이하게 수행하도록 할 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2액체공급용기(13)에는 제2유체공급관(133)을 통하여 상기 제2액체공급용기(13)에로 액체를 공급할 수 있는 제2유체저장소(134)가 더 연결되어 상기 제2액체공급용기(13)에로 지속적으로 대량의 액체의 공급을 가능하도록 함으로써 대량의 액체의 혼합 또는 반복되는 혼합실험을 용이하게 수행하도록 할 수 있다.
또한, 상기 혼합용기(11) 아래에는 자석교반기(31) 등과 같은 적절한 교반장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 자석교반기(31)의 사용을 위해서는 상기 혼합용기(11) 내에 사전에 용적이 측정된 교반자(311)가 더 포함될 수 있다. 달리 진동교반기 등과 같은 공지의 교반수단이 사용될 수도 있음은 당연히 이해될 수 있는 것이다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 액체혼합장치를 사용하면, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 물과 물, 에탄올과 물, 염산과 수산화나트륨 수용액을 혼합할 때의 전체 용적변화와 온도변화 등을 정량적으로 한 눈에 확인이 가능하여 분자의 구조, 분자 모형, 중화반응, 발열반응 등의 중요한 과학개념을 용이하게 학습하도록 보조할 수 있다.
Figure 112012074047863-pat00001
또한, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 액체혼합장치를 사용하는 것에 의하여 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 개념들의 학습을 보조할 수 있다.
Figure 112012074047863-pat00002
비록, 상기한 바와 같이 본 발명을 학생들, 특히 초중고등학교 학생들을 대상으로 하는 실험기구로 설명하기는 하였으나, 본 발명은 또한 화학반응을 수행하는 액체들을 취급하는 산업에서도 실험도구 또는 실제의 혼합장치로 사용될 수도 있다.
본 발명은 학생들, 특히 초중고등학교 학생들을 대상으로 하는 실험기구로 설명하기는 하였으나, 본 발명은 또한 화학반응을 수행하는 액체들을 취급하는 산업에서도 실험도구 또는 실제의 혼합장치를 제조하는 산업에서 이용될 수 있다.
11 : 혼합용기 12 : 제1액체공급용기
13 : 제2액체공급용기 14 : 제1측정기
15 : 제2측정기 21 : 부속고정대
31 : 자석교반기 121,131 : 스토퍼
122,132 : 미세유량측정기 123 : 제1유체공급관
124 : 제1유체저장소 133 : 제2유체공급관
134 : 제2유체저장소 211 : 삽입홀
212 : 고정마개 213 : 밀폐마개
311 : 교반자

Claims (6)

  1. 외주면에 계량눈금이 형성되고 내부 중앙에 교반자(311)가 구비된 혼합용기 (11)와,
    상기 혼합용기의 상방 개구부를 덮을 수 있도록 반구형으로 형성됨과 동시에 삽입홀(211)들이 형성되어 있는 부속고정대(21)와,
    상기 부속고정대의 삽입홀에 끼워져 조립되는 고정마개(212)와,
    상기 고정마개의 중앙에 형성된 구멍 내로 장착되어 혼합용기로 공급되는 두가지 액체의 물리화학적 특성들을 측정하기 위한 제1 및 제2측정기(14,15)와,
    상기 부속고정대의 삽입홀을 통해 결속되고 스토퍼(121,131)를 가짐과 동시에 외주면에 각각 계량눈금이 형성된 미세유량측정기(122,132)와,
    상기 미세유량측정기의 상단부 끝단에 결속되고 외주면에 각각 계량눈금이 형성된 제1 및 제2액체공급용기(12,13)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 액체혼합장치.
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