KR101523977B1 - 진동을 이용한 유체 제어장치와 이를 이용한 유체 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동을 이용한 유체 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동발생장치로부터 발생된 진동을 유체제어부의 채널(channel) 또는 챔버(chamber)에 전달하고, 이에 따라 상기 유체제어장치의 채널 또는 챔버 벽면이 진동함에 의하여 채널 또는 챔버 내부에 담겨진 용액을 진동 및 회전시킬 수 있도록 구성된 진동을 이용한 유체 제어장치에 관한 것으로서, 작업대(1)와, 상기 작업대(1)에 밀착설치된 진동발생부(2)와, 상기 작업대(1)에 설치되는 유체처리부(3)를 포함하며, 상기 유체처리부(3)는 시료를 주입하는 하나 이상의 시료주입구와(31), 상기 시료주입구(31)와 채널(32)로 연결된 하나 이상의 챔버(33)와, 상기 챔버(33)에 연결된 시료배출구(34)를 포함하는 것을 특징으로 하여, 간단한 구성을 통하여 제어장치내 액체의 회전, 진동, 이송, 혼합, 교반 등의 다양한 효과를 얻을 수 있으며, 교반이나 혼합기로 사용할 경우, 작은 공간에서 빠른 시간 내에 용이하게 균일한 혼합 효과를 얻을 수 있다.

Description

진동을 이용한 유체 제어장치와 이를 이용한 유체 제어방법{Fluid control device and fluid control method using the system}

본 발명은 진동을 이용한 소량의 유체를 제어하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진동발생장치로부터 발생된 진동을 유체제어장치의 채널(channel) 또는 챔버(chamber)에 전달하고, 이에 따라 상기 유체제어장치의 채널 또는 챔버 벽면이 진동함에 의하여 채널 또는 챔버 내부에 담겨진 용액을 진동 및 회전시킬 수 있도록 구성된 진동을 이용한 유체 제어장치에 관한 것이다.

종래의 유체 관리시스템은 유체의 이송을 위하여 물리적 펌프, 전기적 펌프 또는 모세관힘 등을 이용하는 것이 일반적이었다. 또한, 두 가지 이상의 서로 다른 용액의 혼합을 위하여 복잡한 구조의 믹싱채널(mixing channel)을 구성하거나, 자성물질을 챔버 내부에 삽입하고 외부에서 가변 자기장을 가하여 자성물질을 회전 또는 진동 시켰다.

화학반응을 위한 교반형 반응기의 경우, 내부에 막대자석바를 설치하여 교반하였으며, 채널 내부에 트랩(trap)된 미세버블 제거를 위하여 버블제거용 챔버나 홀을 별도로 추가하였다.

세포파쇄와 같은 경우 또한 복잡한 파쇄용 구조물을 챔버에 삽입하고, 외부에서 물리적, 전기적, 자기적 에너지를 적용하여 파쇄하였다.

그러나 실험실 수준의 소량의 액체를 제어하기 위하여 상기와 같은 장비들을 적용할 경우 그 구성이 매우 복잡하고 그 비용 또한 다대하여 효율적인 운영이 용이하지 않은 문제가 있었다.

한국특허 등록번호 제10-1367830호 (공개 2013년09월16일) 소듐-나노유체 반응성 실험장치

즉, 본 발명은 실험실 수준의 소량의 유체를 저비용으로 효율적으로 제어(이송, 혼합, 교반, 반응)하기 위한 보다 간단한 구성의 유체제어장치를 제공하고자 한다.

이에 본 발명은 진동발생장치로부터 발생된 진동을 유체제어장치의 채널 또는 챔버에 전달하고, 상기 채널 또는 챔버 벽면을 진동시켜 채널 또는 챔버 내부에 담겨진 용액을 진동 및 회전시킴으로써, 실험실 수준의 소량의 유체에 대하여, 복잡하고 고비용의 장비를 사용하지 않고서도 채널 또는 챔버에 담겨진 용액을 이송, 혼합 또는 교반시킴으로써 상기와 같은 문제를 해결하고자 한다.

본 발명에 따르면, 진동발생장치를 유체제어장치에 부착하는 간단한 구성을 통하여 제어장치내 액체의 회전, 진동, 이송, 혼합, 교반 등의 다양한 효과를 얻을 수 있으며, 교반이나 혼합기로 사용할 경우, 작은 공간에서 빠른 시간 내에 용이하게 균일한 혼합 효과를 얻을 수 있다. 이러한 효과로 인해 화학반응을 위한 교반형 반응기로도 활용할 수 있다.

또한, 유체제어장치의 채널 및 챔버에 생성되는 미세기포들을 진동을 이용하여 간편하게 떨어내는 용도로 활용될 수 있다.

나아가, 구조가 매우 간단하고, 챔버 내부에 아무런 부가 장치가 필요하지 않아서 비용절감 및 공간효율 극대화의 효과를 기대할 수 있다.

도1은 본 발명의 구성도.
도2는 본 발명의 다른 실시예의 예시도.
도3은 본 발명의 유체 제어방법을 설명하는 순서도.

본 발명은 진동을 이용한 유체 제어장치에 관한 것으로, 진동발생장치로부터 발생된 진동을 유체제어장치의 채널(channel) 또는 챔버(chamber)에 전달하고, 이에 따라 상기 유체제어장치의 채널 또는 챔버 벽면이 진동함에 의하여 채널 또는 챔버 내부에 담겨진 용액을 진동 및 회전시킬 수 있도록 구성된 진동을 이용한 유체 제어장치에 관한 것이다.

즉, 본 발명은 소량의 유체를 제어하기 위한 장치에 있어서, 작업대(1)와, 상기 작업대(1)에 밀착설치된 진동발생부(2)와, 상기 작업대(1)에 설치되는 유체처리부(3)를 포함하며, 상기 유체처리부(3)는 시료를 주입하는 하나 이상의 시료주입구와(31), 상기 시료주입구(31)와 직접 연결되거나 또는 채널(32)로 연결된 하나 이상의 챔버(33)와, 상기 챔버(33)에 직접 연결되거나 또는 배출채널(321)로 연결된 시료배출구(34)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 진동발생부(2)의 진동발생장치(21)에 의한 진동에 의해 유체처리부(3)의 채널(32) 및 챔버(33) 내의 유체들의 확산, 회전/병진 운동 등이 증폭되어 챔버(3) 내에서 액체의 회전, 진동, 이송, 혼합, 교반 등의 다양한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상기 작업대(1)는 쇼어경도 50이상의 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경도는 진동발생부(2)의 진동발생장치(21)로부터 발생된 진동 손실을 최소화하여 챔버(33)와 채널(32)에 전달하기 위함이다. 이를 위하여 상기 작업대(1)는 유리판체나 실리콘웨이퍼, 금속, 플라스틱, 목재 등과 같은 딱딱한 재질로 형성시키는 것이 바람직하다.

상기 작업대(1)는 작업대(1)에 설치되는 탄성지지부(도시를 생략함)에 의해 지지되는 것이 바람직하다. 이는 작업대(1)가 지면에 직접 맞닿아 진동발생장치(21)로부터의 진동이 손실되는 것을 방지하기 위함이다. 상기 탄성지지부는 스프링 또는 고무기둥 등이 작업대(1)의 저부에 설치되어 작업대(1)를 받쳐주어 지지하도록 구성되거나, 작업대(1)를 매달아 지지하도록 판체의 각 테두리부에 고무줄 및 스프링을 설치하여 이로써 상기 작업대(1)를 매달아 바닥으로부터 이격되도록 위치시키는 구성을 취할 수 있다. 상기 탄성지지부에 갈음하여 섬유재 지지끈으로 작업대(1)를 매달아 지지하여, 상기 작업대(1)를 매달아 바닥으로부터 이격되도록 위치시키는 방법 또한 적용 가능하다.

상기 진동발생부(2)는 상기 챔버(33)와 상기 채널을 동시에 진동시키기 위하여 상기 챔버(33) 및 상기 채널(32)에 대하여 이격설치된 1개 이상의 진동발생장치(21)와 진동발생장치(21)의 진동강도를 조절하는 진동제어부(22)를 포함하며, 상기 진동제어부(22)는 진동발생장치에 유입되는 전류 또는 전압을 제어하는 전류/전압제어부(221)와, 상기 제어부(221)를 조작하기 위한 스위치부(222) 및 진동발생부(2)에 전기를 공급하기 위한 전원부(23)를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 각 진동발생장치(21)는 바이브레이터가 적용된 직경이 10mm인 동전형 진동(발생장치)를 적용할 수 있으나, 진동발생장치의 종류 및 크기에 제한을 두지 아니한다. 상기 진동발생장치는 작업대(1)에 접착 및 물리적 결합구 등의 고정수단을 이용하여 밀착고정시킨다. 상기 고정수단 역시 제한을 두지 아니하나 두꺼운 실리콘접착과 같이 진동에너지의 손실을 가져올 수 있는 고정수단은 피하는 것이 바람직하다.

상기 유체처리부(3)의 시료주입구(31)는 상기 시료주입구(31)에 연결되는 채널(32)의 높이와 같거나 또는 보다 큰 높이를 갖는 원통체로 구성시키는 것이 바람직하며, 상기 원통체의 상부가 개방된 것이 바람직하나, 상기 시료주입구(31)는 시료의 종류 및 주입방법에 따라 다양한 형상을 취할 수 있다. 사용되는 시료의 수에 따라 시료주입구(31)의 수는 다양하게 적용될 수 있다.

상기 유체처리부(3)의 채널(32)은 각 챔버(33)와 챔버(33), 챔버(33)와 시료주입구(31), 챔버(33)와 시료배출구(34)를 서로 연결하는 형태로 제작되는 것이 바람직하며 파이프, 골 등의 형태에 제한을 두지 아니한다. 각각의 채널은 밸브기능을 포함할 수 있으며, 상기 밸브기능은 통상적으로 알려진 여러 방법들을 사용할 수 있으며, 본 발명에서 상세히 나열하지는 않는다.

상기 유체처리부(3)의 챔버(33)는 상부에 개구부(331)를 갖는 원통체인 것이 바람직하며, 상기 시료주입구(31)와 직접 연결되거나 또는 채널(32)로 연결된다.

밀폐된 챔버(33)안에 액체가 가득 차있을 때 보다 챔버(33)안의 액체가 기체에 맞닿는 경우 액체의 진동 및 회전 운동이 원활해진다. 이러한 이유로 상기 챔버(33)의 개구부(331)는 챔버내의 시료의 수면이 대기에 노출되게 하여 챔버 내의 액체의 회전력을 증가시킬 수 있게 한다. 시료의 종류에 따라 시료가 대기 중에 개방되어 노출되면 불이익이 있는 경우 상기 챔버(33)는 밀폐된 원통체로 구성할 수도 있으며, 이경우에도 챔버(33)의 높이를 채워질 시료의 높이보다 높게 하여 시료의 수면이 챔버내의 기체(예; 질소, 아르곤 등 불활성가스)와 닿게 하는 것이 바람직하다.

상기 유체처리부(3)의 시료배출구(34)는 배출채널(321)에 의해 챔버(33)와 연결되는 것이 바람직하나 챔버(33)에 직접 설치될 수 있다.

상기 유체처리부(3)의 챔버(33)가 두 개 이상일 경우, 각 챔버(33)는 중간채널(322)에 의해 연결될 수 있다. 다단계의 혼합 및 반응 과정이 필요한 경우, 예로서, 1차 챔버(331)들이 시료주입구(31)들로부터 각각 2개 이상의 시료를 먼저 받아 혼합/반응 시키고, 1차 챔버(331)에서 혼합/반응된 시료가 중간채널(322)들을 통해 2차 챔버(332)로 유입되어 2차 챔버(332)에서 다시 혼합/반응 되며, 이후 혼합/반응된 시료들은 배출채널(321)을 통해 시료배출구(34)로 배출되게 된다.

본 발명은 이에 나아가, 상기의 진동을 이용한 유체 제어장치를 이용한 유체 제어방법을 제공하며, 상기의 유체 제어방법은,

진동발생장치가 진동하는 진동단계(s100);

상기 진동이 작업대(1)를 타고 전파되는 진동 전파단계(s110);

각 시료를 각 시료주입구(31)에 주입하는 시료 주입단계(s120);

주입된 시료가 채널(32, 322)을 통해 챔버(33)로 유입되는 챔버유입단계(s130);

상기 유입된 시료가 챔버(33)에서 상기 전파된 진동에 의해 혼합/교반되는 혼합/교반단계(s140);

상기 혼합/교반된 시료가 배출채널(321)과 시료 배출구(34)를 통해 배출되는 시료 배출단계(s150);

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.

1. 작업대
2. 진동발생부
21. 진동발생장치
22. 진동제어부
221. 전류/전압제어부
222. 스위치부
23. 전원부
3. 유체처리부
31. 시료주입구
32. 채널(channel)
321. 배출채널
322. 중간채널
33. 챔버(chamber)
331. 1차 챔버
332. 2차 챔버
34. 시료배출구

Claims (16)

1. 소량의 유체를 제어하기 위한 장치에 있어서, 작업대(1)와, 상기 작업대(1)에 밀착설치된 진동발생부(2)와, 상기 작업대(1)에 설치되는 유체처리부(3)를 포함하며, 상기 유체처리부(3)는 시료를 주입하는 하나 이상의 시료주입구와(31), 상기 시료주입구(31)와 직접 연결 되거나 또는 채널(32)로 연결된 하나 이상의 챔버(33)와, 상기 챔버(33)에 직접 연결 되거나 또는 배출채널(321)로 연결된 시료배출구(34)를 포함하며,
   상기 유체처리부(3)의 챔버(33)는 상부에 개구부(331)를 갖는 원통체이며,
   상기 진동발생부(2)는 상기 챔버(33)와 상기 채널을 동시에 진동시키기 위하여 상기 챔버(33) 및 상기 채널(32)에 대하여 이격설치된 1개 이상의 진동발생장치(21)와 진동발생장치(21)의 진동강도를 조절하는 진동제어부(22)를 포함하며, 상기 진동제어부(22)는 진동발생부에 유입되는 전류 또는 전압을 제어하는 전류/전압제어부(221)와, 상기 전류/전압제어부(221)를 조작하기 위한 스위치부(222) 및 진동발생부(2)에 전기를 공급하기 위한 전원부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 작업대(1)는 쇼어경도 50이상의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 작업대(1)는 유리판체, 플라스틱, 금속, 실리콘웨이퍼, 목재 중 선택된 하나 이상의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
4. 제2항에 있어서, 상기 작업대(1)는 작업대(1)에 설치되는 탄성지지부에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 탄성지지부는 작업대(1)의 저부에 설치되어 작업대(1)를 받쳐주어 지지하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
6. 제4항에 있어서, 상기 탄성지지부는 작업대(1)를 매달아 지지하도록 판체의 각 테두리부에 설치되어 상기 작업대(1)를 매달아 바닥으로부터 이격되도록 위치시키는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 탄성지지부에 갈음하여 섬유재 지지끈으로 작업대(1)를 매달아 지지하여, 상기 작업대(1)를 매달아 바닥으로부터 이격되도록 위치시키는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 각 진동발생장치(21)는 동전형 진동모터인 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
   
10. 제 1항에 있어서, 상기 유체처리부(3)의 시료주입구(31)는 상기 시료주입구(31)에 연결되는 채널(32)의 높이와 같거나 또는 보다 큰 높이를 갖도록 구성되며, 상기 시료주입구(31)의 상부가 개방된 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
    
11. 제1항에 있어서, 상기 유체처리부(3)의 채널(32)은 챔버와 챔버, 챔버와 시료주입구, 챔버와 시료배출구를 연결하고, 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
    
12. 삭제
13. 삭제
14. 제1항에 있어서, 상기 유체처리부(3)의 시료배출구(34)는 챔버(33)와 직접 연결되거나 또는 배출채널(321)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
    
15. 제1항에 있어서, 상기 유체처리부(3)의 챔버(33)가 두 개 이상일 경우, 각 챔버(33)가 직접 연결되거나 또는 중간채널(322)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치.
    
16. 제1항 내지 제7항, 제9항 내지 제11항, 제14항 및 제15항 중 어느 한 항의 진동을 이용한 유체 제어장치의 유체 제어방법에 있어서,
    진동발생장치가 진동하는 진동단계(s100);
    상기 진동이 작업대(1)를 타고 전파되는 진동 전파단계(s110);
    각 시료를 각 시료주입구(31)에 주입하는 시료 주입단계(s120);
    주입된 시료가 채널(32, 322)을 통해 상부에 개구부(331)를 갖는 원통체인 챔버(33)로 유입되는 챔버유입단계(s130);
    상기 유입된 시료가 챔버(33)에서 상기 전파된 진동에 의해 혼합/교반되는 혼합/교반단계(s140);
    상기 혼합/교반된 시료가 배출채널(321)과 시료 배출구(34)를 통해 배출되는 시료 배출단계(s150);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동을 이용한 유체 제어장치의 유체 제어방법.
    
    
    
    
    
    

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