KR101551742B1 - 진공 가열 교반장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공도와 온도를 제어하면서 교반 과정을 수행함으로써 기포의 발생을 억제하고 복수의 재료가 골고루 섞이도록 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명의 일례와 관련된 진공 가열 교반장치는, 복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버, 일단이 상기 챔버와 연결되고 흡입벨브를 구비한 흡입관, 상기 흡입관의 타단과 연결되고 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프, 일단은 상기 챔버와 연결되고 타단은 외부와 연결되며 주입벨브를 구비하고 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프 및 자력을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 마그네틱 교반기를 포함하되, 상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

Description

진공 가열 교반장치 및 그 제어방법{Vacuum Stirring Heating Equipments and Method for Conrolling thereof}

본 발명은 교반장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공도와 온도를 제어하면서 교반 과정을 수행함으로써 기포의 발생을 억제하고 복수의 재료가 골고루 섞이도록 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

교반장치는 일반적으로 혼합되기 어려운 두 종류 이상의 물질을 골고루 섞어주는 기능을 가지는 장치로서, 전자, 화학, 약학분야 등의 다양한 분야에서 전반적으로 활용되고 있다.

도 1a에 도시된 바와 같이, 미세한 기술을 요하는 산업분야에서는 고체나 액체를 나노 크기의 입자(particle)로 파쇄하여 활용하며, 도 1b에 도시된 바와 같이, 이렇게 매우 작은 크기로 파쇄된 입자는 기포 등이 들러붙고 서로 응집(cluster)되며 비균질적으로 존재하려는 성질(nonhomogeneous)을 갖는다. 이렇게 서로 응집된 입자들을 도 1c에 도시된 바와 같이 충분하게 분산(dispersion)시켜 주어야 양질의 품질이 제공될 수 있다.

약학분야나 화장품 등에 활용되는 나노 분말은 세포 내부로 침투하지 않으면서 피부, 혈관 등을 통해 인체에 쉽게 전달될 수 있는 크기로 분산이 이루어져야 그 효능이 최적화될 수 있다. 이러한 나노 분말 입자의 크기는 약 1㎚ ~ 500㎚ 정도의 범위로 설정될 수 있고, 이에 따라 응집되는 입자도 다수 생겨날 수 있다.

일반적으로 교반장치는 그 방식에 따라 크게 접촉식과 비접촉식으로 나눌 수 있다.

접촉식의 경우, 각종 비드(세리믹 등)를 사용하여 마찰을 이용하는 방식으로서, 피분산물의 심하고 나노 분말의 분산이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이러한 접촉식에는 볼밀(particle + air), 제트밀, horn 타입 등이 있다.

비접촉식의 경우, 대용량 분산이 어렵고, 캐비테이션이 불균일하게 발생하여 분산 성능에 한계가 존재한다는 단점이 있다. 이러한 비접촉식에는 bath 타입, cup 타입 등이 있다.

그러나, 일반적으로 액상의 재료 내부에는 공기 등의 기체가 다수 존재하며, 이러한 종래의 교반장치를 이용하여 서로 다른 성질의 액상 재료를 섞어주는 경우, 응고 과정에서 제품에 기포가 남게 된다는 문제점이 있었다. 또한, 처음부터 탈포가 어느 정도 이루어진 액체 재료를 사용하는 경우에도, 교반 과정에서 기포가 발생한다는 문제점이 있었다. 또한, 기포를 없애기 위하여 복잡한 장치와 프로세스를 수행해야하므로 제품의 생산 비용과 효율성 측면에서도 비경제적이라는 문제점이 있었다.

이러한 기포는 생산된 제품이 균일하지 않게 응고되게 하며, 남은 기포의 정도에 따라 만들어진 제품의 물성이 달라져 일정한 품질을 갖는 제품을 제조하기 어렵게 한다. 나아가, 이러한 일정하지 못한 품질로 인하여 제품의 시장 경쟁령이 약화되는 문제점이 상존하였다.

이에 따라, 재료의 교반 과정에서 탈포가 효율적으로 이루어지게 하여 기포를 최소화하고 균일한 제품을 만들 수 있는 교반장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0082150호 대한민국 등록실용신안 제20-0459460호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 진공도와 온도를 제어하면서 교반 과정을 수행함으로써 기포의 발생을 억제하고 복수의 재료가 골고루 섞이도록 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

구체적으로, 본 발명은 챔버 내외로 유입, 유출되는 공기의 양을 조절할 수 있도록 구성하여 교반 과정에서 챔버 내부의 진공도를 원하는 수준으로 맞출 수 있으며, 기포의 발생을 최소화하여 균일한 성분을 갖는 제품을 제조할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 교반 과정에서 챔버 내부의 온도를 원하는 수준으로 조절하여 재료의 물성이 바뀌는 것을 방지하며, 적절한 큐어링(curing) 시간을 설정할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 초음파를 이용하여 복수의 재료를 분산시키고 응집되는 것을 막음으로써 혼합이 어려운 복수의 재료를 골고루 섞어지게 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 복수의 재료를 유화시켜 교반의 효율성을 대폭 향상시킬 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공하는 데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 진공 가열 교반장치는, 복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버, 일단이 상기 챔버와 연결되고, 흡입벨브를 구비한 흡입관, 상기 흡입관의 타단과 연결되고 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프, 일단은 상기 챔버와 연결되고 타단은 외부와 연결되며 주입벨브를 구비하고 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프 및 자력을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 마그네틱 교반기를 포함하되, 상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

또한, 상기 마그네틱 교반기는, 상기 교반용기의 하면에 설치되어 상기 자력을 발생시키는 마그네틱 부재 및 상기 교반용기 내부에 설치되고 상기 마그네틱 부재의 자력에 의해 회전하며 상기 회전을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 회전 부재를 더 포함할 수 있다.

한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일례와 관련된 진공 가열 교반장치는, 복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버, 일단이 상기 챔버와 연결되고 흡입벨브를 구비한 흡입관, 상기 흡입관의 타단과 연결되고 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프, 일단은 상기 챔버와 연결되고 타단은 외부와 연결되며 주입벨브를 구비하고 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프, 동력을 발생시키는 구동부 및 상기 교반용기 내부에 설치되고 상기 구동부와 연결되며 상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하고 상기 회전을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 교반용 블레이드를 포함하되, 상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일례와 관련된 진공 가열 교반장치는, 복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버, 일단이 상기 챔버와 연결되고, 흡입벨브를 구비한 흡입관, 상기 흡입관의 타단과 연결되고 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프, 일단은 상기 챔버와 연결되고 타단은 외부와 연결되며 주입벨브를 구비하고 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프 및 초음파를 이용하여 상기 복수의 재료를 교반하는 초음파 분산장치를 포함하되, 상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있다.

또한, 상기 초음파 분산장치는, 양단이 상기 교반용기와 연결되어 내부로 상기 복수의 재료가 순환되는 이동관, 내부가 중공으로 형성되어 상기 이동관의 적어도 일부 감싸는 금속관, 상기 금속관의 외주면에 설치되고 상기 초음파를 발생시키는 압전진동자 및 상기 금속관의 내부에 충진되고 상기 압전진동자에 의해 발생된 초음파를 상기 이동관을 통하여 순환되는 복수의 재료에 전달하는 매질을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 흡입벨브 및 상기 주입벨브 중 적어도 하나를 조정하여 상기 챔버 내부의 진공도를 조절하고, 상기 조절된 진공도에 대응하여 상기 복수의 재료의 교반 과정에서 발생하는 기포를 저감시킬 수 있다.

또한, 챔버 내부의 진공도를 측정하는 센서부 및 상기 센서부가 측정한 진공도에 기초하여 상기 흡입벨브 및 상기 주입벨브 중 적어도 하나를 조정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 챔버의 하면에 설치되어 상기 챔버를 가열하는 전열장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전열장치의 가열 정도를 조정하여 상기 챔버 내부의 온도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 센서부 및 상기 센서부가 측정한 온도에 기초하여 상기 전열장치의 가열 정도를 조정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 챔버는 진공 건조 오븐(Vacuum Dry Oven)일 수 있다.

또한, 상기 교반용기의 내부와 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키는 호모게나이저(homogenizer)를 더 포함하되, 상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화될 수 있다.

복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버 및 마그네틱 교반기를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 교반장치의 제어방법은, 상기 마그네틱 교반기의 자력을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 단계, 상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계 및 흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계를 포함하되, 상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며, 상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며, 상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입할 수 있다.

복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버 및 상기 교반용기 내부에 설치되고 구동부와 연결되는 교반용 블레이드를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일례와 관련된 교반장치의 제어방법은, 상기 구동부가 동력을 발생시키는 단계, 상기 교반용 블레이드가 상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하는 단계, 상기 회전되는 교반용 블레이드가 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 단계, 상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계 및 흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계를 포함하되, 상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며, 상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며, 상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입할 수 있다.

복수의 재료를 담는 교반용기, 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버 및 초음파 분산장치를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일례와 관련된 교반장치의 제어방법은, 상기 초음파 분산장치가 초음파를 발생시키는 단계, 상기 초음파를 이용하여 상기 복수의 재료를 교반하는 단계, 상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계 및 흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계를 포함하되, 상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며, 상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며, 상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입할 수 있다.

본 발명은 진공도와 온도를 제어하면서 교반 과정을 수행함으로써 기포의 발생을 억제하고 복수의 재료가 골고루 섞이도록 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

구체적으로, 본 발명은 챔버 내외로 유입, 유출되는 공기의 양을 조절할 수 있도록 구성하여 교반 과정에서 챔버 내부의 진공도를 원하는 수준으로 맞출 수 있으며, 기포의 발생을 최소화하여 균일한 성분을 갖는 제품을 제조할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 교반 과정에서 챔버 내부의 온도를 원하는 수준으로 조절하여 재료의 물성이 바뀌는 것을 방지하며, 적절한 큐어링(curing) 시간을 설정할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 초음파를 이용하여 복수의 재료를 분산시키고 응집되는 것을 막음으로써 혼합이 어려운 복수의 재료를 골고루 섞어지게 할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 복수의 재료를 유화시켜 교반의 효율성을 대폭 향상시킬 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 사용자에게 제공할 수 있다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시례를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명과 관련된 입자의 파쇄, 응집 및 분산의 일례를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 적용될 수 있는 진공 가열 교반장치의 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시례에 따라 구현될 수 있는 마그네틱 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시례에 따라 구현될 수 있는 기계식 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 초음파 분산장치의 실시례를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일례와 관련된 마그네틱 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일례와 관련된 기계식 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일례와 관련된 초음파 분산장치를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시례에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일 실시례는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.

일반적으로 교반장치는 우리 일상에 필수불가결한 전자, 화학 분야에 널리 이용되며 다양한 공정의 수행에 편의를 제공해준다.

그러나, 종래의 교반장치를 이용하는 경우에는, 액상의 재료에 내포된 기포나 교반 과정에서 발생하는 기포로 인하여 균일하지 못한 제품이 생성되는 일이 빈번하였으며, 이는 제품의 품질 저하와 경쟁력 약화로 이어진다는 문제점이 있었다. 또한, 정밀한 성분을 요구하는 제품의 생산에는 적용이 어려워 교반장치의 활용의 폭을 좁힌다는 문제점이 있었다.

본 발명은 복수의 재료의 교반 과정에 있어서, 가열과 탈포, 나아가 분산 기능도 동시에 수행하게 함으로써 제품에 남는 기포를 없애고 효과적인 교반을 수행할 수 있는 교반장치 및 그 제어방법을 제안하고자 한다.

이하에서는, 본 발명이 제안하는 진공 가열 교반장치를 구체적으로 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 적용될 수 있는 진공 가열 교반장치의 블록 구성도의 일례를 나타낸 것이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 것과 같이 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 전원공급부(10), 진공조절부(20), 전열장치(30), 마그네틱 교반기(40), 기계식 교반기(50), 초음파 분산장치(60), 호모게나이저(70), 출력부(80), 센서부(90), 사용자 입력부(91), 메모리(92), 인터페이스부(93), 제어부(95) 등을 포함할 수 있다. 단, 도 2a 및 도 2b에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 진공 가열 교반장치(1)가 구현될 수도 있다. 이하, 상기 구성요소들에 대하여 차례로 살펴본다.

전원공급부(10) 제어부(95)의 제어에 의해 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급한다.

한편, 진공조절부(20)는 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)의 챔버 내부의 진공도를 조절하기 위한 구성으로서, 흡입관(22), 진공펌프(24) 및 공기파이프(26) 등으로 구성될 수 있다. 진공펌프(24)는 공기를 흡수할 수 있는 수단으로서 흡입관(22)과 연결되어 있다. 상기 흡입관(22)은 흡입벨브(23)를 구비하여 흡입관(22)을 통하여 진공펌프(24)에 흡입되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 공기파이프(26)는 외부의 공기를 챔버 내부로 주입하는 수단이다. 상기 공기파이프(26)는 주입벨브(27)를 구비하여 공기파이프(26)를 통하여 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있다. 또한, 전열장치(30)는 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)의 챔버 내부의 온도를 조절하기 위하여 챔버를 가열하는 구성이다.

한편, 마그네틱 교반기(40)와 기계식 교반기(50)는 복수의 재료를 교반하기 위한 구성으로서, 도 2a는 마그네틱 교반기(40)를 구비한 진공 가열 교반장치(1)를 나타낸 것이고, 도 2b는 기계식 교반기(50)를 구비한 진공 가열 교반장치(1)를 나타낸 것이나, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 마그네틱 교반기(40)와 기계식 교반기(50)를 함께 구비하여 실시되는 것도 가능하다.

마그네틱 교반기(40)는 자력을 이용하여 복수의 재료를 교반하는 구성으로서, 자력을 발생시키는 마그네틱 부재(42) 및 상기 마그네틱 부재(42)에 의하여 발생된 자력을 받아 회전함으로써 복수의 재료를 교반시키는 회전 부재(44)를 포함할 수 있다.

기계식 교반기(50)는 기계적 에너지에 의하여 발생된 동력을 이용하여 복수의 재료를 교반하는 구성으로서, 동력을 발생시키는 구동부(52) 및 상기 구동부(52)의 동력을 전달받아 회전함으로써 복수의 재료를 교반시키는 교반용 블레이드(54)를 포함할 수 있다.

한편, 초음파 분산장치(60)는 집속 초음파를 이용하여 복수의 재료의 나노 파티클을 분산시켜 응집을 막는 구성이다. 나노 파티클은 응집하려는 성질이 강하며, 이는 교반 기능의 효율을 저하시키는 큰 요인이다. 따라서 초음파 분산장치(60)를 사용하여 복수의 재료의 응집을 퍼지게 함으로써 복수의 재료를 골고루 섞어줄 수 있다.

본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50) 없이 초음파 분산장치(60)만으로 복수의 재료를 교반시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 초음파 분산장치(60)를 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50)와 함께 구현하여 복수의 재료에 대한 교반 성능을 보다 향상시킬 수도 있다.

한편, 호모게나이저(70)는 강력한 초음파를 이용하여 복수의 재료의 교반 기능을 향상시키는 구성이다. 호모게나이저(70)는 혼합되기 어려운 서로 다른 종류의 물질에 높은 압력을 가하여 좁은 분사로를 통과시킨다. 좁은 분사로를 빠른 속도로 통과하는 과정에서 복수의 재료는 나노 사이즈로 잘라지게 되며, 이후 넓은 통로에유입되면서 에멀션이 형성된다. 이러한 호모게나이저(70)는 진공 가열 교반장치(1)의 교반의 효율성을 크게 향상시킬 수 있고 교반동작의 신뢰성을 높일 수 있는 구성이다.

본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50) 없이 호모게나이저(70)만으로 복수의 재료를 교반시키는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 호모게나이저(70)를 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50)와 함께 구현하여 복수의 재료에 대한 교반 성능을 보다 향상시킬 수도 있다. 나아가, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 초음파 분산장치(60)와 호모게나이저(70)를 함께 사용하여 구현되는 것도 가능하며, 여기에 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50)가 추가되어 교반시키는 것도 가능하다.

한편, 출력부(80)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 이에는 디스플레이부(81), 음향 출력 모듈(82), 알람부(83) 및 햅틱 모듈(84) 등이 포함될 수 있다.

디스플레이부(81)는 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 진공 가열 교반장치(1)의 교반이 수행되는 동작과 관련된 UI(User Interface) 또는 GUI(Graphic User Interface)를 표시한다. 흡입벨브(23)나 주입벨브(27) 등을 관리하는 진공조절부(20)의 동작, 전열장치(30)의 동작, 마그네틱 교반기(40) 또는 기계식 교반기(50)의 동작, 초음파 분산장치(60) 또는 호모게나이저(70)의 동작 등과 관련된 UI, GUI를 표시한다. 또한, 본 발명에 따른 디스플레이부(81)는 2D 및 3D 표시 모드를 지원한다.

상기와 같은 디스플레이부(81)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 중 일부 디스플레이는 그를 통해 외부를 볼 수 있도록 투명형 또는 광투과형으로 구성될 수 있다. 이는 투명 디스플레이라 호칭될 수 있는데, 상기 투명 디스플레이의 대표적인 예로는 TOLED(Transparant OLED) 등이 있다. 디스플레이부(81)의 후방 구조 또한 광 투과형 구조로 구성될 수 있다.

진공 가열 교반장치(1)의 구현 형태에 따라 디스플레이부(1151)이 2개 이상 존재할 수 있다. 예를 들어, 진공 가열 교반장치(1)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(81)와 터치 동작을 감지하는 센서(이하, '터치 센서'라 함)가 상호 레이어 구조를 이루는 경우(이하, '터치 스크린'이라 함)에, 디스플레이부(81)는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 터치 센서는, 예를 들어, 터치 필름, 터치 시트, 터치 패드 등의 형태를 가질 수 있다.

음향 출력 모듈(82)은 동작을 위한 전기적 신호 수신를 수신하는 경우 메모리(92)에 저장된 오디오 데이터를 출력할 수 있다. 음향 출력 모듈(82)은 진공 가열 교반장치(1)에서 수행되는 기능(예를 들어, 호신호 수신음, 메시지 수신음 등)과 관련된 음향 신호를 출력하기도 한다. 이러한 음향 출력 모듈(82)에는 리시버(Receiver), 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

알람부(83)는 진공 가열 교반장치(1)의 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력한다. 진공 가열 교반장치(1)에서 발생 되는 이벤트의 예로는 신호의 수신, 챔버 내부의 진공도나 온도가 효율적인 교반에 요구되는 범위를 이탈, 초음파 분산장치(60)나 호모게나이저(70)의 작동 등이 있다. 알람부(83)는 비디오 신호나 오디오 신호 이외에 다른 형태, 예를 들어 진동으로 이벤트 발생을 알리기 위한 신호를 출력할 수도 있다. 상기 비디오 신호나 오디오 신호는 디스플레이부(81)나 음향 출력 모듈(82)을 통해서도 출력될 수 있으므로, 이 경우 상기 디스플레이부(81) 및 음향 출력 모듈(82)은 알람부(83)의 일종으로 분류될 수도 있다.

햅틱 모듈(84)은 사용자가 느낄 수 있는 다양한 촉각 효과를 발생시킨다. 햅틱 모듈(84)이 발생시키는 촉각 효과의 대표적인 예로는 진동이 있다. 햅택 모듈(84)이 발생하는 진동의 세기와 패턴 등은 제어가능하다. 예를 들어, 서로 다른 진동을 합성하여 출력하거나 순차적으로 출력할 수도 있다. 햅틱 모듈(84)은, 진동 외에도, 접촉 피부면에 대해 수직 운동하는 핀 배열, 분사구나 흡입구를 통한 공기의 분사력이나 흡입력, 피부 표면에 대한 스침, 전극(eletrode)의 접촉, 정전기력 등의 자극에 의한 효과와, 흡열이나 발열 가능한 소자를 이용한 냉온감 재현에 의한 효과 등 다양한 촉각 효과를 발생시킬 수 있다.

한편, 센서부(90)는 진공 가열 교반장치(1)의 동작 상태, 챔버 내부의 진공상태 및 온도, 흡입벨브(23) 및 주입벨브(27)의 개폐 정도, 전열장치(30)의 가열 정도, 마그네틱 교반기(40)나 기계식 교반기(50)의 동작 상태 등과 같이 진공 가열 교반장치(1)의 현 상태를 감지하여 진공 가열 교반장치(1)의 동작을 제어하기 위한 센싱 신호를 발생시킨다. 또한, 배터리와 같은 전원 공급부(10)의 전원 공급 여부, 인터페이스부(93)의 외부 기기 결합 여부 등을 센싱할 수도 있다. 또한, 상기 센서부(90)는 근접 센서를 포함할 수 있다.

한편, 사용자 입력부(91)는 사용자가 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킨다. 사용자 입력부(91)는 본 발명에 따라 표시되는 컨텐트들 중 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호를 사용자로부터 수신할 수 있다. 그리고, 두 개 이상의 컨텐트를 지정하는 신호는, 터치입력을 통하여 수신되거나, 하드키 및 소프트 키입력을 통하여 수신될 수 있다. 상기와 같은, 사용자 입력부(91)는 방향키, 키 패드(key pad), 돔 스위치 (dome switch), 터치 패드(정압/정전), 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.

한편, 메모리(92)는 제어부(95)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수도 있고, 입/출력되는 데이터들의 임시 저장을 위한 기능을 수행할 수도 있다. 상기 메모리(92)에는 상기 데이터들 각각에 대한 사용 빈도도 함께 저장될 수 있다. 또한, 상기 메모리(92)에는 터치스크린 상의 터치 입력시 출력되는 다양한 패턴의 진동 및 음향에 관한 데이터를 저장할 수 있다.

상기와 같은 메모리(92)는 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.

한편, 인터페이스부(93)는 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)에 연결되는 모든 외부기기와의 통로 역할을 한다. 인터페이스부(93)는 외부 기기로부터 데이터를 전송받거나, 전원을 공급받아 진공 가열 교반장치(1) 내부의 각 구성 요소에 전달하거나, 진공 가열 교반장치(1) 내부의 데이터가 외부 기기로 전송되도록 한다. 예를 들어, 유/무선 헤드셋 포트, 외부 충전기 포트, 유/무선 데이터 포트, 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트, 오디오 I/O(Input/Output) 포트, 비디오 I/O(Input/Output) 포트, 이어폰 포트 등이 인터페이스부(93)에 포함될 수 있다.

한편, 제어부(95)는 통상적으로 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)의 전반적인 동작을 제어한다. 예를 들어, 센서부(90)에 의하여 측정된 챔버 내부의 진공도가 교반에 적절한 범위를 벗어나는 경우, 흡입벨브(23)나 주입벨브(27)를 조절하여 챔버 내부의 진공도를 적절한 수치로 설정할 수 있다. 또한, 센서부(90)에 의하여 측정된 챔버 내부의 온도가 교반에 적절한 범위를 벗어나는 경우, 전열장치(30)를 조절하여 챔버 내부의 온도를 적절한 수치로 설정할 수 있다. 제어부(95)는 멀티 미디어 재생을 위한 멀티미디어 모듈을 구비할 수도 있다. 멀티미디어 모듈은 제어부(95) 내에 구현될 수도 있고, 제어부(95)와 별도로 구현될 수도 있다.

이하에서는, 상기 설시한 구성을 갖는 진공 가열 교반장치의 실시형태를 도 3a, 도 3b 및 도 4a, 도 4b를 참조하여 살펴본다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시례에 따라 구현될 수 있는 마그네틱 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치를 나타내며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시례에 따라 구현될 수 있는 기계식 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치를 나타낸다.

도 3a, 도 3b 및 도 4a, 도 4b에 도시된 것과 같이, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)는 교반의 대상물인 재료(2a, 2b)를 교반용기(3)에 담아 챔버(4)에 수용할 수 있다. 교반용기(3)는 재료(2a, 2b)의 교반을 눈으로 직접 확인할 수 있도록 투명한 재질로 형성됨이 바람직하며, 일례로 투명 비커가 이용될 수 있다. 상기 재료(2a, 2b)는 바람직하게는 액체상태이고, 도면 상에는 재료(2a, 2b)가 두 개인 실시례를 도시하고 있으나, 세 개 이상의 재료를 교반용기(3)에 담아 교반하는 것도 가능하다.

챔버(4)는 내부에 밀폐된 공간이 형성되어 있으며, 챔버(4) 내부에는 교반용기(3)가 고정될 수 있는 공간이 있어서 교반 과정에서 교반용기(3)가 고정될 수 있다. 또한, 교반용기(3)가 고정되지 않고 챔버(4) 내부에서 공전하거나 자전함으로써 재료(2a, 2b)를 교반시키는 것도 가능하다.

챔버(4)에는 흡입관(22)과 공기파이프(26)가 연결되어 있다. 흡입관(22)은 챔버(4) 내부 공기의 이동 통로가 되는 긴 관 형상으로 형성되며, 일단은 상기 챔버(4)와 연결되고, 타단은 진공펌프(24)와 연결되어 있다. 흡입관(22)의 중간 부분에는 흡입벨브(23)가 형성되어 있어서 흡입관(22)을 통하여 이동하는 공기의 양을 조절할 수 있다. 흡입관(22)의 타단에 연결되어 있는 진공펌프(24)는 기체 압축기의 일종으로서, 챔버(4) 내부의 공기를 빼내어 챔버(4) 내부를 진공 가까이까지 기압을 낮출 수 있다.

공기파이프(26)는 진공 가열 교반장치(1) 외부의 공기가 챔버(4) 내부로 이동할 수 있도록 긴 관 형상으로 형성되며, 일단은 상기 챔버(4)와 연결되고, 타단은 외부에 개방되어 있다. 공기파이프(26)의 중간부분에는 주입벨브(27)가 형성되어 있어서 공기파이프(26)를 통하여 이동하는 공기의 양을 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이, 흡입벨브(23)는 흡입관(22)을 통하여 진공펌프(24)에 의하여 흡입되는 챔버(4) 내부의 공기의 양을 조절할 수 있으며, 주입벨브(27)는 공기파이프(26)를 통하여 챔버(4) 내부로 주입되는 공기의 양을 조절할 수 있으므로 상기 흡입벨브(23)와 주입벨브(27)를 적절하게 조절함으로써 챔버(4) 내부의 진공도를 재료(2a, 2b)의 교반에 최적화될 수 있도록 조절할 수 있다.

예를 들어, 챔버(4) 내부의 진공도가 너무 낮은 경우, 교반용기(3)에 담긴 재료(2a, 2b)가 불안정한 상태가 될 수 있다. 이 경우, 주입벨브(27)를 조절하여 공기파이프(26)를 통하여 챔버(4) 내부로 공기가 주입되도록 조절하면 재료(2a, 2b)의 교반이 안정적으로 수행될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 교반 과정이 종료된 후에는 챔버(4)를 개방하여 혼합된 제품을 꺼내기 위해 주입벨브(27)를 조절하여 챔버(4) 내부로 많은 양의 공기가 주입되도록 하여야 한다. 교반 과정에서 챔버(4)는 진공에 가까운 상태에 있어 챔버(4)를 개방하여 혼합된 제품을 꺼내기가 어렵기 때문이다.

챔버(4)의 하부에는 도 3a 및 도 4a에 도시된 것과 같이 전열장치(30)가 설치되어 있다. 전열장치(30)는 니크롬 선 구동용 전력장치 등을 구비하여 열을 발생시킬 수 있으며, 챔버(4)는 전열장치(30)에서 발생된 열에 의하여 가열된다. 따라서 전열장치(30)의 가열 정도를 조정하여 챔버(4) 내부의 온도를 조절하는 것이 가능하다.

예를 들어, 온도가 너무 높게 올라간 경우, 결정구조의 변형이나 상 변화와 같은 재료(2a, 2b)의 물리적 상태가 변할 수 있으며, 이로 인하여 혼합된 제품의 물질 특성이 바뀔 수 있다. 이를 방지하기 위하여 전열장치(30)를 조정하여 챔버(4) 내부의 온도가 너무 높아지는 것을 막을 수 있다. 또한, 재료(2a, 2b)는 교반 과정에서 교반에 의한 마찰열에 의하여 온도가 상승할 수 있으며, 필요 이상으로 온도가 상승하는 경우 재료(2a, 2b)의 점도 변화, 물성 변화 등을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 전열장치(30)를 조정하여 챔버(4) 내부의 온도 적절하게 제어할 수 있다.

본 발명에 적용될 수 있는 챔버(4)의 일례로는 도 3b 및 도 4b에 도시된 진공 건조 오븐(Vacuum Dry Oven, 5)이 있다. 진공 건조 오븐(5)은 내부에 교반용기(3)가 수용되기에 충분한 공간이 형성되어 있으며, 전면에는 열고 닫기가 가능하고 투명한 창을 가진 도어(5a)가 구비되어 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 마그네틱 교반기(40)를 이용한 진공 가열 교반장치(1)는 자력을 발생시켜 복수의 재료(2a, 2b)의 교반을 수행한다. 상기 마그네틱 교반기(40)는 마그네틱 부재(42)와 회전 부재(44)로 구성될 수 있다.

마그네틱 부재(42)는 교반용기(3)의 하면에 설치되어 자력을 발생시키는 구성으로서, 회전 부재(44)를 회전시키는 역할을 한다. 회전 부재(44)는 마그네틱 부재(42)와 인접하게 위치하여 마그네틱 부재(42)에서 생성되는 자력을 받아 회전할 수 있다. 회전 부재(44)는 마그네틱 부재(42)에서 발생하는 자력선에 유도되어 회전운동하도록 막대형상으로 형성될 수 있고, 교반용기(3)의 내벽과 접촉되지 않을 정도의 길이를 가지며, 교반용기(3)의 바닥에서 부양된 채로 회전할 수 있도록 지지대를 이용하여 지지되어야 한다. 상기 회전 부재(44)는 교반용기(3)의 내면에 설치되며, 회전 부재(44)가 회전하면서 복수의 재료(2a, 2b)가 교반될 수 있다.

또한, 도 4a 및 도 4b에 도시된 기계식 교반기(50)를 이용한 진공 가열 교반장치(1)는 기계적 에너지에 의하여 발생된 동력을 이용하여 복수의 재료(2a, 2b)의 교반을 수행한다. 상기 기계식 교반기(50)는 구동부(52) 및 교반용 블레이드(54)로 구성될 수 있으며, 교반용 블레이드(54)는 복수로 구비되는 것이 바람직하다.

구동부(52)는 회전축이 회전할 수 있도록 동력을 발생시킨다. 회전축은 구동부(52)와 연결되어 교반용기(3) 내로 연장되며, 회전축의 단부에는 복수의 교반용 블레이드(54)가 형성되어 있다. 구동부(52)의 동력으로 인하여 회전축이 회전하는 경우, 교반용 블레이드(54)도 함께 회전하면서 복수의 재료(2a, 2b)가 교반될 수 있다.

일례로서, 교반용 블레이드(54)의 단부에는 윗 방향으로 올라가는 경사가 형성될 수 있다. 이러한 기울기는 원심력에 의해 방사방향으로 이송되는 재료(2a, 2b)가 상향 방향의 경사부에 의해 경사부 모양의 궤적으로 움직이도록 하기 위함이다. 이러한 궤적은 원심력에 의해 밀려나는 재료(2a, 2b)의 위로 다시 재료(2a, 2b)가 떨어져 섞이는 원리이므로 종래의 교반기에 비해 교반 효과가 더욱 뛰어나다. 상향 방향의 경사부의 각도는 대략 30도 내지 40도의 범위 내에서 결정되며, 37도로 형성되는 것이 교반 효과의 측면에서 바람직하다. 경사가 너무 작으면 재료(2a, 2b) 위로 재료(2a, 2b)가 떨어지지 않고, 경사가 너무 크면 재료(2a, 2b)가 방사방향으로 밀려나지 못하고 상향 경사부에 뭉쳐 정체되는 현상이 발생한다.

다른 일례로서, 복수의 교반용 블레이드(54)는 회전축을 중심으로 수직 방향을 따라 상부의 교반용 블레이드에서 중간 교반용 블레이드까지는 폭이 점진적으로 증가하고, 다시 중간 교반용 블레이드에서 하부의 교반용 블레이드까지는 폭이 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 교반용 블레이드(54)는 각각 회전축을 중심으로 서로 일정한 각도 간격으로 어긋나게 배치될 수 있다. 따라서, 복수의 교반용 블레이드(54)는 회전축을 중심으로 서로 어긋나면서도 수직 방향을 따라 임펠러 블레이드의 폭이 증가하다가 다시 감소하는 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 복수의 교반용 블레이드(54)는 회전축의 외주면 일부를 따라 균일한 각도 간격으로 배치된다. 이러한 구조를 갖는 복수의 교반용 블레이드(54)를 사용하여 교반을 수행하는 경우 교반력이 균일하여 교반 능력이 향상될 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 적용될 수 있는 초음파 분산장치에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 초음파 분산장치의 실시례를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 진공 가열 교반장치(1)에 적용 가능한 초음파 분산장치(60)는 금속관(61), 압전진동자(62), 매질(63), 펌프(64) 등으로 이루어질 수 있다.

금속관(61)은 내부에 이동관이 위치하도록 중공으로 형성되는 것이 바람직하며, 압전진동자(62)는 상기 금속관(61)의 외주면에 연결 설치되고, 압전 세라믹을 포함한다. 이동관의 양단은 교반용기(3)에 연결되어 있으며, 이동관의 일단으로 복수의 재료(2a, 2b)가 흡입되고, 이동관의 일단으로 복수의 재료(2a, 2b)가 배출되면서 복수의 재료(2a, 2b)가 이동관 내부를 순환하게 된다.

여기서, 금속관(61)은 길이방향으로 확장된 원통형으로 형성되고, 그 재질은 금속, 특정적으로 알루미늄일 수 있다. 압전진동자(62)는 전기 에너지를 초음파 에너지로 또는 초음파 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 장치로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 압전진동자(62)이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 전기 에너지를 초음파 에너지로 변환하는 압전 세라믹을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 압전 세라믹은 납, 지르코늄 및 티타늄으로 이루어진 PZT 트랜스듀서(transducer)를 사용할 수 있다.

상기 중공의 금속관(61) 및 상기 금속관(61)의 외주면에 연결설치되는 압전진동자(62)는 길이방향으로 확장된 금속관(61)의 외부에 압전진동자(62), 특정적으로 중공의 원통형 압전 진동자(10)에 끼워지는 방식으로 서로 연결될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 중공의 원통형 형상을 갖는 압전진동자(62)는 중공의 원통형 형상을 분극 방향이 반지름 방향이 되도록 분극시켜 반지름 방향으로 진동하는 진동자 역할을 한다. 이때, 상기 원통의 내부에 매질(63), 특정적으로 액체 매질을 채우면 원통의 외부에 존재하는 공기에 비해 음향 임피던스가 상대적으로 압전진동자(62)의 음향 임피던스와 유사한 액체 매질(63) 내로 초음파 에너지가 전파된다. 이때, 상기 압전진동자(62)의 내부 표면에서 발생한 초음파 진동은 액체 매질(63)을 통하여 일시에 원통, 바람직하게는 압전진동자(62)의 원통, 특히 바람직하게는 압전진동자(62)에 연결설치된 원통형 금속관(61)의 중심에 모이게 되고, 이것이 매우 강한 집속 초음파 음장을 형성한다. 상기 액체 매질(63)로는 물이나 증류수를 사용할 수 있다. 이동관은 전술한 초음파의 음장이 집속되는 위치인 금속관(61) 내부 중심에 위치하는 것이 바람직하다.

제어부(95)에서 전기 에너지로서 전기적 신호를 압전진동자(62)에 제공하면, 압전진동자(62), 특정적으로 압전 세라믹으로 제공된 전기 에너지가 초음파 에너지로 변환되어 압전진동자(62)를 분극 방향이 반지름 방향이 되도록 분극시켜 반지름 방향으로 진동함으로써 초음파 에너지가 발생되고, 상기 발생된 초음파 에너지는 압전진동자(62)에 연결설치된 중공의 금속관(61) 내부에 채워진 액체 매질(63)을 통해 일시에 중공의 금속관(61)의 중심으로 모여 집속 초음파 음장을 형성한다. 상기 집속 초음파 음장이 형성된 부분에 위치하는 이동관에 있는 나노분말을 포함하는 유체는 집속 초음파 음장에 의해 나노분말이 유체에 고르게 분산될 수 있다.

이하에서는, 상기 설시한 구성을 갖는 진공 가열 교반장치의 제어방법을 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 일례와 관련된 마그네틱 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일례와 관련된 기계식 교반기를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 8은 본 발명의 일례와 관련된 초음파 분산장치를 이용한 진공 가열 교반장치을 제어하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 6을 참조하면, 먼저 마그네틱 교반기(40)의 자력을 이용하여 교반용기(3)에 담긴 복수의 재료(2a, 2b)를 교반한다(S10). 교반용기(3)의 하면에 설치된 마그네틱 부재(42)에서 발생된 자력을 회전 부재(44)가 받으며, 회전 부재(44)는 마그네틱 부재(42)에서 발생하는 자력선에 유도되어 회전운동한다. 상기 회전 부재(44)는 교반용기(3)의 내면에 설치되며, 회전 부재(44)가 회전하면서 복수의 재료(2a, 2b)가 교반될 수 있다.

다음으로, 챔버(4)의 하면에 설치된 전열장치(30)를 이용하여 상기 챔버(4)를 가열한다(S11). 전열장치(30)는 니크롬 선 구동용 전력장치 등을 구비하여 열을 발생시킬 수 있으며, 전열장치(30)에서 발생된 열에 의하여 챔버(4)가 적정한 온도로 가열된다.

다음으로, 흡입벨브(23)를 조정하여 흡입관(22)을 통하여 진공펌프(24)에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브(27)를 조정하여 공기파이프(26)를 통하여 상기 챔버(4) 내부로 주입되는 공기의 양을 조절한다(S12). 흡입벨브(23)와 주입벨브(27)를 적절하게 조절함으로써 챔버(4) 내부의 진공도를 재료(2a, 2b)의 교반에 최적화될 수 있도록 조절할 수 있다.

도 7을 참조하면, 먼저 구동부(52)가 동력을 발생시키고(S20), 상기 구동부(52) 생성한 동력을 전달받은 교반용 블레이드(54)가 회전하며(S21), 상기 회전되는 교반용 블레이드(54)가 교반용기(3)에 담긴 복수의 재료(2a, 2b)를 교반한다(S22). 구동부(52)에 의하여 구동부(52)와 직접 연결된 회전축이 회전하며, 회전축의 단부에 형성된 복수의 교반용 블레이드(54)는 회전축의 회전을 따라 함께 회전하며, 복수의 교반용 블레이드(54)의 회전으로 인하여 복수의 재료(2a, 2b)가 교반될 수 있다.

다음으로, 챔버(4)의 하면에 설치된 전열장치(30)를 이용하여 상기 챔버(4)를 가열한다(S23). 전열장치(30)는 니크롬 선 구동용 전력장치 등을 구비하여 열을 발생시킬 수 있으며, 전열장치(30)에서 발생된 열에 의하여 챔버(4)가 적정한 온도로 가열된다.

다음으로, 흡입벨브(23)를 조정하여 흡입관(22)을 통하여 진공펌프(24)에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브(27)를 조정하여 공기파이프(26)를 통하여 상기 챔버(4) 내부로 주입되는 공기의 양을 조절한다(S12). 흡입벨브(23)와 주입벨브(27)를 적절하게 조절함으로써 챔버(4) 내부의 진공도를 재료(2a, 2b)의 교반에 최적화될 수 있도록 조절할 수 있다.

도 8을 참조하면, 초음파 분산장치(60)에서 초음파가 발생되어(S31), 상기 복수의 재료(2a, 2b)를 교반하는 데 이용된다(S32). 압전진동자(62)에 의하여 발생된 초음파가 매질(63)을 통하여 금속관(61)의 중심으로 집속되며, 이동관을 통하여 순환하는 복수의 재료(2a, 2b)는 초음파 분산장치(60)의 초음파에 의하여 고르게 분산될 수 있다.

다음으로, 챔버(4)의 하면에 설치된 전열장치(30)를 이용하여 상기 챔버(4)를 가열한다(S32). 전열장치(30)는 니크롬 선 구동용 전력장치 등을 구비하여 열을 발생시킬 수 있으며, 전열장치(30)에서 발생된 열에 의하여 챔버(4)가 적정한 온도로 가열된다.

다음으로, 흡입벨브(23)를 조정하여 흡입관(22)을 통하여 진공펌프(24)에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브(27)를 조정하여 공기파이프(26)를 통하여 상기 챔버(4) 내부로 주입되는 공기의 양을 조절한다(S33). 흡입벨브(23)와 주입벨브(27)를 적절하게 조절함으로써 챔버(4) 내부의 진공도를 재료(2a, 2b)의 교반에 최적화될 수 있도록 조절할 수 있다.

상기 살펴본 본 발명의 진공 가열 교반장치에 의하면, 교반 과정에서 가열과 탈포를 수행하여 교반의 효율성을 증대시키고 기포의 잔존을 억제하여 양질의 품질을 갖는 제품을 생산하는 것이 가능하다. 또한, 분산장치를 추가적으로 구비하여 쉽게 섞이지 않는 재료가 효과적으로 섞일 수 있게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 실험실용 소형의 샘플 제작 공정에도 적용이 가능하며 그 활용이 폭이 종래의 교반장치에 비하여 굉장히 넓다는 장점이 있다.

한편, 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행할 수 있다. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시례들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시례들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시례들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1: 진공 가열 교반장치
2a, 2b: 재료
3: 교반용기
4: 챔버
5: 진공 건조 오븐
20: 진공조절부
22: 흡입관
23: 흡입벨브
24: 진공펌프
26: 공기파이프
27: 주입벨브
30: 전열장치
40: 마그네틱 교반기
42: 마그네틱 부재
44: 회전 부재
50: 기계식 교반기
52: 구동부
54: 교반용 블레이드
60: 초음파 분산장치
61: 금속관
62: 압전진동자
63: 매질
70: 호모게나이저
90: 센서부
95: 제어부

Claims (15)

1. 복수의 재료를 담는 교반용기;
   내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버;
   일단이 상기 챔버와 연결되고, 흡입벨브를 구비한 흡입관;
   상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프;
   일단은 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프;
   자력을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 마그네틱 교반기; 및
   상기 교반용기의 내부와 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키는 호모게나이저(homogenizer);를 포함하되,
   상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고,
   상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하며,
   상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 마그네틱 교반기는,
   상기 교반용기의 하면에 설치되어 상기 자력을 발생시키는 마그네틱 부재; 및
   상기 교반용기 내부에 설치되고, 상기 마그네틱 부재의 자력에 의해 회전하며, 상기 회전을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 회전 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
3. 복수의 재료를 담는 교반용기;
   내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버;
   일단이 상기 챔버와 연결되고, 흡입벨브를 구비한 흡입관;
   상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프;
   일단은 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프;
   동력을 발생시키는 구동부;
   상기 교반용기 내부에 설치되고, 상기 구동부와 연결되며, 상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하고, 상기 회전을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 교반용 블레이드; 및
   상기 교반용기의 내부와 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키는 호모게나이저(homogenizer);를 포함하되,
   상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고,
   상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하며,
   상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
4. 복수의 재료를 담는 교반용기;
   내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버;
   일단이 상기 챔버와 연결되고, 흡입벨브를 구비한 흡입관;
   상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하는 진공펌프;
   일단은 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하는 공기파이프;
   초음파를 이용하여 상기 복수의 재료를 교반하는 초음파 분산장치; 및
   상기 교반용기의 내부와 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키는 호모게나이저(homogenizer);를 포함하되,
   상기 흡입벨브는 상기 흡입관을 통하여 상기 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고,
   상기 주입벨브는 상기 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하며,
   상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 초음파 분산장치는,
   양단이 상기 교반용기와 연결되어 내부로 상기 복수의 재료가 순환되는 이동관;
   내부가 중공으로 형성되어 상기 이동관의 적어도 일부 감싸는 금속관;
   상기 금속관의 외주면에 설치되고, 상기 초음파를 발생시키는 압전진동자; 및
   상기 금속관의 내부에 충진되고, 상기 압전진동자에 의해 발생된 초음파를 상기 이동관을 통하여 순환되는 복수의 재료에 전달하는 매질;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
6. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입벨브 및 상기 주입벨브 중 적어도 하나를 조정하여 상기 챔버 내부의 진공도를 조절하고,
   상기 조절된 진공도에 대응하여 상기 복수의 재료의 교반 과정에서 발생하는 기포를 저감시키는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
7. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 챔버 내부의 진공도를 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부가 측정한 진공도에 기초하여 상기 흡입벨브 및 상기 주입벨브 중 적어도 하나를 조정하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
8. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 챔버의 하면에 설치되어 상기 챔버를 가열하는 전열장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 전열장치의 가열 정도를 조정하여 상기 챔버 내부의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 센서부; 및
    상기 센서부가 측정한 온도에 기초하여 상기 전열장치의 가열 정도를 조정하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
11. 제 1항, 제 3항 및 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 진공 건조 오븐(Vacuum Dry Oven)인 것을 특징으로 하는 진공 가열 교반장치.
12. 삭제
13. 복수의 재료를 담는 교반용기; 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버; 및 마그네틱 교반기;를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 마그네틱 교반기의 자력을 이용하여 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 단계;
    상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계; 및
    흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계;를 포함하되,
    상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며,
    상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며,
    상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하며,
    상기 교반용기의 내부에는 호모게나이저(homogenizer)가 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키고, 상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 교반장치의 제어방법.
14. 복수의 재료를 담는 교반용기; 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버; 및 상기 교반용기 내부에 설치되고 구동부와 연결되는 교반용 블레이드;를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 구동부가 동력을 발생시키는 단계;
    상기 교반용 블레이드가 상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하는 단계;
    상기 회전되는 교반용 블레이드가 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료를 교반하는 단계;
    상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계; 및
    흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계;를 포함하되,
    상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며,
    상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며,
    상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하며,
    상기 교반용기의 내부에는 호모게나이저(homogenizer)가 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키고, 상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 교반장치의 제어방법.
15. 복수의 재료를 담는 교반용기; 내부에 형성된 공간에 상기 교반용기를 수용하는 챔버; 및 초음파 분산장치;를 포함하는 교반장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 초음파 분산장치가 초음파를 발생시키는 단계;
    상기 초음파를 이용하여 상기 복수의 재료를 교반하는 단계;
    상기 챔버의 하면에 설치된 전열장치를 이용하여 상기 챔버를 가열하는 단계; 및
    흡입벨브를 조정하여 흡입관을 통하여 진공펌프에 흡입되는 공기의 양을 조절하고, 주입벨브를 조정하여 공기파이프를 통하여 상기 챔버 내부로 주입되는 공기의 양을 조절하는 단계;를 포함하되,
    상기 흡입관은 일단이 상기 챔버와 연결되고, 상기 흡입벨브를 구비하며,
    상기 진공펌프는 상기 흡입관의 타단과 연결되고, 상기 흡입관을 통하여 상기 챔버 내부의 공기를 흡입하며,
    상기 공기파이프는 일단이 상기 챔버와 연결되고, 타단은 외부와 연결되며, 상기 주입벨브를 구비하고, 상기 챔버 외부의 공기를 상기 챔버 내부로 주입하며,
    상기 교반용기의 내부에는 호모게나이저(homogenizer)가 연결되어 상기 교반용기에 담긴 복수의 재료에 기 설정된 주파수 범위를 갖는 초음파를 발생시키고, 상기 호모게나이저에 의하여 발생된 초음파에 의하여 상기 복수의 재료의 교반이 가속화되는 것을 특징으로 하는 교반장치의 제어방법.

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