KR101618270B1 - 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치 - Google Patents

Abstract

초음파 집속 장치에 의한 혼합유체의 분산 시, 분산 효율을 높이기 위한 유체 공급 구조를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치는, 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체가 이동하는 경로를 제공하고, 초음파를 집속시켜 혼합유체에 포함된 유체들이 집속된 초음파에 의해 서로 분산 혼합되도록 하는 초음파 집속 장치가 일 경로에 설치된 유체 이동경로와 다수의 연결부를 통해 연결되어, 혼합유체를 유체 이동경로에 유입시키고, 초음파 집속 장치에 의해 분산된 혼합유체가 유체 이동경로를 통해 유입되도록 설치된 유체 저장부; 및 혼합유체가 유체 저장부에 저장되기 전, 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시켜 유체 저장부에 제공하는 전처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치{FLUID PROVIDING APPARATUS FOR DISPERSING AND MIXING FLUID BY FUCUSED ULTRASOUND}

본 발명은 친수성 및 소수성 유체로 구성된 혼합유체를 계면활성제 등 분산제의 첨가 없이, 초음파를 이용하여 나노미터 단위로 고르고 안정성 있게 분산 및 혼합하는 기술에 있어서, 초음파 집속 장치에 의한 혼합유체의 분산 시, 분산 효율을 높이기 위한 유체 공급 구조에 관한 것이다.

최근 화장품, 조미료, 의료물질 등의 품질을 높이기 위해, 다양한 재료가 사용되고 있다. 이러한 재료들은 서로 혼합되어 제품화되며, 식용, 화장용 또는 의료용으로 사용하기 위해, 물 등의 액체에 혼합된 상태로 상품화되어 제공되고 있다.

그런데 상기의 제품들에 사용되는 물질들은 크게 친수성 물질과 소수성 물질로 구분될 수 있다. 친수성 물질은 물에 잘 섞이는 물질로서 친수성기의 화학 구조를 갖고 있으며, 소수성 물질은 물에 잘 섞이지 않는 물질로서, 대표적으로 기름 등의 물질은 소수성기의 화학 구조를 갖고 있다.

따라서, 상기의 제품들에 친수성 물질과 소수성 물질을 혼합하는 경우, 유체가 서로 섞이지 않은 상태로 판매될 수 밖에 없으며, 이 경우 제품의 질 저하 및 외관상의 부적합함 역시 지적되어, 친수성 물질과 소수성 물질을 균질하게 섞은 혼합유체를 개발하기 위한 연구가 지속되어 왔다.

계면활성제(유화제) 등의 첨가물은, 친수성기와 친유성기를 공유하고 있어, 물과 기름 등 친수성 물질과 소수성 물질을 균질하게 섞기 위해 사용되고 있다. 그러나 이러한 첨가물은, 기름마다의 종류에 따라서 다른 첨가물이 필요로 되고 있으며, 추가적인 첨가물의 추가로 인해 인체에 좋지 않은 영향을 끼칠 수 있어, 이러한 첨가물을 사용하지 않고 친수성 물질과 소수성 물질을 섞기 위한 기술의 필요성이 지적되어 왔다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 초음파를 이용한 물질 등의 분산 혼합 기술에 제안되어 왔다. 대표적으로 초음파 분산에 사용되는 기술로는 배스(Bath) 타입, 컵(Cup) 타입 및 혼(Horn) 타입이 사용되어 왔다. 그러나 이러한 초음파 분산 혼합 기술은, 대용량의 유체를 분산 혼합하기 어려우며, 유수중의 정압이 증기압 이하로 되어 물이 증발함에 따라서 수중에 용입된 공기가 낮은 압력으로 인해 기포가 발생함으로써, 소음, 진동 및 침식이 발생되는 현상으로서 캐비테이션(Cavitation) 현상이 불균일하게 발생하고, 분산되는 입자의 크기가 마이크로 미터 단위로 분산되어 혼합되기 때문에, 분산 성능에 있어서 한계가 지적되어 왔고, 분산되는 입자의 크기가 상기 언급한 바와 같이 마이크로 단위로 크게 형성되기 때문에, 시간이 지남에 따라서 다시 친수성 물질과 소수성 물질로 분리되는 불안정성이 지적되어 왔다.

이에 본 발명은, 초음파를 이용하여 친수성 물질과 소수성 물질을 혼합하되, 균일한 분산 혼합이 가능하도록 하여 분산 성능을 크게 높일 수 있고, 시간이 지나더라도 친수성 물질과 소수성 물질이 분리되는 현상을 최소화하여 안정성있는 혼합유체를 생성하는 기술을 제공하되, 초음파를 이용하여 유체를 혼합 시 각 유체가 고르게 분산 및 혼합되도록 함으로써 분산의 효율을 높이기 위한 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치는, 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체가 이동하는 경로를 제공하고, 초음파를 집속시켜 상기 혼합유체에 포함된 유체들이 상기 집속된 초음파에 의해 서로 분산 혼합되도록 하는 초음파 집속 장치가 일 경로에 설치된 유체 이동경로와 다수의 연결부를 통해 연결되어, 상기 혼합유체를 상기 유체 이동경로에 유입시키고, 상기 초음파 집속 장치에 의해 분산된 혼합유체가 상기 유체 이동경로를 통해 유입되도록 설치된 유체 저장부; 및 상기 혼합유체가 상기 유체 저장부에 저장되기 전, 상기 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시켜 상기 유체 저장부에 제공하는 전처리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 유체의 이동경로에 초음파를 집속시켜 유체에 포함된 친수성 유체와 소수성 유체를 서로 분산시키면서 혼합시킴으로써, 나노미터 단위로 입자가 분산되어 혼합됨에 따라서 균질하게 분산이 가능하고, 시간에 따라서 재응집되지 않는 안정성을 갖도록 할 수 있도록 하는 데 있어서, 전처리에 의하여 미리 유체를 큰 단위로 혼합시킨 뒤 집속 초음파에 의해 나노미터 단위로 분산되도록 함으로써, 분산 및 혼합의 효율을 크게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

즉, 완전히 혼합이 되지 않은 상태에서 집속된 초음파를 이용하여 분산 및 혼합 시 유체 저장 상태에 따라서, 분리된 물질이 고른 비율로 유입되어 분산 및 혼합되지 않는 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라서 분산 및 혼합의 효율을 크게 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치의 구성 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 저장부 및 연결부의 구조의 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 혼합유체의 분산 정도를 개략적으로 표시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위한 초음파 집속 장치의 구성 예.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 집속 유체 분산 혼합 장치 및 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치의 구성 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치는, 유체 저장부(10) 및 전처리부(20)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

유체 저장부(10)는, 이하 설명할 초음파 집속 장치(30) 및 순환 장치(40)에 의해 순환되는 혼합유체가 저장되는 구성을 의미한다. 본 발명에 있어서, 혼합유체는 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 유체를 의미한다. 예를 들어, 물과 기름이 섞인 형태의 유체가 혼합유체의 예에 해당할 수 있으며, 혼합유체의 예는 이에 제한되지 않을 것이다.

유체 저장부(10)에 저장되는 혼합유체는, 유체 이동경로(50)를 통해 이동하게 되는데, 바람직하게는 순환 장치(40)에 의하여 유체 이동경로(50)를 통해 이동하게 된다.

즉, 혼합유체는 유체 저장부(10)로부터 유체 이동경로(50)를 통하여 순환하면서, 초음파 집속 장치(30)에 의해 분산 및 혼합된다. 초음파 집속 장치(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 유체 이동경로(50)의 일 경로에 설치되어 있다.

이러한 구성을 통하면, 혼합유체가 유체 이동경로(50)를 이동하는 도중 초음파 집속 장치(30)가 설치된 일 경로에 이르게 되면, 초음파 집속 장치(30)에 의해 발생되는 초음파가 유체 이동경로(50)에 집속되며, 집속된 초음파에 의해 혼합유체에 포함된 유체들이 나노미터 단위로 분산되면서 유화제 없이 혼합된다.

초음파 집속 장치(30)에 의해 분산 및 혼합된 혼합유체는, 순환 장치(40)에 의해 유체 이동경로(50)를 통하여 다시 유체 저장부(10)에 유입된다.

상기의 기능이 반복됨에 따라서, 유체 저장부(10)에 단순 혼합되어 있던 혼합유체는, 완전히 서로 분산 및 균질하게 혼합된 상태가 된다. 이러한 혼합유체는, 다른 기계적 혼합, 유화제를 통한 혼합 및 기존의 다른 초음파 혼합 장치에 비하여 나노미터 단위의 분산을 통해 매우 균질한 분산 및 혼합이 가능해지도록 하며, 특히 시간이 지남에 따라서 입자가 재응집되어 다시 친수성 유체와 소수성 유체가 분리되는 현상을 최소화할 수 있다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 저장부(10)는 제1 연결부(11) 및 제2 연결부(12)를 통해 유체 이동경로(50)와 연결된다.

제1 연결부(11)는, 유체 저장부(10)에 저장된 혼합유체 중, 상대적으로 분산이 덜된 부분의 혼합유체가 유체 저장부(10)로부터 유체 이동경로(50)로 유입되도록 형성되며, 제2 연결부(12)는 초음파 집속 장치(30)에 의해 분산 및 혼합된 혼합유체가 유체 이동경로(50)로부터 유체 저장부(10)로 유입되도록 형성된다.

이에 따라서, 순환 장치(40)가 작동함에 따라, 혼합유체는 유체 저장부(10), 제1 연결부(11), 유체 이동경로(50) 및 제2 연결부(12)를 통해 순차적으로 이동하도록 순환된다.

제1 연결부(11)와 제2 연결부(12)가 형성된 위치는, 예를 들어 비중에 따라서 설정될 수 있다.

즉, 혼합유체는 친수성 유체와 소수성 유체가 섞여있는 상태이며, 이때 예를 들어 물과 물보다 비중이 적은 소수성 물질을 포함하여 구성될 시, 제1 연결부(11)는 제2 연결부(12)보다 높은 위치에 설치될 수 있다. 즉, 비중이 작은 소수성 물질이 물에 덜 섞인 부분의 혼합유체가 제1 연결부(11)를 통해 유체 이동경로(40)로 유입되어야 하기 때문이다. 그러나, 소수성 물질과 친수성 물질의 비중에 따라서, 제1 연결부(11)와 제2 연결부(12)의 설치 위치는 달라질 수 있음은 당연할 것이다.

즉, 상기 언급한 바와 같이, 제1 연결부(11)를 통해 혼합유체 중 상대적으로 분산이 덜된 부분의 혼합유체가 유체 저장부(10)로부터 유체 이동경로(50)로 유입되고, 이하 설명할 초음파 집속 장치(30)에 의해 분산된 혼합유체가 제2 연결부(12)를 통해 유체 저장부(10)에 다시 유입되도록 하는 구조라면 어느 구조라도 가능할 것이다.

유체 저장부(10)는 원통형의 구조를 갖거나, 서로 다른 높이의 복수의 차단막을 갖는 구조를 갖는 등 다양한 구조로 이루어질 수 있다. 유체 저장부(10)의 형태는, 이하 설명할 혼합유체의 순환을 위한 구조라면 어느 것이나 가능할 것이다.

한편, 각 연결부(11)의 구성에 대한 다른 예가 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 저장부 및 연결부의 구조의 예를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 유체 저장부(10)에 저장된 혼합유체는 예를 들어 비중에 따라서 3개의 영역(A, B, C)로 분류될 수 있다. 이때, 제1 연결부(111, 112)는, 비중이 가장 작은 영역(A)의 혼합유체와 비중이 가장 큰 영역(C)의 혼합유체가 위치한 영역에 설치된 두 개의 연결부(111, 112)로 구성될 수 있다.

분산 도중의 혼합유체는, 친수성 유체와 소수성 유체 중 비중이 큰 유체의 비율이 높은 영역(C)과, 비중이 작은 유체의 비율이 높은 영역(A), 그리고 각 유체가 비교적 고르게 섞여 비중이 중간 크기를 띄는 영역(B)으로 구분할 수 있다.

본 발명의 상기의 기능에 의하여 판단해보면, A 영역에서 C 영역으로 분류하는 기준은, 비중이 큰 유체에 대한 비중이 작은 유체의 농도가 높은 순으로 3개의 A, B 및 C의 영역으로 분류하는 데 그 특징이 있다.

즉, 비중이 작은 유체의 농도가 높은 영역은 다른 영역에 비하여 비중이 작은 유체의 비율이 높은 영역을 의미하고, 비중이 작은 유체의 농도가 낮은 부분은, 다른 영역에 비하여 비중이 큰 유체의 비율이 높은 영역을 의미하게 된다. 이를 기준으로 A 내지 C의 영역을 분류하면, A 영역은 비중이 작은 유체의 농도가 가장 높은 영역이며, C 영역은 비중이 작은 유체의 농도가 가장 낮은 영역, 그리고 B 영역은 A 및 C 영역 사이의 농도를 띄는 영역으로 분류될 수 있다.

이에 따라, 상기 언급한 바와 같이, 비중이 작은 유체의 농도가 가장 작은 영역과 가장 큰 영역, 즉 상대적으로 유체의 구성비에 있어서 차이가 있는 부분의 혼합유체들을 유체 이동경로(50)로 유입하는 것이 고른 혼합을 위해 필요시되며, 이에 따라서, 제1 연결부(111, 112)는 각각 A 및 C 영역에 형성됨이 바람직하다. 한편, 분산 처리된 혼합유체의 경우, B영역에 유입됨이 바람직할 것이다.

A 및 C 영역에 제1 연결부(111, 112)를 형성함으로써, 비중이 작은 유체의 농도가 높은 부분과 작은 부분을 고르게 유체 이동경로(50)로 유입시킴으로써, 분산 및 혼합의 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

이와 같은 구조에서, 비중이 작은 유체는 분산 정도에 따라서 다시 A 영역으로 이동하게 될 것이며, 이에 따라서 A 영역에는 자연스럽게 비중이 작은 유체의 농도가 높게 분포되도록 유지될 것이다. 반대로, 비중이 큰 유체는 분산 정도에 따라 다시 C 영역으로 이동하게 되므로, 상대적인 농도비에 있어서 C 영역에는 비중이 작은 유체의 농도가 가장 낮게 나타날 것이다.

이와 같은 처리 과정을 반복할 경우, 비중이 작은 유체의 비중이 큰 유체에 대한 농도의 영역별 차이가 점차 줄어들어 결국 완전한 분산이 이루어지게 된다.

제1 연결부(111, 112)가 상기의 A 및 C영역에 설치됨에 따라서, 상기 언급한 바와 같이 제2 연결부(12)는 B영역에 설치됨이 바람직할 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 혼합유체의 분산 및 혼합 기능을 수행하기 위해 유체 저장부(10)에서 혼합유체가 유체 이동경로(50), 초음파 집속 장치(30)에 공급되는데, 이때 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 전처리부(20)에 의해 혼합유체가 미리 일련의 처리를 받고 유체 저장부(10)에 제공된다.

전처리부(20)는, 혼합유체가 유체 저장부(10)에 저장되기 전에, 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시킨 후, 유체 저장부(10)에 제공하는 기능을 수행한다.

유체 저장부(10)에서는 상기 언급한 바와 같이, 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체가 저장되는데, 이때 전혀 분산 및 혼합이 되지 않은 상태에서는, 초음파 집속 장치(30)를 이용하더라도 각 연결부의 구성에 따라서 친수성 유체만이 유입되거나 소수성 유체만이 유입되거나, 친수성 유체와 소수성 유체가 함께 유입되더라도 그 비율이 고르지 못할 가능성이 매우 크다.

초음파 집속 장치(30)는 친수성 유체와 소수성 유체가 혼재 시, 각 유체의 입자를 나노미터 단위로 분산시켜 고르게 각 유체가 혼합될 수 있도록 하는 기능을 수행한다. 이에 따라서, 상기 언급한 바와 같이 전혀 분산 및 혼합이 되지 않은 상태의 혼합유체가 유입될 경우, 그 분산 및 혼합 효율이 떨어질 가능성이 있다.

이에 따라서, 전처리부(20)에서는 혼합유체가 유체 저장부(10)에 저장되기 전, 혼합유체에 친수성 유체와 소수성 유체가 비교적 고르게 섞여 있는 가 혼합상태가 되도록 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시키고, 가 혼합된 상태의 혼합유체를 유체 저장부(10)에 저장하도록 하는 기능을 수행한다.

전처리부(20)는 예를 들어, 상기 언급한 종래의 초음파 분산 장치로서 배스(Bath) 타입, 컵(Cup) 타입 및 혼(Horn) 타입 각각 또는 각 타입을 혼합한 타임의 분산 장치를 포함할 수 있다. 그러나 전처리부(20)의 기능으로서 혼합유체의 각 입자를 마이크로 미터 단위로 분산하여 혼합할 수 있는 기능을 수행하기 위한 기기라면, 어느 것이나 전처리부(20)의 구성에 포함될 수 있음은 당연할 것이다.

한편 도 1에서 전처리부(20)로부터 전처리된 혼합유체가 유체 저장부(10)에 유입되도록 하는 유체의 이동경로와 유체 저장부(10)가 연결되는 위치는 유체 저장부(10)의 상부 측에 형성되도록 도시되었으나, 해당 위치는 도 1에 도시된 바에 제한되지 않으며, 유체 저장부(10)의 상부 이외에 다른 위치에도 설치될 수 있음은 당연할 것이다.

도 2의 연결부의 구성과, 도 1의 전처리부(20)의 구성에 의하면, 상기 언급한 바와 같이 혼합유체가 바로 초음파 집속 장치(30)에 제공될 때 발생할 수 있는 분산 및 혼합 효율의 저하를 효과적으로 해결할 수 있어, 혼합유체의 분산 및 혼합의 효율을 크게 높여, 혼합유체의 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예의 구현에 따른 혼합유체의 분산 정도를 개략적으로 표시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 혼합유체는 제1 혼합유체(100), 제2 혼합유체(101) 및 제3 혼합유체(102)로 분류될 수 있다.

제1 혼합유체(100)는 분산이 전혀 이루어지지 않은 상태의 혼합유체로서, 친수성 물질(y) 과 소수성 물질(x)이 완전히 분리된 상태를 띄고 있다. 이때, 제1 혼합유체(100)가 전처리부(20)에 의해 1차적으로 마이크로미터 단위로 분산되면, 친수성 물질(y)과 소수성 물질(x)이 완전히 분산 혼합되지는 않으나 고르게 분포가 되어 있는 제2 혼합유체(101)로 형성되는 것을 확인할 수 있다.

제2 혼합유체(101)는 유체 저장부(10)에 저장되고, 이후 초음파 집속 장치(30)에 유입되어 제3 혼합유체(102)의 상태가 된다. 제3 혼합유체(102)는 도 3에서는 초음파 집속 장치(30) 통과 후의 혼합유체의 상태로 도시되어 있으나, 도 1 및 2에서 언급한 바와 같이 제3 혼합유체(102)는 혼합유체가 반복적으로 일정 시간 동안 초음파 집속 장치(30)를 순환하면서 최종적으로 형성된 상태를 의미하는 것으로 이해될 것이다.

제3 혼합유체(102)는 친수성 물질(y)과 소수성 물질(x)이 나노미터 단위로 완전하게 분산 및 혼합된 상태이다. 이러한 상태의 혼합유체는, 균질하게 유체들의 입자가 혼합되어 있어, 시간이 지나더라도 그 분산된 상태가 거의 변동되지 않는 안정성을 가지게 된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 친수성 유체와 소수성 유체를 매우 효과적이고 높은 생산성으로 분산 및 혼합하여 완전히 혼합된 상태로 생산할 수 있는 효과가 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 구현을 위한 초음파 집속 장치의 구성 예이다. 이하의 설명에서 도 1 내지 3에 대한 설명과 중복되는 부분은 이를 생략하기로 한다.

도 4를 참조하면, 초음파 집속 장치(30)는 집속관(31), 압전 진동자(32)를 포함하는 초음파 집속부(식별번호 없음)와 매질(33)을 포함하여 이루어진다. 초음파 집속 장치(30)는 서로 용해되지 않는 둘 이상의 물질의 이동경로 상에 초음파를 집속시켜, 물질들을 분산시켜 혼합하기 위한 구성이라면 도 4의 구성 이외에도 어느 것이나 가능할 것이다.

집속관(31)은 유체 이동경로(50)의 일 경로를 감싸도록 설치되며, 중공이 형성되어 있다. 집속관(31)은 유체 이동경로(50)의 길이방향으로 축이 형성된 원통형인 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 금속 재질로서, 예를 들어 알루미늄 등의 재질로 구성될 수 있으나, 이하 설명할 압전 진동자(32)에서 발생한 초음파를 유체 이동경로(50)에 전달하기 위한 재질이라면 어느 재질이라도 사용될 수 있다.

압전 진동자(32)는 전원공급장치로부터 인가된 전기 에너지를 초음파 에너지로 변환하기 위한 장치로서, 본 발명의 실시예에서는 압전 세라믹으로서, 납, 지르코늄 및 티타늄을 포함하는 압전 트랜스듀서(Piezoelectric Transducer)를 사용하고 있으나, 이러한 기능을 수행할 수 있는 어떠한 에너지 변환기라도 사용될 수 있다.

압전 진동자(32)는 전기 에너지가 인가될 시, 금속관(31)의 중공의 원통형 형상에서 반지름 방향으로 진동하는 기능을 수행한다. 이때, 매질(33)은, 집속관(31)의 내부에 충진되어 있고, 이에 따라서 압전 진동자(32), 즉 초음파 집속부에서 발생한 초음파는 매질(33)에 전달되며, 즉시 집속관(31)의 중심에 모이게 됨에 따라서, 집속관(31)의 중심에는 매우 강한 집속 초음파 음장을 형성하게 된다.

이때, 유체 이동경로(50)의 일 경로는, 바람직하게는 집속관(31)의 축 중심부, 즉 상기 언급한 매우 강한 집속 초음파 음장이 형성되는 집속관(31)의 중심부에 설치됨으로써, 유체 이동경로(50)의 일 경로를 통해 순환하는 혼합유체에 강한 집속 초음파 음장이 가해지게 된다. 이에 따라서, 혼합유체에서 서로 용해되지 않게 되는 둘 이상의 물질이 서로 나노입자 단위로 분산되고, 응집력이 적어지게 되어 서로 균일하게 섞이게 된다.

친수성 물질과 소수성 물질은 물에 대한 친화성을 기준으로 구분되며, 이는 평평한 표면에서의 물방울의 기하학적 모양으로 분류된다. 방울의 가장자리와 표면의 각도를 접촉각으로 분류하고, 접촉각이 90도 이하가 되면 해당 표면은 친수성으로 규정되며, 90도 이상이 되면 표면은 소수성으로 분류된다.

구체적으로는, 친수성 물질은 전기적으로 비대칭구조를 갖는 극성분자를 포함할 수 있으며, 소수성 물질은 전기적으로 대칭구조를 갖는 분자를 의미한다.

이러한 물질간의 용해를 위해서는, 상기 언급한 바와 같이 친수성기와 소수성기를 모두 갖는 유화제 등의 분산제를 첨가하는 방법이 있다.

그러나, 유화제는 화학물질로서 특히 화장품, 의료용 액체, 식용 액체 등에 사용하기에는 인체에 주는 영향 상 불안전한 측면이 있으며, 보통 유화제를 첨가하더라도, 시간의 경과에 따라서 다시 물질들이 분리되는 현상이 발생하는 문제가 있다.

따라서, 친수성 물질과 소수성 물질을 유화제를 첨가하지 않고 서로 균일하게 혼합, 즉 서로 용해될 수 있도록 하기 위해서는, 각 물질이 서로 동일한 물질들끼리 끌어당기는 응집력을 제거하고, 균일하게 다른 물질들 사이를 분산시키는 과정이 필요하다.

이를 위해 도 4와 같은 구조를 통해 초음파를 집속시키면, 매우 높은 주파수(약 400kHz)의 에너지에 의해 분산이 수행되기 때문에, 물과 기름 등의 친수성 물질 및 소수성 물질의 입자들의 사이즈가 상기의 기존의 방법에 비하여 매우 작게, 예를 들어 나노미터 단위로 나노에멀젼이 가능하여, 더욱 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 캐비테이션 역시 구조상 균일하게 이루어질 수 있도록 할 수 있고, 분산의 지속성이 크게 향상되어, 분산의 효율을 매우 높일 수 있는 장점이 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 적어도 하나로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체가 이동하는 경로를 제공하고, 초음파를 집속시켜 상기 혼합유체에 포함된 유체들이 상기 집속된 초음파에 의해 서로 분산 혼합되도록 하는 초음파 집속 장치가 일 경로에 설치된 유체 이동경로와 다수의 연결부를 통해 연결되어, 상기 혼합유체를 상기 유체 이동경로에 유입시키고, 상기 초음파 집속 장치에 의해 분산된 혼합유체가 상기 유체 이동경로를 통해 유입되도록 설치된 유체 저장부; 및 상기 혼합유체가 상기 유체 저장부에 저장되기 전, 상기 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시켜 상기 유체 저장부에 제공하는 전처리부;를 포함하고,
   상기 다수의 연결부는, 상기 혼합유체 중 상대적으로 분산이 덜된 부분의 혼합유체가 상기 유체 저장부로부터 상기 유체 이동경로로 유입되도록 형성된 제1 연결부; 및 상기 초음파 집속 장치에 의해 분산된 상기 혼합유체가 상기 유체 이동경로로부터 상기 유체 저장부로 유입되도록 형성된 제2 연결부;를 포함하며,
   상기 혼합유체는 적어도 물과 물보다 비중이 작은 소수성 물질을 포함하여 구성되며, 상기 제1 연결부는 상기 제2 연결부보다 높은 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유체 저장부, 상기 제1 연결부, 상기 유체 이동경로 및 상기 제2 연결부를 통해 순차적으로 상기 혼합유체가 이동하도록 상기 혼합유체를 순환시키는 순환 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 집속 장치는,
   상기 유체 이동경로의 일 경로를 감싸도록 설치되되, 중공의 집속관 및 상기 집속관의 외주면에 연결되도록 설치된 압전 진동자로 구성되며, 전원공급장치로부터 전원을 공급받아 초음파를 발생시키는 초음파 집속부; 및
   상기 집속관 내부에 충진되어, 상기 초음파 집속부에서 발생한 초음파를 상기 유체 이동경로의 일 경로에 전달하는 매질;을 포함하는 것을 특징으로 하는 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치.
4. 친수성 유체와 소수성 유체가 혼합된 혼합유체가 이동하는 경로를 제공하고, 초음파를 집속시켜 상기 혼합유체에 포함된 유체들이 상기 집속된 초음파에 의해 서로 분산 혼합되도록 하는 초음파 집속 장치가 일 경로에 설치된 유체 이동경로와 다수의 연결부를 통해 연결되어, 상기 혼합유체를 상기 유체 이동경로에 유입시키고, 상기 초음파 집속 장치에 의해 분산된 혼합유체가 상기 유체 이동경로를 통해 유입되도록 설치된 유체 저장부; 및 상기 혼합유체가 상기 유체 저장부에 저장되기 전, 상기 혼합유체를 마이크로미터 단위로 분산시켜 상기 유체 저장부에 제공하는 전처리부;를 포함하고,
   상기 다수의 연결부는, 상기 혼합유체 중 상대적으로 분산이 덜된 부분의 혼합유체가 상기 유체 저장부로부터 상기 유체 이동경로로 유입되도록 형성된 제1 연결부; 및 상기 초음파 집속 장치에 의해 분산된 상기 혼합유체가 상기 유체 이동경로로부터 상기 유체 저장부로 유입되도록 형성된 제2 연결부;를 포함하며,
   상기 제1 연결부는, 상기 유체 저장부에 저장된 상기 혼합유체를 비중에 따라 3개의 영역으로 분류 시, 비중이 가장 작은 영역의 혼합유체와 비중이 가장 큰 영역의 혼합유체가 위치한 영역에 설치된 2개의 연결부로 구성된 것을 특징으로 하는 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 연결부는,
   상기 제1 연결부가 설치된 2개의 영역을 제외한 영역의 혼합유체가 위치한 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 집속 초음파에 의한 유체 분산을 위한 유체 공급 장치.
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