KR101809071B1 - 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법 - Google Patents

마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고가의 멤브레인 또는 별도의 구동수단이 없이도 마이크로채널을 통과하는 유체에서 기포를 제거할 수 있고, 기포제거장치의 제조 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법에 관한 것이다.
이를 위해 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치는 유체가 통과되는 유체이송채널이 구비된 제1바디와, 제1바디에 결합되되 유체에 함유된 기포만 배출되도록 유체이송채널과 연통되는 기포이송채널이 구비된 제2바디를 포함한다. 여기서, 유체이송채널은 유체가 통과하도록 제1단면적을 갖는 제1채널과, 제1채널의 일측에 연통되어 유체가 유입되는 유입구와, 제1채널의 타측에 연통되어 유체가 배출되는 배출구를 포함한다. 또한, 기포이송채널은 제1채널과 연통되어 기포의 기체가 통과되도록 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖는 제2채널과, 제2채널과 연통되어 기포의 기체가 배출되는 에어벤트를 포함한다.

Description

마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법{BUBBLE REMOVING DEVICE AT THE FLUID TO MOVE MICRO CHANNEL AND BUBBLE REMOVING METHOD THEREOF}
본 발명은 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고가의 멤브레인 또는 별도의 구동수단이 없이도 마이크로채널을 통과하는 유체에서 기포를 제거할 수 있고, 기포제거장치의 제조 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이송경로를 따라 유체가 이송될 때, 이송유로 내부로 기포가 유입되어 유체에 기포가 혼합되는 경우, 이송유로에서 유체의 이송 기능이 저하되거나 유체의 이송 동작이 어려워질 수 있다.
이때, 직경이 수 밀리미터 이상인 이송경로에서 유체가 이송되는 시스템의 경우, 메쉬를 통한 기포 응집 또는 회전 관성을 통한 밀도 차를 이용한 기액 분리기를 사용함으로써, 유체에 혼합된 기포를 제거할 수 있었다.
하지만, 이송경로의 직경이 수 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터로 작은 마이크로채널에서 기포가 혼합된 유체가 이송되는 경우, 마이크로채널에서는 메쉬의 사용이 용이하지 않고, 회전 관성도 크지 않으므로, 유체에서 기포를 제거하기 어렵다.
이에 대해, 마이크로채널에서 기포가 혼합된 유체가 이송되는 경우, 고가의 멤브레인을 사용하거나 초음파 진동과 같은 별도의 구동수단을 이용하여 유체에서 기포를 제거할 수 있으나, 마이크로채널에 멤브레인이나 별도의 구동수단을 설치하기 어렵고, 멤브레인이나 별도의 구동수단이 설치된 유체이송장치의 제조 및 유지보수 비용을 증가시킨다.
대한민국 공개특허공보 제10-1342439호(발명의 명칭 : 수액 가온 및 급속 주입기의 기포제거장치, 2013. 12. 17. 공고)
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고가의 멤브레인 또는 별도의 구동수단이 없이도 마이크로채널을 통과하는 유체에서 기포를 제거할 수 있고, 기포제거장치의 제조 및 유지보수 비용을 절감할 수 있는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치는 유체가 통과되는 유체이송채널이 구비된 제1바디; 및 상기 제1바디에 결합되되, 상기 유체에 함유된 기포만 배출되도록 상기 유체이송채널과 연통되는 기포이송채널이 구비된 제2바디;를 포함하고, 상기 유체이송채널은, 상기 유체가 통과하도록 제1단면적을 갖는 제1채널; 상기 제1채널의 일측에 연통되어 상기 유체가 유입되는 유입구; 및 상기 제1채널의 타측에 연통되어 상기 유체가 배출되는 배출구;를 포함하고, 상기 기포이송채널은, 상기 제1채널과 연통되어 상기 기포의 기체가 통과되도록 상기 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖는 제2채널; 및 상기 제2채널과 연통되어 상기 기포의 기체가 배출되는 에어벤트;를 포함한다.
여기서, 상기 제1채널은 상기 제1바디의 상면에 함몰 형성되고, 상기 제2채널은 요철 형상으로 상기 제2바디의 하면에 함몰 형성되며, 상기 제1바디와 상기 제2바디의 결합에 따라 상기 제1채널은 상기 유체가 이송되는 경로를 형성하고, 상기 제2채널은 상기 기포의 기체가 이송되는 경로를 형성한다.
여기서, 상기 기포이송채널은, 상기 제2채널과 상기 에어밴트를 연결하여 상기 제2채널에 유입된 기체가 상기 에어벤트로 이송되는 경로를 형성하는 배출유로;를 더 포함한다.
여기서, 상기 제1채널의 폭은 수 내지 수백 마이크로미터를 나타내고, 상기 제2채널의 폭은 수 내지 수백 나노미터를 나타낸다.
여기서, 상기 제1채널은 발수성을 나타낸다.
여기서, 상기 제2채널은 발수성을 나타낸다.
여기서, 상기 제1채널과 상기 제2채널은 상호 교차되는 방향으로 길게 형성된다.
본 발명에 따른 기포제거장치를 제조하는 방법은 상기 제1바디에 상기 유체이송채널을 형성하는 단계; 상기 제2바디에 상기 기포이송채널을 형성하는 단계; 및 상기 제1채널과 상기 제2채널이 연통되도록 상기 제1바디와 상기 제2바디를 결합시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법에 따르면, 고가의 멤브레인 또는 별도의 구동수단이 없이도 마이크로채널을 통과하는 유체에서 기포를 제거할 수 있고, 기포제거장치의 제조 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 유체이송채널과 기포이송채널의 연통을 간편하게 하고, 유체와 기체의 이송경로를 구분하여 기포의 기체 배출을 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 배출되는 기체의 속도를 저감시키고, 기체의 배출을 원활하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 제1채널과 제2채널 사이의 단면적 차이, 발수성 여부를 통해 제2채널에서 유체가 유입되는 것을 방지하고, 제2채널에서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2채널에서 기체만이 안정되게 배출되도록 한다.
또한, 제1채널의 발수성으로 인해 제1채널에서 유체의 이송을 부드럽게 하고, 제2채널의 발수성으로 인해 제2채널에서 유체가 누설되는 것을 방지하고 기체의 배출을 부드럽게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 제1바디를 도시한 (a) 평면도와 (b) 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 제2바디를 도시한 (a) 저면도와 (b) 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치의 결합 상태를 도시한 (a) 평면도와 (b) 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 (a) 제2채널이 발수성일 때와, (b) 제2채널이 친수성일 때 유체의 거동을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 이때, 본 발명은 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 제1바디를 도시한 (a) 평면도와 (b) 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 제2바디를 도시한 (a) 저면도와 (b) 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치의 결합 상태를 도시한 (a) 평면도와 (b) 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치에서 (a) 제2채널이 발수성일 때와, (b) 제2채널이 친수성일 때 유체의 거동을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치는 제1바디(10)와, 제2바디(20)를 포함한다.
상기 제1바디(10)는 유체의 이동 경로를 형성한다.
제1바디(10)에는 유체가 통과되는 유체이송채널(11)이 구비된다.
이때, 유체이송채널(11)은 유체가 통과하도록 제1단면적을 갖는 제1채널(12)과, 제1채널(12)의 일측에 연통되어 유체가 유입되는 유입구(13)와, 제1채널(12)의 타측에 연통되어 유체가 배출되는 배출구(14)를 포함할 수 있다.
제1채널(12)은 제1바디(10)의 상면에 함몰 형성되고, 제1채널(12)의 양단부에는 각각 제1바디(10)를 관통하는 유입구(13)와 배출구(14)가 연통될 수 있다.
제1채널(12)은 발수성을 나타낼 수 있다.
제1채널(12)이 발수성을 나타낸다는 것은 제1바디(10)를 발수성 재질(PDMS 등)로 형성하는 것, 제1채널(12)에 발수성 코팅을 실시하는 것, 제1채널(12)을 포함하는 제1바디(10)의 상면에 발수성 코팅을 실시하는 것, 제1채널(12)과 유입구(13)와 배출구(14)에 발수성 코팅을 실시하는 것 등을 포함할 수 있다.
제1채널(12)이 발수성을 나타냄에 따라 제1채널(12)에서 유체의 흐름을 부드럽게 할 수 있고, 기포를 후술하는 제2채널(21)로 유도할 수 있다.
또한, 제1채널(12)은 친수성을 나타내어도 무방하다.
이때, 제1바디(10)는 친수성 재질(Si 등)으로 형성될 수 있다.
이때, 제1채널(12)의 폭은 수 내지 수백 마이크로미터를 나타낼 수 있다. 그러면, 제1채널(12)은 미세 유체가 이송되는 마이크로채널을 형성하게 된다.
제1채널(12)의 폭은 수 내지 수십 마이크로미터를 나타내기도 하고, 수십 내지 수백 마이크로미터를 나타낼 수 있다.
상기 제2바디(20)는 제1바디(10)에 결합되어 기체의 이동 경로를 형성한다. 여기서, 기체는 유체에 함유된 기포에 의해 생성된다.
제2바디(20)에는 유체에 함유된 기포만이 배출되도록 유체이송채널(11)과 연통되는 기포이송채널(24)이 구비된다.
이때, 기포이송채널(24)은 제1채널(12)과 연통되어 기포의 기체가 통과되도록 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖는 제2채널(21)과, 제2채널(21)과 연통되어 기포의 기체가 외부로 배출되는 에어벤트(23)를 포함할 수 있다.
또한, 기포이송채널(24)은 제2채널(21)과 에어벤트(23)를 연결하여 제2채널(21)에 유입된 기체가 에어벤트(23)로 이송되는 경로를 형성하는 배출유로(22)를 더 포함할 수 있다.
제2채널(21)은 복수 개가 상호 이격되어 요철 형상을 나타내고, 제2바디(20)의 하면에 함몰 형성된다.
그러면, 복수의 제2채널(21)이 모두 배출유로(22)에 연통된 상태에서 배출유로(22)와 에어벤트(23)가 연결되어 기체의 이송 경로를 형성할 수 있다.
제2채널(21)은 발수성을 나타낼 수 있다.
제2채널(21)이 발수성을 나타낸다는 것은 제2바디(20)를 발수성 재질(PDMS 등)로 형성하는 것, 제2채널(21)에 발수성 코팅을 실시하는 것, 제2채널(21)을 포함하는 제2바디(20)의 하면에 발수성 코팅을 실시하는 것, 제2채널(21)과 에어벤트(23)와 배출유로(22)에 발수성 코팅을 실시하는 것 등을 포함할 수 있다.
일예로, 제2채널(21)이 발수성을 나타내는 경우, 4의 (a)에 도시된 바와 같이 유체는 발수성인 제2채널(21)과 표면장력의 작용으로 인해 제2채널(21)로 이동되지 못하고, 유체는 제1채널(12)을 통과하게 된다.
그러나, 유체에 함유된 기포는 유체의 이동에 따라 제2채널(21)로 이동되고, 제2채널(21)에 기포가 접촉되면, 기포가 깨지고, 기포의 기체가 제2채널(21)로 유입된다.
이렇게 제2채널(21)에 유입된 기포의 기체는 제2채널(21)을 부드럽게 통과할 수 있게 된다.
다른 예로, 제2채널(21)이 친수성을 나타내는 경우, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 유체는 제2채널의 친수성으로 인해 제2채널(21)로 유입될 수 있다.
그리고, 제2채널(21)에서의 모세관 현상, 제1채널(12)을 통과하는 유체의 유속 등이 작용하여 제2채널(21)에 유입된 유체는 에어벤트(23)로 전달되어 외부로 누출될 수 있는 문제점을 내포하게 된다.
이때, 제2채널(21)의 폭은 수 내지 수백 나노미터를 나타낼 수 있다. 그러면, 제2채널(21)은 유체에 함유된 기포의 기체가 배출되는 경로를 형성하게 된다.
제2채널(21)의 폭은 수 내지 수십 나노미터를 나타내기도 하고, 수십 내지 수백 나노미터를 나타낼 수 있다.
그러면, 제1바디(10)의 상면과 제2바디(20)의 하면이 마주보는 상태로 결합됨에 따라 제1채널(12)은 유체가 이송되는 경로를 형성하고, 제2채널(21)은 기포의 기체가 이송되는 경로를 형성하게 된다.
이때, 제1채널(12)과 제2채널(21)은 상호 교차되는 방향으로 길게 형성될 수 있다.
그러면, 제1채널(12)을 통과하는 유체가 요철 형상인 제2채널(21)을 지나날 때, 유체에서 기포의 분리가 용이하고, 제2채널(21)은 간단하게 기포의 기체를 에어벤트(23)로 이송시킬 수 있다.
지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치의 제조방법은 상술한 기포제거장치를 제조하는 방법이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기포제거장치의 제조방법은 제1채널(12)과 제2채널(21)의 발수성 여부에 따라 아래와 같이 네 가지로 구분할 수 있다.
첫째, 기포제거장치의 제조방법은 제1바디(10)에 유체이송채널(11)을 형성하는 단계(S1)와, 제2바디(20)에 기포이송채널(24)을 형성하는 단계(S2)와, 제1채널(12)과 발수성의 제2채널(21)이 연통되도록 제1바디(10)와 제2바디(20)를 결합시키는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
그러면, 제2단면적이 제1단면적보다 작다.
또한, 제1채널(12)의 발수성 여부 또는 제1바디(10)의 발수성 여부와 상관없이 제2바디(20)는 발수성 재질로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제2채널(21)이 발수성을 나타내므로, 제2채널(21)에서는 기포의 기체만이 배출될 수 있다.
둘째, 기포제거장치의 제조방법은 제1바디(10)에 유체이송채널을 형성하는 단계(S1)와, 제2바디(20)에 기포이송채널(24)을 형성하는 단계(S2)와, 제1채널(12)이 발수성을 나타내도록 제1채널(12) 또는 제1바디(10)에 발수성 코팅을 실시하는 제1표면처리단계(미도시)와, 제1채널(12)과 발수성의 제2채널(21)이 연통되도록 제1바디(10)와 제2바디(20)를 결합시키는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
그러면, 제2단면적이 제1단면적보다 작다.
또한, 제1표면처리단계(미도시)를 거치기 때문에 제1바디(10)가 친수성 재질로 형성되더라도 제1채널(12)이 발수성을 나타낼 수 있고, 제2바디(20)가 발수성 재질로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1채널(12)과 제2채널(21)이 발수성을 나타내므로, 제1채널(12)에서 유체의 흐름을 부드럽게 함은 물론 제2채널(21)에서는 기포의 기체만이 안정되게 배출될 수 있다.
셋째, 기포제거장치의 제조방법은 제1바디(10)에 유체이송채널(11)을 형성하는 단계(S1)와, 제2바디(20)에 기포이송채널(24)을 형성하는 단계(S2)와, 제2채널(21)이 발수성을 나타내도록 제2채널(21) 또는 제2바디(20)에 발수성 코팅을 실시하는 제2표면처리단계(미도시)와, 제1채널(12)과 발수성의 제2채널(21)이 연통되도록 제1바디(10)와 제2바디(20)를 결합시키는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
그러면, 제2단면적이 제1단면적보다 작다.
또한, 제1채널(12)의 발수성 여부 또는 제1바디(10)의 발수성 여부와 상관없이, 제2표면처리단계(미도시)를 거치기 때문에 제2바디(20)가 친수성 재질로 형성되더라도 제2채널(21)이 발수성을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제2채널(21)이 발수성을 나타내므로, 제2채널(21)에서는 기포의 기체만이 배출될 수 있다.
넷째, 기포제거장치의 제조방법은 제1바디(10)에 유체이송채널(11)을 형성하는 단계(S1)와, 제2바디(20)에 기포이송채널(24)을 형성하는 단계(S2)와, 제1채널(12)이 발수성을 나타내도록 제1채널(12) 또는 제1바디(10)에 발수성 코팅을 실시하는 제1표면처리단계(미도시)와, 제2채널(21)이 발수성을 나타내도록 제2채널(21) 또는 제2바디(20)에 발수성 코팅을 실시하는 제2표면처리단계(미도시)와, 제1채널(12)과 발수성의 제2채널(21)이 연통되도록 제1바디(10)와 제2바디(20)를 결합시키는 단계(S3)를 포함할 수 있다.
그러면, 제2단면적이 제1단면적보다 작다.
또한, 제1표면처리단계(미도시)와 제2표면처리단계(미도시)를 거치기 때문에 제1바디(10)와 제2바디(20)가 친수성 재질로 형성되더라도 제1채널(12)과 제2채널(21)이 발수성을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 제1채널(12)과 제2채널(21)이 발수성을 나타내므로, 제1채널(12)에서 유체의 흐름을 부드럽게 함은 물론 제2채널(21)에서는 기포의 기체만이 안정되게 배출될 수 있다.
상술한 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치와 이것의 제조방법에 따르면, 고가의 멤브레인 또는 별도의 구동수단이 없이도 마이크로채널을 통과하는 유체에서 기포를 제거할 수 있고, 기포제거장치의 제조 및 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
또한, 유체이송채널(11)과 기포이송채널(24)의 연통을 간편하게 하고, 유체와 기체의 이송경로를 구분하여 기포의 기체 배출을 용이하게 할 수 있다.
또한, 배출되는 기체의 속도를 저감시키고, 기체의 배출을 원활하게 할 수 있다.
또한, 제1채널(12)과 제2채널(21) 사이의 단면적 차이, 발수성 여부를 통해 제2채널(21)에서 유체가 유입되는 것을 방지하고, 제2채널(21)에서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 제2채널(21)에서 기체만이 안정되게 배출되도록 한다.
또한, 본 발명은 제1채널(12)의 발수성으로 인해 제1채널(12)에서 유체의 이송을 부드럽게 하고, 제2채널(21)의 발수성으로 인해 제2채널(21)에서 유체의 유입을 방지하면서 기체의 배출을 부드럽게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
10: 제1바디 11: 유체이송채널
12: 제1채널 13: 유입구
14: 배출구 20: 제2바디
21: 제2채널 22: 배출유로
23: 에어벤트 24: 기포이송채널
S1: 유체이송채널 형성단계 S2: 기포이송채널 형성단계
S3: 바디결합단계

Claims (8)

  1. 유체가 통과되는 유체이송채널이 구비된 제1바디; 및
    상기 제1바디에 결합되되, 상기 유체에 함유된 기포만 배출되도록 상기 유체이송채널과 연통되는 기포이송채널이 구비된 제2바디;를 포함하고,
    상기 유체이송채널은,
    상기 유체가 통과하도록 제1단면적을 갖는 제1채널;
    상기 제1채널의 일측에 연통되어 상기 유체가 유입되는 유입구; 및
    상기 제1채널의 타측에 연통되어 상기 유체가 배출되는 배출구;를 포함하고,
    상기 기포이송채널은,
    상기 제1채널과 연통되어 상기 기포의 기체가 통과되도록 상기 제1단면적보다 작은 제2단면적을 갖는 제2채널;
    상기 제2채널과 연통되어 상기 기포의 기체가 배출되는 에어벤트; 및
    일측이 상기 제2채널의 일측단부와 연결되고 타측이 상기 에어벤트와 연결되어 상기 제2채널에 유입된 기체가 상기 에어벤트로 이송되는 경로를 형성하는 배출유로;를 포함하며,
    상기 제1채널은 상기 제1바디의 상면에 함몰 형성되고,
    상기 제2채널은 요철 형상으로 상기 제2바디의 하면에 함몰 형성되며,
    상기 제1바디와 상기 제2바디의 결합에 따라 상기 제1채널은 상기 유체가 이송되는 경로를 형성하고, 상기 제2채널은 상기 기포의 기체가 이송되는 경로를 형성하며,
    상기 제1채널과 상기 제2채널은 상호 교차되는 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1채널의 폭은 수 내지 수백 마이크로미터를 나타내고,
    상기 제2채널의 폭은 수 내지 수백 나노미터를 나타내는 것을 특징으로 하는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1채널은 발수성을 나타내는 것을 특징으로 하는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2채널은 발수성을 나타내는 것을 특징으로 하는 마이크로채널을 통과하는 유체의 기포제거장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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