KR102280729B1 - 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 자동화 실험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 자동화 실험 장치에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 반응 용기 내 시료 수용부에 적어도 하나 이상 제공되는 마그네틱 바와, 반응 용기의 측부에 이격하여 설치되고 마그네틱 바의 회전에 의해 시료가 교반되도록 마그네틱 바에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛을 포함할 수 있다.

Description

마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 자동화 실험 장치{MAGNETIC MIXER AND AUOTMATED REACTION DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 자동화 실험 장치에 대한 발명이다.
반응 용기에는 시료에 대하여 화학적 및/또는 물리적 반응을 개시하고 촉진시키는 실험 장치가 적용될 수 있다.
예컨대, 반응 용기는 시료의 반응을 위한 반응 챔버를 제공한다. 반응 용기는 반응 챔버를 둘러싸는 절연 라이닝(소위, 라이너)을 갖는다. 일 예로, 절연 라이닝은 바람직하게는 플라스틱, PTFE, 세라믹 또는 탄탈로 만들어진다. 또한, 덮개부가 용기의 상부에 놓이면, 원형의 금속으로 된 클램프에 의해 반응 용기의 상부와 덮개부가 서로 클램핑 되어 반응 용기가 밀봉 폐쇄될 수 있다. 덮개부와 클램프에 의해 반응 용기의 개구가 닫히면, 클램프의 볼트에 의해 밀봉 고정 될 수 있다. 이렇게 밀봉 고정된 상태에서 반응 용기에 가스를 투입하여 압력을 높인 상태로 마이크로 웨이브를 발생시켜서 가열하여 반응을 진행할 수 있다. 반응이 종료된 후에는 클램프의 밀봉 고정 상태가 해제되고, 시료가 반응 용기로부터 취출될 수 있다.
그런데, 종래 실험 장치에서는, 시료를 반응 용기 내에 투입한 후 사람이 직접 클램프를 잠그고 볼트를 돌려서 밀봉 고정시켜야 하고, 반응이 끝난 이후에도 사람이 직접 클램프의 볼트를 돌려서 밀봉 상태를 해제하고 클램프를 개방하여야 한다. 이에 따라, 시료의 종류에 따라서는 반응 결과물로서 인체에 유해한 가스가 나올 수 있어서, 사람이 직접 클램프의 고정 및 해제를 수행할 때 이러한 유해 가스를 흡입하게 될 수 있다는 문제가 있다.
또한, 반응 용기 내에 시료를 투입한 상태에서, 마이크로 웨이브에 의한 가열만을 통해 시편을 반응시키는 경우, 시료의 반응 속도가 비교적 느리고, 시료에 대한 효과적인 반응 결과를 도출하기 어렵다.
이에 따라, 교반 등을 통해 반응 용기 내 시료의 반응이 더욱 잘 일어날 수 있는 환경을 조성할 필요가 있다. 특히, 시료가 복수 개의 시험관에 수용된 상태로 반응 용기에 투입되는 경우, 시험관 내 좁은 공간 내에서 시료에 대한 효과적인 교반이 구현될 수 없다.
특허문헌 : 국내 공개특허 10-2008-036569호 (2008. 04. 28. 공개)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 반응 용기 내 시료를 자기력을 이용하여 효과적으로 교반시킬 수 있는 마그네틱 교반기 및 이를 포함하는 자동화 실험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 반응 용기 내 시료 수용부에 수용된 시료를 교반하기 위한 마그네틱 교반기에 있어서, 상기 시료 수용부에 적어도 하나 이상 제공되는 마그네틱 바; 및 상기 반응 용기의 측부에 이격하여 설치되고, 상기 마그네틱 바의 회전에 의해 상기 시료가 교반되도록 상기 마그네틱 바에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛을 포함할 수 있다.
이때, 마그네틱 교반기는 상기 반응 용기가 냉각되도록 상기 반응 용기에 냉각수를 공급하는 칠러를 더 포함하고, 상기 칠러는 상기 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각기; 상기 냉각기의 냉각수를 상기 반응 용기로 안내하는 제1 연결관; 및 상기 반응 용기에서 순환된 냉각수를 상기 냉각기로 안내하는 제2 연결관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 발생유닛은 상기 반응 용기를 중심으로 상기 제1 자기장 발생기와 대칭되도록 상기 반응 용기의 타측부에 이격 설치되되, 상기 제1 자기장 발생기와 나란하게 배치되는 제2 자기장 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 자기장 발생기는 상기 반응 용기의 일측부에 이격되어 배치되고, 내부에 챔버를 제공하는 제1 자기장 케이스; 상기 제1 자기장 케이스의 길이방향과 나란하게 상기 챔버 내에 배치되고, 상기 제1 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제1 자기장 케이스에 설치되는 제1 회전축; 상기 제1 회전축을 회전시키기 위한 구동력을 상기 제1 회전축에 제공하는 제1 구동 모터; 및 상기 제1 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제1 회전축에 장착되는 제1 마그네틱을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 자기장 발생기는 상기 반응 용기의 타측부에 이격되어 배치되고, 내부에 챔버를 제공하는 제2 자기장 케이스; 상기 제2 자기장 케이스의 길이방향과 나란하게 상기 챔버 내에 배치되고, 상기 제2 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제2 자기장 케이스에 설치되는 제2 회전축; 상기 제2 회전축을 회전시키기 위한 구동력을 상기 제2 회전축에 제공하는 제2 구동 모터; 및 상기 제2 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제2 회전축에 장착되는 제2 마그네틱을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축은 상기 반응 용기를 사이에 두고 마주보는 상기 제1 마그네틱의 극성과 상기 제2 마그네틱의 극성이 서로 다른 극성이 되도록 연동하여 회전될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 하우징 내부에 제공되고, 시료가 수용되는 시료 수용부를 포함하는 반응 용기; 상기 반응 용기의 개구를 선택적으로 밀폐하는 커버; 상기 시료 수용부 내 시료를 자기력을 이용하여 교반시키는 마그네틱 교반기; 및 상기 시료 수용부 내에 상기 시료가 수용된 상태에서, 기 입력된 온도 및 압력 하에서 반응 프로세스를 자동으로 수행하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 마그네틱 교반기는 상기 시료 수용부에 적어도 하나 이상 제공되는 마그네틱 바; 및 상기 반응 용기의 측부에 이격하여 설치되고, 상기 마그네틱 바의 회전에 의해 상기 시료가 교반되도록 상기 마그네틱 바에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 자기장 발생유닛은 상기 반응 용기의 일측부에 이격 설치되는 제1 자기장 발생기; 및 상기 반응 용기를 중심으로 상기 제1 자기장 발생기와 대칭되도록 상기 반응 용기의 타측부에 이격 설치되되, 상기 제1 자기장 발생기와 나란하게 배치되는 제2 자기장 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 컨트롤러는 상기 반응 용기를 사이에 두고 마주보는 상기 제1 자기장 발생기의 제1 마그네틱의 극성과 상기 제2 자기장 발생기의 제2 마그네틱의 극성이 서로 다른 극성이 되도록 연동하여 회전되도록, 상기 제1 마그네틱을 회전시키는 제1 회전축과, 제2 마그네틱을 회전시키는제2 회전축을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 반응 용기의 양측부에서 자기력을 인가함으로써, 반응 용기 내 시료가 마그네틱 바의 회전에 의해 효과적으로 교반될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 마그네틱 교반기를 반응 용기의 측부에 설치하고, 가열기를 반응 용기의 저부에 설치함으로써, 자동화 실험 장치의 하우징 내 마그네틱 교반기와 가열기의 공간 집약적인 설치가 구현될 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 반응 용기에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛과, 반응 용기에 냉각수를 공급하는 칠러를 컨트롤러(중장제어장치)를 통해 동시에 제어함으로써, 이들 자기장 발생유닛 및 칠러의 반응 속도를 극대화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 실험 장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 실험 장치의 제어 흐름을 나타낸 블록도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기를 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네틱 교반기(600)는, 반응 용기(200) 내 수용된 시료를 자기장을 이용하여 효율적으로 교반할 수 있다. 이러한 마그네틱 교반기(600)는 마그네틱 바(610), 자기장 발생유닛 및 칠러(650)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 반응 용기(200)는 원통형 용기로서, 고온 및 고압에도 견딜 수 있는 재질로 구성될 수 있다. 반응 용기(200)의 상면은 오픈된 개구로 제공될 수 있다. 또한, 반응 용기(200)의 내벽은 내열 성능이 우수하고 견고한 재질이 사용될 수 있다. 일 예로, 내열 및 내산 성능이 우수한 테플론(Teflon) 재질로 구성될 수 있다. 반응 용기(200)의 상단부에는 개구를 감싸도록 제2 플랜지(210)가 구비될 수 있다.
반응 용기(200)에는 시료 수용부(220)가 마련될 수 있다. 시료 수용부(220)는 시료를 수용할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 시료 수용부(220)에는 시료가 수용된 시험관(240)이 수용될 수 있다. 시험관(240)은 시료 파지 부재(126)에 의해 파지되어, 반응 용기(200)의 시료 수용부(220)에 투입될 수 있다(도 4 참조).
마그네틱 바(610)는 반응 용기(200)의 시료 수용부(220)에 적어도 하나 이상 제공되는 스틱 형태일 수 있다. 본 실시예에서와 같이, 시료가 복수 개의 시험관(240)에 수용된 상태에서, 반응 용기(200)의 시료 수용부(220)에 투입되는 경우, 마그네틱 바(610)는 복수 개의 시험관(240) 내에 각각 제공될 수 있다.
마그네틱 바(610)는 시험관(240)의 직경보다 크거나 작은 길이를 가는 것이 바람직하다. 마그네틱 바(610)의 길이가 시험관(240)의 직경과 동일할 경우, 마그네틱 바(610)가 시험관(240)의 내경에 끼워져 시험관(240) 내 회전이 어려울 수 있기 때문이다. 본 실시예에서, 마그네틱 바(610)는 시험관(240)의 직경보다 짧은 길이를 갖는 스틱 형태일 수 있지만, 이에 한정되지는 아니하며, 마그네틱 바(610)는 시험관(240) 내 시료를 교반하기에 적합한 임의의 길이 및 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 마그네틱 바(610)는 시험관(240)에 비스듬히 놓일 수 있도록 시험관(240)의 직경보다 긴 길이를 가질 수 있다
마그네틱 바(610)는 N극 극성과 S극 극성을 양단부측에 갖는 영구 자석일 수 있다. 마그네틱 바(610)는 반응 용기(200)의 양측에서 제공되는 자기력(회전 자기장)에 의해, 시험관(240) 내에서 회전될 수 있다. 마그네틱 바(610)의 회전에 의해, 시료는 시험관(240) 내에서 원활하게 교반될 수 있다.
자기장 발생유닛은 마그네틱 바(610)가 회전되도록 마그네틱 바(610)에 자기력을 인가할 수 있다. 자기장 발생유닛은 반응 용기(200)의 양측부에 이격하여 설치되는 제1 자기장 발생기(620) 및 제2 자기장 발생기(630)를 포함할 수 있다.
제1 자기장 발생기(620)는 반응 용기(200)의 일측부에 이격하여 설치되어, 반응 용기(200) 내 마그네틱 바(610)를 향해 자기력을 인가할 수 있다. 제1 자기장 발생기(620)는 반응 용기(200)를 사이에 두고 제2 자기장 발생기(630)와 나란하게 배치될 수 있다.
이때, 제1 자기장 발생기(620)와 반응 용기(200) 간의 이격 거리는, 제2 자기장 발생기(630)와 반응 용기(200) 간의 이격 거리와 동일하다. 이를 통해, 제1 자기장 발생기(620)와 제2 자기장 발생기(630)는, 반응 용기(200) 내 마그네틱 바(610)에 균일한 자기력을 인가할 수 있다.
제1 자기장 발생기(620)는 제1 자기장 케이스(621)와, 제1 자기장 케이스(621)의 중심부에서 회전 가능한 제1 회전축(622)과, 제1 회전축(622)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 제1 구동 모터(623)와, 제1 회전축(622)에 장착되는 제1 마그네틱(624)을 포함할 수 있다.
제1 자기장 케이스(621)는 반응 용기(200)의 일측부에 이격되어 배치될 수 있다. 제1 자기장 케이스(621)는 반응 용기(200)를 사이에 두고 제2 자기장 케이스(631)와 나란하게 배치될 수 있다. 제1 자기장 케이스(621)의 단부에는 제1 구동 모터(623)가 장착될 수 있다. 제1 자기장 케이스(621)는 제1 회전축(622) 및 제1 마그네틱(624)이 수용되는 챔버를 제공할 수 있다.
제1 회전축(622)은 제1 자기장 케이스(621)의 중심부에서 챔버의 길이방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 제1 회전축(622)의 일단은 제1 구동 모터(623)와 구동 연결될 수 있고, 제1 회전축(622)의 타단은 제1 마그네틱(624)과 연결될 수 있다.
제1 구동 모터(623)는 제1 회전축(622)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하도록 제1 회전축(622)과 구동 연결될 수 있다. 제1 구동 모터(623)는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 특히, 제1 구동 모터(623)는 제2 구동 모터(633)와 연동되어 작동되도록 컨트롤러에 의해 조절될 수 있다.
제1 마그네틱(624)은 제1 회전축(622)의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 제1 회전축(622)에 장착될 수 있다. 예컨대, 제1 마그네틱(624)은 제1 회전축(622)을 기준으로 제1 회전축(622)의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 제1 회전축(622)을 기준으로 제1 회전축(622)의 타측방향에 S극 극성을 갖을 수 있다.
제2 자기장 발생기(630)는 반응 용기(200)의 타측부에 이격하여 설치될 수 있다. 제2 자기장 발생기(630)는 반응 용기(200)를 사이에 두고 제1 자기장 발생기(620)와 나란하게 배치될 수 있다.
제2 자기장 발생기(630)는 제2 자기장 케이스(631)와, 제2 자기장 케이스(631)의 중심부에서 회전 가능하도록 제2 자기장 케이스(631)에 장착되는 제2 회전축(632)과, 제2 회전축(632)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하는 제2 구동 모터(633)와, 제2 회전축(632)에 장착되는 제2 마그네틱(634)을 포함할 수 있다.
제2 자기장 케이스(631)는 반응 용기(200)의 타측부에 이격되어 배치될 수 있다. 제2 자기장 케이스(631)의 단부에는 제2 구동 모터(633)가 장착될 수 있다. 제2 자기장 케이스(631)는 제2 회전축(632) 및 제2 마그네틱(634)이 수용되는 챔버를 제공할 수 있다.
제2 회전축(632)은 제2 자기장 케이스(631)의 중심부에서 챔버의 길이방향으로 나란하게 배치될 수 있다. 제2 회전축(632)의 일단은 제2 구동 모터(633)와 구동 연결될 수 있고, 제2 회전축(632)의 타단은 제2 마그네틱(634)과 연결될 수 있다.
제2 구동 모터(633)는 제2 회전축(632)을 회전시키기 위한 구동력을 제공하도록 제2 회전축(632)과 구동 연결될 수 있다. 제2 구동 모터(633)는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다.
제2 마그네틱(634)은 제2 회전축(632)의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 제2 회전축(632)에 장착될 수 있다. 예컨대, 제2 마그네틱(634)은 제2 회전축(632)을 기준으로 제2 회전축(632)의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 제2 회전축(632)을 기준으로 제2 회전축(632)의 타측방향에 S극 극성을 갖을 수 있다.
이에 따라, 제1 구동 모터(623) 및 제2 구동 모터(633)의 구동에 의해, 제1 회전축(622) 및 제2 회전축(632)이 일방향으로 회전되면, 제1 회전축(622) 및 제2 회전축(632)의 회전에 의해, 제1 마그네틱(624) 및 제2 마그네틱(634)이 동시에 동일 방향으로 회전될 수 있다.
이때, 반응 용기(200) 내 마그네틱 바(610)는, 제1 마그네틱(624) 및 제2 마그네틱(634)의 자력선과 연결되므로, 마그네틱 바(610)는 제1 마그네틱(624) 및 제2 마그네틱(634)의 회전에 연동하여 회전될 수 있다. 마그네틱 바(610)의 회전에 의해, 시험관(240) 내 시료 또한 교반되므로, 시료의 반응이 효과적으로 진행될 수 있다.
이때, 반응 용기(200)를 사이에 두고 마주보는 제1 마그네틱(624)의 극성과 제2 마그네틱(634)의 극성은, 서로 다른 극성이 되도록 제어될 수 있다. 이를 위해, 컨트롤러는 반응 용기(200)를 사이에 두고 마주보는 제1 마그네틱(624)의 극성과 제2 마그네틱(634)의 극성이 서로 다른 극성이 되도록 제1 구동 모터(623) 및 제2 구동 모터(633)를 제어함으로써, 제1 회전축(622) 및 제2 회전축(632)을 연동시킬 수 있다.
예를 들어, 도 2에서 보듯이, 반응 용기(200)를 향하는 제1 마그네틱(624)의 극성이 S극성이면, 반응 용기(200)를 향하는 제2 마그네틱(634)의 극성이 N극성이 되도록, 제1 구동 모터(623) 및 제2 구동 모터(633)는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 반응 용기(200)를 사이에 두고 마주보는 제1 마그네틱(624)의 극성과 제2 마그네틱(634)의 극성이 서로 다른 극성이 유지되도록, 제1 회전축(622) 및 제2 회전축(632)이 연동하여 회전되면, 제1 마그네틱(624) 및 제2 마그네틱(634) 간 자력선이 일정하게 유지되므로, 반응 용기(200) 내 마그네틱 바(610)는, 안정적이고 일정한 회전 속도가 유지될 수 있다.
칠러(650)는 시료 수용부(220)의 둘레로 냉각수를 순환시킴으로써, 반응 용기(200)를 냉각시킬 수 있다. 칠러(650)는 냉각기(651), 제1 연결관(652) 및 제2 연결관(653)을 포함할 수 있다.
냉각기(651)는 냉각수를 냉각할 수 있고, 냉각된 냉각수를 저장하거나, 반응 용기(200)에 공급할 수 있다. 냉각기(651)는 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 냉각기(651)는 냉각수를 냉각시킬 수 있는 통상의 냉각장치에 대응되므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제1 연결관(652)은 냉각기(651)와 반응 용기(200)의 하부 사이를 연결하여, 냉각기(651) 내 냉각수를 반응 용기(200)의 냉각수 순환 라인으로 안내할 수 있다. 제2 연결관(653)은 냉각기(651)와 반응 용기(200)의 상부 사이를 연결하여, 반응 용기(200)에서 순환된 냉각수를 냉각기(651)로 안내할 수 있다.
이때, 반응 용기(200)에는 외벽을 둘러싸도록 냉각수 순환 라인이 제공될 수 있다. 냉각수 순환 라인의 일단부에는 냉각수가 공급되기 위한 냉각수 유입구가 마련될 수 있고, 냉각수 순환 라인의 타단부에는 냉각수 순환 라인에서 순환된 냉각수가 배출되어 회수되기 위한 냉각수 배출구가 마련될 수 있다.
냉각수 유입구는 냉각수 배출구 보다 하측에 위치되어, 제1 연결관(652)과 연결될 수 있다. 냉각수 배출구는 냉각수 배출구 보다 상측에 위치되어, 제2 연결관(653)과 연결될 수 있다.
한편, 반응 용기(200)의 시료 수용부(220)는 가열기(640)에 의해 가열될 수 있다. 가열기(640)는 마이크로 웨이브를 발생시키는 마이크로파 발생기를 포함할 수 있다. 마이크로파 발생기에서 발생된 마이크로 웨이브는, 기 설정된 시간 동안 반응 용기(200)로 공급될 수 있다.
이에 따라, 반응 용기(200) 내부의 온도가 높아질 수 있고, 반응 용기(200) 내부의 온도가 기 설정된 반응 온도에 도달되도록 반응 용기(200)의 내부가 가열될 수 있다. 이를 위해, 기 설정된 반응 온도를 위해 필요한 마이크로 웨이브의 발생량이 컨트롤러에 저장된 소정의 알고리즘에 따라 자동으로 계산될 수 있다. 이렇게 계산된 만큼 마이크로 웨이브가 발생될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 실험 장치를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 실험 장치의 제어 흐름을 나타낸 블록도이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동화 실험 장치(10)는, 하우징(100), 반응 용기(200), 클램프(300), 컨트롤러(400) 및 마그네틱 교반기(600)를 포함할 수 있다. 여기서, 마그네틱 교반기(600)는 상술한 마그네틱 교반기(600)와 동일한 구성이므로, 이하에서는 마그네틱 교반기(600)를 제외한 나머지 구성 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 원용한다.
구체적으로, 하우징(100)은 자동화 실험 장치(10)의 외관을 구성할 수 있다. 하우징(100)의 내부에는 반응 용기(200)가 투입될 수 있다. 하우징(100)은 하우징(100)의 전면에 배치되어 사용자에게 장치의 현재 상태 등을 표시하는 디스플레이(104)와, 하우징(100)의 전면에 배치되어 자동화 실험 장치(10)의 동작을 제어하기 위한 제어 패널(106)과, 상부를 커버하는 투명 재질의 윈도우(108)를 포함할 수 있다.
또한, 하우징(100)에는 반응 용기(200)의 상단 개구를 선택적으로 밀폐하는 커버(120)와, 커버(120)를 상측 위치와 하측 위치 사이에서 상하 이동시키는 이동부(110)와, 커버(120)에 연결되어 반응 용기(200) 내에 소정의 기체를 제공하는 기체이송부(130)가 제공될 수 있다.
이동부(110)는 커버(120)를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 이동부(110)는 상하 방향 이동을 위한 구동력을 제공하는 승하강 부재(112)와, 커버(120)의 상하 방향 이동을 안내하는 가이드 부재(114)와, 커버(120)와 연결되고 승하강 부재(112)와 연결되어 상하로 이동 가능하게 제공되는 이동 프레임(116)을 포함할 수 있다. 이 이동 프레임(116)은 가이드 부재(114)에 계합되어 가이드 부재(114)에 의해 상하 이동이 안내될 수 있다.
승하강 부재(112)는 일 예로 유압 실린더 또는 스크류잭일 수 있다. 이 외에도 승하강 부재(112)는 승하강을 위한 구동력을 제공하는 임의의 부재가 적용될 수 있다. 또한, 가이드 부재(114)는 하우징(100)의 벽면에 설치되어 상하 방향으로 연장 형성된 하나 이상의 바(bar) 형상일 수 있다. 이동 프레임(116) 또한 수평 방향으로 연장 형성된 바(bar) 형상으로 제공될 수 있으며, 가이드 부재(114)에 관통 결합되어 승하강 부재(112)의 구동시 가이드 부재(114)를 따라 상하 이동되도록 구성될 수 있다.
커버(120)는 이동부(110)에 의해 상측 위치와 하측 위치 사이에서 상하 이동 가능하도록 제공될 수 있다. 여기서, 상측 위치는 커버(120)가 상승할 수 있는 최상단 위치를 의미할 수 있고, 하측 위치는 커버(120)가 하강할 수 있는 최하단 위치를 의미할 수 있다.
커버(120)는 하측 위치에서 반응 용기(200)와 접하는 제1 플랜지(122)와, 이동 프레임(116)과 제1 플랜지(122)를 연결하는 연결 프레임(124)과, 제1 플랜지(122)의 하단에 연결되어 시료가 수용된 시험관(240)을 파지하는 시료 파지 부재(126)를 포함할 수 있다.
제1 플랜지(122)는 커버(120)의 하부에 형성될 수 있고, 커버(120)의 상부에 비하여 반경 방향으로 더 돌출된 형상을 가질 수 있다. 연결 프레임(124)은 커버(120)의 상면으로부터 연장되어 이동 프레임(116)의 중앙과 연결될 수 있다. 또한, 시료 파지 부재(126)는 시험관을 파지하도록 제공될 수 있다. 시료 파지 부재(126)는 시험관이 삽입될 수 있는 복수 개의 홀이 형성된 상측 디스크와, 시료(240)의 저부가 수용되는 복수 개의 홈이 상면에 요입 형성된 하측 디스크가 중앙의 빔을 통해 연결된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 시험관(240)은 시료 파지 부재(126)의 상측 디스크에 형성된 홀에 삽입되고, 저부가 하측 디스크의 요입홈에 일부 수용됨으로써 시료 파지 부재(126)에 파지될 수 있다.
기체이송부(130)는 소정의 기체, 예를 들어, N2 가스를 반응 용기(200)의 내부로 공급하도록 제공될 수 있다.
클램프(300)는 커버(120)와 반응 용기(200)를 선택적으로 밀봉하여 고정시키기 위해 제공될 수 있다. 클램프(300)는 제1 플랜지(122)와 제2 플랜지(210)를 클램핑하여 밀봉 고정시키도록 제공될 수 있다.
이러한 클램프(300)는 클램프 본체(320)와, 클램프 본체(320)에 전진 및 후퇴 가능하게 연결되는 클램프 헤드(310)를 포함할 수 있다. 클램프 본체(320)의 내부에는 클램프 헤드(310)를 이동 가능하도록 하는 구동력을 제공하기 위한 부재가 포함될 수 있다. 일 예로, 유압 실린더, 스크류잭 등의 부재가 제공되어 클램프 헤드(310)가 복동 이동 가능하게 구성될 수 있다.
클램프 헤드(310)는 제1 플랜지(122) 및 제2 플랜지(210)를 계합시킬 수 있다. 이때, 제1 플랜지(122) 및 제2 플랜지(210)는 디스크 형상을 가질 수 있고, 클램프 헤드(310)는 호 형상으로 형성될 수 있다. 일 예로, 클램프(300)는 C 타입 클램프로서 제공될 수 있다.
한편, 하나 이상의 클램프(300)가 반응 용기(200)의 개구 주변에 배치되어, 클램프 헤드(310)가 반응 용기(200)를 향하는 방향으로 전진 및 후퇴하도록 배치될 수 있다.
또한, 복수 개가 제공되는 경우, 특히, 본 실시예에서 도시한 바와 같이 3개의 클램프(300)가 제공되는 경우, 반응 용기(200)의 주변부에 일정 각도로 이격 배치되어, 제1 플랜지(122) 및 제2 플랜지(210)의 복수의 지점에 대하여 각 클램프(300)의 클램프 헤드(310)가 동시에 전진 및 후퇴함으로써, 커버(120)와 반응 용기(200)가 서로 밀봉 고정되거나, 고정 상태가 해제될 수 있다. 또한, 커버(120)와 반응 용기(200)가 서로 밀봉 고정될 때 기밀을 더 강하게 유지하기 위해, 제1 플랜지(122) 및/또는 제2 플랜지(210)의 서로 접하는 면에는 탄성 재질의 O-링이 제공될 수 있다.
컨트롤러(400)는 커버(120)가 반응 용기(200)와 밀봉 고정되고, 시료가 수용된 시험관(240)이 시료 수용부(220) 내에 된 상태에서, 기 입력된 온도 및 압력 하에서 반응 프로세스를 자동으로 수행하도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 컨트롤러(400)는 소형 내장형 컴퓨터로 이루어질 수 있다. 컨트롤러(400)는 프로그램, 메모리, CPU로 이루어지는 데이터 처리부 등을 구비할 수 있다. 이러한 프로그램은, 제어 패널(106)을 통해 입력되는 인풋 신호 및 센싱부로부터 센싱 신호를 받고, 이를 토대로 각 부의 구동을 제어하기 위한 알고리즘을 포함할 수 있다. 상기 프로그램은 컴퓨터 기억 매체 예컨대 플렉시블 디스크, 컴팩트 디스크, 하드 디스크, MO(광자기 디스크) 등의 메모리에 저장될 수 있다.
컨트롤러(400)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10 :자동화 실험 장치 100 :하우징
104 :디스플레이 106 :제어 패널
108 :윈도우 110 :이동부
112 :승하강 부재 114 :가이드 부재
116 :이동 프레임 120 :커버
122 :제1 플랜지 124 :연결 프레임
126 :시료 파지 부재 130 :기체이송부
200 :반응 용기 210 :제2 플랜지
220 :시료 수용부 240 :시험관
300 :클램프 310 :클램프 헤드
320 :클램프 본체 400 :컨트롤러
600 :마그네틱 교반기 610 :마그네틱 바
620 :제1 자기장 발생기 621 :제1 자기장 케이스
622 :제1 회전축 623 :제1 구동 모터
624 :제1 마그네틱 630 :제2 자기장 발생기
631 :제2 자기장 케이스 632 :제2 회전축
633 :제2 구동 모터 634 :제2 마그네틱
650 :칠러 651 :냉각기
652 :제1 연결관 653 :제2 연결관

Claims (9)

  1. 반응 용기 내 시료 수용부에 수용된 시료를 교반하기 위한 마그네틱 교반기에 있어서,
    상기 시료 수용부에 적어도 하나 이상 제공되고, N극 극성과 S극 극성을 양단부측에 갖는 마그네틱 바; 및
    상기 반응 용기의 측부에 이격하여 설치되고, 상기 마그네틱 바의 회전에 의해 상기 시료가 교반되도록 상기 마그네틱 바에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛을 포함하고,
    상기 자기장 발생유닛은
    상기 반응 용기의 일측부에 이격 설치되는 제1 자기장 발생기과, 상기 반응 용기를 중심으로 상기 제1 자기장 발생기와 대칭되도록 상기 반응 용기의 타측부에 이격 설치되되, 상기 제1 자기장 발생기와 나란하게 배치되는 제2 자기장 발생기를 포함하고,
    상기 제1 자기장 발생기는
    상기 반응 용기의 일측부에 이격되어 배치되는 제1 자기장 케이스와, 상기 제1 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제1 자기장 케이스에 설치되는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제1 회전축에 장착되는 제1 마그네틱을 포함하고,
    상기 제2 자기장 발생기는
    상기 반응 용기의 타측부에 이격되어 배치되는 제2 자기장 케이스와, 상기 제2 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제2 자기장 케이스에 설치되는 제2 회전축과, 상기 제2 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제2 회전축에 장착되는 제2 마그네틱을 포함하며,
    상기 제1 회전축 및 상기 제2 회전축은
    상기 반응 용기를 사이에 두고 마주보는 상기 제1 마그네틱의 극성과 상기 제2 마그네틱의 극성이 서로 다른 극성이 되도록 연동하여 회전되는,
    마그네틱 교반기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 용기가 냉각되도록 상기 반응 용기에 냉각수를 공급하는 칠러를 더 포함하고,
    상기 칠러는
    상기 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각기와, 상기 냉각기의 냉각수를 상기 반응 용기로 안내하는 제1 연결관과, 상기 반응 용기에서 순환된 냉각수를 상기 냉각기로 안내하는 제2 연결관을 포함하고,
    상기 반응 용기에는
    외벽을 둘러싸도록 냉각수 순환 라인이 제공되고,
    상기 냉각수 순환 라인의 일단부에는 냉각수가 공급되도록 상기 제1 연결관과 연결되는 냉각수 유입구가 마련되고, 상기 냉각수 순환 라인의 타단부에는 냉각수 순환 라인에서 순환된 냉각수가 배출되도록 상기 제2 연결관과 연결되는 냉각수 배출구가 마련되며,
    상기 냉각수 유입구는
    상기 냉각수 배출구 보다 하측에 위치되는,
    마그네틱 교반기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 마그네틱은
    상기 제1 회전축을 기준으로 상기 제1 회전축의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 상기 제1 회전축을 기준으로 제1 회전축의 타측방향에 S극 극성을 갖고,
    상기 제2 마그네틱은
    상기 제2 회전축을 기준으로 상기 제2 회전축의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 상기 제2 회전축을 기준으로 상기 제2 회전축의 타측방향에 S극 극성을 갖는,
    마그네틱 교반기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 자기장 발생기는
    상기 제1 회전축을 회전시키기 위한 구동력을 상기 제1 회전축에 제공하는 제1 구동 모터를 더 포함하고,
    상기 자기장 케이스는 내부에 챔버를 제공하고,
    상기 제1 회전축는 상기 제1 자기장 케이스의 길이방향과 나란하게 상기 챔버 내에 배치되는,
    마그네틱 교반기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 자기장 발생기는
    상기 제2 회전축을 회전시키기 위한 구동력을 상기 제2 회전축에 제공하는 제2 구동 모터를 더 포함하고,
    상기 제2 자기장 케이스는 내부에 챔버를 제공하고,
    상기 제2 회전축은 상기 제2 자기장 케이스의 길이방향과 나란하게 상기 챔버 내에 배치되는,
    마그네틱 교반기.
  6. 삭제
  7. 하우징;
    상기 하우징 내부에 제공되고, 시료가 수용되는 시료 수용부를 포함하는 반응 용기;
    상기 반응 용기의 개구를 선택적으로 밀폐하는 커버;
    상기 시료 수용부 내 시료를 자기력을 이용하여 교반시키는 마그네틱 교반기; 및
    상기 시료 수용부 내에 상기 시료가 수용된 상태에서, 기 입력된 온도 및 압력 하에서 반응 프로세스를 자동으로 수행하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 마그네틱 교반기는
    상기 시료 수용부에 적어도 하나 이상 제공되고, N극 극성과 S극 극성을 양단부측에 갖는 마그네틱 바; 및
    상기 반응 용기의 측부에 이격하여 설치되고, 상기 마그네틱 바의 회전에 의해 상기 시료가 교반되도록 상기 마그네틱 바에 자기력을 인가하는 자기장 발생유닛을 포함하고,
    상기 자기장 발생유닛은
    상기 반응 용기의 일측부에 이격 설치되는 제1 자기장 발생기과, 상기 반응 용기를 중심으로 상기 제1 자기장 발생기와 대칭되도록 상기 반응 용기의 타측부에 이격 설치되되, 상기 제1 자기장 발생기와 나란하게 배치되는 제2 자기장 발생기를 포함하고,
    상기 제1 자기장 발생기는
    상기 반응 용기의 일측부에 이격되어 배치되는 제1 자기장 케이스과, 상기 제1 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제1 자기장 케이스에 설치되는 제1 회전축과, 상기 제1 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제1 회전축에 장착되는 제1 마그네틱을 포함하고,
    상기 제2 자기장 발생기는
    상기 반응 용기의 타측부에 이격되어 배치되는 제2 자기장 케이스와, 상기 제2 자기장 케이스의 중심부에서 회전 가능하도록 상기 제2 자기장 케이스에 설치되는 제2 회전축과, 상기 제2 회전축의 방사방향에 대해서 서로 다른 극성을 갖도록 상기 제2 회전축에 장착되는 제2 마그네틱을 포함하며,
    상기 컨트롤러는
    상기 반응 용기를 사이에 두고 마주보는 상기 제1 자기장 발생기의 제1 마그네틱의 극성과 상기 제2 자기장 발생기의 제2 마그네틱의 극성이 서로 다른 극성이 되도록 연동하여 회전되도록, 상기 제1 회전축과 상기 제2 회전축을 제어하는,
    자동화 실험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 마그네틱 교반기는
    상기 반응 용기가 냉각되도록 상기 반응 용기에 냉각수를 공급하는 칠러를 더 포함하고,
    상기 칠러는
    상기 냉각수를 냉각시키기 위한 냉각기와, 상기 냉각기의 냉각수를 상기 반응 용기로 안내하는 제1 연결관과, 상기 반응 용기에서 순환된 냉각수를 상기 냉각기로 안내하는 제2 연결관을 포함하고,
    상기 반응 용기에는
    외벽을 둘러싸도록 냉각수 순환 라인이 제공되고,
    상기 냉각수 순환 라인의 일단부에는 냉각수가 공급되도록 상기 제1 연결관과 연결되는 냉각수 유입구가 마련되고, 상기 냉각수 순환 라인의 타단부에는 냉각수 순환 라인에서 순환된 냉각수가 배출되도록 상기 제2 연결관과 연결되는 냉각수 배출구가 마련되며,
    상기 냉각수 유입구는
    상기 냉각수 배출구 보다 하측에 위치되는,
    자동화 실험 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 마그네틱은
    상기 제1 회전축을 기준으로 상기 제1 회전축의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 상기 제1 회전축을 기준으로 제1 회전축의 타측방향에 S극 극성을 갖고,
    상기 제2 마그네틱은
    상기 제2 회전축을 기준으로 상기 제2 회전축의 일측방향에 N극 극성을 갖고, 상기 제2 회전축을 기준으로 상기 제2 회전축의 타측방향에 S극 극성을 갖는,
    자동화 실험 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117681064A (zh) * 2024-02-04 2024-03-12 合肥先端晶体科技有限责任公司 一种基于紫外光的金刚石快速抛光方法及装置

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