KR102572346B1 - Experimental apparatus for characteristics of compound droplet using asymmetric bouncing - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치는 분사모듈, 분리모듈 및 제어부를 포함한다. 분사모듈은 적어도 두 개의 서로 점도가 다른 액체 방울로 이루어진 다중액적을 생성하고 미리 정해진 방향으로 이동시킨다. 분리모듈은 다중액적이 분사모듈을 출발하여 미리 정해진 경로를 이동한 후 충돌하는 반동플레이트를 포함한다. 제어부는 반동플레이트에 충돌하는 다중액적의 위치를 제어한다. 그리고, 반동플레이트는 분사모듈을 바라보며 적어도 일부가 곡면으로 형성되는 반동면을 포함하며, 반동면은 적어도 일부가 분사모듈을 향해 솟아 오른 곡면인 볼록영역, 적어도 일부가 분사모듈과 반대 방향을 향하여 오목하게 형성된 곡면인 오목영역을 포함한다.An apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention includes a spray module, a separation module, and a control unit. The ejection module generates multiple droplets composed of at least two liquid droplets having different viscosities and moves them in a predetermined direction. The separation module includes a recoil plate on which multiple liquid droplets collide after moving along a predetermined path after leaving the spray module. The control unit controls the position of multiple droplets colliding with the reaction plate. And, the recoil plate includes a recoil surface, at least a part of which is formed as a curved surface while looking at the ejection module, and at least a part of the recoil plate is a convex area, which is a curved surface that rises toward the ejection module, and at least a part of it is concave toward the opposite direction from the ejection module. It includes a concave area, which is a curved surface formed in such a way.
Description
본 발명은 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중액적이 충돌하는 충돌면의 형상에 따라 액적들 사이의 점도 차이로 인하여 서로 분리되는 특성을 파악함으로써, 산업 및 학술 연구에 활용할 수 있도록 한 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for testing the properties of multiple droplets using asymmetric recoil, and more particularly, by identifying the characteristics of multiple droplets being separated from each other due to the difference in viscosity between droplets according to the shape of the collision surface on which they collide, industrial and It relates to an experimental device for the characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil that can be used for academic research.
액적(droplet)은 작은 액체방울을 가리킨다. 특히, 미세한 크기의 액체방울을 액적이라고 말한다.Droplet refers to a small liquid droplet. In particular, liquid droplets having a fine size are referred to as droplets.
특정 액체를 액적 형태로 분사하여 대상에 안착 시키면 도색, 살충, 코팅, 프린팅과 같은 작업을 수행할 수 있다.When a specific liquid is sprayed in the form of droplets and landed on the target, work such as painting, insecticide, coating, and printing can be performed.
반대로, 액적이 분사된 대상과 충돌 후 큰 반동력으로 인하여 빠르게 분리되면 분사 대상 표면의 빙결억제나 세정과 같은 작업을 수행할 수도 있다.Conversely, if the droplets are quickly separated due to a large reaction force after colliding with the sprayed object, operations such as freezing suppression or cleaning of the sprayed surface may be performed.
각각의 경우 분사되는 액적의 성분은 그 목적에 맞추어 결정된다.In each case, the composition of the ejected droplet is determined according to the purpose.
전술한 두 가지 경우에서, 분사되는 액적의 반동 거동을 예측하고 조절하는 기술은 매우 중요하였고, 반동 거동의 예측 및 조절 수준에 따라 액적을 분사함으로써 수행하는 여러 작업의 경제성, 안전성 및 작업 품질에 큰 차이가 발생하였다.In the above two cases, the technique of predicting and controlling the rebound behavior of the ejected droplet was very important, and the level of prediction and control of the rebound behavior greatly affected the economics, safety and work quality of various operations performed by spraying the droplet. A difference has occurred.
대한민국 등록특허 제10-2271249호(이하, '관련기술'이라 함.)는 '비축대칭 액적 분무 장치'를 개시한다. 관련기술은 분무되는 액적을 비축대칭으로 변형함으로써 충돌 면에 대한 액적의 반동 속도를 조절하는 기술을 개시한다.Korean Patent Registration No. 10-2271249 (hereinafter referred to as 'related technology') discloses a 'non-axisymmetric droplet spraying device'. The related art discloses a technique of adjusting the rebound speed of a droplet against an impact surface by deforming the sprayed droplet non-axisymmetrically.
하지만, 기술의 발전에 따라 단일액적(하나의 액체로 이루어진 방울)만을 분사해 특정 작업을 수행하였던 종래기술로부터 더 나아가, 다중액적(compound droplet)의 거동 해석을 통해 미리 정해진 다중액적을 생성 및 분사하고, 또 분리하는 기술에 대한 기술적인 개선 및 제안을 필요로 하였다.However, with the development of technology, it goes further from the prior art in which a specific operation was performed by spraying only a single droplet (a droplet made of one liquid), and generates and sprays a predetermined multi-droplet through behavior analysis of compound droplets. In addition, technical improvements and suggestions for separation technology were needed.
본 발명의 일 과제는, 일 방향으로 분사된 다중액적이 각기 점도가 다른 액적으로 분리되기 위해선 상대적으로 빠른 속도로 대상 표면에 충돌하여야만 했던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.One object of the present invention is to solve the problem of the prior art in which multiple droplets injected in one direction had to collide with a target surface at a relatively high speed in order to be separated into droplets having different viscosities.
본 발명의 다른 과제는, 일 방향으로 분사된 다중액적이 각기 점도가 다른 액적으로 분리되기 위해선 다중액적을 형성하는 액적들 간의 점도 차가 커야만 했던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.Another object of the present invention is to solve the problem of the prior art in which the viscosity difference between the droplets forming the multiple droplets had to be large in order for the multiple droplets ejected in one direction to be separated into droplets having different viscosities.
본 발명의 또 다른 과제는, 다중액적을 형성하는 서로 다른 점도의 액적들을 보다 효율적으로 분리하고, 다중액적의 거동 해석을 위한 다양한 데이터를 수집할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a device capable of more efficiently separating droplets of different viscosities forming multiple droplets and collecting various data for analyzing the behavior of multiple droplets.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제나 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the contents mentioned above, and other tasks or objects not mentioned above will be understood by the following description.
본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치는 분사모듈, 분리모듈 및 제어부를 포함한다. 분사모듈은 적어도 두 개의 서로 점도가 다른 액체 방울로 이루어진 다중액적을 생성하고 미리 정해진 방향으로 이동시킨다. 분리모듈은 다중액적이 분사모듈을 출발하여 미리 정해진 경로를 이동한 후 충돌하는 반동플레이트를 포함한다. 제어부는 반동플레이트에 충돌하는 다중액적의 위치를 제어한다. 그리고, 반동플레이트는 분사모듈을 바라보며 적어도 일부가 곡면으로 형성되는 반동면을 포함하며, 반동면은 적어도 일부가 분사모듈을 향해 솟아 오른 곡면인 볼록영역, 적어도 일부가 분사모듈과 반대 방향을 향하여 오목하게 형성된 곡면인 오목영역을 포함한다.An apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention includes a spray module, a separation module, and a control unit. The ejection module generates multiple droplets composed of at least two liquid droplets having different viscosities and moves them in a predetermined direction. The separation module includes a recoil plate on which multiple liquid droplets collide after moving along a predetermined path after leaving the spray module. The control unit controls the position of multiple droplets colliding with the reaction plate. And, the recoil plate includes a recoil surface, at least a part of which is formed as a curved surface while looking at the ejection module, and at least a part of the recoil plate is a convex area, which is a curved surface that rises toward the ejection module, and at least a part of it is concave toward the opposite direction from the ejection module. It includes a concave area, which is a curved surface formed in such a way.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서 볼록영역은 분사모듈을 향해 솟아 오른 곡면의 정상에 해당하는 마루부를 포함하고, 다중액적은 마루부에 충돌한다.And, in the multi-droplet characteristic experiment apparatus using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the convex region includes a ridge corresponding to the top of a curved surface rising toward the injection module, and the multiple droplets collide with the ridge.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 볼록영역은 마루부가 직선으로 형성된다.Alternatively, in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the crest of the convex region is formed in a straight line.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 마루부는 반구형상으로 돌출된 볼록영역에 위치하는 하나의 점으로 이루어진다.And, in the multi-droplet characteristic experiment apparatus using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the crest portion is composed of one point located in a convex area protruding in a hemispherical shape.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서 분리모듈은 반동면이 상면을 형성하고, 외력이 가해지면 형상이 변경되며, 외력이 제거되면 원래의 형상으로 복원되는 재질로 이루어지는 판상의 반동플레이트, 반동면이 분사모듈을 바라보며 팽팽하게 유지되도록 장력을 가하는 베이스를 포함한다.Alternatively, in the apparatus for testing the characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the separation module has a recoil surface forming an upper surface, the shape is changed when an external force is applied, and the original shape is restored when the external force is removed It includes a plate-shaped recoil plate made of a material, and a base for applying tension so that the recoil surface is kept taut while facing the injection module.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 분리모듈은 반동플레이트의 하부에 구비되고, 반동플레이트의 저면을 상부로 가압하여 반동면의 형상을 변경하는 승강유닛을 포함하며, 승강유닛은 미리 정해진 외형으로 형성되어 상승 시 반동플레이트의 저면과 접하여 반동면의 형상을 결정하는 충돌돌기, 충돌돌기가 결합되고 충돌돌기의 높이를 조절하는 승강바를 포함한다.And, in the multi-droplet characteristic test apparatus using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the separation module is provided under the recoil plate, and the bottom surface of the recoil plate is pressed upward to change the shape of the recoil surface. The lifting unit includes a collision protrusion formed in a predetermined shape and determining the shape of the reaction surface by contacting the bottom surface of the recoil plate when ascending, and a lift bar coupled with the collision protrusion and adjusting the height of the collision projection.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 충돌돌기는 적어도 일부가 구형으로 이루어진다.Alternatively, in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, at least a part of the collision protrusion is formed in a spherical shape.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 충돌돌기는 둥글넓적한 모양의 원반형상으로 이루어지며, 상승 시 원반형상의 외측 둘레 중 일부가 반동플레이트의 저면과 접한다.In addition, in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the collision protrusion is formed in a round disk shape, and when ascending, a part of the outer circumference of the disk shape is in contact with the bottom surface of the recoil plate .
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 충돌돌기는 원형 단면을 지니며 반동플레이트의 저면 및 반동면과 평행하도록 누운 원형의 기둥 형상이다.Alternatively, in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the collision protrusion has a circular cross section and has a circular column shape lying parallel to the bottom surface of the recoil plate and the recoil surface.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 다중액적의 이동궤적을 감지하는 계측모듈을 더 포함하고, 제어부는 계측모듈을 통하여 감지된 다중액적의 이동궤적을 기초로 반동면 상에서 다중액적이 충돌할 위치를 산출한다.In addition, in the multi-droplet characteristic experiment apparatus using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, a measurement module for detecting the movement trajectory of the multiple droplets is further included, and the control unit measures the movement trajectory of the multiple droplets detected through the measurement module. Based on , the position where multiple droplets collide on the recoil surface is calculated.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 제어부는 반동면 상에서 다중액적이 충돌할 위치의 하부로 충돌돌기를 이동시키며, 다중액적이 반동면에 충돌하는 시점에 충돌돌기를 상승시켜 반동면 상에 볼록영역을 형성한다.Alternatively, in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the control unit moves the collision protrusion to the lower part of the position where the multiple droplets collide on the rebound surface, and the multiple droplets collide with the rebound surface. At the point of view, the impact protrusion is raised to form a convex region on the rebound surface.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치에서, 오목영역은 분사모듈과 반대 방향을 향하여 가장 오목한 부분에 해당하는 골부를 포함하고, 다중액적은 골부에 충돌한다.And, in the multi-droplet characteristic testing device using asymmetric recoil according to an embodiment of the present invention, the concave area includes a valley corresponding to the most concave part toward the opposite direction to the injection module, and the multi-droplet collides with the valley. .
본 발명에 의하면, 다중액적을 형성하는 서로 다른 점도의 액적들을 보다 효율적으로 분리할 수 있다.According to the present invention, droplets of different viscosities forming multiple droplets can be separated more efficiently.
본 발명에 의하면, 점도의 차이가 상대적으로 작은 액적들로 구성된 다중액적의 분리도 가능하다는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that it is possible to separate multiple droplets composed of droplets having a relatively small difference in viscosity.
본 발명에 의하면, 다중액적이 반동면에 충돌하는 과정에서 미리 정해진 크기의 충격량을 다중액적에 가할 수 있다는 장점이 있다.According to the present invention, there is an advantage in that an impact amount of a predetermined size can be applied to the multiple droplets in the process of colliding the multiple droplets with the rebound surface.
본 발명에 의하면, 다중액적의 충돌 및 분리와 관련한 다양한 실험 조건을 설명할 수 있어 다중액적의 거동 해석을 위한 데이터 수집이 용이하다는 장점이 있다.According to the present invention, it is possible to explain various experimental conditions related to collision and separation of multiple droplets, and thus, it is advantageous to easily collect data for analyzing the behavior of multiple droplets.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
도 1은 다중액적의 형태들을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 생성 및 분사되는 과정을 개략적으로 도시한 상태도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 반동면에서 충돌한 지점의 곡률원 직경과 다중액적의 직경 차이에 따라 보이는 거동을 시간의 흐름에 따라 도시한 상태도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 직경과 다중액적이 충돌하는 볼록영역의 곡률원 직경 사이의 비율을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 볼록영역에 충돌 시 마루부와 관심계면이 형성하는 초기 각도에 따라 관찰되는 거동을 시간의 흐름에 따라 도시한 상태도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 관심계면과 길게 형성된 마루부가 형성하는 초기 각도를 설명하기 위한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 반동면의 적어도 일부가 굴곡진 형태의 곡면으로 형성된 상태를 도시한 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 직경과 다중액적이 반동면에 충돌하는 지점의 곡률원 직경 차이 및 초기 각도 변화에 따른 다중액적의 분리효율을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 반동플레이트의 볼록영역 및 오목영역을 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 분리모듈에 형성된 승강모듈을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 승강돌기의 형상들을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 승강유닛이 다중액적의 충돌위치로 이동하여 반동면에 미리 정해진 형상의 볼록영역을 형성하는 상태를 도시한 상태도이다.1 is a diagram illustrating the shapes of multiple droplets.
2 is a perspective view of an apparatus for testing characteristics of multiple droplets according to an embodiment of the present invention.
3 is a state diagram schematically illustrating a process of generating and ejecting multiple droplets in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a state diagram showing behavior over time according to the difference between the diameter of the circle of curvature at the point where the multiple droplets collide on the recoil surface and the diameter of the multiple droplets in the multi-droplet characteristic testing device according to an embodiment of the present invention. .
5 is a conceptual diagram for explaining the ratio between the diameter of multiple droplets and the diameter of a curvature circle of a convex region where multiple droplets collide in an apparatus for testing characteristics of multiple droplets according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a state diagram showing the behavior observed according to the initial angle formed by the crest and the interface of interest over time when the multi-droplet collides with the convex region in the multi-droplet characteristic experiment apparatus according to an embodiment of the present invention. am.
7 is a conceptual diagram for explaining an initial angle formed between an interface of interest of multiple droplets and a long crest in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view showing a state in which at least a portion of a rebound surface is formed as a curved surface in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the separation efficiency of multiple droplets according to the difference between the diameter of the multiple droplets and the diameter of the curvature circle at the point where the multiple droplets collide with the rebound surface and the initial angle change in the multi-droplet characteristic testing device according to an embodiment of the present invention. am.
10 is a view showing convex and concave regions of a recoil plate in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 and 12 are diagrams conceptually illustrating an elevation module formed in a separation module in a multi-droplet characteristic experiment apparatus according to another embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing the shapes of lifting protrusions in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to another embodiment of the present invention.
14 is a state diagram showing a state in which a convex region having a predetermined shape is formed on a recoil surface by moving the lifting unit to a collision position of multiple droplets in a multi-droplet characteristic testing device according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 적절한 실시예와 함께 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 첨부도면을 참조하면서 보다 상세하게 서술한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described with suitable examples. Embodiments of the present invention are described in more detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numbers indicate like elements throughout the detailed description.
도 1은 다중액적의 형태들을 예시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the shapes of multiple droplets.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치는 다중액적(10)을 생성, 분사 및 분리하는 과정을 수행할 수 있다.The multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention may perform processes of generating, spraying, and separating the multi-droplet 10 .
도 1에 도시된 바와 같이, 액적(droplet)은 미세한 크기의 액체방울을 가리킨다. 다중액적(10, compound droplet)은 서로 다른 점도를 갖는 두 개 이상의 액적 및/또는 입자가 결합된 것이다.As shown in FIG. 1, a droplet refers to a droplet having a fine size. A compound droplet (10) is a combination of two or more liquid droplets and/or particles having different viscosities.
다중액적(10)은 이를 형성하는 액적 및/또는 입자의 수, 액적들의 점도나 표면장력의 차이와 같은 물리량, 다중액적(10)이 생성된 원인 등에 따라 여러 가지 형태를 가질 수 있다.The multiple droplets 10 may have various forms depending on the number of droplets and/or particles forming them, physical quantities such as differences in viscosity or surface tension of the droplets, and the cause of the multiple droplets 10 .
도 1의 (a) 내지 (c)는 서로 다른 점도를 갖는 두 개의 액적이 결합된 이중액적(20)을 나타낸다. 이중액적(20)은 단일계면을 갖는 두 개의 액적 집합을 나타낸다.1 (a) to (c) show a double droplet 20 in which two droplets having different viscosities are combined. The double droplet 20 represents a set of two droplets having a single interface.
이중액적(20)은, 크게 코어-쉘구성(22)과 야누스구성(24)으로 구분될 수 있다.The double droplet 20 can be largely divided into a core-shell configuration 22 and a Janus configuration 24.
(a)에 도시된 바와 같이, 코어-쉘구성(22)은 제1액적(a)의 내부에 제2액적(b)이 수용된 형태로 이루어진다.As shown in (a), the core-shell configuration 22 is formed in a form in which the second droplet (b) is accommodated inside the first droplet (a).
(b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 제1액적(a)과 제2액적(b)간의 표면장력 차이가 크지 않은 경우에 제1액적(a) 및 제2액적(b)은 서로가 단일계면을 중심으로 부착된 형태를 이룬다.As shown in (b) and (c), when the difference in surface tension between the first droplet (a) and the second droplet (b) is not large, the first droplet (a) and the second droplet (b) are mutually forms an attached form centered on a single interface.
특히, (b)에 도시된 바와 같이, 서로 비슷한 표면장력과 큰 점도 차이를 갖는 제1액적(a) 및 제2액적(b)이 이중액적(20)을 형성하는 경우를 야누스구성(24)이라고 한다.In particular, as shown in (b), when the first droplet (a) and the second droplet (b) having a similar surface tension and a large viscosity difference form a double droplet 20, the Janus configuration 24 It is said.
이 외에도, (d) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 제1액적(a), 제2액적(b), 제3액적(c), 제4액적(d) 등으로 서로 다른 액체로 이루어지는 다수 개의 액적이나 입자들이 결합하여 다중액적(10)을 형성할 수 있다.In addition, as shown in (d) to (f), the first droplet (a), the second droplet (b), the third droplet (c), and the fourth droplet (d) are composed of different liquids. A plurality of droplets or particles may combine to form a multi-droplet 10 .
본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치는 도 1을 통하여 도시하고 있는 다중액적(10)의 형태들뿐만 아니라, 적어도 두 개 이상의 서로 다른 액적이 결합된 형태의 다중액적(10) 모두에 적용될 수 있다.The apparatus for testing characteristics of multiple droplets according to an embodiment of the present invention includes not only the forms of the multiple droplets 10 shown in FIG. 1, but also the multiple droplets 10 in the form of combining at least two different droplets can apply to all.
아래에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적 특성 실험 장치에 대해 설명한다. Hereinafter, an apparatus for testing multi-droplet properties according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에서 다중액적(10)은 전술한 내용 중 이중액적(20)으로서 야누스구성(24)을 칭한다. 또한, 야누스구성(24)의 이중액적(20)이 갖는 단일계면을 관심계면(26)이라 하기로 한다.In one embodiment of the present invention, the multiple droplet 10 refers to the Janus configuration 24 as the double droplet 20 in the above description. In addition, the single interface of the double droplet 20 of the Janus configuration 24 will be referred to as the interface of interest 26 .
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 생성 및 분사되는 과정을 개략적으로 도시한 상태도이다.2 is a perspective view of a multi-droplet characteristic testing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 schematically illustrates the process of generating and ejecting multiple droplets in the multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention. It is the state diagram shown.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 분사모듈(100)은 노즐유닛(110)을 포함하고, 노즐유닛(110)은 액적의 수에 따라 다수 개가 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 다중액적(10)은 야누스구성(24)인 이중액적(20)이므로, 노즐유닛(110)은 제1노즐(112) 및 제2노즐(114)을 포함한다.As shown in FIGS. 2 and 3 , the injection module 100 includes a nozzle unit 110, and a plurality of nozzle units 110 may be provided according to the number of droplets. In one embodiment of the present invention, since the multiple droplet 10 is a double droplet 20 having a Janus configuration 24, the nozzle unit 110 includes a first nozzle 112 and a second nozzle 114.
제1노즐(112) 및 제2노즐(114)은 각기 다른 점도의 액체를 미리 정해진 크기의 액적 상태로 분사한다. 제1노즐(112)은 제1액적(a)을, 제2노즐(114)은 제2액적(b)을 형성해 미리 정해진 위치에서 제1액적(a) 및 제2액적(b)이 서로 접촉하도록 한다.The first nozzle 112 and the second nozzle 114 spray liquids of different viscosities in the form of droplets of predetermined sizes. The first nozzle 112 forms a first droplet (a) and the second nozzle 114 forms a second droplet (b), so that the first droplet (a) and the second droplet (b) contact each other at a predetermined location. let it do
제1액적(a) 및 제2액적(b)은 관심계면(26)을 공유하며, 관심계면(26)은 평면으로서, 이중액적(20)의 외측 둘레에 직선으로 이루어진 경계선을 형성한다.The first droplet (a) and the second droplet (b) share an interface of interest 26, and the interface of interest 26 is a plane, forming a straight line around the outer circumference of the double droplet 20.
분사모듈(100)은 노즐유닛(110)을 통해 생성된 이중액적(20)을 미리 정해진 속도로 일 방향으로 이송시키는 이송유닛을 더 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서 분사모듈(100)을 통해 생성된 이중액적(20)은 자중에 의해 연직하방으로 낙하한다.The injection module 100 may further include a transport unit for transporting the double droplets 20 generated through the nozzle unit 110 in one direction at a predetermined speed. However, in one embodiment of the present invention, the double droplet 20 generated through the injection module 100 falls vertically downward due to its own weight.
분사모듈(100)의 하부에는 분리모듈(200)이 구비된다.A separation module 200 is provided below the injection module 100 .
분리모듈(200)은 반동플레이트(202) 및 베이스(204)를 포함한다. 반동플레이트(202)는 도시된 바와 같이 판상의 부재로서, 도 2에 도시된 도면을 기준으로 반동플레이트(202)의 상면은 곡면의 반동면(210)으로 형성된다.The separation module 200 includes a recoil plate 202 and a base 204. As shown in the drawing, the reaction plate 202 is a plate-shaped member, and based on the drawing shown in FIG. 2, the upper surface of the reaction plate 202 is formed as a curved reaction surface 210.
구체적으로, 반동면(210)은 볼록영역(220) 및 오목영역(230) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Specifically, the rebound surface 210 may include at least one of a convex area 220 and a concave area 230 .
볼록영역(220)은 반동면(210) 중 적어도 일부가 분사모듈(100)을 향하여 솟아 오른 곡면의 돌출부이다.The convex region 220 is a curved protrusion where at least a part of the rebound surface 210 rises toward the injection module 100 .
오목영역(230)은 반동면(210) 중 적어도 일부가 분사모듈(100)과 반대 방향을 향하여 아래쪽으로 오목하게 형성된 곡면이다.The concave area 230 is a curved surface in which at least a portion of the rebound surface 210 is concave downward toward the direction opposite to the injection module 100 .
본 발명의 일 실시예에서, 반동면(210)은 일 방향으로 길게 형성되는 볼록영역(220)과 볼록영역(220)들 사이에서 볼록영역(220)들의 길이 방향으로 길게 파인 공간인 오목영역(230)을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the rebound surface 210 has a concave area (a concave area) between a convex area 220 formed long in one direction and a space dug in the longitudinal direction of the convex area 220 between the convex areas 220 ( 230) may be included.
반동면(210)에 형성되는 곡면은, 볼록영역(220)과 오목영역(230)이 반복하여 형성된 반동면(210) 표면의 요철일 수 있다.The curved surface formed on the rebound surface 210 may be a concavo-convex surface of the rebound surface 210 in which convex regions 220 and concave regions 230 are repeatedly formed.
본 발명이 적용되는 실시예에 따라서, 분사모듈(100)로부터 낙하하는 다중액적은 볼록영역(220)의 상사점을 잇는 마루부(222)에 충돌하거나, 오목영역(230)의 하사점을 잇는 골부(232)에 충돌하도록 구현될 수 있다.According to the embodiment to which the present invention is applied, the multiple droplets falling from the injection module 100 collide with the crest 222 connecting the top dead center of the convex area 220 or the bottom dead center of the concave area 230. It may be implemented to collide with the valley 232 .
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 반동면에서 충돌한 지점의 곡률원 직경과 다중액적의 직경 차이에 따라 보이는 거동을 시간의 흐름에 따라 도시한 상태도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 직경과 다중액적이 충돌하는 볼록영역의 곡률원 직경 사이의 비율을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a state diagram showing the behavior over time according to the difference in the diameter of the multi-droplet and the diameter of the circle of curvature at the point where the multi-droplet collides on the recoil surface in the multi-droplet characteristic experiment apparatus according to an embodiment of the present invention. , Figure 5 is a conceptual diagram for explaining the ratio between the diameter of the multi-droplet and the diameter of the curvature circle of the convex region where the multi-droplet collides in the multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4 및 도 5를 참조하여, 다중액적(10)이 볼록영역(220)의 마루부(222)로 낙하하여 충돌한 경우 이중액적(20)을 형성하는 제1액적(a) 및 제2액적(b)은 각기 다른 점도를 지니므로, 반동면(210)에 충돌하는 순간 제1액적(a) 및 제2액적(b)은 각각 다른 거동을 보인다.4 and 5, when the multiple droplets 10 fall to the crest 222 of the convex region 220 and collide, the first droplet (a) and the second droplet forming the double droplet 20 Since (b) has different viscosities, the first droplet (a) and the second droplet (b) show different behaviors at the moment they collide with the rebound surface 210 .
시간에 따른 이중액적(20)의 거동(좌측으로부터 우측으로 갈수록 시간이 경과된 상태)은 초고속카메라를 이용해야만 관찰할 수 있는 짧은 시간 동안에 발생한다.The behavior of the double droplet 20 according to time (a state in which time elapses from left to right) occurs during a short time that can only be observed using a high-speed camera.
제1액적(a) 및 제2액적(b) 중 상대적으로 점도가 높은 쪽이 반동면(210)에 충돌하는 순간 반동면(210)의 표면을 따라 좁게 펼쳐지거나 반동면(210)의 표면으로부터 튕겨져 나오는 변형량의 크기가 작다.The moment the relatively high viscosity of the first droplet (a) and the second droplet (b) collides with the rebound surface 210, it narrowly spreads along the surface of the rebound surface 210 or moves away from the surface of the rebound surface 210. The amount of deformation that bounces off is small.
상대적으로 점도가 낮은 쪽은 반동면(210)에 충돌하는 순간 반동면(210)의 표면을 따라 넓게 펼쳐지거나 반동면(210)의 표면으로부터 튕겨져 나오는 변형량의 크기가 크다.The relatively low viscosity has a large amount of deformation spread along the surface of the rebound surface 210 or bounced off the surface of the rebound surface 210 at the moment of collision with the rebound surface 210 .
관심계면(26)을 중심으로 제1액적(a) 및 제2액적(b)이 서로 결합되어 있던 이중액적(20)은 반동면(210)과의 충돌을 통하여 다시 제1액적(a) 및 제2액적(b)으로 각각 분리된다.The double droplet 20, in which the first droplet (a) and the second droplet (b) were coupled to each other around the interface of interest 26, forms the first droplet (a) and the second droplet (a) again through collision with the rebound surface 210. Each is separated into a second droplet (b).
이는 각기 점도가 다른 제1액적(a) 및 제2액적(b)의 충돌 거동에 차이를 이용한 것으로서, 이러한 두 액적 간의 충돌 거동의 차이는 반동면(210)에 형성된 곡면을 통해 더 커지거나 작아진다.This is based on the difference in the collision behavior of the first droplet (a) and the second droplet (b) having different viscosities, and the difference in collision behavior between these two droplets becomes larger or smaller through the curved surface formed on the rebound surface 210. lose
마루부(222)는 볼록영역(220)에서 가장 높이 돌출된 상사점을 연결한 직선 또는 하나의 점일 수 있다.The crest 222 may be a straight line or a point connecting the top dead center that protrudes the highest in the convex region 220 .
도 4는 마루부(222)가 일 방향으로 길게 형성된 직선 형태로 이루어진 반동면(210)을 도시하고있으며, 볼록영역(220)의 마루부(222)에 다중액적(10)이 충돌하는 상태를 도시한다.4 shows a recoil surface 210 in which the crest 222 is formed in a straight line in one direction, and the multi-droplet 10 collides with the crest 222 of the convex region 220. show
도 4는 이중액적(10)의 직경(R)과 이중액적(10)이 충돌하는 지점에서 마루부(222)의 곡률원 직경(D) 사이의 비율에 따라 반동면(210)으로 낙하한 다중액적(10)의 거동에 차이가 있음을 나타내고 있다.4 is a multiple droplet falling to the rebound surface 210 according to the ratio between the diameter R of the double droplet 10 and the diameter D of the curvature circle of the crest 222 at the point where the double droplet 10 collides. It shows that there is a difference in the behavior of (10).
구체적으로, 도 4의 (a)는 D/R=2인 경우의 이중액적(10)의 거동을 시간 순으로 도시한 것이다. 도 4의 (b)는 D/R=4인 경우의 이중액적(10)의 거동을 시간 순으로 도시한 것이며, 도 4의 (c)는 D/R=6인 경우의 이중액적(10)의 거동을 시간 순으로 도시한 것이다.Specifically, (a) of FIG. 4 shows the behavior of the double droplet 10 in the case of D/R=2 in chronological order. Figure 4 (b) shows the behavior of the double droplet 10 in the case of D / R = 4 in chronological order, and Figure 4 (c) shows the double droplet 10 in the case of D / R = 6 The behavior of is shown in chronological order.
이중액적(10)의 직경(R)과 이중액적(10)이 충돌하는 지점에서 마루부(222)의 곡률원 직경(D)은 도 5에 도시된, 반동면(210), 볼록영역(220) 및 마루부(222)가 형성하는 곡률원과, 다중액적의 직경(R)을 표시한 바를 통하여 파악할 수 있다.The diameter R of the double droplet 10 and the diameter D of the curvature circle of the crest 222 at the point where the double droplet 10 collide are the rebound surface 210 and the convex area 220 shown in FIG. And the curvature circle formed by the crest 222 and the diameter (R) of the multi-droplet can be grasped through the displayed bar.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적이 볼록영역에 충돌 시 마루부와 관심계면이 형성하는 초기 각도에 따라 관찰되는 거동을 시간의 흐름에 따라 도시한 상태도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 관심계면과 길게 형성된 마루부가 형성하는 초기 각도를 설명하기 위한 개념도이다.Figure 6 is a state diagram showing the behavior observed according to the initial angle formed by the crest and the interface of interest over time when the multi-droplet collides with the convex region in the multi-droplet characteristic experiment apparatus according to an embodiment of the present invention. 7 is a conceptual diagram for explaining an initial angle formed between an interface of interest of a multi-droplet and an elongated ridge in a multi-droplet characteristic experiment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 도 6의 (a)는 다중액적(10)의 초기 각도가 90도인 상태를 나타낸다. 그리고, 도 6의 (b)는 다중액적(10)의 초기 각도가 45도인 상태를 나타낸다. 또한, 도 6의 (c)는 다중액적(10)의 초기 각도가 0도인 상태를 나타내고 있다.As shown in FIG. 6, (a) of FIG. 6 shows a state in which the initial angle of the multi-droplet 10 is 90 degrees. And, (b) of FIG. 6 shows a state in which the initial angle of the multi-droplet 10 is 45 degrees. In addition, (c) of FIG. 6 shows a state in which the initial angle of the multi-droplet 10 is 0 degrees.
각각, 동일한 제1액적(a) 및 동일한 제2액적(b)으로 이루어진 다중액적(10)을 도 6에 도시된 바와 같이 각각 초기 각도에 변화를 주어 관찰하면, 초기 각도의 값이 감소할 수록 다중액적(10)의 분리 효율이 증가함을 알 수 있다.When observing multiple droplets 10 composed of the same first droplet (a) and the same second droplet (b) by varying the initial angle, as shown in FIG. 6, the value of the initial angle decreases. It can be seen that the separation efficiency of the multi-droplet 10 increases.
다중액적(10)의 초기 각도는 도 7에 도시된 바와 같이, 마루부(222)를 따라 그은 직선과 마루부(222)에 충돌하는 시점의 다중액적(10) 관심계면(26)이 형성하는 각도로 정의할 수 있다.As shown in FIG. 7, the initial angle of the multi-droplet 10 is formed by the interface of interest 26 of the multi-droplet 10 at the time of collision with the straight line drawn along the crest 222 and the crest 222. can be defined as an angle.
전술한 마루부(222)의 곡률원 직경 및 다중액적(10)의 직경 비, 다중액적(10)이 반동면(210)에 충돌할 때의 초기 각도가 다중액적(10)의 분리 효율에 영향을 미치는 실시예는 아래 도 8에 도시된 일부 반동면(210)의 형상을 들 수 있다.The ratio of the diameter of the circle of curvature of the aforementioned crest 222 and the diameter of the multi-droplet 10, and the initial angle when the multi-droplet 10 collides with the rebound surface 210 affect the separation efficiency of the multi-droplet 10 An example of an effect may be the shape of some of the rebound surfaces 210 shown in FIG. 8 below.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 반동면의 적어도 일부가 굴곡진 형태의 곡면으로 형성된 상태를 도시한 예시도이다.8 is an exemplary view showing a state in which at least a portion of a rebound surface is formed as a curved surface in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 반동면(210)은 일련의 패턴을 지닌 굴곡이 형성될 수 있으며, 이러한 굴곡된 표면으로 인하면 다중액적(10)이 특정 형상의 곡면과 충돌하도록 조절할 수 있다.As shown in FIG. 8, in the multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention, the recoil surface 210 may be curved with a series of patterns, and due to this curved surface, the multi-droplet (10) can be adjusted to collide with a curved surface of a specific shape.
나아가, 다중액적(10)이 볼록영역(220)의 마루부(222)에 충돌하는 경우의 다중액적(10) 분리 효율과 다중액적(10)이 오목영역(230)의 골부(232)에 충돌하는 경우의 다중액적(10) 분리효율을 각각 비교할 수도 있으며, 돌출된 곡면에 다중액적(10)이 충돌하는 경우, 오목한 곡면에 다중액적(10)이 충돌하는 경우 등 다양한 조건을 설정할 수 있게 된다.Furthermore, the multi-droplet 10 separation efficiency when the multi-droplet 10 collides with the crest 222 of the convex region 220 and the multi-droplet 10 collides with the valley 232 of the concave region 230 It is also possible to compare the separation efficiencies of multiple droplets 10 in the case of multiple droplets 10, respectively, and various conditions can be set, such as when multiple droplets 10 collide with a protruding curved surface or when multiple droplets 10 collide with a concave curved surface. .
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 다중액적의 직경과 다중액적이 반동면에 충돌하는 지점의 곡률원 직경 차이 및 초기 각도 변화에 따른 다중액적의 분리효율을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing the separation efficiency of multiple droplets according to the difference between the diameter of the multiple droplets and the diameter of the curvature circle at the point where the multiple droplets collide with the rebound surface and the initial angle change in the multi-droplet characteristic testing device according to an embodiment of the present invention. am.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 4 및 도 6에 도시된 볼록영역(220)의 마루부(222)에 다중액적(10)이 충돌할 경우, D/R의 값이 작을수록 제1액적(a) 및 제2액적(b) 사이의 분리 효율이 증가함을 알 수 있다.As shown in FIG. 9, when multiple droplets 10 collide with the crest 222 of the convex region 220 shown in FIGS. 4 and 6, the smaller the value of D/R, the first droplet ( It can be seen that the separation efficiency between a) and the second droplet (b) increases.
그리고, 다중액적(10)의 초기 각도 역시, 0도~ 90도 구간에서 그 크기가 작아질수록 다중액적(10)의 분리 효율이 증가함을 알 수 있다.In addition, it can be seen that the separation efficiency of the multi-droplet 10 increases as the size of the initial angle of the multi-droplet 10 also decreases in the range of 0 degree to 90 degree.
제1액적(a) 및 제2액적(b)의 분리 효율은 상대적으로 점도가 낮은 액체가 제1액적(a)이라고 가정할 때, 반동면(210)과의 충돌을 통해 분리된 제1액적(a)의 부피비율(Ω)과 웨버 수(Weber number)를 통해 가늠할 수 있다.Assuming that the first droplet (a) is a relatively low-viscosity liquid, the separation efficiency of the first droplet (a) and the second droplet (b) is the first droplet separated through collision with the rebound surface 210. It can be estimated through the volume ratio (Ω) and Weber number in (a).
웨버 수는 액적의 밀도, 지름, 액적의 충돌 속도, 표면(계면)장력을 변수로 하는 무차원의 계수로서, 유체에 작용하는 표면장력 및 관성력의 비를 의미한다.Weber's number is a dimensionless coefficient that uses droplet density, diameter, droplet collision speed, and surface (interfacial) tension as variables, and means the ratio of surface tension and inertial force acting on a fluid.
웨버 수는 표면장력에 의해 액체가 소정의 형상(공기 중에서 구체, 이중액적(20)에서는 각각 반구체)으로 뭉쳐 액적을 형성하거나 이 액적의 형상이 규칙성을 잃고 파괴되는 정도를 가늠할 수 있는 지표로 사용할 수 있다.The Weber number is an index that can measure the degree to which liquids are aggregated into a predetermined shape (a sphere in air, a hemisphere in the double droplet 20, respectively) by surface tension to form droplets, or the shape of the droplet loses its regularity and is destroyed. can be used as
즉, 점도차를 알고 있는 제1액적(a) 및 제2액적(b)으로 형성된 이중액적(20)을 대상으로, 이 이중액적(20)이 반동면(210)에 충돌하는 경우 제1액적(a)이 제2액적(b)으로부터 분리되는 시점의 웨버 수를 파악할 수 있다. 또한, 변화하는 웨버 수에 따라 분리되는 제1액적(a)의 부피 비율을 특정할 수도 있다.That is, for the double droplet 20 formed of the first droplet (a) and the second droplet (b) for which the viscosity difference is known, when the double droplet 20 collides with the rebound surface 210, the first droplet The number of Webbers at the time point (a) is separated from the second droplet (b) can be determined. In addition, the volume ratio of the separated first droplets (a) may be specified according to the changing Weber number.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 반동플레이트의 볼록영역 및 오목영역을 나타낸 도면이다.10 is a view showing convex and concave regions of a recoil plate in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치는 계측모듈(300) 및 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 10 , the apparatus for testing characteristics of multiple droplets according to an embodiment of the present invention may further include a measurement module 300 and a controller 400 .
먼저, 반동면(210)에 형성된 볼록영역(220) 및 마루부(222)의 위치, 오목영역(230) 및 골부(232)의 위치 정보는 제어부(400)에 미리 저장된다.First, information on the positions of the convex regions 220 and crests 222, concave regions 230, and valleys 232 formed on the rebound surface 210 is stored in the controller 400 in advance.
계측모듈(300)은 촬영부(310) 및 센싱부(320)를 포함할 수 있으며, 촬영부(310)는 반동면(210)의 연직 상부에 설치될 수 있다. 촬영부(310)는 다중액적(10)의 생성, 낙하, 충돌 및 분리 과정을 실시간 촬영한다.The measurement module 300 may include a photographing unit 310 and a sensing unit 320 , and the photographing unit 310 may be installed vertically above the recoil surface 210 . The photographing unit 310 photographs the process of generation, falling, collision, and separation of the multiple droplets 10 in real time.
촬영부(310)는 다수 개의 초고속카메라로 이루어질 수 있다.The photographing unit 310 may include a plurality of high-speed cameras.
촬영부(310)는 촬영한 다중액적(10)의 생성, 낙하, 충돌 및 분리 과정에 대한 데이터(이미지 또는 영상)를 제어부(400)로 전송한다.The photographing unit 310 transmits data (images or videos) on the processes of generation, falling, collision, and separation of the photographed multiple droplets 10 to the controller 400 .
그리고, 센싱부(320)는 다수 개의 센서로 이루어질 수 있다. 센싱부(320)는 거리 측정 센서, 가속도계, 자이로스코프 등을 포함할 수 있다. 센싱부(320)는 다중액적(10)의 낙하 속도, 위치 등을 감지할 수 있는 데이터를 수집해 제어부(400)로 전송한다.Also, the sensing unit 320 may include a plurality of sensors. The sensing unit 320 may include a distance measurement sensor, an accelerometer, a gyroscope, and the like. The sensing unit 320 collects data capable of detecting the falling speed and position of the multiple droplets 10 and transmits them to the control unit 400 .
제어부(400)는 촬영부(310) 및 센싱부(320)로부터 전송된 다중액적(10)에 대한 데이터를 기초로 다중액적(10)의 종류, 이동(낙하)속도, 반동면(210) 상의 예상 낙하 위치 등을 도출할 수 있다. 또한, 다중액적(20)을 형성하는 액적별 분리효율을 산출할 수도 있다.The control unit 400 controls the type, movement (falling) speed of the multi-droplet 10, and the surface of the rebound surface 210 based on the data on the multi-droplet 10 transmitted from the photographing unit 310 and the sensing unit 320. An expected drop position and the like can be derived. In addition, the separation efficiency for each droplet forming the multiple droplets 20 may be calculated.
구체적으로, 제어부(400)는 이중액적(20)을 형성하는 제1액적(a) 및 제2액적(b)의 부피 변화를 실시간으로 기록하고, 제1액적(a) 및 제2액적(b)이 각각 이중액적(20)으로부터 분리된 비율을 연산함으로써 분리효율을 도출할 수 있다.Specifically, the control unit 400 records the volume change of the first droplet (a) and the second droplet (b) forming the double droplet 20 in real time, and the first droplet (a) and the second droplet (b) ) Separation efficiency can be derived by calculating the separated ratio from the double droplet 20, respectively.
도 11 및 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 분리모듈에 형성된 승강모듈을 개념적으로 도시한 도면이다.11 and 12 are diagrams conceptually illustrating an elevation module formed in a separation module in a multi-droplet characteristic experiment apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에서 반동면(210)에 형성되는 볼록영역(220) 및 오목영역(230)은 가변적일 수 있다.As shown in FIGS. 11 and 12 , in another embodiment of the present invention, the convex area 220 and the concave area 230 formed on the rebound surface 210 may be variable.
즉, 반동면(210) 상에 형성되는 곡면의 형상, 높이, 곡률 반경 등이 제어부(400)를 통하여 조절될 수 있다.That is, the shape, height, and radius of curvature of the curved surface formed on the rebound surface 210 may be adjusted through the control unit 400 .
이는 반동플레이트(202) 하부에 구비되는 승강모듈(240)을 통해 구현된다.This is implemented through the elevation module 240 provided under the recoil plate 202 .
반동플레이트(202)는 외력에 의해 외형이 변할 수 있으며, 외력이 제거되면 원래의 형상으로 복원되는 재질로 이루어질 수 있다.The recoil plate 202 may change its shape by an external force and may be made of a material that returns to its original shape when the external force is removed.
또한, 미리 정해진 두께를 지닌 판상의 부재로서, 베이스(204)의 상부에 결합되어 베이스(204)를 통하여 반동플레이트(202)가 팽팽하게 펼쳐진 상태로 장력을 유지하도록 고정된다.In addition, as a plate-like member having a predetermined thickness, it is coupled to the upper portion of the base 204 and is fixed through the base 204 to maintain tension in a state in which the recoil plate 202 is stretched out.
따라서, 베이스(204)의 상부에 결합된 반동플레이트(202)는 외력이 가해지면 그 형상이 변경된다.Accordingly, the reaction plate 202 coupled to the upper portion of the base 204 changes its shape when an external force is applied.
도 12에 도시된 바와 같이, 반동플레이트(202)의 하부에는 각각 다수 개의 유닛들로 이루어지는 제1유닛(242a), 제2유닛(242b), 제3유닛(242c)과 같은 승강유닛(242)이 설치된다.As shown in FIG. 12, a lift unit 242 such as a first unit 242a, a second unit 242b, and a third unit 242c each composed of a plurality of units is placed under the recoil plate 202. is installed
각각의 승강유닛(242)들은 상부에 충돌돌기(244)구비되며, 충돌돌기(244)는 각각 충돌돌기(244)를 승강 시키는 승강바(246)를 통해 지지된다.Each of the lifting units 242 is provided with a collision protrusion 244 at the top, and the collision protrusion 244 is supported through a lifting bar 246 for lifting the collision protrusion 244, respectively.
승강바(246)를 통해 충돌돌기(244)가 상승하면, 반동플레이트(202)의 저면을 상부로 밀어 올리게 된다.When the collision protrusion 244 rises through the lifting bar 246, the bottom surface of the recoil plate 202 is pushed upward.
이에따라, 반동면(210)은 상승한 충돌돌기(244)의 외형과 대응되는 형상으로 상부로 돌출된 볼록영역(220)을 포함하게 된다.Accordingly, the rebound surface 210 includes a convex region 220 protruding upward in a shape corresponding to the outer shape of the raised collision protrusion 244 .
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 승강돌기의 형상들을 도시한 도면이다.13 is a diagram showing the shapes of lifting protrusions in a multi-droplet characteristic testing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1유닛(242a)은 충돌돌기(244a)의 형상이 구형으로 이루어진다. 제2유닛(242b)은 그 충돌돌기(244b)의 형상이 원반형으로 이루어질 수 있다. 그리고, 제3유닛(242c)은 그 충돌돌기(244c)의 형상이 가로 누운 원기둥 형상일 수 있다.As shown in FIG. 13, the shape of the collision protrusion 244a of the first unit 242a is spherical. In the second unit 242b, the collision protrusion 244b may have a disc shape. And, the shape of the collision protrusion 244c of the third unit 242c may be a cylindrical shape lying horizontally.
제3유닛(242c)은 반동플레이트(202)의 반동면(210) 및 저면과 그 길이 방향이 평행하도록 배치될 수 있다.The third unit 242c may be disposed so that the length direction thereof is parallel to the reaction surface 210 and the bottom surface of the reaction plate 202.
즉, 반동면(210)은 각기 다른 형상을 지닌 승강유닛(242)들 각각은 미리 정해진 패턴 또는 형상을 반동면(210)에 구현할 수 있도록 제어부(400)를 통하여 그 상승 또는 하강이 제어된다.That is, the elevation or descent of the rebound surface 210 is controlled by the control unit 400 so that each of the lifting units 242 having different shapes can implement a predetermined pattern or shape on the rebound surface 210 .
또한, 계측모듈(300)을 통하여 계측된 데이터를 통하여 다중액적(10)의 낙하 위치가 산출되면, 제어부(400)는 반동면(210) 상의 다중액적(10) 낙하예상위치가 미리 정해진 형상의 곡면을 형성하도록 승강유닛(242)을 제어할 수 있다.In addition, when the fall position of the multi-droplet 10 is calculated through the data measured through the measurement module 300, the controller 400 determines that the expected fall position of the multi-droplet 10 on the rebound surface 210 has a predetermined shape. The elevation unit 242 may be controlled to form a curved surface.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치에서 승강유닛이 다중액적의 충돌위치로 이동하여 반동면에 미리 정해진 형상의 볼록영역을 형성하는 상태를 도시한 상태도이다.14 is a state diagram showing a state in which a convex region having a predetermined shape is formed on a recoil surface by moving the lifting unit to a collision position of multiple droplets in a multi-droplet characteristic testing device according to another embodiment of the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다중액적의 특성 실험 장치는 반동플레이트(202)의 하부에 X-Y-Z 좌표 이동이 가능한 제4유닛(242d)이 구비될 수 있다.As shown in FIG. 14 , in the apparatus for testing characteristics of multiple droplets according to another embodiment of the present invention, a fourth unit 242d capable of moving X-Y-Z coordinates may be provided under the recoil plate 202.
제4유닛(242d)은 제어부(400)를 통하여 다중액적(10)의 예상 낙하 위치 하부로 이동될 수 있다. 그리고, 다중액적(10)이 반동면(210)에 접근하면 미리 정해진 높이 및 속도로 상승하여 반동면(210) 위에 소정의 곡면을 형성할 수 있다.The fourth unit 242d may be moved below the expected drop position of the multi-droplet 10 through the control unit 400 . In addition, when the multiple droplets 10 approach the rebound surface 210 , they may rise at a predetermined height and speed to form a predetermined curved surface on the rebound surface 210 .
이는 분사모듈(100)로부터 자유 낙하하는 다중액적(10)에 보다 큰 충격량을 가할 수 있으며, 계측하고자 하는 다중액적(10)의 특성에 따라 적절하게 설정된 충격량이 다중액적(10)과 반동면(210)의 충돌 시 발생하도록 하는 장점이 있다.This can apply a larger impact amount to the multi-droplet 10 freely falling from the injection module 100, and the impact amount appropriately set according to the characteristics of the multi-droplet 10 to be measured can be applied to the multi-droplet 10 and the rebound surface ( 210) has the advantage of causing a collision.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 도면과 함께 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 전술한 실시예들과 도면으로 본 발명이 한정되진 않는다. 통상의 지식을 가진 자라면 개시되는 내용의 기술사상 범위 내에서 본 발명을 변형할 수 있음이 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 일 실시예를 설명하면서 구성에 따른 작용이나 효과를 명시적으로 기재하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과들까지 인정되어야 함은 당연하다.In the above, the embodiments of the present invention have been described with drawings, but this is exemplary and the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings. It is obvious that those skilled in the art can modify the present invention within the scope of the technical spirit of the disclosed contents. In addition, even if the action or effect according to the configuration was not explicitly described while describing an embodiment of the present invention above, it is natural that even the effects predictable by the configuration should be recognized.
a: 제1액적 b: 제2액적
c: 제3액적 d: 제4액적
10: 다중액적 20: 이중액적
22: 코어-쉘구성 24: 야누스구성
26: 관심계면
100: 분사모듈 110: 노즐유닛
112: 제1노즐 114: 제2노즐
200: 분리모듈 202: 반동플레이트
204: 베이스 210: 반동면
220: 볼록영역 222: 마루부
230: 오목영역 232: 골부
240: 승강모듈 242: 승강유닛
242a: 제1유닛 242b: 제2유닛
242c: 제3유닛 244: 충돌돌기
246: 승강바
300: 계측모듈 310: 촬영부
320: 센싱부 400: 제어부a: first droplet b: second droplet
c: 3rd droplet d: 4th droplet
10: multiple droplets 20: double droplets
22: core-shell configuration 24: Janus configuration
26: interface of interest
100: injection module 110: nozzle unit
112: first nozzle 114: second nozzle
200: separation module 202: recoil plate
204: base 210: rebound surface
220: convex area 222: crest
230: concave area 232: bone
240: lifting module 242: lifting unit
242a: first unit 242b: second unit
242c: third unit 244: collision projection
246: lift bar
300: measurement module 310: photographing unit
320: sensing unit 400: control unit
Claims (12)
상기 다중액적이 상기 분사모듈을 출발하여 미리 정해진 경로를 이동한 후 충돌하는 반동플레이트가 구비되는 분리모듈; 및
상기 반동플레이트에 충돌하는 상기 다중액적의 위치를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 반동플레이트는,
상기 분사모듈을 바라보며 적어도 일부가 곡면으로 형성되는 반동면;을 포함하며,
상기 반동면은,
적어도 일부가 상기 분사모듈을 향해 솟아 오른 곡면인 볼록영역; 및
적어도 일부가 상기 분사모듈과 반대 방향을 향하여 오목하게 형성된 곡면인 오목영역;을 포함하고,
상기 반동플레이트는, 상기 반동면이 상면을 형성하고, 외력이 가해지면 형상이 변경되며, 외력이 제거되면 원래의 형상으로 복원되는 재질로서 판상으로 이루어지며,
상기 분리모듈은,
상기 반동면이 상기 분사모듈을 바라보며 팽팽하게 유지되도록 장력을 가하는 베이스;를 포함하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.An injection module generating multiple droplets made of at least two liquid droplets having different viscosities and moving them in a predetermined direction;
a separation module provided with a recoil plate on which the multiple liquid droplets collide after moving along a predetermined path after departing from the injection module; and
A control unit for controlling the position of the multiple droplets colliding with the reaction plate;
The rebound plate,
A recoil surface at least partially formed as a curved surface while looking at the injection module; includes,
The rebound surface,
a convex region, at least a part of which is a curved surface rising toward the injection module; and
A concave region, at least a portion of which is a curved surface concavely formed in a direction opposite to the injection module;
The reaction plate is made of a plate-like material in which the reaction surface forms an upper surface, the shape is changed when an external force is applied, and the original shape is restored when the external force is removed.
The separation module,
A base for applying tension so that the reaction surface is kept taut while facing the injection module;
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 볼록영역은,
상기 분사모듈을 향해 솟아 오른 곡면의 정상에 해당하는 마루부;를 포함하고,
상기 다중액적은 상기 마루부에 충돌하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 1,
The convex area is
Including; a floor corresponding to the top of the curved surface rising toward the injection module;
The multiple droplets collide with the crest,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 볼록영역은,
상기 마루부가 직선으로 형성되는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 2,
The convex area is
The floor portion is formed in a straight line,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 마루부는 반구형상으로 돌출된 상기 볼록영역에 위치하는 하나의 점으로 이루어지는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 2,
The ridge portion consists of one point located in the convex area protruding in a hemispherical shape,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 분리모듈은,
상기 반동플레이트의 하부에 구비되고, 상기 반동플레이트의 저면을 상부로 가압하여 상기 반동면의 형상을 변경하는 승강유닛;을 포함하며,
상기 승강유닛은,
미리 정해진 외형으로 형성되어 상승 시 상기 반동플레이트의 저면과 접하여 상기 반동면의 형상을 결정하는 충돌돌기; 및
상기 충돌돌기가 결합되고, 상기 충돌돌기의 높이를 조절하는 승강바;를 포함하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 1,
The separation module,
An elevation unit provided under the recoil plate and pressing the bottom surface of the recoil plate upward to change the shape of the recoil surface;
The lifting unit,
a collision protrusion which is formed in a predetermined shape and comes into contact with the bottom surface of the reaction plate when ascending to determine the shape of the reaction surface; and
A lifting bar to which the collision protrusion is coupled and adjusting the height of the collision protrusion;
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 충돌돌기는,
적어도 일부가 구형으로 이루어지는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 6,
The collision protrusion,
at least partly spherical,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 충돌돌기는,
둥글넓적한 모양의 원반형상으로 이루어지며, 상승 시 원반형상의 외측 둘레 중 일부가 상기 반동플레이트의 저면과 접하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 6,
The collision protrusion,
It is made in a round disk shape, and when ascending, a part of the outer circumference of the disk shape is in contact with the bottom surface of the rebound plate.
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 충돌돌기는,
원형 단면을 지니며 상기 반동플레이트의 저면 및 반동면과 평행하도록 누운 원형의 기둥 형상인,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 6,
The collision protrusion,
A circular column shape having a circular cross section and lying parallel to the bottom surface and the reaction surface of the reaction plate,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 다중액적의 이동궤적을 감지하는 계측모듈;을 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 계측모듈을 통하여 감지된 상기 다중액적의 이동궤적을 기초로 상기 반동면 상에서 상기 다중액적이 충돌할 위치를 산출하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to any one of claims 7 to 9,
Further comprising a measurement module for detecting the movement trajectory of the multiple droplets,
The controller calculates a position where the multiple droplets collide on the rebound surface based on the movement trajectory of the multiple droplets detected through the measurement module.
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 제어부는, 상기 반동면 상에서 상기 다중액적이 충돌할 위치의 하부로 상기 충돌돌기를 이동시키며, 상기 다중액적이 반동면에 충돌하는 시점에 상기 충돌돌기를 상승시켜 상기 반동면 상에 볼록영역을 형성하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.According to claim 10,
The control unit moves the collision protrusion to the bottom of a position where the multiple droplets collide on the rebound surface, and raises the collision protrusion at the time when the multiple droplets collide with the rebound surface to form a convex area on the rebound surface. forming,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
상기 오목영역은,
상기 분사모듈과 반대 방향을 향하여 가장 오목한 부분에 해당하는 골부;를 포함하고,
상기 다중액적은 상기 골부에 충돌하는,
비대칭 반동을 이용한 다중액적의 특성 실험 장치.
According to claim 1,
The concave area is
Including; a valley corresponding to the most concave part toward the opposite direction to the injection module;
The multiple droplets collide with the valley,
Multi-droplet characteristics test device using asymmetric recoil.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230063674A KR102572346B1 (en) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | Experimental apparatus for characteristics of compound droplet using asymmetric bouncing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230063674A KR102572346B1 (en) | 2023-05-17 | 2023-05-17 | Experimental apparatus for characteristics of compound droplet using asymmetric bouncing |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102572346B1 true KR102572346B1 (en) | 2023-08-28 |
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ID=87806221
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|---|---|
| KR (1) | KR102572346B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102271249B1 (en) * | 2021-01-22 | 2021-06-30 | 한국교통대학교산학협력단 | A non-axisymmetric droplet spraying device |
| KR102451743B1 (en) * | 2022-06-21 | 2022-10-06 | 한국교통대학교산학협력단 | Compound droplet injection and separation apparatus |
-
2023
- 2023-05-17 KR KR1020230063674A patent/KR102572346B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102271249B1 (en) * | 2021-01-22 | 2021-06-30 | 한국교통대학교산학협력단 | A non-axisymmetric droplet spraying device |
| KR102451743B1 (en) * | 2022-06-21 | 2022-10-06 | 한국교통대학교산학협력단 | Compound droplet injection and separation apparatus |
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