KR20030013353A - 진공원심력농축기 - Google Patents

Abstract

진공과 원심력을 이용하여 액체시료를 농축하기 위해 주로 실험실에서 사용되는 진공원심력농축기에 관한 것으로, 밀폐된 챔버(2)를 관통하여 고정되고 중심을 관통하는 배기구(18)를 가지는 고정축(17)을 구비하고, 챔버 외측에서 그 고정축 주위에 고정되고 챔버의 내부를 향해 회전자계를 형성하도록 배치된 복수의 권선을 가진 모터의 스테이터부(24)와, 챔버 내측에서 그 고정축 주위에 베어링으로 지지되고 상기 튜브홀더와 일체적으로 연결되어 함께 회전가능하며 상기 회전자계와 사이에 회전토오크를 발생하도록 배치된 영구자석을 가지는 모터의 로터부(31)를 구비하며, 그 고정축 하단을 배기펌프(41)와 연결하여 된다. 즉, 모터의 스테이터부와 로터부가 분리된 채, 챔버 밑바닥을 사이에 두고 그 내측과 외측에 대향되어 별도의 마그네트클러치 없이 튜브홀더를 모터의 로터부로 직접 구동할 수 있게 된 것으로, 그 마그네트설치를 위한 공간이 제거되고 또한 챔버 밑 모터의 설치공간도 획기적으로 줄어들어 소형화, 특히 슬림화에 아주 유리하고, 부품도 훨씬 간소화되어 가격을 낮출 수 있다. 또한 진공장치를 해제시켜 일반 원심력분리기의 기능을 겸할 수 있으며, 튜브홀더를 직접 구동하여 정밀속도제어가 가능한 것이다.

Description

진공원심력농축기{Vacuum centrifugal concentrator}

본 발명은 주로 실험실에서 사용되며 액체시료를 진공과 원심력을 이용하여 농축하는 진공원심력농축기에 관한 것이다.

이화학 실험실이나 생명공학 실험실 등에 비치되는 다양한 실험실 장비중에는 실험과정에서 샘플링된 액체시료의 성분분석 등을 위해 그 액체시료의 용질에 대한 용매나 불순물을 단시간에 증발시켜 농축할 수 있는 장비로서 진공과 원심력을 이용한 이른바 진공원심력농축기가 잘 알려져 있다.

일반적으로 진공원심농축기는 진공분위기 조성을 위해 배기펌프와 연결된 챔버와, 농축할 액체시료가 담긴 튜브를 여러개 꽂아서 고속회전에도 안정적으로 보유할 수 있는 튜브홀더, 챔버 내에서 튜브홀더를 고속으로 회전시키기 위한 모터와 같은 구동수단, 그리고 농축시간을 단축하거나 최적의 조건으로 농축할 수 있도록 챔버의 내부온도 조절을 위한 가열수단을 포함한다.

이러한 진공원심농축기와 관련한 미국특허 5,211,808는 튜브홀더를 구동하는 구동수단으로서, 챔버의 바닥면 아래쪽에 모터를 장착하고, 챔버 바닥면 안쪽에는 그 모터의 구동축과 일치된 선상에 회전축을 별도로 설치하되 튜브홀더에 끼워 같이 회전될 수 있게 지지시키고, 그 모터의 구동축과 회전축의 마주하는 각 단부에는 챔버 바닥면을 사이에 두고 상호 끌어당기는 자극으로 대향하는 마그네트클러치를 설치하여 동력전달을 꾀하고 있다. 즉, 챔버의 진공조건을 감안하여 회전하는 축을 관통시키지 않고 동력을 전달하도록 구성한 것임을 알 수 있다. 물론, 챔버는 비자성체이다. 한편, 챔버는 그 일측에 뚫린 구멍이 배기펌프와 연결되어 배기되는 구조로 된다.

진공원심력농축기는 상기 배기펌프를 작동시키지 않고 튜브홀더만을 고속으로 회전시킴으로써 비중이 다른 액체나 고형물의 원심분리에도 이용될 수 있다.

연구실에서, 어떤 물질이나 미생물에 관해 연구하는 과정에는 상기한 농축 장비 외에도 진탕기(shaker), 배양기(incubator), 원심분리기 등 다양한 장비가 사용되는데, 가능하다면 필요한 모든 장비를 한 곳에 집중시켜놓을 필요가 있다. 그러나 종래의 이들 장비들은 대체로 부피가 크고 가격이 비싸므로 좁은 개인 실험실 등에서는 공간활용이 어렵고 비용도 부담이 됐던게 현실이다. 따라서 좁은 공간에도 가급적 많은 장비를 배치할 수 있게 소형이면서 여러가지 기능을 수행할 수 있고 비용부담도 줄일 수 있는 저가의 장비가 요구되고 있는 것이다.

이와 관련하여, 전술한 진공원심력농축기 경우는 챔버의 바닥면 아래에 모터를 설치하기 위한 공간에 마그네트클러치의 공간을 더 필요로 하므로, 소형화하는데 매우 불리하고, 또한 마그네트클러치 등의 부품이 추가되므로 그만큼 가격상승 요인도 있었던 것이다.

뿐만 아니라 마그네트클러치는 그 상호간에 끌어당기는 자기력이 모터의 부하로 작용하게 되고, 또한 공간적으로 분리되어 있는 마그네트클러치 사이에서 슬립 등의 동력전달손실이 유발되므로 동력손실이 커짐은 물론, 특히 모터의 회전수랑 튜브홀더의 회전수가 정확히 일치하지 않게 되므로 튜브홀더를 원하는 속도로 제어하기가 기술적으로 어려워지는 문제가 있다. 튜브홀더는 예를 들면 원심분리하기 위한 물질의 비중차이가 크지 않은 경우에 매우 정밀하게 제어될 필요가 있으므로, 마그네트클러치는 결국 실험의 신뢰도를 높이는데 장애가 되었던 것이다.

한편, 챔버의 배기를 위해 일측에 구멍을 뚫고 배기펌프를 연결하는 구조는,깔끔하지 못할뿐더러 그 연결부분에서의 기밀유지가 어려워 고진공의 분위기를 조성하는데에도 그만큼 불리하게 하는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 튜브홀더를 챔버 내에서 직접구동하는 방식으로 개선, 마그네트클러치를 배제함으로써 그 마그네트클러치의 설치공간을 없애고 또한 모터의 설치공간을 최소화하여 소형화할 수 있고, 부품도 간소화하여 가격을 낮출 수 있으며, 아울러 동력손실이 적고 튜브홀더와 모터와 같은 속도로 회전시킴으로써 튜브홀더를 정확히 원하는 속도로 제어할 수 있는 진공원심력농축기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진공원심력농축기를 덮개가 열려 있는 상태로 그 외관을 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 진공원심력농축기의 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 진공원심력농축기의 구동부를 분해한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 케이스 2 : 챔버

4 : 덮개 6 : 튜브홀더

9 : 콘트롤패널 17 : 고정축

18 : 배기구 24 : 모터의 스테이터부

31 : 모터의 로터부 41 : 배기펌프

45 : 콘트롤러 46 : 테스트튜브

상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 진공원심력농축기는, 액체시료가 담긴 튜브를 하나이상 끼워 지지하기 위한 튜브홀더와, 이 튜브홀더를 회전가능하게 수용하는 공간을 가지며 덮개로 개폐되는 챔버와, 이 챔버를 진공상태로 배기하기 위한 배기펌프를 포함하며, 챔버 내에서 튜브홀더를 회전구동하는 구동수단으로서, 상기 챔버의 바닥면을 관통하여 그 관통부분에 기밀을 유지하도록 고정된 고정축과, 그 챔버 바닥면 아래쪽에 위치하여 그 고정축 주위에 고정되고 챔버 내부를 향해 회전자계를 형성하도록 여자되는 권선이 배치되어 있는 모터의 스테이터부, 챔버 내부에 위치하여 그 고정축 주위에 베어링으로 지지되고 상기 튜브홀더와 일체적으로 결합되어 함께 회전가능하며 상기 회전자계와의 사이에서 회전토오크를 일으키는 영구자석이 배치되어 있는 모터의 로터부를 구비하여 된다.

또한 바람직하게는 상기 고정축에 그 중심을 관통하는 배기통로를 형성, 그고정축 하단을 상기 배기펌프와 연결하는 것이다.

이와같이 본 발명은 모터의 스테이터부와 로터부를 분리, 챔버 내외측에 대향시켜 놓음으로써 별도의 마그네트클러치 없이 튜브홀더를 모터의 로터부로 직접 구동하는 것이다. 따라서 별도의 마그네트설치를 위한 공간을 제거할 수 있음은 물론 챔버 밑 모터의 설치공간도 획기적으로 줄일 수 있으므로 소형화, 특히 슬림화에 아주 유리하고, 부품도 훨씬 간소화되어 가격을 낮출 수 있게 된다. 뿐만 아니라 튜브홀더를 직접 구동하므로 정밀한 속도제어도 가능하며, 배기구조도 간단하고 깔끔하여 진공효율도 높일 수 있는 것이다. 또한, 배기펌프를 연결하지 않더라도 회전수의 선택기능을 가진 일반 원심분리기로도 사용가능한 것이다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 1은 본 발명에 따른 진공원심농축기의 외관을 보인다. 부호 1은 몸체를 이루는 케이스이고, 부호 2는 챔버이다. 챔버(2)는 케이스(1) 상면으로 개방되는 내부 공간을 가지며, 그 케이스(1) 상면 일측에 힌지(3)로 연결된 덮개(4)에 의해 개폐된다. 챔버(2)의 개구부 가장자리는 덮개(4)를 닫을 때 덮개면과 잘 밀착하여 기밀을 유지할 수 있도록 실리콘 소재의 시일테(5)로 씌워져 있다. 덮개(4)는 챔버(2) 안쪽을 들여다 볼 수 있도록 투명한 재질로 되어 있다. 챔버(2) 내부에 장착된 튜브홀더(6)는 접시모양으로서 액체시료용 테스트튜브들을 경사상으로 끼워둘 수 있게 일정간격으로 뚫어진 다수의 튜브지지홀(8)을 가지고 있으며, 후술하는 개선된 구동수단에 의해 그 챔버 내부에서 직접 구동될 수 있게 지지된것이다.

케이스(1) 전면의 콘트롤 패널(9)에는 전원스위치(10), 속도조절노브(11), 진공선택노브(12), 온도표시판(13), 온도선택 및 그 설정용 버튼(14) 등이 배치되어 있다.

도 2를 참조하면, 전술한 챔버(2) 내의 튜브홀더(6)를 지지하고 회전시키기 위한 구동수단으로서, 고정축(17)이 챔버의 바닥면(2a) 중심부를 관통하여 고정설치되고, 고정축(17)이 관통한 챔버의 바닥면(2a)을 사이에 두고 모터의 스테이터부(24)와 로터부(31)가 상호 대향하도록 그 고정축에 지지된다.

도 3을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면, 고정축(17)은 베어링지지부(17a)와 플랜지부(17b) 및 나사부(17c)로 이루어지고, 그 중심을 관통하는 배기구(18)를 갖도록 금속봉을 가공하여 된다. 이 고정축(17)은 챔버 내부에서 그 바닥면(2a)에 뚫린 구멍(19)으로 그 나사부(17c)를 끼우되, 플랜지부(17b)와 챔버 바닥면(2a) 사이에 기밀 유지를 위한 고무재질의 패킹링(20)을 끼운 상태로, 챔버 밑에서 그 구멍(19)을 관통한 나사부(17c)에 고무와샤(21) 및 금속와샤(22)와 함께 너트(23)를 체결함으로써 고정된다. 여기서 고무와샤(21)는 회전시의 진동 및 충격을 흡수하여 소음을 줄이는데 유용한 것이다.

모터의 스테이터부(24)는 원반형 브래킷(25)상에 회전자계를 형성하도록 여자되는 권선(26)을 배치하고 일측에 로터의 회전위치를 감지하기 위한 홀소자와 같은 센서(27)를 설치하여 된 것으로, 챔버 밑에서 상기 고정축(17)의 나사부(17c) 주위에 끼워서 챔버의 바닥면(2a) 가까이로 가져간 후 고무와샤(28) 및금속와샤(29)와 함께 너트(30)를 체결함으로써 고정된다. 마찬가지로 고무와샤(28)는 진동 및 소음 흡수용이다.

모터의 로터부(31)는 자석수납부(31a)와 베어링수납부(31b)로 이루어졌으며 그 자석수납부(31a)에 전술한 스테이터부(24) 권선(26)의 회전자계와의 사이에 회전토오크를 일으키도록 영구자석(32)을 배치한 것으로, 베어링수납부(31b)에 베어링(33)을 수납시키고, 베어링(33)에는 상기 고정된 고정축(17)의 베어링지지부(17a)를 끼움으로써 그 고정축(17)상에 회전가능하게 지지된다. 이 로터부(31)는 또한 베어링수납부(31b) 상면 중앙에 돌기된 나사모양 보스(34)와 이 보스(34)를 관통하는 배기연결구(35) 그리고 그 양측에 돌기된 고정핀(36,36')을 가지고 있다.

튜브홀더(6)는 전술한 튜브지지홀(8) 외에도 상기 로터부(17)의 베어링수납부(17b) 상면에 돌출한 나사모양 보스(33)와 고정돌기(36,36')에 대응하는 고정구멍(37,38,38')으로 그 베어링수납부(17b)에 함께 회전될 수 있게 안착되는 구조로 되고, 그 안착된 상태에서 중앙의 고정구멍(37)으로 올라오는 상기 보스(33)에 나사캡(39)을 체결함으로써 로터부(31)에 일체적으로 결합된다. 나사캡(39)에는 그 보스(34)의 배기연결구(35)로 통하는 흡기용 구멍(40)이 뚫려 있다.

한편, 상기한 고정축(17) 하단은 케이스(1) 내에 장착되는 배기펌프(41)와 배기관(42)으로 연결되고 동시에 그 배기관(42)에서 분기되어 케이스(1) 외부로 인출된 분기관(43) 및 그 분기관(43)을 개폐하는 밸브(44)를 경유하여 외부의 더큰 용약의 다른 배기펌프와 연결될 수 있다. 상기 밸브(44)는 배기펌프(41)가 작동되는 동안은 그 분기관(43)을 폐쇄하고 그 외에는 개방하도록 작동되는 것이다.

한편, 챔버(2)의 측벽부 주위 케이스와의 사이에 삽입되어 있는 부호 45는 챔버(2)를 가열하기 위한 전열히터이고, 부호 46은 전술한 모터 배기펌프 밸브 및 전열히터의 각 제어회로를 포함하는 콘트롤러이다. 그리고 부호 47은 액체시료용 테스트튜브이다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 진공원심농축기는 도 2와 같이 튜브홀더에(6) 농축할 시료가 담긴 테스트튜브(47)를 끼우고 덮개(4)를 닫으면 챔버(2)는 밀폐된다. 이러한 상태에서 케이스(1) 전면의 콘트롤 패널(9)에 있는 전원스위치(10)를 온하면 모터의 스테이터부(24) 권선(26)에 전류가 공급되어 회전자계가 형성되고 그 회전자계에 의하여 챔버(2) 내 모터의 로터부(31)가 회전되고 이 로터부(31) 에 안착결합되어 있는 튜브홀더(6)가 함께 회전된다. 이와동시에 배기펌프(41)를 작동시키면 고정축(17)의 배기구(18)를 통해 챔버(2) 내부가 배기되어 진공상태로 되어 테스트튜브(47) 내 액체시료로부터 증발되는 수분도 외부로 배기되어 그 증발이 촉진된다. 한편, 전열히터(45)는 챔버(2)를 가열 및 일정온도로 유지하여 테스트튜브(47) 내 액체시료의 증발을 촉진시킨다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 진공원심력 농축기는 모터의 스테이터부와 로터부가 분리된 채, 챔버 내외측에 대향되어, 별도의 마그네트클러치 없이 튜브홀더를 모터의 로터부로 직접 구동하게 된 것으로, 별도의 마그네트설치를 위한 공간을 제거할 수 있음은 물론 챔버 밑 모터의 설치공간도획기적으로 줄일 수 있으므로 소형화, 특히 슬림화에 아주 유리하고, 부품도 훨씬 간소화되어 가격을 낮출 수 있게 된다. 뿐만 아니라 튜브홀더를 직접 구동하므로 정밀한 속도제어도 가능하며, 배기구조도 간단하고 깔끔하여 진공효율도 높일 수 있는 것이다.

또한 본 발명에 따른 진공원심력농축기는 회전수 선택기능을 가진 일반의 원심분리기로도 사용가능한 것이다.

Claims (4)

1. 액체시료가 담긴 튜브를 끼워두기 위한 튜브홀더와, 이 튜브홀더를 회전가능하게 수용하는 공간을 가지는 챔버와, 이 챔버를 밀폐하도록 닫고 개방할 수 있는 덮개와, 덮개로 밀폐된 챔버 내부를 배기하기 위한 배기펌프를 포함하며, 상기 튜브홀더를 회전구동하는 구동수단으로서, 상기 챔버의 바닥면을 관통하여 고정된 고정축과, 챔버 외측에서 그 고정축 주위에 고정되고 챔버의 내부를 향해 회전자계를 형성하도록 배치된 복수의 권선을 가진 모터의 스테이터부와, 챔버 내측에서 그 고정축 주위에 베어링으로 지지되고 상기 튜브홀더와 일체적으로 연결되어 함께 회전가능하며 상기 회전자계와 사이에 회전토오크를 발생하도록 배치된 영구자석을 가지는 모터의 로터부가 구비된 진공원심농축기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 고정축이 그 중심을 관통하는 배기구를 가지고 있고 그 하단부가 상기 배기펌프와 연결되어 있는 진공원심농축기.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 고정축 하단부에 외부의 다른 배기펌프와 연결할 수 있는 분기관과 이 분기관을 개폐하기 위한 밸브를 포함하는 진공원심농축기.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 챔버의 내부온도 조절을 위해 그 챔버를 가열하는 가열수단을 포함하는 진공원심농축기.