KR20090026506A - 3차원 기포 포획 장치 - Google Patents

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Abstract

양단에 유입 채널 및 토출 채널을 구비하며 상기 유입 채널을 통하여 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 챔버들을 복수개 포함하되, 상기 챔버들은 챔버내의 물질의 이동 방향을 기준으로 전-챔버와 후-챔버로 구분되어, 상기 전-챔버의 토출 채널이 상기 후-챔버의 유입 채널에 연결되고, 상기 전-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면과 상기 후-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면이 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 3차원 기포 포획 장치를 사용하여, 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 복수 개의 챔버를 각 챔버의 토출 방향과 수직인 면들이 서로 평행하지 않도록 연결하여 사용함으로써, 장치와 중력 방향이 이루는 각도 및 장치의 흔들림에 의한 영향을 받지 않고 기포를 포획할 수 있으며 휴대 장치에의 응용이 용이한 이점이 있다.
기포, 포획, 챔버, 3차원

Description

3차원 기포 포획 장치{3-DIMENSIONAL AIR BUBBLE TRAPPING APPARATUS}
본 발명은 3차원 기포 포획 장치에 관한 것으로, 상세하게는 유입 채널을 통하여 유입된 물질 내부의 기포를 포획하고 기포를 제외한 물질을 토출 채널을 통하여 토출하는 챔버를, 각 챔버의 토출 방향과 수직인 면들이 서로 평행하지 않도록 연결하여 사용함으로써, 중력 방향과 장치가 이루는 각도 및 장치의 흔들림에 의한 영향을 받지 않고 챔버 내를 통과하는 물질로부터 기포를 포획할 수 있는 3차원 기포 포획 장치에 관한 것이다.
압전 재료(piezoelectric material)를 이용한 바이오 센서는, 단백질, DNA, 바이러스, 박테리아 세포, 동물 세포 또는 조직 등을 포함하는 생체 분자(bio molecule) 또는 이로부터 발생된 부산물로 구성된 대상 물질이 센서의 표면에 결합할 경우 센서의 표면 질량이 변화하고, 질량 변화에 따라 센서의 신호가 변하는 점을 이용하여 대상 물질의 양을 측정한다.
그러나 압전 재료를 이용한 센서는 센서 표면의 질량 변화뿐만 아니라, 대상 물질인 유체의 온도, 압력, 점도(viscosity) 및 밀도(density)에도 매우 민감하다. 특히, 대상 물질이 용액일 경우 압력, 점도 및 밀도의 영향이 더욱 커, 센서 표면 의 질량 변화보다도 센서 신호에 더 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 용액 내에 기포 등이 유입되는 경우에는 용액의 점성 및 밀도에 큰 변화가 생겨, 센서가 정상적으로 대상 물질의 양을 측정하는 것이 불가능하다.
하지만 마이크로 채널(channel) 및 챔버(chamber)를 사용하는 센서의 경우 마이크로 펌프 또는 마이크로 밸브의 구동 시 빈번하게 기포가 발생하며, 발생된 기포는 마이크로 채널을 따라 쉽게 움직일 수 있기 때문에 기포에 의하여 센서 신호가 영향을 받기 쉽다. 따라서, 센서에 유입되는 유체 등의 대상 물질로부터 물질 내에 포함된 기포를 효율적으로 제거하는 기술이 필요하다.
상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 장치가 기울어지거나 흔들리는 경우에도 장치와 중력 방향이 이루는 각도에 의한 영향을 받지 않고 대상 물질 내에 포함된 기포를 포획할 수 있어, 대상 물질에서 효율적으로 기포를 제거할 수 있으며 휴대 장치에의 응용이 용이한 3차원 기포 포획 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 기포 포획 장치는, 양단에 유입 채널 및 토출 채널을 구비하며 상기 유입 채널을 통하여 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 챔버들을 복수개 포함하되, 상기 챔버들은 챔버내의 물질의 이동 방향을 기준으로 전-챔버와 후-챔버로 구분되어, 상기 전-챔버의 토출 채널이 상기 후-챔버의 유입 채널에 연결되고, 상기 전-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면과 상기 후-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면이 서로 평행하지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 3차원 기포 포획 장치를 사용하여, 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 복수 개의 챔버를 각 챔버의 토출 방향과 수직인 면들이 서로 평행하지 않도록 연결하여 사용함으로써, 장치와 중력 방향이 이루는 각도 및 장치의 흔들림에 의한 영향을 받지 않고 기포를 포획할 수 있으며 휴대 장치에의 응용이 용 이한 이점이 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 살펴본다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 기포 포획 장치를 도시한 사시도로서, 각각의 챔버의 형상이 직선형인 경우의 실시예를 도시하였다.
도 1을 참조하면, 상기 실시예에 따른 3차원 기포 포획 장치는 제1 내지 제3 챔버(10, 20, 30)를 포함한다. 기포를 포함하는 유체 등의 물질은 각 챔버(10, 20, 30)를 통과하여 화살표 방향으로 이동한다. 각각의 챔버(10, 20, 30)는 양단에 유입 채널(11, 21, 31) 및 토출 채널(12, 22, 32)을 구비하며, 전-챔버의 토출 채널과 후-챔버의 유입 채널에 연결되어 물질을 통과시킨다.
본 명세서에서 전-챔버 및 후-챔버는 챔버 내의 물질의 이동 방향을 기준으로 하여 구분된 각 챔버를 지칭한다. 전-챔버는 물질이 챔버 내를 통과하여 토출 채널을 통하여 토출되는 챔버를 의미한다. 후-챔버는 전-챔버의 토출 채널에 유입 채널이 연결되어, 전-챔버에서 토출된 물질을 유입 채널을 통하여 유입받는 챔버를 의미한다.
예컨대, 제1 챔버(10)의 토출 채널(12)을 통하여 토출되는 물질이 제2 챔버(20)의 유입 채널(21)로 유입되는 경우, 제1 챔버(10)가 전-챔버에 해당하며 제2 챔버(20)가 후-챔버에 해당된다. 한편, 물질이 제2 챔버(10)를 통과한 후 제2 챔버(20)의 토출 채널(22)을 통하여 제3 챔버(30)의 유입 채널(31)로 유입될 경우에는, 제2 챔버(10)가 전-챔버에 해당하며 제3 챔버(20)가 후-챔버에 해당된다.
각 유입 채널(11, 21, 31)을 통하여 유입된 물질에 포함된 기포는 챔버(10, 20, 30) 내를 이동하면서 공기와 물질의 밀도차로 인하여 챔버(10, 20, 30) 내에 포획된다. 본 발명의 일 실시예에서 각 챔버(10, 20, 30)는 토출 채널(12, 22, 32)보다 큰 직경을 가지며, 직경 차이로 인하여 형성되는 공간에 기포를 포획할 수 있다. 전-챔버의 토출 채널로 토출된 물질은 후-챔버의 유입 채널로 유입되며 또 다시 후-챔버에서 기포가 포획된다.
기포를 효율적으로 포획하기 위하여 각각의 챔버(10, 20, 30)에 있어서 전-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향에 수직인 면과 후-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향에 수직인 면은 서로 평행하지 않도록 구성된다. 이 경우, 전-챔버와 후-챔버의 토출 방향이 일치하지 않게 되어, 전-챔버에서 포획되지 못한 기포를 후-챔버에서 포획할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 전-챔버의 토출 방향과 후-챔버의 토출 방향이 서로 직각을 이루도록 구성할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 기포 포획 장치에서 제1 챔버(10)의 단면을 예시적으로 도시한 단면도이다. 도 2에서 챔버(10) 내의 화살표는 물질의 이동 방향을 도시하며, 챔버(10) 밖의 화살표는 중력 방향(g)을 도시한다. 도시되는 바와 같이, 도 2에서는 중력 방향(g)이 도면 하단 방향인 경우의 동작을 도시하였다. 도 2의 (a)를 참조하면, 유입 채널(11)을 통하여 제1 챔버(10) 내로 기포(4)를 포함하는 유체 등의 물질이 유입된다. 도 2의 (b)를 참조하면, 유체는 화살표 방향으로 진행하면서 제1 챔버(10)를 통과하며, 유체 내에 포함된 기포(4)는 유체와의 밀도 차이에 의하여 중력 반대 방향인 상향으로 이동한다.
도 2의 (c)를 참조하면, 유체는 토출 채널(12)을 통하여 제1 챔버(10)로부터 토출되며, 제1 챔버(10)가 토출 채널(12)에 비하여 더 큰 직경을 가지기 때문에, 제1 챔버(10)의 상부에 위치한 기포(4)는 토출 채널(12)을 통하여 토출되지 못하고 제1 챔버(10) 내에 포획된다. 도 2에서는 제1 챔버(10)의 단면을 예시적으로 도시하였으나, 제2 및 제3 챔버(20, 30)의 단면 역시 도 3에 도시된 제1 챔버(10)와 동일하며, 동일한 동작 원리에 의하여 기포(4)를 포획할 수 있다.
한편, 도 2의 (d)는, 기포 포획 장치가 기울어져 제1 챔버(10)가 중력 방향(g)과 길이 방향으로 정렬된 경우를 도시한다. 기포(4)는 제1 챔버(10) 내에서 중력 반대 방향인 상향으로 이동하는데, 기포(4)의 이동 방향과 제1 챔버(10) 내의 유체의 이동 방향이 일치하므로, 제1 챔버(10) 내에 기포(4)가 포획되지 못하고 제1 챔버(10)에 유입된 물질이 그대로 토출 채널(12)을 통하여 토출된다.
도 3은 제1 챔버(10)가 정렬될 수 있는 각 방향을 도시한 개략도이다. 도 2에서와 마찬가지로 중력 방향이 도면 아래 방향, 즉, z축에서 (-) 방향이라고 가정할 경우, 도 2 및 도 3을 참조하여 제1 챔버(10)의 동작에 대하여 설명한다. 제1 챔버(10)가 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 x축 또는 y축과 정렬되면, 중력 방향과 유체의 이동 방향이 직각을 이루게 되어, 도 2의 (a) 내지 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 기포를 포획할 수 있다. 반면, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 제1 챔버(10)가 z축과 정렬되면, 중력 방향과 유체의 이동 방향이 서로 정렬되어, 도 2의 (d)에 도시된 바와 같이 제1 챔버(10)에서 기포(4)를 포획하는 것이 불가능해진다.
제1 챔버(10)의 토출 채널(12)을 통하여 토출된 기포(4)는 제2 챔버(20)의 유입 채널(21)을 통하여 제2 챔버(20) 내로 유입된다. 제2 챔버(20)는 제1 챔버(10)와 동일한 구조로 되어 있으며, 제2 챔버(20)의 유입 채널(21)이 제1 챔버(10)의 토출 채널(12)과 직각을 이루도록 서로 연결되었다. 제1 챔버(10) 내의 유체의 진행 방향이 중력 방향과 정렬되어 유체 내의 기포를 전-챔버인 제1 챔버(10)에서 포획하지 못한 경우에도, 후-챔버인 제2 챔버(20)에서는 중력 방향과 유체의 이동 방향이 직각을 이루게 되어 기포의 포획이 가능하다.
마찬가지로, 제2 챔버(20)를 통과한 물질은 토출 채널(22)을 통하여 제3 챔버(30)의 유입 채널(31)로 유입된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 제3 챔버(30)는 제1 챔버(10) 및 제2 챔버(20)와 직각을 이루는 방향으로 배치되므로, 제2 챔버(20)와 관련하여 전술한 바와 마찬가지로 제1 및 제2 챔버(10, 20)에서 포획하지 못한 기포를 포획할 수 있다. 각각의 챔버(10, 20, 30)가 모두 서로 상이한 방향으로 정렬되므로, 어떠한 방향으로 중력이 인가되는 경우에도 각 챔버(10, 20, 30) 중 하나 이상에 의하여 반드시 기포의 포획이 가능하다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 3차원 기포 포획 장치를 도시한 사시도로서, 각각의 챔버의 형상이 나선형인 경우의 실시예를 도시하였다.
도 4를 참조하면, 상기 실시예에 따른 3차원 기포 포획 장치는 서로 연결된 제4 내지 제6 챔버(40, 50, 60)를 포함한다. 각각의 챔버(40, 50, 60)는 양단에 유입 채널(41, 51, 61) 및 토출 채널(42, 52, 62)을 포함하고, 전-챔버의 토출 채널 은 후-챔버의 유입 채널에 연결된다. 유입 채널(11, 21, 31)은 기포를 포함하는 물질이 각 챔버 내로 유입되는 통로이며, 토출 채널(12, 22, 32)은 각 챔버를 통과하면서 기포가 제거된 물질이 토출되는 통로이다.
각 유입 채널(41, 51, 61)을 통하여 유입된 물질에 포함된 기포는 챔버(40, 50, 60) 내를 이동하면서 공기와 물질의 밀도차로 인하여 챔버(40, 50, 60) 내에 포획된다. 본 발명의 일 실시예에서 각 챔버(40, 50, 60)는 토출 채널(42, 52, 62)보다 큰 직경을 가지며, 직경 차이로 인하여 형성되는 공간에 기포를 포획할 수 있다.
각 챔버(40, 50, 60)에 있어서, 전-챔버를 통과하여 토출 채널로 토출된 물질은 후-챔버의 유입 채널로 유입되며, 전-챔버에서 포획되지 못한 기포가 후-챔버에서 포획된다. 기포를 효율적으로 포획하기 위하여 전-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향에 수직인 면과 후-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향에 수직인 면은 서로 평행하지 않도록 구성되었다. 이 경우, 전-챔버와 후-챔버의 토출 방향이 일치하지 않게 되어, 전-챔버에서 포획되지 못한 기포를 후-챔버에서 포획할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서는, 각 챔버(40, 50, 60)가 나선형으로 굽어 있어, 챔버(40, 50, 60)내를 통과하는 유체의 진행 방향을 원을 따라 변화시킨다. 유체의 진행 방향이 나선형의 챔버(40, 50, 60)를 따라 변화하므로, 중력의 방향이 어느 방향이건 유체 내의 기포는 챔버(40, 50, 60)내에서 벽면을 향하여 이동하게 된다. 챔버(40, 50, 60)를 통과한 물질은 토출 채널(42, 52, 62)을 통하여 토출되며, 챔 버(40, 50, 60)와 토출 채널(42, 52, 62)의 직경 차이에 의하여 챔버(40, 50, 60) 내의 기포가 토출되지 못하고 챔버(40, 50, 60)내에 포획된다.
도 4에 도시된 실시예에서, 각 챔버(40, 50, 60)는 원통형으로 구성되어 모든 각도(360°)의 기포를 포획할 수 있다. 그러나, 각 챔버(40, 50, 60)는 360° 보다 작은 내각을 가지고 있는 경우에도 나선형으로 회전함에 따라 챔버 각도가 변화하여 모든 각도 범위의 기포를 포획하는 것이 가능하다. 본 명세서에서 내각이란, 챔버의 단면에서 가장 직경이 큰 영역이 이루는 각도를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 360° 보다 작은 내각을 갖는 챔버의 단면을 도시한 단면도이다. 각 챔버(40, 50, 60)에서 토출 채널(42, 52, 62)보다 직경이 큰 영역의 내각(Φ)이 360° 이내인 것을 알 수 있다. 이 경우, 나선형을 따라 회전하면서 모든 각도 범위의 기포를 포획하기 위해서는, 각 챔버(40, 50, 60)의 내각(Φ)은 적어도 180° 이상이 되는 것이 바람직하다.
하기 표 1은 본 발명에 따른 3차원 기포 포획 장치를 사용하여 기포를 포획한 결과를 나타낸다.
Figure 112007065530213-PAT00001
상기 표 1에서 장치의 방향은, 도 3에 도시된 x, y 및 z축 방향 중 하나의 방향으로 정렬되었다. 표 1에 나타난 바와 같이, 장치가 어느 방향으로 정렬되던지 장치에 유입된 기포가 토출되지 못하고 전부 장치 내에 포획된 것을 알 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명에 따른 본 발명에 따른 3차원 기포 포획 장치를 사용하여, 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 복수 개의 챔버를 각 챔버의 토출 방향과 수직인 면들이 서로 평행하지 않도록 연결하여 사용함으로써, 장치와 중력 방향이 이루는 각도 및 장치의 흔들림에 의한 영향을 받지 않고 기포를 포획할 수 있으며 휴대 장치에의 응용이 용이한 이점이 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태의 변형은, 본 발명의 정신에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.　
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기포 포획 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 기포 포획 장치의 부분 단면도이다.
도 3은 장치가 정렬될 수 있는 각 방향을 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기포 포획 장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 360° 이내의 내각을 갖는 챔버의 단면을 도시한 단면도이다.

Claims (6)

  1. 양단에 유입 채널 및 토출 채널을 구비하며 상기 유입 채널을 통하여 유입된 물질 내부의 기포를 포획하는 챔버들을 복수개 포함하되,
    상기 챔버들은 챔버 내의 물질의 이동 방향을 기준으로 전-챔버와 후-챔버로 구분되어, 상기 전-챔버의 토출 채널이 상기 후-챔버의 유입 채널에 연결되고,
    상기 전-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면과 상기 후-챔버의 토출 채널에서 물질이 토출되는 방향과 수직인 면이 서로 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전-챔버 및 상기 후-챔버의 형상은 각각 직선형인 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 전-챔버의 토출 방향이 상기 후-챔버의 토출 방향과 직각을 이루도록 상기 전-챔버와 상기 후-챔버가 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전-챔버 및 상기 후-챔버의 형상은 각각 나선형인 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전-챔버 및 상기 후-챔버 중 어느 하나의 챔버는 180° 이상의 내각을 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전-챔버 및 상기 후-챔버 중 어느 하나의 챔버는 각 챔버의 직경이 각 챔버에 구비된 토출 채널의 직경보다 큰 것임을 특징으로 하는 3차원 기포 포획 장치.
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