KR20130062110A

KR20130062110A - 교육용 실험 장치

Info

Publication number: KR20130062110A
Application number: KR1020110128533A
Authority: KR
Inventors: 조준범
Original assignee: 조준범
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-12
Also published as: KR101277458B1

Abstract

일 실시예에 관한 교육용 실험 장치는, 유체가 유입되는 입구와 유입된 유체가 배출되는 출구와 입구와 출구와 연결되어 유체가 통과하는 통로와 통로에 배치되어 물질을 걸러내는 필터를 구비하는 여과부와, 입구에 연결되어 입구로 유체를 전달하는 유입 배관과, 유입 배관에 유체를 공급하는 펌프와, 유입 배관에 연결되어 유입 배관을 통과하는 유체의 압력을 측정하는 제1 압력계와, 일단이 출구에 연결되며 여과부를 통과한 유체를 배출하는 유출 배관과, 유출 배관에 연결되어 유출 배관을 통과하는 유체의 압력을 측정하는 제2 압력계와, 유출 배관의 타단에 연결되어 유출 배관으로부터 배출된 유체를 수용하는 챔버와 챔버에 연결된 복수 개의 배출 세관과 배출 세관의 각각에 연결되어 배출 세관을 통해 배출되는 유체의 양을 조절하는 조절 밸브를 구비하는 유량 조절부를 구비한다.

Description

교육용 실험 장치{Experimental apparatus for educational purpose}

본 발명은 교육용 실험 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관을 통과하는 유체의 압력차를 이용하여 신장의 원리를 확인하며 실험할 수 있는 교육용 실험 장치에 관한 것이다.

일반적으로 인체의 원리를 공부하는 학생들에게는 교과서의 그림과 설명이 제공된다. 그러나 인체의 한 기관인 신장에서 이루어지는 여과의 원리를 정확하게 이해하는 것은 용이하지 않다.

미국 등록특허 US3,939,069호는 인체의 신장과 유사한 기능을 하는 투석 장치에 관한 기술을 개시하지만, 이러한 투석 장치는 의료용의 목적으로 제작되어 고가이므로 교육용으로는 적합하지 않다.

본 발명은 신장에서 여과가 일어나는 원리를 시각적으로 이해할 수 있게 하여, 교육 효과가 우수한 교육용 실험 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 실시예들에 관한 교육용 실험 장치를 이용하면, 여과부과 제1 압력계와 제2 압력계를 통과하는 유체의 작용을 통해 신장에서 여과가 일어나는 원리를 시각적으로 이해할 수 있으므로 교육 효과가 우수하다.

도 1은 일 실시예에 관한 교육용 실험 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 교육용 실험 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 교육용 실험 장치의 제1 유량계와 제2 유량계의 사이의 압력의 차이를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 교육용 실험 장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 일 실시예에 관한 교육용 실험 장치의 정면도이고, 도 2는 도 1의 교육용 실험 장치의 평면도이다.

도 1 및 도 2에 나타난 실시예에 관한 교육용 실험 장치는, 입구(11)와 출구(12)와 통로(15)를 구비하는 여과부(10)와, 입구(11)에 연결된 유입 배관(20)과, 출구(12)에 연결된 유출 배관(30)과, 유입 배관(20)에 유체를 공급하는 펌프(40)와, 유입 배관(20)의 압력을 측정하는 제1 압력계(50)와, 유출 배관(30)의 압력을 측정하는 제2 압력계(60)와, 유출 배관(30)에서 배출되는 유체의 양을 조정하는 유량 조절부(70)를 구비한다.

상술한 구성의 교육용 실험 장치는, 인체의 내장 기관의 하나인 신장의 작동 원리를 시각적으로 나타내므로 교육에 활용할 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 교육용 실험 장치에서, 여과부(10)는 신장에서 물질이 여과되는 과정을 유사하게 나타내는 부분으로, 신장의 사구체의 원리를 본떠서 제작한 것이다. 여과부(10)는 광을 투과할 수 있는 아크릴 판이나 유리 판 등의 소재로 제조될 수 있다.

여과부(10)는 유체가 유입되는 입구(11)와, 유입된 유체가 배출되는 출구(12)와, 입구(11) 및 출구(12)와 연결되어 유체가 통과하는 통로(15)를 구비한다. 통로(15)는 입구(11)를 통해 유입된 유체가 저장되는 저장부(13)와, 일단은 저장부(13)와 연결되며 타단은 출구(12)와 연결된 여과 통로(14)를 구비한다.

통로(15)에는 복수 개의 필터(17)가 배치된다. 필터(17)는 저장부(13)와 여과 통로(14)의 연결 부분에 설치되며, 저장부(13)에 유체가 가득 차올라 압력이 형성되면 유체에 포함된 물질을 걸러내어 여과 통로(14)로 흘려 보내는 기능을 한다. 그러므로 저장부(13)의 유체가 필터(17)를 통과하면서 여과 작용이 일어나고, 여과된 유체가 여과 통로(14)와 출구(12)를 거쳐 여과부(10)의 외부로 배출된다.

여과부(10)의 입구에는 유입 배관(20)이 연결된다. 유입 배관(20)에는 유체를 공급하는 펌프(40)가 연결되므로, 펌프(40)를 통해 공급된 유체가 유입 배관(20)을 통해 여과부(10)로 유입될 수 있다. 수조(100)에 설치되는 펌프(40)는 수조(100)에 있는 유체를 가압하여 유입 배관(20)으로 유체를 공급할 수 있다.

유입 배관(20)에는 제1 압력계(50)와 제1 유량계(51)가 설치된다. 제1 압력계(50)는 유입 배관(20)을 통과하는 유체의 압력을 측정하여 수치로 표시하는 기능을 한다. 또한 제1 유량계(51)는 유입 배관(20)을 통과하는 유체의 유량을 측정하여 수치로 표시하는 기능을 한다.

유출 배관(30)의 일단은 여과부(10)의 출구(12)에 연결된다. 유출 배관(30)에는 제2 압력계(60)와 제2 유량계(61)가 설치된다. 제2 압력계(60)는 제1 압력계(50)와 같이 유출 배관(30)을 통과하는 유체의 압력을 측정하여 수치로 표시하는 기능을 한다. 제2 유량계(61)도 제1 유량계(51)와 같이 유출 배관(30)을 통과하는 유체의 유량을 측정하여 수치로 표시하는 기능을 한다.

유출 배관(30)의 타단에는 유량 조절부(70)가 설치된다. 유량 조절부(70)는 유출 배관(30)의 타단에 연결되어 유출 배관(30)으로부터 배출된 유체를 수용하는 챔버(71)와, 챔버(71)에 연결된 복수 개의 배출 세관(72)과, 배출 세관(72)을 통해 배출되는 유체의 양을 조절하는 조절 밸브(73)를 구비한다.

배출 세관(72)의 직경은 유출 배관(30)의 직경 보다 작다. 배출 세관(72)에 설치된 조절 밸브(73)를 조작하면, 배출 세관(72)을 통해 유체가 배출되도록 배출 세관(72)을 개방하거나 유체가 배출되지 못하도록 배출 세관(72)을 폐쇄할 수 있다. 따라서 복수 개의 배출 세관(72) 중에서 일부를 개방시켜 유출 배관(30)을 통과하는 유체의 양을 조정할 수 있다. 즉 배출 세관(72)의 개방 개수를 조정함으로써 유입 배관(20)과 유출 배관(30)의 유량을 서로 다르게 조정할 수 있다.

수조(100)에는 배출 세관(72)의 단부를 지지하는 경사부(101)가 설치된다. 경사부(101)는 수평을 이루는 바닥에 대해 경사를 이루도록 설치되어, 배출 세관(72)을 통해 배출된 유체가 수조(100)의 저장소(102)로 흘러갈 수 있다. 따라서 수조(100)의 유체가 유입 배관(20)과 여과부(10)와 유출 배관(30)과 배출 세관(72)을 통과하여 순환하므로, 유체를 보충하지 않고도 유체의 흐름을 계속해서 관찰할 수 있다.

유체에는 반짝이는 분말이 섞여 있는데, 가루가 여과부(10)의 필터(17)를 통과하지 못하므로 여과부(10)의 저장부(130)에 분말이 축적된다. 여과부(10)는 광이 투과하는 광투과형 패널 또는 반투과형 패널로 제작되므로, 여과부(10)의 저장부(130)에 축적된 반짝이는 분말을 관찰할 수 있다.

상술한 구성의 교육용 실험 장치를 이용하면, 유입 배관(20)과 유출 배관(30)의 사이에 형성된 압력의 차이에 기인하여 여과부(10)에 여과가 이루어지는 것을 시각적으로 확인할 수 있다.

여과부(10)의 저장부(130)에는 유출공(18)이 형성되며, 유출공(18)에는 배출관(19)이 연결된다. 저장부(130)에 반짝이 분말이 축적되었을 때는, 배출관(19)에 설치된 밸브(19a)를 개방하여 저장부(130)에 있는 유체를 강제로 수조(100)로 강제로 배출할 수 있다.

이하에서는 상술한 구성의 교육용 실험 장치를 이용한 실험예를 설명한다.

도 3은 도 1의 교육용 실험 장치의 제1 유량계와 제2 유량계의 사이의 압력의 차이를 나타낸 그래프이다.

구분＼개방 배출 세관 개수	5개	4개	3개	2개	1개	0개
제1 압력계(kPa)	12.5	12.5	12.75	13	13.25	13.5
제2 압력계(kPa)	8	9	10	11.5	12.25	13.5
압력의 차이(kPa)	4.5	3.5	2.75	1.5	1	0
제1 유량계(LPM)	1.5	1.375	1.25	1	0.75	0.5
제2 유량계(LPM)	1.75	1.5	1.25	1	0.75	0.5

표 1에는 복수 개의 배출 세관(72) 중에서 개방된 배출 세관(72)의 개수에 따라 달라지는 압력과 유량을 나타낸다. 압력의 단위는 kPa 이고, 유량의 단위는 LPM(단위 분당 리터)로 나타내었다.

도 3은 표 1에 나타난 제1 유량계(51)와 제2 유량계(61)의 사이의 압력의 차이를 그래프로 나타낸 것이다.

표 1과 도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이 유량 조절부(70)에서 개방된 배출 세관(72)의 개수가 많아질수록 제1 압력계(kPa)와 제2 압력계(kPa)의 사이의 압력의 차이가 증가함을 알 수 있다. 따라서 상술한 구성의 교육용 실험 장치를 이용하면, 신장에서 발생하는 여과의 원리를 단순히 시각적으로만 확인하는 데 그치지 않고 유량 조절부(70)를 조정함으로서 유입 배관(20)과 유출 배관(30)을 통과하는 유체의 압력과 유량을 조절하며 신장에서의 여과의 원리와 유체의 압력의 관계를 학습할 수 있으므로 학습 효과가 크게 향상된다.

또한 유입 배관(20)과 유출 배관(30)을 직접 연결하는 방법을 사용하여 다른 종류의 실험을 행할 수 있다. 즉 여과부(10)에 연결된 유입 배관(20)과 유출 배관(30)을 여과부(10)로부터 분리시킨 후에, 유입 배관(20)과 유출 배관(30)을 별도의 보조 배관(미도시)으로 연결할 수 있다. 보조 배관(미도시)은 유입 배관(20)과 유출 배관(30)과 다른 크기의 직경을 갖는 것을 이용할 수 있다. 또한 여러 가지의 크기의 직경을 갖는 보조 배관(미도시)을 미리 준비하였다가, 다른 크기의 직경을 갖는 보조 배관(미도시)으로 차례로 교체함으로써 유입 배관(20)과 유출 배관(30)의 압력과 유량을 측정하는 실험을 행할 수 있다.

이로써 상술한 실시예에 관한 교육용 실험 장치를 이용하면 보조 배관(미도시)의 직경의 크기에 따라 압력의 차이가 달라지는 것을 확인하게 함으로써, 유체 역학의 원리를 체험적으로 학습할 수 있게 하는 효과가 있다.

10: 여과부 50: 제1 압력계
11: 입구 51: 제1 유량계
12: 출구 60: 제2 압력계
13: 저장부 61: 제2 유량계
14: 여과 통로 70: 유량 조절부
15: 통로 71: 챔버
17: 필터 72: 배출 세관
18: 유출공 73: 조절 밸브
19: 배출관 100: 수조
19a: 설치된 밸브 101: 경사부
20: 유입 배관 102: 저장소
30: 배관 130: 저장부
40: 펌프

Claims

유체가 유입되는 입구와, 유입된 유체가 배출되는 출구와, 상기 입구와 출구와 연결되어 유체가 통과하는 통로와, 상기 통로에 배치되어 물질을 걸러내는 필터를 구비하는, 여과부;
상기 입구에 연결되어, 상기 입구로 유체를 전달하는 유입 배관;
상기 유입 배관에 유체를 공급하는 펌프;
상기 유입 배관에 연결되어 상기 유입 배관을 통과하는 유체의 압력을 측정하는 제1 압력계;
일단이 상기 출구에 연결되며 상기 여과부를 통과한 유체를 배출하는 유출 배관;
상기 유출 배관에 연결되어 상기 유출 배관을 통과하는 유체의 압력을 측정하는 제2 압력계; 및
상기 유출 배관의 타단에 연결되어 상기 유출 배관으로부터 배출된 유체를 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 연결된 복수 개의 배출 세관과, 상기 배출 세관의 각각에 연결되어 상기 배출 세관을 통해 배출되는 유체의 양을 조절하는 조절 밸브를 구비하는, 유량 조절부;를 구비하는, 교육용 실험 장치.