KR100438900B1 - 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서 - Google Patents

분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 유체 유동에서 서로 다른 종류의 유체를 혼합할 때 이용되는 마이크로 믹서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드(twisted blade)가 그 내부에 개별적으로 설치되는 복수개 파이프 부재들의 각각의 양단에 분해 및 조립을 위한 요철(凹凸)부를 형성하여 마이크로 믹서의 내부 세척을 용이하게 하고 조립 및 유지보수의 편의성을 향상시킬 수 있도록 한 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재; 및 상기 트위스트 블레이드 부재가 그 내부에 개별적으로 각각 설치되는 복수개의 파이프 부재들;을 포함하고, 상기 파이프 부재들 각각은 그 양단에 상기 파이프 부재들간의 분해 및 조립을 위한 분해조립 수단이 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서{Micro mixer having pipes to be assembled and disassembled}
본 발명은 마이크로 유체 유동에서 서로 다른 종류의 유체를 혼합할 때 이용되는 마이크로 믹서에 관한 것으로서, 더 상세하게는 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드(twisted blade)가 그 내부에 개별적으로 설치되는 복수개 파이프 부재들의 각각의 양단에 분해 및 조립을 위한 요철(凹凸)부를 형성하여 마이크로 믹서의 내부 세척을 용이하게 하고 조립 및 유지보수의 편의성을 향상시킬 수 있도록 한 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서에 관한 것이다.
현재 분석기술의 발전 및 분석기구의 소형화에 따라 많은 시료와 시약을 작은 단위로 처리, 분석이 가능한 초소형 장치에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있는데, 바이오 칩 및 랩온어칩(Lab-on-a-chip) 등의 기술이 이러한 범주에 속한다. 바이오 칩 또는 랩온어칩 등의 초소형 장치는 분석에 필요한 모든 과정들을 하나의 작은 칩 위에서 수행될 수 있게 하는 여러 개의 채널이나 미세 구조물을 포함한다. 이때 이러한 초소형 장치에서 분석 혹은 (생)화학 반응을 위해 마이크로 채널에 의해 운반되는 시료와 시약 등의 효과적인 혼합은 필수적이다.
기존의 대규모 시스템의 경우, 레이놀드(Reynolds) 수가 큼을 이용하여 유체 내에서 프로펠러를 돌리거나, 자기 구슬(magnetic bead) 등의 움직이는 파트를 유체 내에 도입하여 이들을 통해 난류(turbulent flow)를 유발함으로써 효과적인 유체의 혼합을 얻을 수 있었다.
그러나, 초소형 시스템의 경우, 레이놀드 수가 크게 줄어들어 층류(laminar flow) 외에 난류가 형성되지 않으므로, 확산(diffusion)에 의한 혼합 밖에 기대할 수 없게 되어 결과적으로 균일한 유체의 혼합물을 얻기가 어려워진다. 이에 대규모 시스템의 혼합 성능을 기대하여 마이크로 채널 내부에 움직이는 파트를 도입하여 능동 혼합(active mixing) 방법을 통해 혼합 성능의 향상을 가져오기도 하지만, 이 경우 마이크로 채널 내부의 미세 소량 유체의 누출 가능성과 함께 제조가 어려워 제조 원가가 비싸게 되며, 사용, 세척 및 다른 마이크로 장치들과의 통합에 상당한 어려움이 따르게 한다. 이와 달리 마이크로 채널 내부에 정적인 여러 미세 구조를 도입함으로써 유체가 섞일 수 있게 유도하는 수동 혼합(passive mixing) 방법도 있다. 이 경우 상기한 능동 혼합 방법보다 혼합 성능은 떨어질 수 있으나, 능동 혼합 방법의 문제점을 해결할 수 있으며, 특히 제조 원가가 크게 떨어지고, 다른 마이크로 장치들과의 통합을 용이하게 하는 장점을 가질 수 있다.
상기와 같은 요구에 부응하여 여러 가지 수동 혼합 방법을 이용한 마이크로 믹서들이 보고되고 있지만, 기존의 수동 혼합 방법들의 경우, 마이크로 채널 내부에 많은 장애물들을 설치하여 큰 압력 손실을 유발하게 되는 단점을 안고 있으며, 더욱이 점점 복잡한 장애물들을 세우게 되어 제조 공정을 어렵게 만들어 제조 원가를 상승시키는 단점을 가지고 있다.
도 1은 기존의 고분자 가공 기술에 있어서 움직임 없는 믹서(motionless mixer) 중에서 가장 대표적인 케닉스 스태틱 마이크로 믹서(Kenics Static Micro Mixer)의 구성을 보여준다. 이 마이크로 믹서(1)는 시계 방향과 반시계 방향의 짧은 트위스트 블레이드(twisted blade; 11)들이 교대로 원형 파이프(10) 내에 고정되어 있는 구조를 가지고 있다. 이들 트위스트 블레이드(11)들은 원형 파이프(10)의 내부 벽에 고정되어 있으며, 각각의 트위스트 블레이드(11)들은 도시된 바와 같이 직각을 이루며 교번하여 위치된 것이 특징이다.
상기 마이크로 믹서(1)에서의 유체(12,13)는 파이프(10) 끝단의 압력차에 의해 구동되는 것이 특징이며, 파이프(10) 내에 위치하는 트위스트 블레이드(11)들은, 상기 압력차에 의해 유체(12,13)가 파이프(10)의 축 방향으로 흐를 경우 축방향 이외에 파이프(10) 축의 횡단 방향으로 유동 형성시킨다. 결과적으로 믹서로 들어오는 두 유체들(12,13)은 트위스트 블레이드(11)들에 의해 계속해서 절반으로 분할될 뿐 아니라, 횡단 방향의 유동에 의해 방사선 방향의 혼합도 이루어져 카오스 혼합(chaotic mixing)을 유도하기 때문에 아주 효과적인 두 유체(12,13)의 혼합을 얻을 수 있다.
그런데, 상기와 같이 효과적인 유체 혼합을 유도하는 마이크로 믹서(1)는 예를 들어 성형후, 파이프(10) 내부 및/또는 트위스트 블레이드(11)를 세척하기가 매우 어려우며, 트위스트 블레이드(11)들을 파이프(10) 내부에 설치하는 것 또한 매우 어려운 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드(twisted blade)가 그 내부에 개별적으로 설치되는 복수개 파이프 부재들의 각각의 양단에조립 및 분해를 위한 요철(凹凸)부를 형성하여 마이크로 믹서의 내부 세척을 용이하게 하고 조립 및 유지보수의 편의성을 향상시킬 수 있도록 한 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 케닉스 스태틱 마이크로 믹서(Kenics Static Micro Mixer)의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 믹서의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 믹서를 구성하는 파이프 부재의 다른 실시예의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 믹서의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 트위스트 블레이드(twisted blade)
100 : 마이크로 믹서
101, 102 : 파이프 부재
110 : 철(凸)부
112 : 수나사산
120 : 요(凹)부
122 : 암나사산
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서는, 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재; 및 상기 트위스트 블레이드 부재가 그 내부에 개별적으로 각각 설치되는 복수개의 파이프 부재들;을 포함하고, 상기 파이프 부재들 각각은 그 양단에 상기 파이프 부재들간의 분해 및 조립을 위한 분해조립 수단이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 분해조립 수단은 상기 파이프 부재의 일단에 형성된 철(凸)부 및 상기 파이프 부재의 타단에 형성된 요(凹)부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 파이프 부재의 철부는 인접한 다른 파이프 부재의 요부와 결합하고, 상기 파이프 부재의 요부는 인접한 다른 파이프 부재의 철부와 결합한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 파이프 부재의 철부에는 수나사산이 형성되고, 그 요부에는 암나사산이 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 파이프 부재는 원통형 구조이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 믹서를 구성하는 일부분의 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 마이크로 믹서를 구성하는 파이프 부재의 다른 실시예의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 믹서의 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 믹서(100)는 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드(11)와, 이 트위스트 블레이드(11)가 그 내부에 개별적으로 각각 설치되는 복수개의 파이프 부재(101)(102)들을 포함하여 이루어진다. 상기한 파이프 부재(101)(102)들 각각은 그 양단에 파이프 부재(101)(102)들간의 분해 및 조립을 위한 분해조립 수단인 요철(凹凸)부(110)(120)가 형성된다. 즉, 도시한 바와 같이 상기 파이프 부재(101)(102)의 일단에는 철부(110)가 형성되고, 상기 파이프 부재(101)(102)의 타단에는 상기 철부(110)에 대응되는 요부(120)가 형성된다. 상기 파이프 부재(101)의 철부(110)는 인접한 다른 파이프 부재(102)의 요부(120)와 결합하고, 상기 파이프 부재(101)의 요부(120)는 인접한 또 다른 파이프 부재의 철부와 결합한다.
한편 본 발명의 다른 실시예로서 도 3을 참조하면, 파이프 부재(101)(102)의 철부(110)에는 수나사산(112)을 형성하고, 요부(120)에는 상기 수나사산(112)과 대응하는 암나사산(122)을 형성하여 파이프 부재들간의 조립을 더욱 견고하게 할 수 있다.
도 4에는 본 발명에 따른 마이크로 믹서(100)가 원통형의 파이프 부재(101)(102)들이 교대로 결합된 형태로 도시되어 있지만, 상기한 파이프 부재는 경우에 따라 또는 설계적인 측면을 고려하여 원통형 파이프 부재 이외의, 예를 들어 사각형 파이프 부재와 같은 다른 형태의 파이프 부재들을 사용할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 2에서 부재번호 101로 지시된 파이프 부재와, 102로 지시된 파이프 부재는 동일 형태이지만, 그 내부에 설치되는 트위스트 블레이드(11)는 상호 엇갈리게 설치된다. 즉, 파이프 부재(101)에 설치된 트위스트 블레이드(11)와 파이프 부재(102)에 설치된 트위스트 블레이드(11)는 상기 파이프 부재(101)(102)가 조립될 때 도 1에 도시한 바와 같이 구조가 되도록 설치된다. 본 발명에 사용되는 트위스트 블레이드(11)는 종래기술에서 사용되었던 트위스트 블레이드를 그대로 사용할 수 있음은 물론이다.
전술한 바와 같이 마이크로 단위에서는 유체의 유동특성이 매크로 단위에서의 현상과 다르다. 즉, 관성력보다 점성에 의한 힘이 커지게 되어 유체의 유동은 층류를 형성하게 되며, 따라서 이 상황에서 서로 다른 두 종류의 유체를 혼합하기가 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해서 본 발명과 같은 마이크로 믹서(100)가 사용되는데, 본 발명의 마이크로 믹서(100)에 따르면 조립 및 분리가능한 파이프 부재(101)(102)내에 나선형으로 비틀린 트위스트 블레이드(11)들이 설치된다.
본 발명에 따르면, 파이프 부재(101)(102)가 조립 및 분리가능한 구조로 되기 때문에 믹서(100)를 구성하는 구조물의 성형 후 세척을 용이하게 할 수 있으며, 필요한 개수 만큼만 파이프 부재(101)(102)를 조립할 수 있어 유체의 상태에 능동적으로 적응시켜 유체의 혼합 성능을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 분해 및 조립이 가능한 파이프 구조를 갖는 마이크로 믹서는 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드(twisted blade)가 그 내부에 개별적으로 설치되는 복수개 파이프 부재들의 각각의 양단에 조립 및 분해를 위한 요철(凹凸)부를 형성하여 마이크로 믹서의 세척을 용이하게 하고 조립 및 유지보수의 편의성을 향상시킬 수 있도록 하는 이점을 제공한다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

Claims (5)

  1. 유입되는 유체를 혼합시키는 마이크로 믹서에 있어서,
    상기 유체의 혼합을 위해 소정 각도로 꼬인 트위스트 블레이드 부재;
    상기 트위스트 블레이드 부재가 그 내부에 개별적으로 각각 설치되는 복수개의 파이프 부재들;을 포함하고,
    상기 파이프 부재들 각각은 그 양단에 상기 파이프 부재들간의 분해 및 조립을 위한 분해조립 수단이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 믹서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분해조립 수단은 상기 파이프 부재의 일단에 형성된 철(凸)부 및 상기 파이프 부재의 타단에 형성된 요(凹)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 믹서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파이프 부재의 철부는 인접한 다른 파이프 부재의 요부와 결합하고, 상기 파이프 부재의 요부는 인접한 다른 파이프 부재의 철부와 결합하도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로 믹서.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파이프 부재의 철부에는 수나사산이 형성되고, 그 요부에는 암나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 믹서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파이프 부재는 원통형 구조인 것을 특징으로 하는 마이크로 믹서.
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