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KR100629502B1 - 마이크로 펌프 - Google Patents

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KR100629502B1
KR100629502B1 KR1020040102198A KR20040102198A KR100629502B1 KR 100629502 B1 KR100629502 B1 KR 100629502B1 KR 1020040102198 A KR1020040102198 A KR 1020040102198A KR 20040102198 A KR20040102198 A KR 20040102198A KR 100629502 B1 KR100629502 B1 KR 100629502B1
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valve chamber
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삼성전자주식회사
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Abstract

구조가 간단한 마이크로 펌프가 개시된다. 본 발명에 의한 마이크로 펌프는, 구동유체의 유입통로와 유출통로가 마련된 펌프챔버; 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브; 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브; 및 상기 펌프챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 펌프챔버 냉온유닛;를 포함한다.
마이크로, 펌프, 열전소자, 수직형, 수평형, 공기

Description

마이크로 펌프{Micro pump}
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 펌프를 개략적으로 나타낸 평면도,
도 2a는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절개한 단면도이며, 도 2b는 도 2a의 E부분에 대한 상세도,
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 마이크로 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 펌프를 개략적으로 나타낸 분해사시도,
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ를 따라 절개한 단면도,
도 6a 및 도 6b는 도 4에 도시된 마이크로 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 펌프를 개략적으로 나타낸 분해 사시도,
도 8은 도 7의 Ⅷ-Ⅷ를 따라 절개한 단면도,
도 9a 및 도 9b는 도 7에 도시된 마이크로 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도,
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 펌프를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 11a 및 도 11b는 도 10에 도시된 마이크로 펌프의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
100,200,300,400...펌프챔버 120,220,320,420...제1밸브
140,240,340,440...제2밸브 162,262,362,462...열전소자
180,280,380,480...제어부
본 발명은 소형 유체시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 유체시스템에 적용될 수 있는 마이크로 펌프에 관한 것이다.
최근에 마이크로 머시닝기술의 비약적인 발전은 다양한 기능을 하는 마이크로 전자기계 시스템(MEMS:Micro- Electro Mechanical System)의 개발을 가능하게 하였다. 이러한 마이크로 전자기계 시스템은 유전공학, 의료진단, 신약개발 분야등에서 널리 적용되어 사용되는데, 특히 최근에는 통상의 화학반응 및 분석등과 같은 필요한 모든 공정을 하나의 칩상에서 수행하는, 소위 LOC(Lab On a Chip)의 개념이 도입되어 마이크로 전자기계 시스템에 대한 연구가 더욱 활발히 진행 중에 있다.
이러한 칩 또는 소형 유체시스템을 구동시키기 위해서는 시료 또는 시약등의 유체를 마이크로 리터 단위로 유동시켜야 한다. 따라서, 이러한 유체를 유동시키기 위한 구동원이 필요하다. 이러한 구동원의 일예로 마이크로 펌프를 들수 있다.
상기 마이크로 펌프는, 챔버를 가열하여 챔버 내부에 충전된 유체에 버블을 발생시키고, 발생된 버블의 압력에 의해 작동유체를 유동시키는 버블 펌프(Bubble Pump)와, 정전력을 이용하여 챔버를 수축 및 압축시키므로서 작동유체를 유동시키는 멤브레인 펌프(Membrane Pump)와, 외주에 복수개의 블레이드를 구비한 회전자를 회전시켜 유체를 유입 및 유출시키는 로터리 펌프(Rotary Pump)등이 있다.
상기 버블 펌프의 경우, 그 구조가 복잡하고 작동유체를 유동시키기 위한 구동유체를 가열시키는데 오랜시간이 소요된다는 단점이 있다. 또한, 상기 멤브레인 펌프도 그 구조가 복잡하고, 정전력을 발생시키기 위해서 많은 에너지가 소비된다는 단점이 있다. 그리고, 상기 로터리 펌프는, 구조가 복잡할 뿐만 아니라 조립이 어려우며 신뢰성이 낮다는 단점이 있다. 한편, 상기한 펌프들은 작동유체의 미세 유동량을 조절하기 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 구조가 간단한 마이크로 펌프를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 에너지 소비를 줄일 수 있는 마이크로 펌프를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 작동유체의 미세 유량제어가 가능한 마이크로 펌프를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 펌프는, 구동유체의 유입통로와 유출통로가 마련된 펌프챔버; 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브; 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브; 및 상기 펌프챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 펌프챔버 냉온유닛;를 포함한다.
상기 펌프챔버 냉온유닛은, 상기 펌프챔버에 고정되며 전류의 공급방향에 따라 선택적으로 일면은 가열되고 타면은 냉각되는 펌프챔버용 열전소자; 및 상기 펌프챔버용 열전소자에 전원을 인가하기 위한 펌프챔버용 전원공급부;를 포함한다.
본 발명의 제1실시예에 의하면, 상기 제1 및 제2밸브는 일방향 유체의 흐름만을 허용하는 패시브 밸브로 이루어진다.
본 발명의 제2실시예에 의하면, 상기 제1밸브는, 수축 또는 팽창가능한 제1밸브챔버; 및 상기 제1밸브챔버에 고정되어 상기 제1밸브챔버를 수축 또는 팽창시키는 제1밸브챔버용 수직형 열전소자;를 포함하며, 상기 제1밸브챔버의 상기 유입통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진다. 또한, 상기 제2밸브는, 수축 및 팽창가능한 제2밸브챔버; 및 상기 제2밸브챔버에 고정되어 상기 제2밸브챔버를 수축 또는 팽창시키는 제2밸브챔버용 수직형 열전소자;를 포함하며, 상기 제2밸브챔버의 상기 유출통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진다.
한편, 본 발명의 목적은, 펌프챔버용 수직형 열전소자가 부착되며, 구동유체의 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버; 제1밸브용 수직형 열전소자가 부착되며, 상기 열전소자에 의해 수축 및 팽창하면서 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시 키는 제1밸브챔버; 및 제2밸브용 수직형 열전소자가 부착되며, 상기 열전소자에 의해 수축 및 팽창하면서 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브챔버;를 포함하는 마이크로 펌프에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 펌프는, 구동유체의 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버; 수직형 열전소자가 부착되며 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브챔버; 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브챔버; 상기 펌프챔버 및 상기 제2밸브챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 수평형 열전소자;를 포함한다. 그리고, 상기 수평형 열전소자는, 상기 펌프챔버에 부착되는 제1플레이트; 상기 제2밸브챔버에 부착되는 제2플레이트; 및 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 개재되며 서로 전기적으로 연결된 복수개의 반도체;를 포함하며, 상기 제1 및 제2밸브챔버는, 그 하면이 신축가능한 박막으로 이루어지며, 상기 박막은 상기 열전소자에 의해 수축 및 팽창하면서 상기 유입통로 및 유출통로를 개폐시킨다.
본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 펌프는, 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버; 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브챔버; 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브챔버; 상기 펌프챔버와 상기 제1 및 제2밸브챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 수평형 열전소자;를 포함한다. 그리고, 상기 수평형 열전소자는, 상기 펌프챔버와 상기 제1밸브에 부착되는 제1플레이트; 상기 제2밸브챔버에 부착되는 제2플레이트; 및 상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 개재되며 서로 전기적으로 연결된 복수개의 반도체;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 펌프를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 마이크로 펌프는, 구동유체가 유입되는 유입통로(102)와 유입된 구동유체가 유출되는 유출통로(104)가 형성된 펌프챔버(100)와, 상기 유입통로(102)를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브(120)와, 상기 유출통로(104)를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브(140)와, 상기 펌프챔버(100)를 가열 또는 냉각시키기 위한 냉온유닛(160) 및 제어부(180)를 포함한다.
상기 펌프챔버(100)는 신축되지 않는 격벽으로 형성된 공간으로서 작동유체를 구동시키기 위한 구동유체가 충전된다. 이러한 구동유체는 온도에 따라 부피의 변화가 큰 공기등과 같은 기체가 사용되는 것이 바람직하나, 버블을 발생시키며 작동유체(R)와 용해되지 않는 액체가 사용될 수도 있다. 본 실시예에서는 구동유체로서 공기를 예로들어 설명한다. 이러한 펌프챔버(100)의 도면상 좌측에는 공기가 유입되는 유입통로(102)가 형성되며 상기 유입통로(102)는 대기 중에 노출된 상태로 대기압이 형성되어 있다. 그러나, 상기 유입통로(102)는 구동유체로 공기가 아닌 별도의 기체 또는 액체를 사용한다면, 구동유체를 저장하고 있는 리저버와 연결된다. 그리고, 도면상 우측에는 바이오칩등에 분석될 시료 또는 상기 시료를 분석하기 위한 시약등과 같은 작동유체(R)가 충전된 유출통로(104)가 형성된다.
상기 제1밸브(120)는, 본 실시예에서는 패시브 밸브(Passive valve)를 사용하였다. 따라서, 대기압이 펌프챔버(100)의 압력보다 큰 경우에만 유입통로(102)를 개방시킨다.
상기 제2밸브(140)도, 상기 제1밸브(120)와 마찬가지로 패시브 밸브를 사용하여 펌프챔버(100)의 압력이 유출통로(104)의 압력보다 큰 경우에만 개방이 된다.
상기 냉온유닛(160)은, 열전소자(162)와, 상기 열전소자(162)에 전류를 공급하기 위한 전원공급부(177)를 포함한다.
상기 열전소자(162)는, 상기 펌프챔버(100)의 하면에 접착제등의 고정수단에 의해 고정되며, 수직형 열전소자로서 상기 펌프챔버(100)의 하면과 접촉하는 제1플레이트(164)와, 상기 제1플레이트(164)와 마주하는 제2플레이트(168) 및 상기 제1 및 제2플레이트(164)(168)의 사이에 개재되는 반도체층(166)을 포함한다. 상기 반도체층(166)에는 상기 전원공급부(177)가 연결되어 전류가 공급되며, 공급된 전류의 방향에 따라 상기 제1 및 제2플레이트(164)(168)를 선택적으로 가열 또는 냉각시킨다. 이른바, 열전소자(162)의 펠티어 효과(Peltier effect)가 발생한다. 예컨대, 상기 반도체층(166)에 전원을 인가하면, 상기 제1플레이트(164)를 냉각시키고, 상기 제1플레이트(164)로부터 흡수한 열을 제2플레이트(168)로 전달하여 제2플레이트(168)를 가열시키게 된다. 그리고, 전원공급부(177)의 전류 방향을 반대로 바꾸는 경우, 상기와 반대로 가열 및 냉각이 이루어진다. 이러한 열전소자(162)는 이미 공지된 기술로서 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 제어부(180)는, 상기 전원공급부(177)와 신호가능하게 연결되어, 상기 열전소자(162)에 공급되는 전류의 방향을 제어한다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따르 마이크로 펌 프의 동작을 설명한다.
도 3a를 참조하면, 제어부(180)는 전원공급부(177)를 제어하여 열전소자(162)에 전류를 공급시킨다. 그러면, 펌프챔버(100)는 냉각(C)되며, 펌프챔버(100)에 존재하는 공기는 응축되어 펌프챔버(100)의 압력이 유입통로(102)의 대기압보다 낮아지게 된다. 따라서, 제1밸브(120)는 개방이 되고, 대기 중의 공기는 펌프챔버(100)로 유입된다.
도 3b를 참조하면, 제어부(180)는 열전소자(162)에 공급되는 전류의 방향을 바꾼다. 그러면, 펌프챔버(100)는 가열(H)되고, 펌프챔버(100)의 공기가 팽창하게 되어 펌프챔버(100)의 압력이 상승하게 된다. 펌프챔버(100)의 압력이 상승하여 대기압보다 크게 되면, 제1밸브(120)는 유입통로(102)를 차단한다. 그리고, 펌프챔버(100)의 압력이 유출통로(104)의 압력보다 높게 되면, 제2밸브(140)가 개방된다. 그러면, 펌프챔버(100)에 존재하는 공기는 유출통로(104)로 이동하면서 작동유체(R)를 유동시키게 된다.
상술한 바와 같은 과정을 반복적으로 수행하므로서, 작동유체를 필요한 양만큼 소요되는 장소로 유동시킬 수 있게된다.
이하, 도 4 내지 도 6b을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 펌프를 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 펌프는, 제1실시예와는 달리 제1밸브(220) 및 제2밸브(240)를 각각 제어할 수 있는 구조를 가진다. 이러한 마이크로 펌프는, 유입통로(202)와 유출통로(204)가 형성된 펌프챔버 (200)와, 상기 유입통로(202)를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브(220)와, 상기 유출통로(204)를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브(240)와, 상기 펌프챔버(200)를 가열 또는 냉각시키기 위한 펌프챔버용 냉온유닛(260) 및 제어부(280)를 포함한다.
상기 펌프챔버(200)의 상부 양측 각각에는 상기 제1밸브(220) 및 상기 제2밸브(240)가 고정되어 지지되는 지지부(210)가 각각 2개씩 상향 돌출되게 형성되어 있다. 그리고, 상기 지지부(210)와 단차지게 제1 및 제2채널(206)(208)이 형성되며, 상기 제1 및 제2채널(206)(208)의 각각에 유입통로(202) 및 유출통로(204)가 상기 펌프챔버(200)와 연통되게 형성된다. 상기 제1채널(206)은 구동유체인 공기가 유동되는 통로로서, 대기 중의 공기를 흡입할 수 있도록 외부 대기에 개방되어 있다. 그리고, 상기 제2채널(208)은 작동유체가 유동되는 채널로서, 작동유체가 소요되는 장소와 연결되어 있다. 그리고, 상기 펌프챔버(200)에는, 상기 펌프챔버(200)의 물리적인 정보를 감지하기 위한 펌프챔버용 센서(214)가 설치된다. 상기 물리적인 정보는, 상기 펌프챔버(200)의 온도, 압력, 전류공급시간등이 될 수 있다.
상기 제1밸브(220)는, 제1밸브챔버(222)와, 상기 제1밸브챔버(222)를 가열 또는 냉각시키기 위한 제1밸브냉온유닛(226)과, 상기 제1밸브챔버(222)의 물리적인 정보를 감지하기 위한 제1밸브센서(232)를 포함한다.
상기 제1밸브챔버(222)는 상기 지지부(210)에 접착제등의 고정수단에 의해 고정된다. 그리고, 상기 제1밸브챔버(222)의 하면은 신축가능한 박막(224)으로 이루어져서, 상기 제1밸브챔버(222)의 압력에 따라 수축 및 팽창하게 된다. 이러한 박막(224)의 수축 또는 팽창에 의해, 상기 유입통로(202)를 선택적으로 개방 또는 차단시킨다.
상기 제1밸브냉온유닛(226)은, 수직형 열전소자(228)와, 상기 열전소자(228)에 전류를 공급하기 위한 전원공급부(230)를 포함한다. 상기 열전소자(228)는 상기 제1밸브챔버(222)를 냉각 또는 가열할 수 있도록 그 상면에 접착제등의 고정수단으로 부착된다.
상기 제1밸브센서(232)는, 상기 제1밸브챔버(222)의 내부에 설치되어 상기 제1밸브챔버(222)의 물리적인 정보를 감지한다.
상기 제2밸브(240)는, 상기 제1밸브(220)와 그 구성 및 동작원리 면에서 동일하다. 즉, 상기 제2밸브(240)는, 상기 제1밸브(220)와 같이, 제2밸브챔버(242)와, 제2밸브냉온유닛(246)과, 제2밸브센서(252)를 포함하며, 상기 제2밸브냉온유닛(246)은 수직형 열전소자(248)와, 전원공급부(250)를 포함한다.
상기 펌프챔버용 냉온유닛(260)은, 상기 펌프챔버(200)의 하면에 고정되는 열전소자(262)와, 상기 열전소자(262)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(270)를 포함한다.
상기 제어부(280)는, 상기 각각 전원공급부(230)(250)(270) 및 상기 각 센서(214)(232)(252)와 신호통신가능하게 연결되어 있으며, 상기 센서(214)(232)(252)에 의해 감지된 물리적인 정보에 따라 상기 전원공급부(230)(250)(270)의 전원의 ON/OFF 및 상기 각각 열전소자(228)(248)(262)에 공급되는 전류의 방향을 제어한다.
이하, 도 6a 및 도 6b를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 마이크로 펌 프의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 6a를 참조하면, 제어부(280)는 상기 각 전원공급부(230)(250)(270)를 제어하여 상기 각 열전소자(228)(248)(262)에 전류를 공급한다. 각 열전소자(228)(248)(262)에 전류를 공급하므로서, 상기 펌프챔버(200) 및 제1밸브챔버(222)는 냉각(C)되고, 상기 제2밸브챔버(242)는 가열(H)된다. 제1밸브챔버(222)는 냉각(C)된 상태이므로 그 하면의 박막(224)은 수축된 상태로 존재하여 유입통로(202)가 개방된 상태가 된다. 그리고, 상기 제2밸브챔버(242)가 가열(H)되면, 상기 제2밸브챔버(242)에 충전된 공기는 팽창을 하게 되어, 하면의 박막(244)이 팽창한다. 상기 박막(244)이 팽창하면서 유출통로(204)를 차단하게 된다. 따라서, 상기 유입통로(202)는 개방된 상태가 되고 유출통로(204)는 차단된다. 그리고, 상기 펌프챔버(200)가 냉각(C)되므로서 상기 펌프챔버(200)의 공기는 응축되며, 이에 의해 펌프챔버(200)의 압력은 대기의 압력보다 낮게된다. 이러한 압력차에 의해, 대기 중의 공기는 제1채널(206)과 개방된 유입통로(202)를 차례로 통과하여 펌프챔버(200)로 유입된다.
도 6b를 참조하면, 상기 제어부(280)는 각 전원공급부(230)(250)(270)를 제어하여 상기 각 열전소자(228)(248)(262)에 공급되는 전류의 방향을 바꾼다. 그러면, 펌프챔버(200) 및 제1밸브챔버(222)는 가열(H)되고, 제2밸브챔버(242)는 냉각(C)된다. 따라서, 제1밸브챔버(222)의 박막(224)은 팽창하여 유입통로(202)를 차단하고, 제2밸브챔버(242)의 박막(244)은 수축하여 유출통로(204)를 개방시킨다. 그리고, 펌프챔버(200)의 공기는 가열(H)되어 펌프챔버(200)의 압력은 상승하게 된 다. 상승된 압력은 공기를 유출통로(204)를 통하여 유출시키고, 유출되는 공기는 제2채널(208)을 통하여 소요되는 장소로 이동되어 작동유체를 이동시킨다.
한편, 상기 각 센서(214)(232)(252)는 각 챔버(200)(222)(242)의 물리적인 정보를 감지하여 제어부(280)로 전달하고, 전달된 물리적인 정보에 따라 상기 각 전원공급부(230)(250)(270)를 제어하여 전류가 공급되는 시간, 공급되는 전류의 세기등을 조절한다. 이러한 조절에 의해, 유입통로(202) 및 유출통로(204)의 개방정도를 조절할 수 있게 된다. 이에 의해, 펌프챔버(200) 내부로 유입되는 공기의 양, 상기 펌프챔버(200)로부터 유출되는 공기의 양 및 상기 펌프챔버(200) 내의 가열량을 조절할 수 있게 되며, 이러한 조절에 의해, 작동유체를 이동시키는 유량 및 작동유체의 압력등을 조절할 수 있게 된다. 이에 의해, 작동유체의 미세한 유량의 제어가 가능하여, 보다 정밀한 유체시스템을 구현할 수 있게 된다.
도 7 내지 도 9b는, 본 발명의 제3실시예를 나타낸 도면으로서 이를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 펌프를 상세히 설명한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 펌프는, 제2밸브챔버(342) 및 펌프챔버(300)를 가열 및 냉각하기 위한 수단으로서 수평형 열전소자(362)를 사용하였다는 점에서 상술한 제2실시예에 따른 마이크로 펌프와 다르다. 이하, 본 발명의 제3실시예의 구성을 제2실시예와 다른 부분만 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 수평형 열전소자(362)는, 펌프챔버(300)와 제2밸브챔버(342)의 상면에 접착제등의 고정수단에 의해 부착된다. 이러한 수직형 열전소자(362)는, 프레임(364)과, 상기 프레임(364)의 양측에 각각 형성되는 제1 및 제2플레이트(366)(372)와, 상기 제1 및 제2플레이트(366)(372)의 사이에 위치하도록 상기 프레임(364)에 설치되는 복수개의 반도체(370)와, 양단이 전원공급부(374)에 연결되며 상기 복수개의 반도체(370)를 연결시키는 전도체(368)를 포함한다.
상기 제1플레이트(366)는 상기 펌프챔버(300)의 상면에 위치하며, 상기 제2플레이트(372)는 상기 제2밸브챔버(342)의 상면에 부착된다. 따라서, 상기 전원공급부(374)가 상기 전도체(368)에 전류를 공급하면, 상기 제1플레이트(366)와 상기 제2플레이트(372)는 중 어느 하나는 가열되고, 다른 하나는 냉각된다. 따라서, 상기 수평형 열전소자(362)에 전원을 인가하면, 상기 펌프챔버(300)와 상기 제2밸브챔버(342) 중 어느 하나는 가열되고 다른 하나는 냉각된다. 상기 수평형 열전소자(362)는 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 상술한 구성외에 다른 모든 구성은 상기 제2실시예와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
이하, 도 9a 및 도 9b를 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 마이크로 펌프의 동작을 상세히 설명한다.
도 9a를 참조하면, 제어부(380)가 각 전원공급부(330)(374)를 제어하여 제1밸브용 열전소자(328) 및 수평형 열전소자(362)에 전원을 공급하면, 제1밸브챔버(322) 및 펌프챔버(300)는 냉각(C)되고, 제2밸브챔버(342)는 가열(H)된다. 따라서, 상기 제1밸브챔버(322)의 박막(324)은 수축하여 유입통로(302)는 개방되고, 상기 제2밸브챔버(342)의 박막(344)은 팽창하여 유출통로(304)는 차단되며, 펌프챔버 (300)의 공기는 응축되어 펌프챔퍼(300)의 압력이 낮아진다. 따라서, 대기중의 공기가 제1채널(306) 및 유입통로(302)를 통하여 외부공기가 펌프챔버(300)로 유입된다.
도 9b를 참조하면, 상기 공기의 흡입과정이 종료되면, 제어부(380)는 상기 각 열전소자(328)(362)에 공급되는 전류의 방향을 바꾼다. 그러면, 상기 제1밸브챔버(322) 및 펌프챔버(300)는 가열(H)되고, 상기 제2밸브챔버(342)는 냉각(C)된다. 그러면, 상기 제1밸브챔버(322)의 박막(324)은 팽창하여 상기 유입통로(302)를 차단하고, 상기 제2밸브챔버(342)의 박막(344)은 수축하여 유출통로(304)를 개방시킨다. 그리고, 상기 펌프챔버(300)의 공기는 팽창하고 상기 펌프챔버(300)의 압력이 상승한다. 상기 펌프챔버(300)의 압력이 상승하면, 펌프챔버(300)의 공기는 개방된 유출통로(304)를 통하여 제2채널(308)로 유출된다. 유출되는 공기는 작동유체를 소요되는 장소로 유출시킨다.
이처럼, 하나의 수평형 열전소자(362)로 펌프챔버(300) 및 제2밸브챔버(342)를 가열 또는 냉각시키므로서 마이크로 펌프의 구조가 보다 간단해진다. 또한, 일면의 가열 또는 냉각되는 에너지만이 사용되는 수직형 열전소자 대신 양측의 가열 및 냉각 에너지를 모두 사용하므로서 에너지의 소비를 더욱 줄일 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 펌프의 단면도를 나타낸 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 펌프는, 하나의 수평형 열전소자(462)를 사용하여 제1 및 제2밸브챔버(422)(442)와 펌프챔버(400)를 가열 또는 냉각시킨다는 점에서 제3실시예와 다르다. 즉, 제1플레이트(466)는 제1밸브챔버(422)의 상면과 펌프챔버(400)의 상면에 부착되고, 제2플레이트(468)는 제2밸브챔버(442)의 상면에 부착된다. 그 외에 구성은 상기 제3실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
이하 도 11a 및 도 11b를 참조하여 본 발명의 제4실시예에 따른 마이크로 펌프를 상세히 설명한다.
도 11a를 참조하면, 제어부(480)는 전원공급부(474)를 제어하여 수평형 열전소자(462)에 전류를 공급한다. 그러면, 제1플레이트(466)가 냉각되면서, 제1밸브챔버(422) 및 펌프챔버(400)를 냉각(C)시킨다. 그러면, 제1밸브챔버(422)의 박막(424)은 수축하면서 유입통로(402)를 개방시키고, 펌프챔버(400)의 공기는 냉각(C)되어 응축되므로서, 대기압 보다 낮은 압력이 형성된다. 대기압과 펌프챔버(400) 압력의 차이에 의하여 대기중의 공기는 제1채널(406)을 통하여 펌프챔버(400)로 유입된다. 그리고, 제2플레이트(468)는 제2밸브챔버(442)를 가열하여 박막(444)을 팽창시키고, 팽창된 박막(444)은 유출통로(404)를 차단한다.
도 11b를 참조하면, 제어부(480)는 수평형 열전소자(462)에 공급되는 전류를 바꾸면, 제1플레이트(466)는 가열되고, 제2플레이트(468)는 냉각되어 제1밸브챔버(422)와 펌프챔버(400)는 가열(H)되고, 제2밸브챔버(442)는 냉각(C)된다. 따라서, 제1밸브챔버(422)의 박막(424)은 팽창하여 유입통로(402)를 차단한다. 그리고, 제2밸브챔버(442)의 박막(444)이 수축되어 유출통로(404)를 개방시킨다. 또한, 펌프챔버(400)의 공기가 팽창하므로서 펌프챔버(400)의 압력이 상승하여 펌프챔버(400)의 공기는 개방된 유출통로(404)를 통하여 제2채널(408)로 유출된다. 유출된 공기는 작동유체를 소요되는 장소로 이동시킨다. 이처럼, 하나의 수평형 열전소자(462)를 사용하여 제1 및 제2밸브챔버(422)(442) 뿐만 아니라 펌프챔버(400)를 가열 또는 냉각 시키므로서 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있는 동시에 그 구조를 더욱더 간단히 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 반복적으로 펌핑작업을 수행하면서도 마이크로 펌프의 구조를 간단히 할 수 있다. 이 처럼 간단한 구조를 가지므로서 초소형 유체시스템의 적용이 용이하다.
그리고, 유입통로 및 유출통로의 개폐량을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 펌프챔버의 구동유체 가열정도를 조절할 수 있게 되어 작동유체의 미세한 유량의 제어가 가능하여 보다 정밀한 유체시스템을 구현할 수 있다.
또한, 열전소자를 사용하여 챔버의 공기를 응축 및 팽창을 신속하게 제어하므로서 마이크로 펌프의 속응성을 향상시킬 수 있다.
또한, 하나의 수평형 열전소자로 밸브의 개폐 및 펌프챔버의 펌핑작업을 위한 구동력을 제공하므로서 그 구조가 더욱 간단할 뿐만 아니라, 가열 또는 냉각되는 열을 다시 이용할 수 있게 되어 에너지의 소비를 줄일 수 있다.
한편, 구동유체로서 공압을 이용하므로서 작동유체를 유동시키기 위한 보다 높은 압력을 생성할 수 있게 된다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으 나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 구동유체의 유입통로와 유출통로가 마련된 펌프챔버;
    상기 유입통로를 개폐시키는 제1밸브챔버 및 상기 제1밸브챔버를 수축 또는 팽창시키는 제1밸브챔버용 열전소자를 구비하는 제1밸브;
    상기 유출통로를 개폐시키는 제2밸브챔버 및 상기 제2밸브챔버를 수축 또는 팽창시키는 제2밸브챔버용 열전소자를 구비하는 제2밸브; 및
    상기 펌프챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 펌프챔버 냉온유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 펌프챔버 냉온유닛은,
    상기 펌프챔버에 고정되며 전류의 공급방향에 따라 선택적으로 일면은 가열되고 타면은 냉각되는 펌프챔버용 열전소자; 및
    상기 펌프챔버용 열전소자에 전원을 인가하기 위한 펌프챔버용 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2밸브는 일방향 유체의 흐름만을 허용하는 패시브 밸브인 것을 특징으로 마이크로 펌프.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브챔버의 상기 유입통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  6. 삭제
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제2밸브챔버의 상기 유출통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2밸브챔버 각각의 물리적인 정보를 감지하는 제1 및 제2밸브센서;
    상기 제1 및 제2밸브챔버용 열전소자 각각에 전원을 공급하기 위한 제1 및 제2밸브용 전원공급부; 및
    상기 제1 및 제2밸브용 전원공급부에 신호가능하게 연결되며, 상기 제1 및 제2밸브센서에 의해 감지된 물리적인 정보에 따라 상기 제1 및 제2밸브용 전원공급부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 펌프챔버의 물리적인 정보를 감지하기 위한 펌프챔버용 센서;를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 펌프챔버용 센서에 의해 감지된 물리적인 정보에 따라 상기 전원공급부를 제어하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  10. 펌프챔버용 수직형 열전소자가 부착되며, 구동유체의 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버;
    제1밸브용 수직형 열전소자가 부착되며, 상기 열전소자에 의해 수축 및 팽창하면서 상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브챔버; 및
    제2밸브용 수직형 열전소자가 부착되며, 상기 열전소자에 의해 수축 및 팽창하면서 상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브챔버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 각 열전소자에 전류를 공급하는 복수개의 전원공급부;
    상기 각 챔버에 물리적인 정보를 감지하는 복수개의 센서; 및
    상기 센서로부터 감지된 물리적인 정보에 따라 상기 전원공급부를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 물리적인 정보는, 각 챔버의 온도, 압력, 전원공급시간 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  13. 구동유체의 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버;
    수직형 열전소자가 부착되며, 상기 수직형 열전소자에 의해 선택적으로 신축 및 팽창하면서 상기 유입통로를 개폐시키는 제1밸브챔버;
    수축 및 팽창하면서 상기 유출통로를 개폐시키는 제2밸브챔버; 및
    상기 펌프챔버와 상기 제2밸브챔버를 선택적으로 가열 또는 냉각시키기 위한 수평형 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  14. 제13항에 있어서, 상기 수평형 열전소자는,
    상기 펌프챔버에 부착되는 제1플레이트;
    상기 제2밸브챔버에 부착되는 제2플레이트; 및
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 개재되며 서로 전기적으로 연결된 복수개의 반도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제1밸브챔버의 상기 유입통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  16. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 제2밸브챔버의 상기 유출통로와 마주하는 면은 신축가능한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  17. 유입통로 및 유출통로가 마련된 펌프챔버;
    상기 유입통로를 선택적으로 개폐시키는 제1밸브챔버;
    상기 유출통로를 선택적으로 개폐시키는 제2밸브챔버;
    상기 펌프챔버와 상기 제1 및 제2밸브챔버를 가열 또는 냉각시키기 위한 수평형 열전소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수평형 열전소자는,
    상기 펌프챔버와 상기 제1밸브에 부착되는 제1플레이트;
    상기 제2밸브챔버에 부착되는 제2플레이트; 및
    상기 제1플레이트와 상기 제2플레이트 사이에 개재되며 서로 전기적으로 연결된 복수개의 반도체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1밸브챔버의 상기 유입통로와 마주하는 면과 상기 제2밸브챔버의 상기 유출통로와 마주하는 면은 각각 신축가능한 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 펌프.
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