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KR102619175B1 - 펌프 - Google Patents

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KR102619175B1
KR102619175B1 KR1020210026314A KR20210026314A KR102619175B1 KR 102619175 B1 KR102619175 B1 KR 102619175B1 KR 1020210026314 A KR1020210026314 A KR 1020210026314A KR 20210026314 A KR20210026314 A KR 20210026314A KR 102619175 B1 KR102619175 B1 KR 102619175B1
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KR
South Korea
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protrusion
shaft
housing
sealing member
membrane
Prior art date
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KR1020210026314A
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English (en)
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KR20220122113A (ko
Inventor
이도경
전준성
장영욱
Original Assignee
이오플로우(주)
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Publication date
Application filed by 이오플로우(주) filed Critical 이오플로우(주)
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Priority to CN202280016861.1A priority patent/CN116916986A/zh
Priority to EP22759948.7A priority patent/EP4275715A4/en
Priority to JP2023547236A priority patent/JP2024506572A/ja
Priority to PCT/KR2022/002094 priority patent/WO2022182030A1/ko
Publication of KR20220122113A publication Critical patent/KR20220122113A/ko
Priority to US18/232,888 priority patent/US20230381409A1/en
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Abstract

본 발명은 펌프를 제공하며, 샤프트 홀을 가지는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 배치되는 멤브레인 조립체, 및 상기 하우징에 장착되는 샤프트 조립체;를 포함하고, 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 홀에 삽입되는 샤프트, 및 상기 샤프트의 단부에 배치되고, 상기 샤프트의 길이 방향을 따라 상기 하우징의 내측면에서 복수 개의 접촉 영역을 가지는 실링 부재를 구비한다.

Description

펌프{Pump}
본 발명은 펌프에 관한 것으로, 더 상세하게 전기 삼투압 펌프에 관한 것이다.
일반적으로 인슐린 주입 장치와 같은 약액 주입 장치는 환자의 몸 안에 약액을 주입하기 위해 사용된다. 이러한 약액 주입 장치는 의사나 간호사와 같은 전문 의료진에 의해 사용되기도 하지만, 대부분의 경우 환자 자신 또는 보호자와 같은 일반인에 의해 사용되고 있다.
당뇨 환자 특히, 소아 당뇨 환자의 경우에는 인슐린과 같은 약액을 정해진 간격을 두고 인체에 주입할 필요가 있다. 일정한 기간 동안 인체에 부착하여 사용하는 패치 형태의 약액 주입 장치가 개발되고 있으며, 이러한 약액 주입 장치는 환자의 복부 또는 허리 등의 인체에 일정한 기간 동안 패치 형태로 부착한 상태로 사용될 수 있다.
약액 주입을 통한 효과의 증대를 위하여 약액 주입 장치는 약액을 환자의 몸에 정밀하게 주입하는 것이 제어될 필요가 있는데, 소형의 약액 주입 장치를 통하여 소량의 약액을 정밀하게 주입하는 것이 중요하다.
약액을 주입하기 위한 구동원으로 다양한 방식이 연구되고 있다. 그중 하나로, 형상 기억 합금에 전류를 인가하는 방식이 있으나, 이는 구성이 복잡하고, 정확하게 구동력을 전달하는데 어려움이 있다.
한국공개특허공보 제10-2020-0021272호
본 발명은 정교하고 안정적으로 구동력을 생성하는 펌프를 제공한다.
본 발명의 일 측면은, 샤프트 홀을 가지는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 배치되는 멤브레인 조립체, 및 상기 하우징에 장착되는 샤프트 조립체를 포함하고, 상기 샤프트 조립체는 상기 샤프트 홀에 삽입되는 샤프트, 및 상기 샤프트의 단부에 배치되고, 상기 샤프트의 길이 방향을 따라 상기 하우징의 내측면에서 복수 개의 접촉 영역을 가지는 실링 부재를 구비하는 펌프를 제공한다.
또한, 상기 실링 부재는 상기 샤프트가 삽입되는 바디부와, 상기 바디부에서 상기 샤프트의 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌기부와, 상기 제1 돌기부의 반대에 배치되는 제2 돌기부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 실링 부재는 상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부 중 적어도 하나가 상기 바디부의 외주면에서 돌출될 수 있다.
또한, 상기 실링 부재는 상기 샤프트가 삽입되는 바디부와, 상기 바디부에서 상기 샤프트의 길이 방향으로 돌출되는 제1 돌기부, 및 상기 제1 돌기부와 상기 바디부의 중심축 사이에 배치되는 제1 그루브를 구비할 수 있다.
또한, 상기 샤프트는 상기 실링 부재의 내부에 배치되며, 반경 방향으로 연장되는 제1 서포터를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 펌프는 정교하게 구동력을 생성할 수 있다. 펌프의 샤프트 조립체는 유체의 유동으로 생성된 힘을 전달 받고, 힘의 손실 없이 외부로 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 펌프는 유체의 누설을 방지할 수 있다. 샤프트 조립체의 실링 부재는 돌기부에 의해서 복수개의 접촉 영역이 형성되고, 복수개의 접촉 영역이 유체의 누설을 완벽하게 차단할 수 있다. 실링 부재는 돌기부의 유연성으로 인하여, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 펌프는 작은 구동력으로 구동될 수 있다. 샤프트 조립체에 상대적으로 작은 구동력이 전달되더라도, 샤프트가 축방향으로 선형 왕복운동할 수 있다. 돌기부는 높은 밀폐 수준을 유지하면서, 하우징의 내벽과의 마찰을 줄여서, 낮은 구동력이 전달되더라도 쉽게 구동되며, 구동력의 손실을 최소화 할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투압 펌프를 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 샤프트 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취한 단면도의 일부를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ을 따라 취한 단면도의 일부를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 7의 샤프트 조립체의 일 구동 상태를 도시하는 도면이다.
도 10은 도 4의 멤브레인 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ을 따라 취한 단면도이다.
도 12 및 도 13은 도 10의 멤브레인 조립체를 설치하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 14 및 도 15는 도 10의 멤브레인 조립체에서 제1 전극체와 제2 전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 시스템을 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 약액 주입 시스템(1)은 약액 주입 장치(10), 사용자 단말(20), 컨트롤러(30) 및 생체 정보 센서(40)를 구비할 수 있다. 약액 주입 시스템(1)은 사용자 단말(20)을 이용하여 사용자가 시스템을 구동 및 제어할 수 있으며, 생체 정보 센서(40)에서 모니터링되는 혈당 정보를 기초로, 약액 주입 장치(10)에서 약액을 주기적으로 주입할 수 있다.
약액 주입 장치(10)는 생체 정보 센서(40)에서 센싱된 데이터를 기초로, 사용자에게 주입되어야 하는 약물 예컨대, 인슐린, 글루카곤, 마취제, 진통제, 도파민, 성장 호르몬, 금연 보조제 등의 약물을 주입하는 기능을 수행하기도 한다.
또한, 약액 주입 장치(10)는 장치의 잔여 배터리 용량 정보, 장치의 부팅 성공 여부, 주입 성공 여부 등을 포함하는 장치 상태 메시지를 컨트롤러(30)에 전달할 수 있다. 컨트롤러로 전달된 메시지들은 컨트롤러(30)를 거쳐 사용자 단말(20)로 전달될 수 있다. 또는 컨트롤러(30)는 수신된 메시지들을 가공한 개량 데이터를 사용자 단말(20)로 전달할 수 있다.
일 실시예로, 약액 주입 장치(10)는 생체 정보 센서(40)와 별도로 구비되며, 대상체에 이격되어 설치될 수 있다. 다른 실시예로, 약액 주입 장치(10)와 생체 정보 센서(40)는 하나의 디바이스에 구비될 수 있다.
일 실시예로, 약액 주입 장치(10)는 사용자의 몸에 장착될 수 있다. 또한 다른 실시예로 약액 주입 장치(10)는 동물에도 장착되어 약액을 주입할 수 있다.
사용자 단말(20)은 약액 주입 시스템(1)을 구동 및 제어하기 위해 사용자로부터 입력 신호를 입력 받을 수 있다. 사용자 단말(20)은 컨트롤러(30)를 구동시키는 신호를 생성하여, 컨트롤러(30)를 제어하여 약액 주입 장치(10)를 구동시킬 수 있다. 또한, 사용자 단말(20)은 생체 정보 센서(40)로부터 측정된 생체 정보를 표시할 수 있으며, 약액 주입 장치(10)의 상태 정보를 표시할 수 있다.
사용자 단말(20)은 유무선 통신 환경에서 이용할 수 있는 통신 단말을 의미한다. 예를 들어, 사용자 단말(20)은 스마트폰, 태블릿 PC, PC, 스마트 TV, 휴대폰, PDA(personal digital assistant), 랩톱, 미디어 플레이어, 마이크로 서버, GPS(global positioning system) 장치, 전자책 단말기, 디지털방송용 단말기, 네비게이션, 키오스크, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 가전기기, 카메라가 탑재된 디바이스 및 기타 모바일 또는 비모바일 컴퓨팅 장치일 수 있다. 또한, 사용자 단말(2)은 통신 기능 및 데이터 프로세싱 기능을 구비한 시계, 안경, 헤어 밴드 및 반지 등의 웨어러블 디바이스일 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 인터넷 통신이 가능한 애플리케이션을 탑재한 단말은 제한 없이 차용될 수 있다.
사용자 단말(20)은 미리 등록된 컨트롤러(30)와 1대1로 연결될 수 있다. 사용자 단말(20)은 외부의 장치로부터의 컨트롤러(30)가 구동 및 제어되는 것을 막기 위해서, 컨트롤러(30)와 암호화되어 연결될 수 있다.
일 실시예로, 사용자 단말(20)과 컨트롤러(30)는 각각 분리되어 별도의 장치로 구비될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(30)는 약액 주입 장치(10)가 장착된 대상자에게 구비되고, 사용자 단말(20)은 대상자 또는 제3 자에게 구비될 수 있다. 보호자에 의해서 사용자 단말(20)이 구동되어, 약액 주입 시스템(1)의 안전성을 높일 수 있다.
다른 실시예로, 사용자 단말(20)과 컨트롤러(30)는 하나의 디바이스로 구비될 수 있다. 사용자 단말(20)과 하나로 구비된 컨트롤러(30)가 약액 주입 장치(10)와 통신하여, 약물의 주입을 제어할 수 있다.
컨트롤러(30)는 약액 주입 장치(10)와 데이터를 송수신하는 기능을 수행하며, 약액 주입 장치(10)로 인슐린 등의 약물의 주입과 관련된 제어 신호를 전송하고, 생체 정보 센서(40)로부터 혈당 등의 생체값의 측정과 관련된 제어 신호를 수신 받을 수 있다.
컨트롤러(30)는 일 예로 약액 주입 장치(10)로 사용자의 현 상태를 측정하라는 지시 요청을 전송하고, 지시 요청의 응답으로 약액 주입 장치(10)로부터 측정 데이터를 수신 받을 수 있다.
생체 정보 센서(40)는 목적에 따라 사용자의 혈당값, 혈압, 심박수 등의 생체값을 측정하는 기능을 수행할 수 있다. 생체 정보 센서(40)에서 측정된 데이터는 컨트롤러(30)에 전달될 수 있으며, 측정된 데이터를 기초로 약물이 주기 및/또는 주입량이 설정될 수 있다. 생체 정보 센서(40)에서 측정된 데이터는 사용자 단말(20)로 전달되어 표시될 수 있다.
일 예로, 생체 정보 센서(40)는 대상체의 혈당량을 측정하는 센서일 수 있다. 연속 혈당 측정(CGM: Continuous Glucose Monitoring) 센서일 수 있다. 연속 혈당 측정 센서는 대상체에 부착되어 연속적으로 혈당량을 모니터링 할 수 있다.
사용자 단말(20), 컨트롤러(30) 및 약액 주입 장치(10)는 네트워크를 이용하여 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 네트워크는 근거리 통신망(Local Area Network; LAN), 광역 통신망(Wide Area Network; WAN), 부가가치 통신망(Value Added Network; VAN), 이동 통신망(mobile radio communication network), 위성 통신망 및 이들의 상호 조합을 포함하며, 각 네트워크 구성 주체가 서로 원활하게 통신을 할 수 있도록 하는 포괄적인 의미의 데이터 통신망이며, 유선 인터넷, 무선 인터넷 및 모바일 무선 통신망을 포함할 수 있다. 또한, 무선 통신은 예를 들어, 무선 랜(Wi-Fi), 블루투스, 블루투스 저 에너지(Bluetooth low energy), 지그비, WFD(Wi-Fi Direct), UWB(ultra wideband), 적외선 통신(IrDA, infrared Data Association), NFC(Near Field Communication), 5G 등이 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 약액 주입 장치(10)는 약액을 주입할 사용자에 부착되고, 내부에 저장된 약액을 사용자에게 설정된 정량으로 주입할 수 있다.
약액 주입 장치(10)는 주입되는 약액의 종류에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대, 약액은 당뇨병 환자를 위한 인슐린 계열 약액을 포함할 수 있고, 기타 췌장을 위한 약액, 심장용 약액 기타 다양한 종류의 약액을 포함할 수 있다.
약액 주입 장치(10)는 펌프(100), 전원부(200), 니들 조립체(300), 레저버 유닛(미도시) 및 복수개의 센서 유닛들을 포함할 수 있다. 전기 삼투압 펌프(100)가 구동되면, 생성된 구동력으로 상기 레저버 유닛에 저장된 약물이 니들 조립체(300)으로 토출될 수 있다. 그리하여, 약액 주입 장치(10)는 환자에게 약액을 정량 주입할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투압 펌프를 도시하는 사시도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ을 따라 취한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 펌프(100)는 전기 삼투압으로 유체를 펌핑하는 펌프이다. 펌프(100)는 특정 용도에 한정되지 않으며, 다양한 장치 또는 시스템에 설치되어 유체를 펌핑할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서, 일 실시예로 약액 주입 장치에 적용되는 전기 삼투압 펌프를 중심으로 설명하기로 한다.
전기 삼투압 펌프(100)는 하우징(110), 샤프트 조립체(120), 멤브레인(130), 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150)를 포함할 수 있다. 또한, 전기 삼투압 펌프(100)는 제1 본딩 부재(160), 제2 본딩 부재(170), 제3 본딩 부재(180) 및 다이어프램 부재(190) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
하우징(110)은 전기 삼투압 펌프(100)의 외관을 형성한다. 하우징(110)의 내부에는 샤프트 조립체(120)가 장착되며, 샤프트 조립체(120)는 하우징(110)의 연결부(112A)를 따라 선형 왕복 운동할 수 있다. 하우징(110)은 샤프트 홀(112AH)을 구비하고, 샤프트 홀(112AH)로 샤프트(121)가 삽입될 수 있다.
일 실시예로, 하우징(110)은 제1 바디(111)와 제2 바디(112)를 가지고, 제1 바디(111)와 제2 바디(112)를 조립하여 외관을 형성할 수 있다. 다른 실시예로, 하우징은 하나의 바디로 형성될 수 있다.
제1 바디(111)와 제2 바디(112)는 조립으로 형성된 내부 공간을 가진다. 상기 내부 공간에는 멤브레인 조립체(MA)가 배치될 수 있으며, 유체가 저장될 수 있다.
제1 바디(111)는 전기 삼투압 펌프(100)의 일측을 커버하며, 오프닝(111A)을 가질 수 있다. 오프닝(111A)은 다이어프램 부재(190)가 설치되며, 다이어프램 부재(190)의 내부에 유체가 저장 또는 이동되는 공간이 형성될 수 있다.
제2 바디(112)는 전기 삼투압 펌프(100)의 타측을 커버하며, 샤프트 조립체(120)가 조립될 수 있다. 제2 바디(112)는 연결부(112A)를 가지며, 연결부(112A)는 샤프트 조립체(120)가 장착될 수 있다.
연결부(112A)는 제2 바디(112)에서 돌출되며, 내부에 샤프트 조립체(120)의 실링 부재(122)가 설치될 수 있다. 연결부(112A)는 샤프트 홀(112AH)을 포함하고, 샤프트 홀(112AH)을 통해 소정의 길이를 갖는 샤프트(121)가 하우징(110)의 외측으로 연장될 수 있다.
일 실시예로, 샤프트 홀(112AH)은 하우징(110)의 제2 바디(112)에 대하여 일측으로 연장된 연결부(112A)에 형성될 수 있으며, 샤프트 홀(112AH)의 직경(R2)은 샤프트(121)의 직경(R1)과 실질적으로 같게 형성될 수 있다.
일 실시예로, 연결부(112A)는 내부에 소정의 내경(M4)을 가지며, 연결부(112A)의 내경(M4)은 실링 부재(122)의 제3 외경(M3)보다 작게 설정될 수 있다. 그리하여, 실링 부재(122)가 연결부(112A)의 내주면에 밀착되어, 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
제2 바디(112)는 내주면 중에서 경사를 가지는 경사면(112B)이 배치될 수 있다. 경사면(112B)은 제2 바디(112)의 가장 장리에서 연결부(112A)를 향하여 높이가 낮아지는 경사를 가질 수 있다. 경사면(112B)은 연결부(112A)를 향하여 하강하는 경사를 가지므로, 전기 삼투압 펌프(100)가 구동시에, 유체가 연결부(112A)의 내부 공간으로, 특히 유체가 연결부(112A)로 이동하는 것을 안내한다. 연결부(112A)를 향하여 이동하는 유체는 샤프트 조립체(120)에 구동력을 전달하므로, 경사면(112B)은 전기 삼투압 펌프(100)에서 생성된 구동력을 샤프트 조립체(120)로 효과적으로 전달할 수 있다.
제2 바디(112)는 일측에 주입구(112C)를 가질 수 있다. 주입구(112C)를 통해서, 유체가 하우징(110)의 내부로 주입될 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 4의 샤프트 조립체를 도시하는 사시도이고, 도 7은 도 6의 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취한 단면도의 일부를 도시하는 도면이며, 도 8은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ을 따라 취한 단면도의 일부를 도시하는 도면이고, 도 9는 도 7의 샤프트 조립체의 일 구동 상태를 도시하는 도면이다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 샤프트 조립체(120)는 하우징(110)의 연결부(111A)에 장착될 수 있으며, 샤프트(121)와 실링 부재(122)를 가질 수 있다.
샤프트(121)는 샤프트 홀(112AH)에 삽입될 수 있다. 샤프트(121)는 일부가 하우징(110)의 내부에 배치되고, 다른 부분은 샤프트 홀(112AH)을 지나 하우징(110)의 외부로 연장된다. 샤프트(121)는 도 4에서 Z축 방향으로 선형 왕복 운동할 수 있다.
샤프트(121)는 실링 부재(122)가 지지되는 서포터를 가질 수 있다. 서포터는 적어도 하나 이상으로 구비되어, 샤프트(121)와 실링 부재(122)가 견고하게 조립될 수 있다.
제1 서포터(121A)는 실링 부재(122)의 내부에 배치될 수 있다. 제1 서포터(121A)는 샤프트(121)의 바디에서 반경방향으로 소정 길이 연장될 수 있다. 제1 서포터(121A)는 실링 부재(122)보다 큰 강성을 가지므로, 샤프트 조립체(120)가 유체의 누설을 방지하면서, 구동력이 전달될 수 있다.
제2 서포터(121B)는 실링 부재(122)의 외측을 지지하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 서포터(121B)는 실링 부재(122)의 바디부(122A)를 지지할 수 있다.
샤프트(121)는 단부에 이동 부재(MB)가 설치될 수 있다. 이동 부재(MB)는 외부의 다른 장치와 연결되고, 이동 부재(MB)의 선형왕복 운동으로 구동력이 외부로 전달될 수 있다.
샤프트(121)는 제1 고정홈(121G1)과 제2 고정홈(121G2)을 가질 수 있다. 제1 고정홈(121G1)에는 제1 클립(CL1)이 장착되고, 제2 고정홈(121G2)에는 제2 클립(CL2)이 장착되어, 이동 부재(MB)가 샤프트(121)에 고정될 수 있다.
실링 부재(122)는 샤프트(121)의 단부에 배치되고, 샤프트(121)의 길이 방향을 따라 하우징(110)의 내측면에 복수개의 접촉영역을 가질 수 있다.
실링 부재(122)는 샤프트(121)가 삽입되는 바디부(122A)와, 복수개의 돌기부를 가질 수 있다.
일 예로, 실링 부재(122)는 바디부(122A)에서 샤프트(121)의 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌기부(122B)와, 제1 돌기부(122B)의 반대의 측에 배치되는 제2 돌기부(122C)를 구비할 수 있다. 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C) 중 적어도 하나는 바디부(122A)의 외주면에서 돌출될 수 있다.
일 예로, 실링 부재(122)는 바디부(122A)에서 샤프트(121)의 길이 방향으로 돌출되는 제1 돌기부(122B)와, 제1 돌기부(122B)에 인접하게 배치되는 제1 그루브(122D)를 가질 수 있다. 제1 그루브(122D)에 의해서 제1 돌기부(122B)는 길이 방향으로 돌출될 수 있다.
바디부(122A)는 내부에 샤프트(121)의 제1 서포터(121A)가 장착될 수 있다. 제1 서포터(121A)는 반경 방향으로 소정의 길이로 연장되므로, 실링 부재(122)가 샤프트(121)에 견고하게 장착된다. 따라서, 유체의 이동에 의해서 생성된 힘이 실링 부재(122)에 전달되면, 샤프트(121)로 손실없이 전달 될 수 있다.
실링 부재(122)는 복수개의 돌기부를 구비할 수 있다. 각 돌기부는 하우징(110)의 내주면과 접촉 영역을 형성하고, 접촉 영역은 유체의 누설을 방지할 수 있다. 실링 부재(122)는 복수개의 접촉 영역을 가지어, 유체가 누설되는 것을 방지한다.
실링 부재(122)는 가요성을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 실링 부재(122)는 연결부(112A)의 내주면과 밀착되도록 형상이 변형될 수 있으며, 소정의 탄성력을 가지는 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 실링 부재(122)는 고무, 실리콘, 합성 수지 등의 재료 및 이들의 조합으로 생성될 수 있다.
제1 돌기부(122B)는 바디부(122A)에서 샤프트(121)의 반경 방향으로 돌출될 수 있다. 제1 돌기부(122B)는 바디부(122A)의 전방 단부에서 돌출될 수 있다.
제1 돌기부(122B)는 연결부(112A)의 내주면과 접촉하여, 제1 접촉 영역(CA1)을 형성할 수 있다. 제1 돌기부(122B)의 제3 외경(M3)이 연결부(112A)의 내경(M4)보다 크게 형성되어, 제1 돌기부(122B)가 연결부(112A)에 밀착되고, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
일 실시예로, 제1 돌기부(122B)는 바디부(122A)의 외각을 따라 연장되어 링 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제1 돌기부는 바디부의 외곽을 따라 일부 구간에만 배치될 수 있다.
제2 돌기부(122C)는 바디부(122A)에서 샤프트(121)의 반경 방향으로 돌출될 수 있다. 제2 돌기부(122C)는 제1 돌기부(122B)의 반대측인, 바디부(122A)의 후방 단부에서 돌출될 수 있다.
제2 돌기부(122C)는 연결부(112A)의 내주면과 접촉하여, 제2 접촉 영역(CA2)을 형성할 수 있다. 제2 돌기부(122C)의 제3 외경(M3)이 연결부(112A)의 내경(M4)보다 크게 형성되어, 제2 돌기부(122C)가 연결부(112A)에 밀착되고, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
일 실시예로, 제2 돌기부(122C)는 바디부(122A)의 외각을 따라 연장되어 링 형상을 가질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않으며, 제2 돌기부는 바디부의 외곽을 따라 일부 구간에만 배치될 수 있다. 구동력의 손실없이 샤프트 조립체(120)로 전달 될 수 있다.
제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)는 실링 부재(122)에서 서로 마주보도록 배치되며, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)의 사이에는 표면이 오목한 측벽(122SG)이 형성될 수 있다.
측벽(122SG)은 기 설정된 제2 외경(M2)을 가질 수 있다. 측벽(122SG)의 제2 외경(M2)은 제1 서포터(121A)의 제1 외경(M1)보다 크고, 제1 돌기부(122B)의 제3 외경(M3)보다 작게 설정될 수 있다.
제1 돌기부(122B)는 측벽(122SG)의 저점에서 t1의 돌출 높이를 가지고, 제2 돌기부(122C)는 측벽(122SG)의 저점에서 t2의 돌출 높이를 가질 수 있다. 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)가 측벽(122SG)에서 반경방향으로 돌출되므로, 실링 부재(122)가 연결부(112A)의 내주면에 장착되면, 측벽(122SG)과 내주면 사이에는 허용 공간(ESA)이 형성되어, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)의 형상 변화를 허용하여, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)가 연결부(112A)의 내주면에 강하게 밀착될 수 있다.
제1 그루브(122D)는 제1 돌기부(122B)의 내측에 배치될 수 있다. 제1 그루브(122D)의 바닥과 제1 돌기부(122B)의 끝단 사이에는 D1의 깊이를 가질 수 있다. 제1 그루브(122D)는 제1 돌기부(122B)와 바디부(122A) 사이에 배치되어, 제1 돌기부(122B)의 밀착력을 높일 수 있다.
제2 그루브(122E)는 제2 돌기부(122C)의 내측에 배치될 수 있다. 제2 그루브(122E)의 바닥과 제2 돌기부(122C)의 끝단 사이에는 D2의 깊이를 가질 수 있다. 제2 그루브(122E)는 제2 돌기부(122C)와 바디부(122A) 사이에 배치되어, 제2 돌기부(122C)의 밀착력을 높일 수 있다.
제1 그루브(122D)는 제1 돌기부(122B)가 반경 방향으로 변형되는 것을 허용하고, 제2 그루브(122E)는 제2 돌기부(122C)가 반경 방향으로 변형되는 것을 허용한다. 예컨대, 샤프트(121)의 축이 흔들리더라도, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)는 형상이 변형되면서, 제1 접촉 영역(CA1)과 제2 접촉 영역(CA2)을 유지할 수 있다.
일 실시예로, 제1 그루브(122D)의 D1의 깊이와 제2 그루브(122E)의 D2의 깊이는 서로 다르게 설정될 수 있다. 일 예로, D2가 D1 보다 길게 형성될 수 있다.
제1 그루브(122D)는 하우징(110)의 내부에 저장된 유체와 접촉하므로, 제1 접촉 영역(CA1)은 제2 접촉 영역(CA2)보다 높은 수준의 밀봉을 유지하여야 한다. 샤프트(121)의 축이 흔들리더라도, 제1 돌기부(122B)는 약간의 변형을 허용하면서도 내측벽(122SG)에 강하게 지지되어 샤프트 조립체(120)의 흔들림을 최소화 하여야 한다. 제1 돌기부(122B)와 비교하면, 제2 돌기부(122C)는 상대적으로 더 유연하여 액체가 하우징(110)의 외부로 누출되는 것을 방지해야 한다. 따라서, 제1 그루브(122D)의 깊이(D1)가 제2 그루브(122E)의 깊이(D2)보다 작게 설정되어, 제1 돌기부(122B)는 샤프트(121)의 흔들림을 최소화 하면서 밀봉을 유지하고, 제2 돌기부(122C)는 제1 돌기부(122B)보다 높은 유연성을 가지어, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
일 실시예로, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)는 제1 서포터(121A)에서 비대칭적으로 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 서포터(121A)의 중심에서 제1 돌기부(122B)의 단부까지의 제1 거리(L1)는 제1 서포터(121A)의 중심에서 제2 돌기부(122C)의 단부까지의 제2 거리(L2)보다 길게 형성될 수 있다.
제1 돌기부(122B)는 전기 삼투압 펌프(100)에 저장된 유체와 접촉하며, 실링 부재(122)의 전방은 유체의 이동에 따라 생성된 힘을 샤프트(121)로 효과적으로 전달해야 한다. 제1 거리(L1)가 제2 거리(L2) 보다 길게 형성되므로, 실링 부재(122)는 제1 서포터(121A)의 전방이 후방보다 큰 부피를 가진다. 특히, 제1 그루브(122D)의 깊이(D1)가 제2 그루브(122E)의 깊이(D2)보다 작게 설정되므로, 실링 부재(122)는 제1 서포터(121A)의 전방이 후방보다 큰 부피를 가진다. 따라서, 실링 부재(122)는 전방에 상당한 체적을 유지하므로, 유체의 이동에 따라 생성된 힘을 효과적으로 샤프트(121)에 전달 할 수 있다.
실링 부재(122)는 제1 돌기부(122B)나 제2 돌기부(122C)의 제1 외경(M1)과 측벽(122SG)의 제2 외경(M2)을 가진다. 제1 외경(M1)은 연결부(112A)의 내경(M4) 보다 크게 설정되어, 샤프트 조립체(120)가 구동시에 유체가 누설되지 않는다. 제2 외경(M2)은 연결부(112A)의 내경(M4)보다 작게 설정되어, 실링 부재(122)의 유연성을 높일 수 있다.
제1 서포터(121A)의 제3 외경(M3)은 실링 부재(122)의 제1 외경(M1)보다 작고, 제2 외경(M2)보다 작게 설정될 수 있다. 제1 서포터(121A)는 실링 부재(122)의 내부에 배치되고, 실링 부재(122)의 강성을 보강할 수 있다.
제1 서포터(121A)는 샤프트(121)에서 연장되되, 적어도 일부가 제1 그루브(122D)나 제2 그루브(122E)와 중첩되도록 연장될 수 있다. 제1 서포터(121A)가 제1 그루브(122D)나 제2 그루브(122E)까지 연장되므로, 실링 부재(122)에서 상대적으로 얇은 부분을 높이 방향으로 보강할 수 있다. 또한, 제1 서포터(121A)가 제1 그루브(122D)나 제2 그루브(122E)까지 연장되므로, 상대적으로 얇은 부분인 제1 서포터(121A)의 끝단에서 측벽(122SG) 사이의 구간을 반경 방향으로 보강할 수 있다.
도 8을 참조하면, 실링 부재(122)는 보강 블록(122F)을 더 구비할 수 있다. 보강 블록(122F)은 제2 그루브(122E)에 배치될 수 있다. 보강 블록(122F)은 적어도 하나 이상으로 제2 그루브(122E)를 따라 배치되어, 실링 부재(122)의 후방의 강성을 보강할 수 있다.
보강 블록(122F)은 제2 그루브(122E)를 따라 복수 개가 이격되게 배치될 수 있다. 보강 블록(122F)은 제2 돌기부(122C)의 내측을 지지하여, 제2 돌기부(122C)가 과도하게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
선택적인 일 실시예로, 실링 부재(122)는 오목면(122TG)을 가질 수 있다. 실링 부재(122)는 전방으로 축 방향(CL)에 배치된다. 유체는 실링 부재(122)의 오목면(122TG)으로 이동이 안내되므로, 전기 삼투압 펌프(100)의 구동력이 샤프트 조립체(120)의 축 방향(CL)으로 전달 될 수 있다.
도 9를 참조하면, 샤프트 조립체(120)는 구동축(CL')이 약간 틀어 지더라도, 샤프트 조립체(120)의 실링 부재(122)는 접촉 영역을 유지하여, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
제1 돌기부(122B)는 제1 접촉 영역(CA1)을 형성하고, 제2 돌기부(122C)는 제2 접촉 영역(CA2)을 형성한다. 복수개의 접촉 영역은 축 방향(CL)을 따라 형성되어, 유체가 실링 부재(122)와 하우징(110)의 내주면 사이로 누출되는 것을 방지한다.
실링 부재(122)가 연결부(112A)에 장착되면, 허용 공간(ESA)은 제1 접촉 영역(CA1)과 제2 접촉 영역(CA2) 사이에 형성된다. 허용 공간(ESA)은 연결부(112A)의 내주면과 실링 부재(122)의 측벽(122SG), 제1 돌기부(122B), 제2 돌기부(122C)에 의해서 정의되고, 허용 공간(ESA)은 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)의 형상 변형을 허용할 수 있다.
샤프트 조립체(120)는 실링 부재(122)의 복수개의 돌기부가 하우징(110)의 내주면에 접촉하여 접촉 영역을 형성므로, 유체가 하우징(110)의 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 제1 돌기부(122B)와 제2 돌기부(122C)는 형상이 약간 변형되면서 하우징(110)의 내주면에 밀착되므로, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
샤프트 조립체(120)는 돌기부에 의해서 높은 밀폐력을 유지하면서도, 유체의 이동에 의해서 쉽게 선형 왕복 운동 할 수 있다. 실링 부재(122)의 돌기부는 하우징(110)의 내주면과 높은 밀착을 가지지만, 돌기부는 유연성을 가지므로 상대적으로 약한 힘으로도 하우징(110)의 내주면, 특히 연결부(112A)의 내주면을 따라 이동할 수 있다. 따라서, 샤프트 조립체(120)는 멤브레인 조립체(MA)를 통과하는 유체의 이동에 의해서 생성된 구동력이 낮더라도 선형 왕복 운동을 할 수 있다.
또한, 샤프트 조립체(120)는 실링 부재(122)의 돌기부가 유연성을 가지므로, 전기 삼투압 펌프(100)가 최초 구동시에 쉽게 구동될 수 있다. 전기 삼투압 펌프(100)가 미구동 상태로 장기간 보관되면, 실링 부재(122)가 하우징(110)의 내주면에 붙을 수 있다. 이때 강한 구동력이 생성되어야, 샤프트 조립체(120)의 구동이 시작될 수 있다. 본 발명에 따른 샤프트 조립체(120)의 실링 부재(122)는 돌기부가 높은 유연성을 가지므로, 쉽게 초기 구동시에 실링 부재(122)가 선형 왕복 운동 할 수 있다.
도 10은 도 4의 멤브레인 조립체를 도시하는 사시도이고, 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ을 따라 취한 단면도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 멤브레인 조립체(MA)는 하우징(110)의 내부에 장착되며, 전기 삼투압 펌프(100)의 구동력을 생성할 수 있다.
멤브레인(130)은 하우징(110)의 내부 공간에 배치될 수 있다. 내부 공간은 멤브레인(130)을 중심으로 양측에 각각 위치하는 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 포함한다.
도 4에서는, 멤브레인(130)을 기준으로 샤프트 조립체(120)에서 먼 공간이 제1 공간(S1)이고, 멤브레인(130)을 기준으로 샤프트 조립체(120)에 인접한 공간을 제2 공간(S2)으로 나타낸다.
멤브레인(130)은 유체와 이온의 이동이 가능한 다공성 구조를 가질 수 있다. 멤브레인(130)은 예컨대, 구형 실리카를 열로 소성하여 제조한 프릿형 멤브레인 일 수 있다. 예컨대, 멤브레인의 형성에 사용하는 구형 실리카는 약 20 nm 내지 약 500 nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 구체적으로는 약 30 nm 내지 약 300 nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 40 nm 내지 약 200 nm의 직경을 가지는 것일 수 있다.
상기 구형 실리카의 직경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 멤브레인(130)을 통과하는 제1유체에 의한 압력, 즉 샤프트 조립체(120)를 이동시키기에 충분한 압력을 발생시킬 수 있다.
전술한 실시예에서 멤브레인(130)이 구형 실리카를 포함하는 것을 설명하였으나, 멤브레인(130)이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예로, 멤브레인(130)은 다공성 실리카 또는 다공성 알루미나와 같이 제타포텐셜(zeta potential)에 의한 일렉트로키네틱(eletrokinetic) 현상을 야기할 수 있는 소재라면 그 종류를 한정할 것은 아니다.
멤브레인(130)은 약 20 ㎛ 내지 약 10 mm의 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 300 ㎛ 내지 약 5 mm의 두께를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1,000 ㎛ 내지 약 4 mm의 두께를 가질 수 있다.
멤브레인(130)의 양측에는 제1 전극체(140)와 제2 전극체(150)가 각각 배치된다. 제1 전극체(140)는 멤브레인(130)의 제1측에 배치된 제1 다공성 플레이트(141) 및 제1 전극 스트립(142)을 포함할 수 있다. 제2 전극체(150)는 멤브레인(130)의 제2측에 배치된 제2 다공성 플레이트(151) 및 제2 전극 스트립(152)을 포함할 수 있다.
제1 다공성 플레이트(141) 및 제2 다공성 플레이트(151)는 각각 멤브레인(130)의 양측 주면(main surface)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 다공성 플레이트(141) 및 제2 다공성 플레이트(151)는 다공 구조를 통해 유체와 이온을 효과적으로 이동시킬 수 있다.
제1 다공성 플레이트(141) 및 제2 다공성 플레이트(151)는 다공성 베이스층에 전기화학 반응 물질이 형성된 구조를 가질 수 있다. 전기화학 반응 물질은 예컨대, 무전해 도금, 진공증착, 코팅, 졸-겔 프로세스 등의 방법을 통해 다공성 베이스층에 전착 또는 코팅함으로써 형성될 수 있다.
다공성 베이스층은 절연체일 수 있다. 예컨대, 다공성 베이스층은, 비도전성의 세라믹, 비도전성의 고분자 수지, 비도전성의 유리 및 이들의 조합에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
비도전성의 세라믹은, 예컨대 암면, 석고, 도자기, 시멘트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로는 암면, 석고 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비도전성의 고분자 수지는, 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것과 같은 합성 섬유; 양모, 목면 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것과 같은 천연 섬유; 해면; 생물체, 예컨대 생물체의 뼈에서 유래한 다공성 소재; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비도전성의 유리는 유리솜, 글라스 프릿(glass frit), 다공질 유리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다공성 베이스층은 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛의 기공크기를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 5 ㎛ 내지 약300 ㎛의 기공크기를 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 10 ㎛ 내지 약 200 ㎛의 기공크기를 가질 수 있다.
다공성 지지체의 기공크기가 전술한 범위를 만족하는 경우, 유체와 이온을 효과적으로 이동시켜, 펌프(100)의 안정성과 수명 특성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
전기화학 반응 물질은, 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150)의 전극 반응 시에 산화 전극과 환원 전극이 양이온, 예컨대 수소이온을 주고 받는 한 쌍의 반응을 이룰 수 있으며 동시에 가역적인 전기화학 반응을 구성할 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
전기화학 반응 물질은 예컨대, 은/산화은, 은/염화은, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논계 폴리머(quinone-based polymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 스트립(142)은 제1 다공성 플레이트(141)의 가장자리에 배치될 수 있으며, 제2 스트립(152)은 제2 다공성 플레이트(151)의 가장자리에 배치될 수 있다. 또한, 제1 스트립(142)은 하우징(110)의 외부의 제1 단자(143)와 연결되고, 제2 스트립(152)은 하우징(110)의 외부의 제2 단자(153)와 연결될 수 있다. 제1 스트립(142) 및 제2 스트립(152)은 은 구리 등과 같은 도전성 재질을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 하우징(110)의 내부 공간에는 동일한 상(phase)을 가지는 유체가 배치될 수 있다. 예컨대, 하우징(110)의 내부에는 물(water)과 같은 액체가 배치될 수 있다.
일 실시예로, 하우징(110)의 내부 공간은 물이 가득 채워질 수 있다. 액체인 물이 제1 공간(S1), 제2 공간(S2)에 모두 채워 질 수 있다. 특히, 물은 다이어프램 부재(190)에 의해서 정의되는 내부 공간에도 채워질 수 있다.
유체가 저장된 수조(미도시)에 하우징(110)을 넣어서, 하우징(110)의 내부 공간에 유체를 전체 주입할 수 있다. 하우징(110)의 내부공간에 유체를 가득 채워 넣기 위해서, 상기 수조에 유체를 채우고, 수조에 하우징(110)을 넣어서 내부 공간에 물이 가득 차게 할 수 있다.
다른 실시예로, 하우징(110)의 내부 공간에 구비된 유체는 서로 다른 상(phase)을 갖는 제1유체와 제2유체를 포함할 수 있다. 제1유체는 물과 같은 액체를 포함하고 제2유체는 공기와 같은 기체를 포함할 수 있다.
내부 공간에 존재하는 제1유체는 내부 공간을 전체적으로 채우지 않는다. 즉, 내부 공간의 체적은 내부 공간에 존재하는 제1유체의 체적 보다 크다. 내부 공간 중에서 물이 존재하지 않는 부분에는 제2유체가 존재한다.
제1 본딩 부재(160)는 멤브레인 조립체(MA)의 측면을 커버하도록 배치된다. 제1 본딩 부재(160)는 제1 전극체(140)와 제2 전극체(150) 사이의 간격에 주입되어. 멤브레인 조립체(MA)의 측면을 실링 할 수 있다. 구체적으로, 제1 본딩 부재(160)는 제1 스트립(142)과 제2 스트립(152) 사이에 주입되고, 멤브레인(130)의 측면을 커버할 수 있다. 제1 본딩 부재(160)가 멤브레인(130)의 측면을 커버하여, 멤브레인(130)의 측면을 통해서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
제1 본딩 부재(160)는 다양한 접착 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 본딩 부재(160)는 실리콘, 수지 계열의 재료로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 본딩 부재(160)는 실리콘 열경화성 접착제를 멤브레인 조립체(MA)의 측면에 본딩할 수 있다.
멤브레인 조립체(MA)는 멤브레인(130), 제1 전극체(140), 제2 전극체(150), 제1 본딩 부재(160)가 결합된 유닛으로 제조되어, 공간 활용성, 장착이 용이하다. 또한, 멤브레인 조립체(MA)는 제1 본딩 부재(160)가 측면을 커버하여, 유체가 측면을 통해서 누설되는 것을 방지할 수 있다.
도 12 및 도 13은 도 10으 멤브레인 조립체를 설치하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 4, 도 12 및 도 13을 참조하면, 멤브레인 조립체(MA)는 제2 본딩 부재(170)와 제3 본딩 부재(180)에 의해서, 하우징(110)의 내부 공간에 고정되고, 멤브레인 조립체(MA)의 가장자리로 유체가 누설되는 것을 방지 할 수 있다.
유체는 멤브레인(130)을 통과하도록 멤브레인(130)의 두께 방향을 따라 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 또는 그 역방향으로 이동하게 되는데, 이 때 제1 내지 제3 본딩 부재는 하우징(110)의 내측면과 멤브레인 조립체(MA) 사이의 틈을 막아 액체가 이 틈으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
제2 본딩 부재(170)는 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150) 중 어느 하나와 하우징(110)의 내측면에 배치되어, 멤브레인 조립체(MA)의 일면을 고정할 수 있다.
제2 본딩 부재(170)는 양 부품을 고정하는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 제2 본딩 부재(170)는 실리콘, 수지 계열의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제2 본딩 부재(170)는 젤 형태를 도포하여 배치되거나, 테이프를 부착하여 배치될 수 있다.
일예로, 도 12에서와 같이 제2 본딩 부재(170)는 일면이 제1 바디(111)에 부착되고, 타면이 제1 스트립(142)에 부착될 수 있다. 제2 본딩 부재(170)는 제1 스트립(142)에 대응하도록 제1 바디(111)의 턱에 배치되며, 이후에 멤브레인 조립체(MA)를 제2 본딩 부재(170)에 정렬 및 부착할 수 있다.
이후에, 도 13과 같이 멤브레인 조립체(MA)의 외측으로 제3 본딩 부재(180)를 주입할 수 있다. 제3 본딩 부재(180)는 액상이나 젤 형태의 접착 물질이며, 주입 장치(ND)를 통해서 제3 본딩 부재(180)를 제1 바디(111)와 멤브레인 조립체(MA) 사이의 공간에 주입할 수 있다.
제3 본딩 부재(180)는 유동성을 가지므로, 멤브레인 조립체(MA)와 하우징(110) 사이의 틈에 빈틈없이 주입될 수 있다. 이때, 제2 본딩 부재(170)는 제3 본딩 부재(180)가 제1 공간(S1)으로 들어가는 것을 차단할 수 있다.
멤브레인 조립체(MA)는 복수개의 실링 구조를 가지어, 전기 삼투압 펌프(100)의 내부에 견고하게 고정되고, 멤브레인 조립체(MA)의 가장자리로 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
멤브레인 조립체(MA)는 제1 본딩 부재(160)에 의해서 멤브레인(130)의 측면이 밀봉되어, 멤브레인(130)의 가장자리로 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
멤브레인 조립체(MA)는 제2 본딩 부재(170)에 의해서 하우징(110)에 고정될 수 있다. 또한, 제2 본딩 부재(170)는 멤브레인 조립체(MA)의 상면이나 하면과 하우징(110)의 내면에 배치되어, 유체의 누설을 방지할 수 있다.
멤브레인 조립체(MA)는 제3 본딩 부재(180)에 의해서 하우징(110)에 고정될 수 있다. 제3 본딩 부재(180)는 멤브레인 조립체(MA)의 가장자리를 커버하므로, 제1 본딩 부재(160)의 외측을 덮도록 배치된다. 제3 본딩 부재(180)는 멤브레인 조립체(MA)의 외측을 이중으로 밀봉하여, 멤브레인(130)을 통해서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제3 본딩 부재(180)는 제1 바디(111)와 멤브레인 조립체(MA) 사이에 배치되어, 하우징(110)과 멤브레인 조립체(MA) 사이의 틈으로 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 다이어프램 부재(190)는 하우징(110)의 일측에 장착될 수 있다. 다이어프램 부재(190)는 탄성 변형 가능하며, 형상의 변형에 따라 내부 부피가 변화할 수 있다.
다이어프램 부재(190)는 제1 바디(111)의 오프닝(111A)에 장착되어, 내부 공간은 제1 공간(S1)과 연결된다. 다이어프램 부재(190)는 고정링(195)에 의해서 제1 바디(111)에 고정될 수 있다.
다이어프램 부재(190)는 전기 삼투압 펌프(100)의 내부 유체의 이동에 따라 형상이 변화할 수 있다. 유체가 제1 공간(S1)에서 멤브레인(130)을 통과하여 제2 공간(S2)으로 이동하거나, 제2 공간(S2)에서 멤브레인(130)을 통과하여 제1 공간(S1)으로 이동하면, 유체의 부피 변화에 의한 힘이 다이어프램 부재(190)로 전달될 수 있다.
다이어프램 부재(190)는 유체의 체적 변화에 따른 힘을 완충하여, 샤프트 조립체(120)가 정교하게 선형왕복 운동할 수 있도록 한다.
멤브레인 조립체(MA)에서 전기 화학적 반응으로 유체가 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 이동하면 다이어프램 부재(190)는 오목하게 변화하여, 유체의 체적 변화에 따른 힘을 완충할 수 있다. 또한, 유체가 제2 공간(S2)에서 제1 공간(S1)으로 이동하면 다이어프램 부재(190)는 볼록 하게 변화하여, 유체의 체적 변화에 따른 힘을 완충 할 수 있다.
도 14 및 도 15는 도 10의 멤브레인 조립체에서 제1 전극체와 제2 전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 제1 전극체(140)와 제2 전극체(150)는 각각, 제1 단자(143) 및 제2 단자(153)를 통해 전원부(200)와 전기적으로 연결된다. 전원부(200)가 공급하는 전압의 극성을 교번적으로 변경하여 공급함으로써, 물과 같은 액체의 이동 방향을 바꿀 수 있다.
일 실시예로, 은/산화은을 전기화학적 반응물질로 사용하고, 유체가 물을 포함하는 용액인 경우를 설명한다.
도 14에 도시된 바와 같이, 제1 전극체(140)가 산화전극이고 제2 전극체(150)가 환원전극인 경우, 제1 전극체(140)에서는 Ag(s) + H2O -> Ag2O(s) + 2H++ 2e- 의 반응이 일어나고, 제2 전극체(150)에서는 Ag2O(s) + 2H++ 2e- -> Ag(s) + H2O 의 반응이 일어난다.
제1 전극체(140)에서의 산화반응에 따라 생성된 양이온(Mn+, 예, 수소이온)은 전압차에 의해 멤브레인(130)을 지나 제2 전극체(150)를 향해 이동하는데, 이 때 양이온과 함께 물(H2O)이 함께 이동하면서 소정의 압력이 발생할 수 있다.
이 후, 도 15에 도시된 바와 같이 전원부(200)가 공급하는 전압의 극성을 반대로 바꾸면, 앞서 산화전극으로 사용될 때 소모되었던 전기화학적 반응물질이 환원전극으로 사용될 때 회복되며, 환원전극의 경우도 마찬가지로 회복되면서, 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150)는 전원부(200)의 전압 공급에 따라 계속적으로 반응이 가능하다. 도 14에서와 달리, 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150)으로 공급되는 전압의 극성이 바뀌면 도 15에 도시된 바와 같이, 양이온(Mn+, 예, 수소이온)과 물(H2O)이 제2 공간(S2)에서 제1 공간(S1)으로 다시 이동하게 된다.
약액 주입 장치(10)의 제조 방법은 아래의 단계에 따라 구현될 수 있다.
약액 주입 장치의 제조 방법은 멤브레인 조립체의 외측에 제1 본딩 부재를 커버하는 단계와, 제1 바디에 멤브레인 조립체를 정렬하고, 제2 본딩 부재를 이용하여 멤브레인 조립체를 제1 바디에 부착하는 단계와, 멤브레인 조립체의 가장자리에 제3 본딩 부재를 주입하는 단계, 및 제1 바디에 제2 바디를 조립하는 단계를 포함할 수 있다.
멤브레인 조립체의 외측에 제1 본딩 부재를 커버하는 단계는 멤브레인(130), 제1 전극체(140) 및 제2 전극체(150)가 조립하고, 멤브레인(130)의 측면에 제1 본딩 부재(160)를 배치한다. 제1 본딩 부재(160)는 멤브레인(130)의 측면과, 제1 전극체(140)와 제2 전극체(150)의 사이의 공간에 배치되어, 멤브레인(130)의 측면을 통해서 유체가 누설되는 것을 방지할 수 있다.
제1 바디에 멤브레인 조립체를 정렬하고, 제2 본딩 부재를 이용하여 멤브레인 조립체를 제1 바디에 부착하는 단계는 제1 바디(111)에 제2 본딩 부재(170)를 부착한다. 제2 본딩 부재(170)는 시트 형태이거나, 젤 형태일 수 있다. 이후, 멤브레인 조립체(MA)를 제2 본딩 부재(170)에 부착하여, 멤브레인 조립체(MA)를 제1 바디(111)에 고정시킨다.
멤브레인 조립체의 가장자리에 제3 본딩 부재를 주입하는 단계는 멤브레인 조립체(MA)와 제1 바디(111)의 사이의 공간에, 제3 본딩 부재(180)를 주입한다. 제3 본딩 부재(180)는 액체 또는 겔 형태를 가지므로, 깊숙하게 주입될 수 있다. 이때, 제2 본딩 부재(170)는 제3 본딩 부재(180)의 이동을 차단하여, 제3 본딩 부재(180)가 멤브레인(130)으로 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.
제1 바디에 제2 바디를 조립하는 단계는 제1 바디(111)와 제2 바디(112)를 조립하여, 하우징(110)을 완성할 수 있다. 제1 바디(111)와 제2 바디(112)는 억지 끼움의 형태로 조립된 이후에, 초음파 융착 등의 방식으로 결합되어, 유체가 외부에 누설되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 약액 주입 시스템
10: 약액 주입 장치
110: 하우징
120: 샤프트 조립체
130: 멤브레인
140: 제1 전극체
150: 제2 전극체
160: 제1 본딩 부재
170: 제2 본딩 부재
180: 제3 본딩 부재

Claims (5)

  1. 샤프트 홀을 가지는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되는 멤브레인 조립체; 및
    상기 하우징에 장착되는 샤프트 조립체;를 포함하고,
    상기 샤프트 조립체는
    상기 샤프트 홀에 삽입되는 샤프트; 및
    상기 샤프트의 단부에 배치되고, 상기 샤프트의 길이 방향을 따라 상기 하우징의 내측면에서 복수 개의 접촉 영역을 가지는 실링 부재;를 구비하며,
    상기 실링 부재는
    상기 샤프트가 삽입되며, 상기 샤프트의 축 방향의 전방에 배치된 오목면을 가지는 바디부;
    상기 바디부에서 상기 샤프트의 반경 방향으로 돌출되는 제1 돌기부;
    상기 바디부와 상기 제1 돌기부 사이에 배치되며 제1 깊이를 가지는 제1 그루브;
    상기 제1 돌기부의 반대에 배치되는 제2 돌기부; 및
    상기 바디부와 상기 제2 돌기부 사이에 배치되며 상기 제1 깊이와 다른 제2 깊이를 가지는 제2 그루브;를 구비하는, 펌프.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 실링 부재는
    상기 제1 돌기부 및 제2 돌기부 중 적어도 하나가 상기 바디부의 외주면에서 돌출되는, 펌프.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 실링 부재는
    상기 제1 돌기부와 상기 제2 돌기부의 사이에 배치되며 오목한 형상을 가지는 측벽;을 구비하는, 펌프.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 샤프트는
    상기 실링 부재의 내부에 배치되며, 반경 방향으로 연장되는 제1 서포터;를 구비하는, 펌프.
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