KR100930255B1 - 전기 침투류 펌프 및 액체 공급 장치 - Google Patents

전기 침투류 펌프 및 액체 공급 장치 Download PDF

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Abstract

전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 출구측 체임버 (28) 에 버블 격리 부재 (40) 가 출구측 전극 (20) 으로부터 이간되어 배치되고, 출구측 전극 (20) 근방에 있어서의 펌프 용기 (12) 의 측부에 가스 배출 부재 (42) 가 배치 형성되고, 입구측 전극 (18) 근방에 있어서의 펌프 용기 (12) 의 측부에 가스 배출 부재 (44) 가 배치 형성되어 있다. 또, 입구측 체임버 (26) 에는 자체 충전 기구 (50) 가 배치 형성되고, 이 자체 충전 기구 (50) 는, 입구측 전극 (18) 을 통하여 전기 침투재 (16) 에 접촉하는 액체 인입 부재 (52) 와, 그 액체 인입 부재 (52) 측부를 둘러싸는 서라운딩 부재 (54) 와 펌프 용기 (12) 의 내벽 사이에서 형성된 에어 배출 패스 (56) 로 구성된다.

Description

전기 침투류 펌프 및 액체 공급 장치{ELECTROOSMOSIS PUMP AND LIQUID FEEDING DEVICE}
본 발명은, 바이오 테크놀로지나 분석 화학 등에 사용되는 마이크로 유체 칩 내부 액체의 구동 제어나, 휴대형 일렉트로닉스 기기 내의 유체의 구동 제어에 바람직한 전기 침투류 펌프 및, 이 전기 침투류 펌프를 사용한 액체 공급 장치에 관한 것이다.
전기 침투류 펌프는, 전기 침투 현상을 사용하여 유체를 수송하는 펌프이고, 예를 들어, 캐필러리나 마이크로 유체 칩의 내부에 있어서의 유체의 구동 수단으로서 사용되고 있다.
이 경우, 상기 전기 침투 현상이, 수백 [㎛] 이하의 매우 협폭인 유로에 있어서 현저해진다는 특성을 이용하여, 상기 캐필러리의 직경을, 예를 들어, 수백 [㎛] 이하로 하고, 혹은, 상기 마이크로 유체 칩 내의 유로를, 예를 들어, 수십 [㎛] 이하로 설정하는 한편, 상기 캐필러리 또는 상기 유로 내에 2 개의 전극 (양극 (正極) 및 음극 (負極)) 을 배치함으로써, 상기 캐필러리 또는 상기 유로 자체를 펌프로 하고 있다.
도 38 에 나타내는 전기 침투류 펌프 (200) 에서는, 전해질 용액이 수용된 수용기 (202, 204) 간을 전해질 용액이 충전된 캐필러리 (206) 로 연결하고, 직류 전원 (208) 으로부터 수용기 (202, 204) 에 각각 배치된 전극 (210, 212) 에 대하여 직류 전압을 인가함으로써, 수용기 (202) 로부터 캐필러리 (206) 를 통하여 수용기 (204) 에 상기 전해질 용액을 수송한다.
전기 침투류 펌프 (200) 에서는, (1) 상기 전해질 용액의 구동시에 맥동이 발생하지 않고, (2) 수용기 (202, 204) 에 전극 (210, 212) 을 삽입하여 직류 전압을 인가하는 것만으로 상기 전해질 용액을 구동할 수 있기 때문에 조작성이 양호하고, (3) 기계적인 가동 부분이 없어 구조가 간단하다. 따라서, 협폭인 유로만으로 구성된 수 [㎜] 정도의 더욱 매크로한 영역에서 이들 펌프를 활용하는 것도 검토되고 있다.
도 39 는 전기 침투류 펌프 (200) (도 38 참조) 를 소형화한 전기 침투류 펌프 (214) 이다. 이 전기 침투류 펌프 (214) 는, 펌프 용기 (216) 내에 형성된 유로 (218) 에 배치 형성된 전기 침투 재료 (이하 EO 재료라고도 한다) 로 이루어지는 전기 침투재 (220), 그 전기 침투재 (220) 의 상류측 및 하류측에 배치되고 또한 복수의 구멍이 유로 방향에 형성된 전극 (222, 224) 으로 구성된다. 또한, 상기한 전극 구조는, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 와이어 형상으로 구성할 수도 있다.
상기 EO 재료로서 전기 침투 현상을 나타내는 다공질체나 미세 입자, 화이버 등의 충전 구조를 사용되는 경우, 전술한 캐필러리 (206) (도 38 참조) 나 상기 마이크로 유체 칩 내의 유로를 사용하지 않아도, [μL/min] ∼ [mL/min] 혹은 그 이 상의 오더 유량의 전해질 용액을 수송할 수 있게 된다 (특허 문헌 1 ∼ 3 참조).
또, 직류 전원 (208) 으로부터 전극 (210, 212, 222, 224) 에 인가되는 직류 전압에 대해서도, 전기 침투류 펌프 (200) (도 38 참조) 에서는 수십 [kV] 필요한데 비하여, 전기 침투류 펌프 (214) 에서는, 수 [V] 정도의 직류 전압으로 전해질 용액을 구동할 수 있다.
저전압으로 대유량 또한 원하는 구동 압력의 전해질 용액을 수송할 수 있게 되면, 세경 (細徑) 의 캐필러리 (206) 나 마이크로 유체 칩의 유로를 사용하여 펌프를 구성한다는 제약이 없어져, 전기 침투류 펌프 (214) 의 응용 범위를 확대할 수 있게 된다.
도 40 은 본 출원인이 안출한 전기 침투류 펌프 (230) 를 나타낸다. 이 전기 침투류 펌프 (230) 는 그 상부에 형성된 전해질 용액을 수용하는 수용기 (232) 를 포함한다. 이 전기 침투류 펌프 (230) 는 마이크로 유체 칩 (234) 의 유로 (236) 에 직접 접속된 하부를 가진다. 여기서, 수 [V] ∼ 30[V] 정도의 직류 전압을 전극 (222, 224) 에 인가하면, 수십 [μL/min] 정도의 최대 유량으로 또한 100[kPa] 이상의 최대 압력으로 상기 전해질 용액을 수용기 (232) 로부터 유로 (236) 에 공급할 수 있게 된다.
특허 문헌 1 : 미국 특허출원공개 제2003/0068229호 명세서
특허 문헌 2 : 미국 특허공보 제3923426호
특허 문헌 3 : 미국 특허출원공개 제2004/0234378호 명세서
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 전술한 전기 침투 현상은 전기 화학적 현상이므로, 직류 전원 (208) 으로부터 전극 (222, 224) 에 직류 전압을 인가하였을 때에, 그 전극 (222, 224) 의 근방에 가스가 발생한다. 발생한 상기 가스 중 전해질 용액에 전부 용해되지 않는 가스는, 버블로서 상기 전해질 용액 내에 부유하고, 부유하는 상기 버블은, 유로 (236) 내에서의 유동의 불안정성, 전기 침투류 펌프 (214) 의 동작 불량, 그 유로 (236) 의 하류측에서 실시되는 각종 계측이나 화학 반응이나 화학 분석에 큰 영향을 미친다.
보다 구체적으로 설명하면, 전기 침투류 펌프 (214) 는, 일반적으로 전해질 용액 중에서의 이온 전기 전도와 전극 (222, 224) 에서의 전자 전도가 혼재하는 계이다. 그 전극 (222, 224) 에서 전하 교환시에 가스가 발생된다.
예를 들어, 도 39 에 있어서, 구동 액체를 수용액으로 하고, 전기 침투재 (220) 의 제타 전위를 부전위로 하고, 상류측의 전극 (222) 을 양극으로 하는 한편, 하류측의 전극 (224) 을 부극으로 한 경우, 직류 전원 (208) 으로부터 전극 (222, 224) 에 직류 전압을 인가하면, 그 전극 (222, 224) 근방에서는, 전기 화학 반응에 의해 하기의 반응이 발생한다:
2H2O → 2H2 + O2 (1)
이 결과, 전극 (224) (음극) 에서는 수소 가스가 발생하고, 한편으로, 전극 (222) (양극) 에서는 산소 가스가 발생한다. 전극 (224) 근방에서의 수소 발생량이 상기 수용액의 용해도를 초과하는 경우에는, 상기 수소 가스에 의한 버블이 생성되어, 전기 침투류 펌프 (214) 의 하류측 계통으로 흘러간다.
이 경우, 전기 침투류 펌프 (214) 를 사용하여 하류측에 접속된 마이크로 유체 칩에 대한 미소 유체의 구동 제어를 실시할 때에, 상기 마이크로 유체 칩의 채널 내에 유입된 버블에 의해, 상기 미소 유체의 정확한 위치 제어가 곤란해진다.
또, 상기 버블은, 상기 계통 내에 배치된 센서나 액츄에이터에 대해서도 큰 영향을 미친다. 예를 들어, 열 방식의 유량 센서를 사용하여 상기 미소 유체의 유량을 제어할 때에, 상기 버블의 혼입에 의해 정확한 유량 계측이 곤란해지고, 그 결과, 상기 유량 센서를 사용한 피드백 제어를 실시할 수 없다는 문제가 있다.
한편, 전기 침투재 (220) 에 형성된 관통 구멍의 직경은, [㎛] 오더 이하의 사이즈이다. 결과적으로, 전극 (222) 근방에 발생한 산소 가스는, 전기 침투재 (220) 를 통과하지 않고, 전극 (222) 혹은 전기 침투재 (220) 의 표면을 덮게 된다. 이 결과, 전극 (222) 혹은 전기 침투재 (220) 와 상기 수용액의 접촉 영역이 작아져, 전기 침투재 (220) 내부의 전계 분포가 변형되거나, 전기 침투재 (220) 내부의 전해질 수용액의 흐름이 저해된다. 따라서, 유량 저하나 유량 정지 등의 펌프 성능의 열화가 발생한다.
펌프 유량을 늘릴 목적으로 전극 (222, 224) 간의 전계 강도를 높이면, 상기 전계 강도의 증대에 의해 버블의 발생이 보다 현저해진다.
전기 침투류 펌프 (214) 에서는, 전기 침투 현상의 안정화를 도모할 목적으로, 전기 전도도가 높은 전해질 용액 (완충 용액 등) 을 구동 액체로서 종종 사용한다. 직류 전압을 전극 (222, 224) 에 인가하였을 때 전극 (222, 224) 간을 흐르는 전류는 필연적으로 커지고, 그 결과, 버블의 발생이 촉진된다.
전기 침투류 펌프 (214) 에서는, 바이올로지나 의료, 또한 마이크로 일렉트로닉스 관련 기기에 대한 응용을 고려한 경우, 펌프 성능의 안정성이나 펌프 효율의 향상을 도모하기 위하여, 전술한 가스 발생의 문제를 해결할 필요가 있다.
상기 서술한 가스 발생에 관하여, 종래부터 몇 가지 대책이 검토되고 있다. 제 1 대책에 따르면, 이온 도전성 재료를 전극으로서 사용하고, 전기 침투류 펌프 (214) 외부에서 상기 이온 도전성 재료가 전자 도체에 전기적으로 접속됨으로써, 가스 발생 지점을 전기 침투류 펌프 (214) 의 외부로 한다. 비록, 전기 침투류 펌프 (214) 의 내부에 있어서의 가스 발생의 문제를 회피할 수 있게 되지만, 전기 침투류 펌프 (200, 214, 230) 의 외부에서 이온 전도로부터 전자 전도로 변환할 필요가 있으므로, 시스템 전체가 복잡해진다.
제 2 대책에 따르면, 전기 침투류 펌프 (214) 의 유로를 폐쇄 루프 유로로 하고, 촉매를 사용한 재결합기에 의해 발생한 산소 가스 및 수소 가스를 물로 변환한다. 그러나, 본 발명이 대상으로 하고 있는 전기 침투류 펌프 (214) 의 치수는, 소형 휴대 기기에 수용할 수 있고 또한 마이크로 유체 칩 상에 탑재할 수 있는 수 [㎜] ∼ 수 [㎝] 의 사이즈이므로, 상기 재결합기의 채용에 의해 펌프의 치수가 대형화되고 또한 구조가 복잡화된다는 문제가 있다.
전기 침투류 펌프 (214) 의 상류측에는 전해질 용액을 전기 침투재 (220) 에 공급하기 위한 탱크나 카트리지가 접속되어 있다. 여기서, 전기 침투류 펌프 (214) 를 범용 기기로서 폭넓게 응용하는 경우에는, 전기 침투재 (220) 에 전해질 용액을 확실하게 공급하여, 그 전기 침투재 (220) 로부터 상기 하류측의 각 기기에 상기 전해질 용액을 배출할 수 있는 것이 필요하다. 이 경우, 전술한 전기 침투재 (220) 는 침투성을 갖는 재료로, 구동 액체로서의 상기 전해질 용액이 상류측의 표면에 도달하면, 자발적으로 상기 전해질 용액을 흡수하여 하류측으로 배출하는, 이른바 자체 충전 성능을 갖는다.
그러나, 전기 침투류 펌프 (214) 에서는, 상류측으로부터 구동 액체가 흘러와도, 유로 (218) 에 있어서의 전기 침투재 (220) 의 상류측이 협폭인 경우 (수 [㎜] 이하) 에는, 상기 구동 액체가 전극 (222) 근방의 기체를 방출하여 완전히 상기 상류측을 충전하는 것은 곤란하고, 상기 기체가 상기 상류측에 갇힌 상태가 된다. 이로써, 전극 (222) 이나 전기 침투재 (220) 의 표면에 상기 구동 액체가 도달하지 않아, 전기 침투류 펌프 (214) 가 동작하지 않거나, 펌프 성능이 저하된다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 서술한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이나, 전극 근방에서 발생한 가스가 하류측으로 흐르는 것을 저지할 수 있는 전기 침투류 펌프를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전기 침투재에 구동 액체를 확실하게 공급할 수 있게 하는 전기 침투류 펌프를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 보다 간단한 구성으로 액체 용기 내에 충전된 액체를 외부에 공급할 수 있는 간단한 구조를 가진 전기 침투류 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프는, 유로 내에 형성된 전기 침투재의 상류측에 제 1 전극을 배치하고 또한 하류측에 제 2 전극을 배치하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 전압을 인가하였을 때에 상기 전기 침투재를 통하여 상기 유로 내에 구동 액체를 유통시키는 전기 침투류 펌프에 있어서, 상기 유로의 하류측에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 2 전극 근방에 생성되는 가스의 상기 하류측으로의 통과를 저지하고, 한편으로, 상기 구동 액체를 통과시킬 수 있는 하류측 액체 통과 부재가 상기 제 2 전극보다 하류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 상기 전압의 인가에 의해 상기 제 2 전극 근방에 상기 가스가 생성되어도, 상기 전기 침투재의 하류측에 배치된 상기 하류측 액체 통과 부재는 상기 구동 액체를 통과시키고, 한편으로, 상기 가스의 통과를 저지한다. 이로써, 상기 하류측에 접속된 마이크로 유체 칩 등의 각종 유체 기기에 상기 가스가 유입되는 것을 저지할 수 있게 되고, 예를 들어, 상기 유체 기기 내를 통과하는 액체의 위치 제어를 정확하게 실시할 수 있게 된다.
여기서, 상기 전기 침투재와 상기 하류측 액체 통과 부재 사이에는, 상기 유로로부터 외부에 상기 가스를 방출하는 하류측 가스 배출 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 2 전극 근방에서 발생한 상기 가스를 상기 하류측 가스 배출 부재를 통하여 외부로 배출하므로, 상기 전기 침투류 펌프를 장시간 운전하였을 때에, 상기 제 2 전극이나 상기 전기 침투재에 대한 버블의 부착에 의한 펌프 성능의 저하를 억제할 수 있다. 가사, 상기 제 1 전극 근방에서 생성된 가스의 일부가 상기 전기 침투재를 통과해도, 상기 하류측 가스 배출 부재를 통하여 외부로 배출할 수 있다.
상기 유로의 상류측에는, 상기 전기 침투재에 이물질이 유입되는 것을 저지하고, 한편으로, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 구동 액체를 통과시킬 수 있는 상류측 액체 통과 부재가 상기 전기 침투재보다 상류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재 표면에 대한 상기 이물질이나 버블 등의 부착이 저지되므로, 상기 전기 침투류 펌프의 펌프 성능을 확보할 수 있게 된다.
상기 전기 침투재와 상기 상류측 액체 통과 부재 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 1 전극의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 상류측 가스 배출 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재의 상류측에 있어서의 상기 가스의 부착을 저지할 수 있어, 상기 전기 침투류 펌프의 펌프 성능의 열화를 억제할 수 있다.
또한, 상기 유로의 상류측에는, 상기 구동 액체를 자체 충전할 수 있는 상류측 액체 자체 충전 기구가 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 구동 액체를 상기 전기 침투재에 확실하게 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 유로의 하류측에는, 상기 구동 액체를 자체 충전할 수 있는 하류측 액체 자체 충전 기구가 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재로부터 배출된 상기 구동 액체를, 상기 유로의 하류측에 접속된 각종 유체 기기에 대하여 확실하게 공급할 수 있게 된다.
상기 상류측 액체 자체 충전 기구는, 상기 전기 침투재 및 상기 제 1 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 경우에서도 상기 서술한 효과가 얻어진다. 또, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구는, 상기 전기 침투재 및 상기 제 2 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 경우에서도 상기 서술한 효과가 얻어진다.
본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프는, 유로 내에 형성된 전기 침투재의 상류측에 제 1 전극을 배치하고 또한 하류측에 제 2 전극을 배치하고, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 전압을 인가하였을 때에 상기 전기 침투재를 통하여 상기 유로 내에 구동 액체를 유통시키는 전기 침투류 펌프에 있어서, 상기 유로의 상류측에는, 상기 구동 액체를 자체 충전할 수 있는 상류측 액체 자체 충전 기구가 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 의하면, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재가 접촉되어 있으므로, 외부로부터 상기 상류측 액체 자체 충전 기구에 상기 구동 액체를 충전하면, 충전된 상기 구동 액체가 상기 상류측 액체 자체 충전 기구로부터 상기 전기 침투재의 내부에 신속하게 침투한다. 그 후, 상기 전압을 상기 각 전극에 인가하면, 상기 전기 침투재로부터 상기 유로의 하류측으로 상기 구동 액체를 확실하게 배출할 수 있게 된다. 이 결과, 상기 제 1 전극 근방에 기체가 존재하는 경우이어도, 상기 전기 침투류 펌프의 자체 충전성을 확보할 수 있게 된다.
여기서, 상기 유로의 상류측에는, 상기 전기 침투재에 이물질이 유입되는 것을 저지하고, 한편으로, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 구동 액체를 통과시킬 수 있는 상류측 액체 통과 부재가 상기 전기 침투재보다 상류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재 표면에 대한 상기 이물질이나 버블 등의 부착이 저지되어, 상기 전기 침투류 펌프의 펌프 성능을 확보할 수 있게 된다.
또, 상기 전기 침투재와 상기 상류측 액체 통과 부재 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 1 전극의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 상류측 가스 배출 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재의 상류측에 있어서의 상기 가스의 부착을 저지할 수 있어, 상기 전기 침투류 펌프의 펌프 성능의 열화를 방지할 수 있게 된다.
상기 유로의 하류측에는, 상기 구동 액체를 자체 충전할 수 있는 하류측 액체 자체 충전 기구가 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 상기 전기 침투재로부터 배출된 상기 구동 액체를, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구를 통하여 상기 전기 침투류 펌프의 하류측에 접속된 각종 유체 기기에 확실하게 공급할 수 있게 된다. 이 경우, 상류측과 하류측에 액체 자체 충전 기구가 각각 배치되어 있기 때문에, 상류측으로부터 하류측으로의 상기 구동 액체의 배출이나, 하류측으보다 상류측으로의 상기 구동 액체의 흡입을 효율적으로 실시할 수 있다.
또한, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구는, 상기 전기 침투재 및 상기 제 1 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 경우에서도 상기 서술한 효과가 얻어진다. 또, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구는, 상기 전기 침투재 및 상기 제 2 전극과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 경우에서도 상기 서술한 효과가 얻어진다.
또한, 상기 유로의 하류측에는, 상기 가스의 상기 하류측으로의 통과를 저지하고, 한편으로, 상기 구동 액체를 통과시킬 수 있는 하류측 액체 통과 부재가 상기 제 2 전극보다 하류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 결과적으로, 상기 전압의 인가에 의해 상기 제 2 전극 근방에 상기 가스가 생성되어도, 상기 전기 침투재의 하류측에 배치된 상기 하류측 액체 통과 부재는, 상기 구동 액체를 통과시키고, 한편으로, 상기 가스의 통과를 저지한다. 이 결과, 상기 하류측에 접속된 마이크로 유체 칩 등의 각종 유체 기기에 상기 가스가 유입되는 것을 방지할 수 있게 되고, 예를 들어, 상기 유체 기기 내를 통과하는 액체의 위치 제어를 정확하게 실시할 수 있게 된다.
또한, 상기 전기 침투재와 상기 하류측 액체 통과 부재 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 2 전극의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 하류측 가스 배출 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 2 전극 근방에서 발생한 상기 가스를 상기 하류측 가스 배출 부재를 통하여 외부로 배출하므로, 상기 전기 침투류 펌프를 장시간 운전하였을 때에, 상기 제 2 전극이나 상기 전기 침투재에 대한 버블의 부착에 의한 펌프 성능의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 상기 제 1 전극 근방에서 생성된 가스의 일부가, 상기 전기 침투재를 통과해도, 상기 하류측 가스 배출 부재를 통하여 외부로 배출할 수 있다.
그리고, 상기 서술한 액체 통과 부재는 친수성 재료로 이루어지고, 상기 액체 통과 부재 내를 가스가 통과하기 위하여 필요한 가스압은 1[kPa] 이상이고, 상기 유로의 방향을 따른 상기 액체 통과 부재의 두께는 3[㎜] 이하인 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 가스 배출 부재는, 상기 유로의 측부에 형성된 소수성 재료로 이루어지고, 상기 가스 배출 부재에 대한 상기 구동 액체의 통과 압력이, 상기 구동 액체의 운전시 최대 압력보다 크고, 상기 가스의 통과 방향을 따른 상기 가스 배출 부재의 두께는 3[㎜] 이하이다.
바람직하게는, 상기 액체 자체 충전 기구는, 상기 유로를 따라 상기 전기 침투재의 근방에 배치된 자체 충전부와, 상기 자체 충전부의 측부에 형성되고 또한 상기 자체 충전부와 침투압이 상이한 에어 배출부로 구성되고, 상기 자체 충전부는, 상기 구동 액체를 자체 충전하여 상기 전기 침투재에 공급한다. 또, 상기 에어 배출부는, 상기 자체 충전부 및 상기 에어 배출부의 침투압차에 기초하여, 상기 전기 침투재의 상류측에 잔존하는 에어를 외부로 배출한다.
상기 자체 충전부는 친수성 재료로 이루어지고, 상기 에어 배출부는 소수성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 유로의 방향을 따른 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 상기 상류측 액체 통과 부재의 간격은 3[㎜] 이하이고, 및/또는, 상기 유로의 방향을 따른 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 상기 하류측 액체 통과 부재의 간격은 3[㎜] 이하인 것이 바람직하다. 자세하게는, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 상기 상류측 액체 통과 부재의 간격, 및/또는, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 상기 하류측 액체 통과 부재의 간격은, 상기 전기 침투류 펌프의 특성상 중요한 파라미터인데, 표면 장력이 중력에 비하여 지배적이 될 때의 상기 간격이 3[㎜] 정도이고, 한편으로, 상기 유로에 있어서의 유로 저항이 현저하게 커지는 상기 간격이 1[㎛] 미만 정도이다. 그러므로, 3[㎜] 를 상한치로 하고, 1[㎛] 를 하한치로 한 소정의 범위 내 (1[㎛] ∼ 3[㎜]) 에서 상기 간격을 적절히 설정하는 것이 상기 전기 침투류 펌프의 특성상 바람직하다.
특히, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극에 대향하여 상기 상류측 액체 통과 부재나 상기 상류측 가스 배출 부재를 배치한 경우에는, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 상기 가스 배출 부재의 간격이나, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극과 상기 상류측 액체 통과 부재의 간격을, 상기 서술한 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다. 비슷하게, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극에 대향하여 상기 하류측 액체 통과 부재나 상기 하류측 가스 배출 부재를 배치한 경우에도, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 상기 가스 배출 부재의 간격이나, 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극과 상기 하류측 액체 통과 부재의 간격을, 상기 서술한 범위 내로 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극 사이에는, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극에 밀착할 수 있고, 또한 친수성 재료로 이루어지는 구동 액체 흡수 부재가 배치된다. 더하여 혹은 다르게, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극 사이에는, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극에 밀착할 수 있고, 또한 친수성 재료로 이루어지는 구동 액체 흡수 부재가 배치되어 있는 것이 바람직하다.
강성이 있는 재료를 사용하여 상기 상류측 액체 자체 충전 기구를 구성한 경우에, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구의 표면과 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극의 표면에 대하여 상기 구동 액체 흡수 부재가 밀착되므로, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구에 자체 충전된 상기 구동 액체를, 상기 구동 액체 흡수 부재로 효율적으로 흡수하여, 상기 전기 침투재에 신속하게 공급할 수 있게 된다. 상기 구동 액체 흡수 부재로서 유연성 및 보수성을 갖는 흡수재를 채용하고, 이 구동 액체 흡수 부재를 상기 상류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극에서 사이에 두는 것이 상기 구동 액체 흡수 부재의 밀착성을 높이는 데 있어서 바람직하다. 또, 상기 구동 액체 흡수 부재는, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 1 전극에 대한 쿠션으로서의 기능도 완수하므로, 조립성이 향상된다.
상기 하류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극 사이에는, 상기 구동 액체 흡수 부재를 배치한 경우에도, 강성이 있는 재료를 사용하여 상기 하류측 액체 자체 충전 기구를 구성하였을 때에, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구의 표면과 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극의 표면에 대하여 상기 구동 액체 흡수 부재가 밀착되므로, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구에 자체 충전된 상기 구동 액체를, 상기 구동 액체 흡수 부재로 효율적으로 흡수하여, 상기 전기 침투재에 신속하게 공급할 수 있게 된다. 이 경우에도, 상기 구동 액체 흡수 부재로서 유연성 및 보수성을 갖는 흡수재를 채용하고, 이 구동 액체 흡수 부재를 상기 하류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극에서 사이에 두는 것이 상기 구동 액체 흡수 부재의 밀착성을 높이는 데 있어서 바람직하다. 또, 상기 구동 액체 흡수 부재는, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구와 상기 전기 침투재 또는 상기 제 2 전극에 대한 쿠션으로서의 기능도 완수하므로, 조립성이 향상된다.
또한, 상기 서술한 각 발명에 있어서, 상기 유로는, 상기 전기 침투재, 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극을 수용하는 펌프 용기 내에 형성되고, 상기 펌프 용기에 있어서의 상기 유로의 상류측의 입구와, 상기 유로의 하류측의 출구는, 동일 면측에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이로써, 기판 등의 설치면에 대한 상기 전기 침투류 펌프의 장착성이 향상됨과 함께, 펌프 전체의 높이를 낮게 할 수 있다. 또, 상기 동일 면에 상기 입구와 상기 출구를 형성되기 때문에, 그 반대면에 상기 각 가스 배출 부재를 형성할 수도 있다. 따라서, 본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프는, 예를 들어, 일렉트로닉스 기기에 있어서의 평면 실장용의 소형 펌프로서 바람직하다.
본 발명에 관련된 액체 공급 장치는, 상기 서술한 전기 침투류 펌프와, 액체가 충전된 액체 용기를 갖고, 상기 액체 용기 내의 상기 액체를 상기 전기 침투류 펌프를 통하여 외부에 공급하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 상기 전기 침투류 펌프의 제 1 전극 및 제 2 전극에 전압을 인가하면, 상기 액체 용기에 충전된 상기 액체를 상기 전기 침투류 펌프를 통하여 외부에 공급할 수 있으므로, 간단한 구성으로 상기 액체를 공급할 수 있게 된다. 특히, 상기 액체를 상기 상류측 액체 자체 충전 기구로 자체 충전한 상태에서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 전압을 인가하면, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구로부터 상기 전기 침투재를 통하여 외부에 상기 액체를 공급할 수 있으므로, 효율적으로 상기 액체를 공급할 수 있게 된다. 또한, 이 액체 공급 장치에서는, 상기 액체를 메탄올이나 물로 희석시킨 메탄올수로 하면, 연료 전지 시스템에 상기 메탄올 또는 상기 메탄올수를 공급하는 액체 연료 공급용 카트리지로서 바람직하다.
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 자체 충전 기구에 의한 자체 충전 기능을 설명하기 위한 요부 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 대경 부분과 소경 부분의 끼워맞춤 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 5 는 도 3 의 대경 부분과 소경 부분의 접합 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 8 은 도 7 의 가스 배출 부재의 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 9 는 도 8 의 IX-IX 선을 따른 종단면도이다.
도 10 은 도 8 의 X-X 선을 따른 종단면도이다.
도 11 은 도 7 의 가스 배출 부재의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 12 는 도 7 의 가스 배출 부재의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 13 은 도 7 의 버블 격리 부재의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 14 는 도 7 의 버블 격리 부재의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 15 는 본 발명의 제 5 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 16 은 본 발명의 제 6 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 17 은 본 발명의 제 7 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 18 은 도 17 의 자체 충전 기구의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 19 는 도 17 의 자체 충전 기구의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이다.
도 20 은 도 17 의 자체 충전 기구의 다른 구성을 나타내는 요부 단면도이 다.
도 21 은 도 20 의 XXI-XXI 선을 따른 종단면도이다.
도 22 는 본 발명의 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 23 은 도 22 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 24 는 본 발명의 제 9 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 25 는 본 발명의 제 10 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 26 은 본 발명의 제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 27 은 본 발명의 제 12 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 28 은 도 27 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 29 는 본 발명의 제 13 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 30 은 도 28 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 31 은 본 발명의 제 14 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 32 는 도 31 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 33 은 도 31 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 34 는 도 31 의 다른 구성을 나타내는 단면도이다.
도 35 는 본 발명의 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 36 은 본 발명의 제 16 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프의 단면도이다.
도 37 은, 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프가 적용된 액체 공급 장치의 단면도이다.
도 38 은 종래 기술에 관련된 전기 침투류 펌프를 나타내는 요부 단면도이다.
도 39 는 종래 기술에 관련된 다른 전기 침투류 펌프를 나타내는 요부 단면도이다.
도 40 은 본 출원인이 안출한 전기 침투류 펌프를 나타내는 요부 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) 는, 바이오 테크놀로지나 분석 화학에 있어서 사용되는 마이크로 유체 칩이나 소형 일렉트로닉스 기기에 탑재할 수 있는 수 [㎜] ∼ 수 [㎝] 정도 사이즈의 소형 펌프이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 기본적으로는, 펌프 용기 (12) 와, 그 펌프 용기 (12) 내에 형성 된 유로 (14) 에 배치된 전기 침투재 (16), 입구측 전극 (제 1 전극) (18) 및 출구측 전극 (제 2 전극) (20) 을 갖는다.
펌프 용기 (12) 는, 유로 (14) 를 통과하는 전해질 용액 등의 구동 액체에 대하여 내액성을 갖는 플라스틱 재료로 이루어진다. 펌프 용기 (12) 는 , 세라믹스, 유리, 표면이 전기 절연 처리된 금속 재료로 이루어질 수 있다. 펌프 용기 (12) 는, 전기 침투재 (16), 입구측 전극 (18) 및 출구측 전극 (20) 이 배치되는 대경 부분 (22) 과, 도시하지 않는 마이크로 유체 칩 등의 유체 기기에 접속할 수 있는 소경 부분 (24) 을 포함한다. 또한, 상기 전해질 용액은, 도 1 의 우측 (대경 부분 (22) 측) 으로부터 좌측 (소경 부분 (24)) 방향으로 유로 (14) 내를 통과한다.
전기 침투재 (16) 는, 유로 (14) 를 나누도록 배치 형성되고, 그 결과, 그 유로 (14) 에 있어서의 전기 침투재 (16) 의 상류측 (도 1 의 우측) 은, 입구측 체임버 (26) 로서 형성되고, 한편으로, 그 하류측은 출구측 체임버 (28) 로서 형성된다. 또, 전기 침투재 (16) 는, 다공질 세라믹스나 유리 섬유 등으로 이루어지고, 입구측 체임버 (26) 에 구동 액체가 공급되었을 때에, 그 구동 액체를 흡수하여 내부에 침투하고, 또한, 침투한 상기 구동 액체를 출구측 체임버 (28) 로 배출할 수 있는 친수성을 갖는 부재이다.
입구측 전극 (18) 은, 입구측 체임버 (26) 내에 있어서 전기 침투재 (16) 의 표면과 접촉하여 배치되고, 복수의 구멍 (30) 이 유로 (14) 의 축선 방향을 따라 형성되어 있다. 출구측 전극 (20) 은, 출구측 체임버 (28) 내에 있어서 전기 침투재 (16) 의 표면과 접촉하여 배치되고, 복수의 구멍 (32) 이 유로 (14) 의 축선 방향을 따라 형성되어 있다. 그리고, 입구측 전극 (18) 과 출구측 전극 (20) 은 직류 전원 (34) 과 전기적으로 접속되어 있다.
도 1 에서는, 전기 침투재 (16) 가 부로 대전된다고 가정하여 입구측 전극 (18) 을 양극으로 하고, 한편으로, 출구측 전극 (20) 을 음극으로 하고 있으나, 전기 침투재 (16) 가 정으로 대전되는 경우에는, 이에 대신하여, 그 입구측 전극 (18) 을 음극으로 하고, 한편으로, 출구측 전극 (20) 을 양극으로 해도 되는 것은 물론이다. 도 1 에서는, 전기 침투재 (16) 의 표면에 전극 (18, 20) 이 배치되어 있다. 그러나, 이러한 배치에 한정되는 일은 없고, 예를 들어, 전극 (18, 20) 은, 전기 침투재 (16) 근방에 있어서 비접촉 상태에서 배치되어 있어도 상관없다. 또한, 도 1 에서는, 직류 전원 (34) 과 입구측 전극 (18) 및 출구측 전극 (20) 이 전기적으로 각각 접속되고, 각 전극 (18, 20) 에 직류 전압이 인가되어 있다. 그러나, 각 전극 (18, 20) 에 인가되는 전압은 직류 전압에 한정되는 일은 없다. 대신에, 직류 전원 (34) 대신에 도시하지 않는 펄스 전원을 배치하고, 그 펄스 전원으로부터 각 전극 (18, 20) 에 펄스 전압을 인가할 수도 있다.
전기 침투류 펌프 (10A) 에서 구동 액체가 전기 침투재 (16) 의 구멍 (30) 을 통하여 입구측 체임버 (26) 에 공급된다. 직류 전원 (34) 으로부터 각 전극 (18, 20) 에 직류 전압을 인가하면, 전기 침투재 (16) 내의 상기 구동 액체가 입구측 전극 (18) 으로부터 출구측 전극 (20) 방향으로 이동하고, 구멍 (32) 을 통하여 출구측 체임버 (28) 로 배출된다.
또, 전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 출구측 체임버 (28) 에 버블 격리 부재 (하류측 액체 통과 부재) (40) 가 출구측 전극 (20) 보다 하류측에 배치되고, 출구측 전극 (20) 근방에 있어서의 펌프 용기 (12) 의 측부에는 가스 배출 부재 (하류측 가스 배출 부재) (42) 가 배치 형성되어 있고, 입구측 전극 (18) 근방에 있어서의 펌프 용기 (12) 의 측부에는 가스 배출 부재 (상류측 가스 배출 부재) (44) 가 배치 형성되어 있다.
버블 격리 부재 (40) 는, 예를 들어, 유리 섬유나 친수성 나일론 (등록상표) 등의 폴리아미드계 합성 고분자 재료로 이루어지는 친수성을 갖는 막을 포함한다. 버블 격리 부재 (40) 는, 전기 침투재 (16) 로부터 구멍 (32) 을 통하여 하류측으로 배출된 구동 액체를 통과시킬 수 있는 한편, 출구측 체임버 (28) 내의 가스나 이물질의 통과를 저지한다. 또, 가스 배출 부재 (42) 는, 4불화에틸렌 수지 (PTFE) 등의 소수성 또한 가스 투과성을 갖는 막이나 시트로 이루어지고, 출구측 체임버 (28) 내의 가스를 외부로 배출한다. 또한, 가스 배출 부재 (44) 는, 가스 배출 부재 (42) 와 동일한 소수성 또한 가스 투과성을 갖는 막으로 이루어지고, 입구측 체임버 (26) 내의 가스를 외부로 배출한다.
전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 전기 침투재 (16) 에 전해질 용액 (수용액) 등의 구동 액체가 침투한 상태에서, 직류 전원 (34) 으로부터 각 전극 (18, 20) 에 직류 전압을 인가하면, 상기 구동 액체의 각 전극 (18, 20) 근방에 있어서의 전기 화학 반응에 의해, 출구측 전극 (20) 근방에서는 수소 가스가 발생하고, 한편으로, 입구측 전극 (18) 근방에서는 산소 가스가 발생한다. 예를 들어, 전극 (18, 20) 간을 흐르는 전류가 1[mA] 이면, 수소 가스의 발생량은 7.86[μL/min] 가 되고, 산소 가스의 발생량은 3.93[μL/min] 가 된다.
여기서, 상기 수용액 (혹은 물) 의 온도가 20[℃] 에 있어서의 산소 가스의 용해도는 0.031 이고, 수소 가스의 용해도는 0.018 이므로, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 구동시에 있어서의 상기 수용액에 대한 산소 가스 및 수소 가스의 용해량이 0 인 경우에서도, 상기 수용액 유량에 대한 가스 발생량 (1 기압에 있어서의 체적) 의 비율이 3.1[％] (산소) 및 1.8[％] (수소) 를 초과하면, 상기 수용액 중의 가스 농도가 용해도를 초과하고, 그 결과, 입구측 전극 (18) 근방의 입구측 체임버 (26) 에 산소 가스의 버블이 발생하고, 한편으로, 전극 (20) 근방의 출구측 체임버 (28) 에 수소 가스의 버블이 발생한다. 보다 구체적인 수치는 다음과 같다. 펌프 유량이 100[μL/min] 이면, 상기 입구측 전극 (18) 에서는, 790[μA] 이상의 전류가 흐르면 산소 가스의 버블이 발생하고, 한편으로, 상기 출구측 전극 (20) 에서는, 229[μA] 이상의 전류가 흐르면 수소 가스의 버블이 발생한다.
이러한 버블이 전극 (18, 20) 이나 전기 침투재 (16) 의 표면에 부착되면, 전기 침투재 (16) 에 대한 수용액의 공급이나 배출이 방해되고, 또한 전기 침투재 (16) 주변의 전계 분포가 변형되고, 그 결과, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 펌프 성능이 저하된다. 또, 상기 버블이 유로 (14) 의 하류측으로 흐르면, 상기 하류측에 접속된 도시하지 않는 마이크로 유체 칩 등의 각종 유체 기기에 상기 버블이 유입된다. 따라서, 그 전기 침투류 펌프 (10A) 에 의한 상기 유체 기기 내부의 미소 유체의 적절한 구동 제어를 실시할 수 없거나, 혹은, 하류측에서의 각종 센서 의 동작에 악영향을 미칠 수 있다.
전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 버블 격리 부재 (40) 의 최저 버블 포인트와 가스 배출 부재 (42, 44) 의 최저 워터 브레이크 스루 포인트를, 상기 수용액의 구동 압력과 비교하여 충분히 크게 설정하고 있다. 상기 최저 버블 포인트란, 상기 수용액으로 젖은 버블 격리 부재 (40) 에 대하여 전술한 버블 (상기 수소 가스 또는 상기 산소 가스) 이 빠져나가기 위하여 필요한 최저 압력치이다. 상기 버블은, 취급하는 구동 액체의 종류에 따라 상기 수소 가스 또는 상기 산소 가스와 상이해지는 것은 물론이다. 또, 최저 워터 브레이크 스루 포인트란, 각 체임버 (26, 28) 로부터 가스 배출 부재 (42, 44) 를 통하여 외부에 상기 수용액이 누출되기 위하여 필요한 최저 압력치이다.
이 경우, 펌프 운전시에는, 출구측 체임버 (28) 내의 압력은, 외부와 비교하여 수 [kPa] 내지 수백 [kPa] 정도의 차압 (정압) 을 발생시키고 있다. 이 때문에, 출구측 체임버 (28) 내에 축적된 버블은 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 전기 침투류 펌프 (10A) 의 외부로 배출된다. 한편, 버블 격리 부재 (40) 를 상기 수용액이 통과할 때에 약간의 압력 손실이 발생하는데, 그 유로 저항을 적절히 설정함으로써, 상기 압력 손실을 억제할 수 있다.
이로써, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 하류측에 전술한 버블을 통과시키지 않고, 가스 배출 부재 (42, 44) 로부터 펌프 외부로 배출할 수 있게 된다.
그리고, 버블 격리 부재 (40) 에서는, 펌프 운전시의 출구측 압력과 그 최저 버블 포인트 및 유로 저항의 관계에 있어서, (1) 최저 버블 포인트가 전기 침투재 (16) 로부터 배출되는 수용액의 최대 압력 (전기 침투류 펌프 (10A) 의 출구측 최대 압력) 보다 클 것 (최저 버블 포인트 > 수용액의 최대 압력), (2) 상기 수용액의 최대 유량에 있어서의 버블 격리 부재 (40) 에서의 압력 손실이 전기 침투재 (16) 로부터 배출되는 수용액의 최대 압력과 비교하여 충분히 작을 것 (수용액의 압력 손실 ≪ 수용액의 최대 압력) 의 두 가지 조건을 만족하도록 설계한다.
여기서, 구체적인 구성예를 나타낸다.
버블 격리 부재 (40) 로서 친수성 나일론 (등록상표) 의 막 (구멍 직경 : 0.2[㎛], 막두께 : 127[㎛]) 을 사용한다. 버블 격리 부재 (40) 의 최저 버블 포인트는, 340[kPa], 상기 수용액의 통과량은, 170[μl/(min·㎠·kPa)] 이다. 가스 배출 부재 (42, 44) 로서 PTFE 막 (구멍 직경 : 0.2[㎛], 막두께 : 139[㎛]) 을 사용한다. 그 워터 브레이크 스루 포인트는 280[kPa], 가스 통과량은 28[㎖/(min·㎠·kPa)] 이다.
다음으로, 버블 격리 부재 (40) 에 의한 상기 수용액의 압력 손실 및 수소 가스의 배출에 필요한 가스 배출 부재 (42) 의 단면적에 대하여 구체적으로 설명한다.
여기서, 전기 침투재 (16) 의 직경을 7[㎜], 상기 수용액의 유량을 200[μL/min], 수소 가스의 발생량을 100[μL/min], 또한 출구측 체임버 (28) 내의 압력을 50[kPa] 로 가정하면, 버블 격리 부재 (40) 에 의한 상기 수용액의 압력 손실은 3[kPa] 가 되고, 한편으로, 가스 배출 부재 (42) 의 단면적은 0.007[㎟] 가 된다.
이와 같이, 버블 격리 부재 (40) 에 있어서의 상기 수용액의 압력 손실은 수 [kPa] 정도로서, 전기 침투류 펌프의 일반적인 펌프 특성으로부터 생각해도 특별히 문제가 없는 수치이다.
또, 가스 배출 부재 (42) 는, 0.007[㎟] 정도의 통과 단면적으로 수소 가스를 외부로 배출할 수 있다. 이 단면적이 작으면, 전기 침투류 펌프 (10A) 내부로부터의 수용액의 증발에 의한 손실을 억제할 수 있다. 상기 서술한 구체예에서는, 버블 격리 부재 (40) 및 가스 배출 부재 (42) 의 두께는 모두 150[㎛] 정도 이하이므로, 이들 부재를 증설해도 전기 침투류 펌프 (10A) 의 사이즈는 거의 변화하지 않는다.
또한, 버블 격리 부재 (40) 와 전기 침투재 (16) 와 펌프 용기 (12) 의 내벽에 의해 형성된 공간 (출력측 체임버 (28)) 의 직경이 2 ∼ 3[㎜] 정도 이하가 되면, 상기 수용액에 작용하는 힘은, 중력보다 표면 장력이 지배적이 된다. 이로써, 전기 침투류 펌프 (10A) 는, 어떠한 자세가 되어도 상기 중력의 영향을 받지 않는 오리엔테이션 프리 상태로 할 수 있다.
또한, 버블 격리 부재 (40) 는, 전기 침투류 펌프 (10A) 나 마이크로 유체 칩을 포함하는 계통의 하류측에 있어서의 상기 수용액의 압력이 저하되었을 때에, 외부로부터 가스 배출 부재 (42, 44) 를 통하여 입구측 체임버 (26) 나 출구측 체임버 (28) 에 에어가 역류하는 것을 방지하거나, 전기 침투류 펌프 (10A) 에 유입된 이물질을 하류측으로 배출하는 것을 방지하는 역할을 한다.
전기 침투류 펌프 (10A) 는, 전술한 바와 같이, 도시하지 않는 마이크로 유체 칩이나 소형 일렉트로닉스 기기에 탑재할 수 있는 소형 펌프이다. 입구측 체임버 (26) 의 내경은 수 [㎜] 정도 이하이다. 그 때문에, 유로 (14) 를 유통하는 전해질 용액에는 표면 장력에 의한 힘이 크게 작용하므로, 단순히 전기 침투류 펌프 (10A) 의 입구측 (도 1 의 우측) 에 상기 전해질 용액의 공급 라인을 접속하거나, 혹은, 미리 전해질 용액이 충전된 카트리지나 탱크를 접속한 것만으로는, 상기 전해질 용액의 공급시에 입구측 체임버 (26) 에 에어가 남아, 전기 침투류 펌프 (10A) 를 정상적으로 기동할 수 없는 것이 상정된다.
그래서, 전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 입구측 체임버 (26) 에 자체 충전 기구 (50) 를 배치 형성하고 있다. 이 자체 충전 기구 (50) 는, 선단부가 입구측 전극 (18) 을 통하여 전기 침투재 (16) 에 접촉하는 액체 인입 부재 (자체 충전부) (52) 와, 그 액체 인입 부재 (52) 측부를 둘러싸는 서라운딩 부재 (54) 와 펌프 용기 (12) 의 내벽 사이에서 형성된 에어 배출 패스 (에어 배출부) (56) 로 구성된다.
액체 인입 부재 (52) 는, 전해질 용액에 대한 투과 성능이 큰 다공질 세라믹스나 유리 섬유 등의 친수성 재료로 이루어진다. 또, 펌프 용기 (12) 와 동일한 재료로 이루어지는 서라운딩 부재 (54) 는, 액체 인입 부재 (52) 가 유리 섬유로 이루어지는 경우, 그 유리 섬유의 형상이 무너지지 않게 하기 위한 측벽으로서 작용한다. 서라운딩 부재 (54) 는 그 액체 인입 부재 (52) 가 다공질 세라믹과 같이 펌프 용기 (12) 내에 배치되어도 형상이 무너지지 않는 재료라면 불필요하다.
에어 배출 패스 (56) 는, 액체 인입 부재 (52) 와 비교하여 상기 전해질 용액의 침투 압력이 작은 통로로서 구성된다. 에어 배출 패스 (56) 는, 단순한 가스 배출 통로이어도 되고, 보다 침투성이 낮은 친수성 재료나 소수성을 갖는 재료를 충전해도 상관없다.
자체 충전 기구 (50) 에서는, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 기동시에, 외부로부터 액체 인입 부재 (52) 에 구동 액체를 공급한다. 이로써, 공급된 상기 구동 액체는, 액체 인입 부재 (52) 내를 침투하여 전극 (18) 을 통하여 그 액체 인입 부재 (52) 에 접촉하는 전기 침투재 (16) 의 표면을 적신다. 이 결과, 상기 구동 액체는 모세관 현상에 의해 그 전기 침투재 (16) 의 내부에 자발적으로 침투하고, 출구측 체임버 (28) 측의 출구측 전극 (20) 표면에까지 침투한다. 이로써, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 기동 준비가 완료된다.
그리고, 자체 충전 기구 (50) 는, (1) 전기 침투재 (16) 표면을 상기 구동 액체로 적실 수 있을 것, (2) 입구측 체임버 (26) 내부의 에어를 외부로 배출할 수 있을 것, (3) (1) 및 (2) 에 필요로 하는 시간을 전기 침투류 펌프 (10A) 에 요구되는 기동 시간 이내로 할 것의 세 가지 조건을 만족하는 것이 필요하다.
도 2 는 자체 충전 기구 (50) 로부터 전기 침투재 (16) 에 대한 구동 액체의 공급 원리를 설명하기 위한 개략 단면도이다. 도 2 에서 펌프 용기 (12), 입구측 전극 (18), 출구측 전극 (20) 및 서라운딩 부재 (54) 의 도시를 생략한 것이다. 액체 인입 부재 (52) 및 에어 배출 패스 (56) 의 기단 부분이, 구동 액체로서의 전해질 용액 (60) 으로 채워진 용기 (62) 내에 침지되어 있는 경우에 대하여 설명한다.
액체 인입 부재 (52) 및 에어 배출 패스 (56) 를 구성하는 다공질 매체에 있 어서의 전해질 용액 (60) 의 침투 특성은, 상기 다공질 매체의 표면 에너지 γSO, 다공질 매체와 전해질 용액 (60) 의 계면에 있어서의 표면 에너지 γSL, 전해질 용액 (60) 의 표면 에너지 γ 및 상기 다공질 매체의 내부 표면적에 의해 결정된다. 여기에서는, 상기 다공질 매체에 있어서, 전해질 용액 (60) 의 액면으로부터 전기 침투재 (16) 를 향하는 방향에 복수의 구멍 (직경 D) 이 일정한 밀도로 형성되어 있다고 하면, 액체 인입 부재 (52) 에 있어서의 전해질 용액 (60) 의 침투 압력 P 는, 단위 길이당의 표면 에너지의 감소량에 의해 정해지고, (2) 식으로 주어진다.
P = 4γ × (γSL - γSO)/D = 4γcosθ/D (2)
여기서, cosθ = (γSL - γSO) 이다.
물 (전해질 용액) 의 표면 장력을 γ = 73[mN/m] 으로 하고, D = 10[㎛] 로 하고, θ = 0 으로 하면, 그 침투 압력 P 는 28[kPa] 정도가 된다. 또, D = 100㎛ 로 하면, P = 3[kPa] 가 된다.
도 2 에 있어서, 입구측 체임버 (26) (도 1 참조) 에 배치된 액체 인입 부재 (52) 를 D = 10[㎛] 의 구멍을 갖는 다공질체로 구성하고, 한편으로, 에어 배출 패스 (56) 를 D = 100[㎛] 의 구멍을 갖는 다공질체로 구성하여, 이들 다공질체의 하부를 전해질 용액 (60) 으로 충전된 용기 (62) 에 침지한다.
이 경우, 액체 인입 부재 (52) 및 에어 배출 패스 (56) 에는 전해질 용액 (60) 이 상방을 향하여 침투하고, 침투에 의해 액체 인입 부재 (52) 및 에어 배출 패스 (56) 내의 압력이 상승한다. 그런데, 액체 인입 부재 (52) 의 침투 압력 (28[kPa]) 과 에어 배출 패스 (56) 의 침투 압력 (3[kPa]) 의 차이에 의해, 액체 인입 부재 (52) 를 침투하는 전해질 용액 (60) 이, 에어 배출 패스 (56) 내를 침투하는 전해질 용액 (60) 을 에어를 통하여 압출하는 형태가 되고, 먼저 전기 침투재 (16) 의 표면에 도달한다. 결과적으로, 에어 배출 패스 (56) 에는 전기 침투재 (16) 표면 근방의 에어가 유입되어, 에어 배출 패스 (56) 내부의 압력은 3kPa 정도의 정압이 된다.
따라서, 자체 충전 기구 (50) 에서는, 자체 충전 성능 및 에어 배출의 관점에서, (1) 침투 압력 (P) 이 큰 액체 인입 부재 (52) 에 의해 전기 침투재 (16) 에 있어서의 입구측 체임버 (26) 측의 표면에 전해질 용액 (60) 이 도달할 것, (2) 미리 입구측 체임버 (26) 내부에 존재하는 에어를 침투 압력 (P, 3[kPa]) 이 작은 에어 배출 패스 (56) 로부터 입구측 체임버 (26) 외부로 배출할 것, (3) 에어 배출 패스 (56) 내부를 작은 침투 압력 P (3[kPa]) 로 정해지는 정압이 가해진 상태로 할 것의 세 가지 조건을 겸비하고 있다.
이 경우, (1) 에 의해 전기 침투재 (16) 에 전해질 용액 (60) 을 공급할 수 있게 되고, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 운전 개시시에 전기 침투재 (16) 표면에 대하여 계속적으로 전해질 용액 (60) 을 공급할 수 있다. 또, (2) 에 의해 입구측 체임버 (26) 내부의 에어로 전해질 용액 (60) 의 침투가 저지되지 않고 전기 침투재 (16) 표면을 적실 수 있다. 또한, (3) 에 의해 입구측 체임버 (26) 에서 발생하는 가스 (전극 (18) 근방에서 발생하는 산소 가스를 포함한다) 를 펌프 용기 (12) 외부로 배출하기 위하여 필요한 압력을 자체 충전 기구 (50) 에 의해 만들어 낼 수 있게 되고, 전극 (18) 에서 발생한 산소 가스를 가스 배출 부재 (44) 보다 외부로 배출하기 위하여 필요한 압력을 자체 충전시에 만들어 낼 수 있다.
전기 침투류 펌프 (10A) 의 기동시에 있어서의 자체 충전 기구 (50) 의 동작 속도에 대하여 설명하면 다음과 같다. 전기 침투재 (16) 의 입구측 체임버 (26) 측의 표면이 전해질 용액 (60) 으로 젖을 때까지의 시간이 그 기준이 된다.
여기서, 모세관으로서의 액체 인입 부재 (52) 내의 전해질 용액 (60) 의 운동은, 표면 장력에 의한 구동력 F (F = 2πRγcosθ, R : 액체 인입 부재 (52) 의 직경), 상기 모세관 내의 점성 마찰항 및 중력에 의해 발생하는 압력에 의해 정해진다. 상기 모세관 중의 침투 거리가 작은 경우나 수평으로 놓인 경우 등, 중력에 의한 압력항이 표면 장력에 의한 구동력과 비교하여 충분히 작은 경우 (즉, 침투 압력을 충분히 크게 설계한 경우) 에는, 중력의 항을 무시할 수 있으므로, 액체 인입 부재 (52) 의 내부에 있어서의 전해질 용액 (60) 의 이동 거리 Z 와 이동 시간 t 의 관계는 (3) 식으로 주어진다.
Z2 = γRcosθ × t/(2η) (3)
여기서, t 는 액체 인입 부재 (52) 의 내부에 있어서의 전해질 용액 (60) 의 이동 시간이고, η 는 액체 인입 부재 (52) 의 점성 계수이다.
(3) 식에 있어서, Z = 20[㎜] (전기 침투류 펌프 (10A) 의 상류측의 접속구부터 전기 침투재 (16) 표면까지의 거리로 한다), γ = 73[mN/m], R = 10[㎛], θ = 0, η = 0.001[Pa·s] 로 하면, t ≒ 1[s] 가 된다. 또, R 을 작게 하면 t 가 길어지므로, 자체 충전 기구 (50) 의 동작 속도와 액체 인입 부재 (52) 의 침투 압력 사이에는 트레이드 오프가 필요하다.
제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) 는, 이상과 같이 구성되는 것이고, 다음으로, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 작용 효과에 대하여, 도 1 및 도 2 를 참조하면서 설명한다.
먼저, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 상류측과 도시하지 않는 탱크 또는 카트리지를 접속하고, 상기 탱크 또는 상기 카트리지로부터 자체 충전 기구 (50) 에 전해질 용액 (60) 을 공급한다. 이 경우, 액체 인입 부재 (52) 의 상류측은 펌프 용기 (12) 보다 돌출되어 있으므로, 상기 탱크 또는 상기 카트리지와 전기 침투류 펌프 (10A) 의 상류측을 연결하였을 때에, 액체 인입 부재 (52) 의 상류측은, 상기 탱크 또는 상기 카트리지의 전해질 용액 (60) 에 침지된다.
이로써, 전해질 용액 (60) 은 액체 인입 부재 (52) 의 내부에 침투하여, 그 액체 인입 부재 (52) 의 하류측으로 진행됨과 함께, 에어 배출 패스 (56) 에도 진입한다. 액체 인입 부재 (52) 내부의 전해질 용액 (60) 이, 에어 배출 패스 (56) 내를 진행하는 전해질 용액 (60) 보다 먼저 전극 (18) 표면에 도달하면, 액체 인입 부재 (52) 내의 전해질 용액 (60) 은, 그 전극 (18) 의 구멍 (30) 을 통하여 전기 침투재 (16) 에 침투한다. 동시에, 전해질 용액 (60) 에 의해 입구측 체임버 (26) 의 압력이 상승한다. 이 경우, 액체 인입 부재 (52) 의 침투 압력이 에어 배출 패스 (56) 의 침투 압력보다 높게 설정되어 있으므로, 전극 (18) 근방의 에어가 에어 배출 패스 (56) 에 진입하고, 그 에어 배출 패스 (56) 내의 전해질 용액 (60) 을 압출하면서 외부로 배출되고, 혹은, 가스 배출 부재 (44) 를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 전기 침투재 (16) 에 침투한 전해질 용액 (60) 은, 입구측 전극 (18) 측으로부터 출구측 전극 (20) 측으로 신속하게 침투하고, 그 전기 침투재 (16) 내부에서는, 전해질 용액 (60) 으로 충전된다.
이러한 상태에서, 직류 전원 (34) 으로부터 각 전극 (18, 20) 에 직류 전압을 인가하면, 각 전극 (18, 20) 간에 형성되는 전계에 기초하여 전기 침투재 (16) 내의 전해질 용액 (60) 이 전극 (20) 측으로 이동하고, 전극 (20) 의 구멍 (32) 을 통하여 출구측 체임버 (28) 로 배출된다.
출구측 체임버 (28) 로 배출된 전해질 용액 (60) 은, 버블 격리 부재 (40) 를 통하여 유로 (14) 의 하류측에 접속된 도시하지 않는 마이크로 유체 칩 등의 유체 기기에 공급된다.
상기 직류 전압을 인가하였을 때에, 전기 화학 반응에 의해 전극 (18) 근방에서 생성된 산소 가스의 버블은, 가스 배출 부재 (44) 를 통하여 외부로 배출되고, 한편으로, 전극 (20) 근방에서 생성된 수소 가스의 버블은, 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 외부로 배출된다.
도 1 에서는, 액체 인입 부재 (52) 의 상류측이 펌프 용기 (12) 보다 돌출되어 있으나, 액체 인입 부재 (52) 및 펌프 용기 (12) 의 상류측이 동일 위치이어도, 그 액체 인입 부재 (52) 의 상류측이 그 펌프 용기 (12) 의 내방이어도, 상기한 탱 크 또는 카트리지로부터 전해질 용액 (60) 을 공급할 수 있는 것은 물론이다.
제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) 는, 직류 전압의 인가에 의해 출구측 전극 (20) 근방에 수소 가스가 생성되어도, 전기 침투재 (16) 의 하류측에 배치된 버블 격리 부재 (40) 가 구동 액체나 전해질 용액 (60) 을 통과시키는 한편, 상기 수소 가스의 통과를 저지한다. 이로써, 하류측에 접속된 마이크로 유체 칩 등의 각종 유체 기기에 상기 수소 가스가 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 유체 기기 내를 통과하는 액체의 위치 제어를 전기 침투류 펌프 (10A) 에 의해 정확하게 실시할 수 있게 된다.
출구측 전극 (20) 근방에서 발생한 수소 가스를 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 외부로 배출하므로, 전기 침투류 펌프 (10A) 를 장시간 운전하였을 때에, 출구측 전극 (20) 이나 전기 침투재 (16) 에 대한 버블의 부착에 의한 펌프 성능의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 입구측 전극 (18) 근방에서 생성된 산소 가스의 일부가, 전기 침투재 (16) 를 통과해도, 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 외부로 배출할 수 있다.
가스 배출 부재 (44) 를 배치함으로써, 전기 침투재 (16) 및 입구측 전극 (18) 의 상류측에 있어서의 산소 가스의 부착을 저지할 수 있어, 전기 침투류 펌프 (10) 의 펌프 성능의 열화를 억제할 수 있다.
자체 충전 기구 (50) 의 액체 인입 부재 (52) 와 전기 침투재 (16) 가 접촉되어 있으므로, 외부로부터 액체 인입 부재 (52) 에 전해질 용액 (60) 을 충전하면, 충전된 전해질 용액 (60) 이 액체 인입 부재 (52) 로부터 전기 침투재 (16) 의 내부에 신속하게 침투한다. 이 상태에서, 상기 직류 전압을 전극 (18, 20) 에 인가하면, 전기 침투재 (16) 로부터 유로 (14) 의 하류측에 구동 액체나 전해질 용액 (60) 을 확실하게 배출할 수 있게 된다. 이 결과, 입구측 전극 (18) 근방에 에어가 존재하는 경우이어도, 전기 침투류 펌프 (10A) 의 자체 충전성을 확보할 수 있다.
상기한 설명에서는, 액체 인입 부재 (52) 는, 전기 침투재 (16) 와 접촉하는 것이 구동 액체 (전해질 용액 (60)) 의 자체 충전 관점에서 바람직하다. 전해질 용액 (60) 에 대한 입구측 전극 (18) 의 젖음성이 양호하면, 입구측 전극 (18) 을 개재시키는 형태로 전기 침투재 (16) 와 액체 인입 부재 (52) 를 접촉시키는 것, 즉, 액체 인입 부재 (52) 와 입구측 전극 (18) 을 접촉시키는 것도 가능하다. 또한, 액체 인입 부재 (52) 에 대하여 전기 침투재 (16) 및 입구측 전극 (18) 을 접촉시킬 수도 있다.
또한, 버블 격리 부재 (40) 를 친수성 재료로 구성하고, 버블 격리 부재 (40) 를 가스가 통과하기 위하여 필요한 가스압 (최저 버블 포인트) 을 1[kPa] 이상으로 하고, 또한 버블 격리 부재 (40) 에 있어서의 유로 (14) 의 축선 방향을 따른 두께를 3[㎜] 이하로 함으로써, 본 실시형태의 대상으로 하는 펌프 특성 (치수나 압력 특성) 에 비추어, 실제적인 방법으로서, 전극 (20) 근방에서 발생하는 수소 가스의 유로 (14) 하류측에 대한 유출을 저지할 수 있다.
또한, 가스 배출 부재 (42) 를 소수성 재료로 구성하고, 그 가스 배출 부재 (42) 에 대한 구동 액체의 통과 압력을 상기 구동 액체의 운전시 최대 압력보다 크 게 설정하고, 유로 (14) 에 있어서의 가스의 통과 방향을 따른 가스 배출 부재 (42) 의 두께를 3[㎜] 이하로 함으로써, 전극 (20) 근방에서 발생하는 수소 가스의 배출을 효율적으로 실시할 수 있다.
상기 서술한 제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 구동 액체로서 전해질 용액 (60) 을 주로 설명하였다. 그러나, 다른 액체를 구동 액체로서 사용할 수 있다. 이 경우, 직류 전압을 전극 (18, 20) 에 인가하면, 그 전극 (18, 20) 근방에는, 상기 다른 액체에 특유의 가스 성분의 버블이 발생한다.
또, 전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 전극 (18, 20) 의 형상으로서 구멍 (30, 32) 이 형성된 전극으로 하고 있다. 그러나, 와이어 형상의 전극이나 다공질체의 표면에 금속을 증착하여 구성된 전극을 사용할 수도 있다. 또한, 상기한 전극 (18, 20) 은, 백금이나 카본이나 은 등의 도전성 재료로 구성하면 바람직하다.
또한, 전극 (18, 20) 에서는, 전극 (18) 을 양극으로 하고, 전극 (20) 을 음극으로 하고 있다. 그러나, 이것은 전기 침투재 (16) 가 음로 대전되는 경우를 상정했기 때문이고, 그 전기 침투재 (16) 가 양으로 대전되는 경우에는, 전극 (18) 을 음극으로 하고, 전극 (20) 을 양극으로 해도 상기 서술한 작용 효과가 얻어질 수 있다.
비록, 전극 (18, 20) 에 대하여 직류 전압을 인가하고 있으나, 펄스 전압을 인가해도 되는 것은 물론이다.
또한, 전기 침투류 펌프 (10A) 에서는, 펌프 용기 (12) 가 상류측으로부터 대경 부분 (22) 및 소경 부분 (24) 의 순서로 형성되어 있다. 그러나, 그 펌프 용기 (12) 의 형상은, 상기 서술한 형상으로 한정되는 것은 아니다. 펌프 용기 (12) 를 전체적으로 스트레이트 형상으로 하거나, 혹은, 상류측으로부터 소경 부분 및 대경 부분의 순서로 구성할 수도 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10B) 에 대하여, 도 3 ∼ 도 5 를 참조하면서 설명한다. 또한, 도 1 및 도 2 에 나타낸 제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) 의 각 구성 요소와 동일한 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙여 설명하고, 이하 동일하게 한다.
제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10B) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 버블 격리 부재 (40) 가 출구측 체임버 (28) 에 배치되고, 가스 배출 부재 (42, 44) 및 자체 충전 기구 (50) 가 배치 형성되어 있지 않은 점에서, 제 1 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A) (도 1 및 도 2 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10B) 는, 입구측 체임버 (26) 에 있어서 가스 발생에 대한 대책 및 상류측의 입구 직경이 충분히 큰 경우 (예를 들어, 5㎜ 이상) 로서, 단시간 운전해도 출구측 체임버 (28) 에 있어서의 수소 가스의 발생이 그렇게 현저해지지 않는 경우에 사용된다.
전기 침투류 펌프 (10B) 에서는, 출구측 체임버 (28) 에 버블 격리 부재 (40) 를 배치함으로써, 유로 (14) 의 하류측에 접속된 각종 유체 기기에 대한 버블의 유입을 회피할 수 있다. 이 경우, 출구측 체임버 (28) 내부에 버블이 축적되게 되는데, 전기 침투류 펌프 (10B) 의 운전 시간이 짧고 또한 가스의 발생량이 적은 경우에는, 상기 가스가 펌프 동작에 큰 영향을 미치는 일은 없다. 또한, 버블 격리 부재 (40) 는, 상기한 버블 이외의 이물질을 각종 유체 기기에 유입하는 것을 방지하는 효과도 나타낸다. 이와 같이, 전기 침투류 펌프 (10B) 에서는, 보다 적은 구성 요소로 하류측에 대한 버블이나 이물질의 배출을 방지할 수 있으므로, 보다 저비용으로 장치를 제조할 수 있다.
또한, 출구측 체임버 (28) 의 용적을 예측되는 버블 발생량과 비교하여 크게 함으로써, 전기 침투류 펌프 (10B) 를 확실하게 동작시킬 수 있는 것은 물론이다. 또, 전기 침투류 펌프 (10B) 에서는, 직류 전압을 전극 (18, 20) 에 인가해도, 그 전극 (18, 20) 근방으로부터 가스가 현저하게 발생하지 않는 전기 전도도가 낮은 구동 액체를 유로 (14) 에 흐르게 할 수도 있다. 구동 액체는 알코올이나 유기 용매일 수 있다.
또, 전기 침투류 펌프 (10B) 에서는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 을 별체로 하고, 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 에서 버블 격리 부재 (40) 를 사이에 둔 상태에서 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 을 끼워맞추게 하면 바람직하다. 이 경우, 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 의 끼워맞춤 부분에 도시하지 않는 소수성의 패킹, 시트 또는 O 링 등을 개재 삽입시키면, 그 끼워맞춤 부분으로부터의 전해질 용액의 누출을 방지할 수 있다.
또, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 을 별체로 하고, 그 대경 부분 (22) 또는 소경 부분 (24) 에 대하여 버블 격리 부재 (40) 를 고착시킨 상태에서, 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (24) 을 용착 또는 접착 시켜도 바람직하다.
상기 서술한 전기 침투류 펌프 (10B) 에서는, 펌프 용기 (12) 가 상류측으로부터 소경 부분 (70), 소경 부분 (24) 및 대경 부분 (22) 의 순서로 형성되어 있다. 그러나, 그 펌프 용기 (12) 의 형상은, 상기 서술한 형상으로 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 제 3 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10C) 에 대하여, 도 6 을 참조하면서 설명한다.
제 3 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10C) 는, 입구측 체임버 (26) 에 있어서의 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (70) 이 버블 격리 부재 (상류측 액체 통과 부재) (72) 로 나누어져 있는 점에서, 제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10B) (도 3 참조) 와는 상이하다.
버블 격리 부재 (72) 는, 버블 격리 부재 (40) 와 거의 동일한 구성을 갖고, 입구측 전극 (18) 근방에 있어서의 가스 발생 및 출구측 전극 (20) 근방에 있어서의 가스 발생이 현저하지 않고, 전기 침투류 펌프 (10C) 의 운전 시간이 단시간인 경우에 사용된다.
전기 침투류 펌프 (10C) 에서는, 제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10B) (도 3 참조) 의 작용 효과에 더하여, 유로 (14) 의 상류측으로부터 전기 침투류 펌프 (10C) 에 이물질이나 버블이 유입되어도, 버블 격리 부재 (72) 에 있어서, 상기 이물질이나 상기 버블의 입구측 체임버 (26) 내부로의 유입을 저지한다. 그 결과, 전기 침투류 펌프 (10C) 의 펌프 성능을 확보할 수 있게 된다.
다음으로, 제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10D) 에 대하여, 도 7 ∼ 도 14 를 참조하면서 설명한다.
제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10D) 는, 출구측 전극 (20) 근방의 펌프 용기 (12) 의 측부에 가스 배출 부재 (42) 가 배치 형성되어 있는 점에서, 제 2 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10B) (도 3 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10D) 는, 입구측 체임버 (26) 에 있어서 가스의 발생이 큰 문제가 되지 않는 경우나, 상기 가스의 발생이 있어도 버블이 자중에 의해 입구측 체임버 (26) 보다 외부로 배출할 수 있는 경우에 사용된다. 이 경우, 전기 침투류 펌프 (10D) 의 상류측에는, 구동 액체를 유로 (14) 에 공급하는 수용기가 접속할 수 있다.
전기 침투류 펌프 (10D) 에서는, 전극 (20) 근방에 있어서 가스가 대량으로 발생해도, 그 가스를 가스 배출 부재 (42) 보다 외부로 배출할 수 있다. 따라서, 유로 (14) 의 하류측에 대한 버블의 배출을 저지함과 함께, 전기 침투류 펌프 (10D) 의 장기 운전을 계속할 수 있다.
또, 전기 침투류 펌프 (10D) 에서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 펌프 용기 (12) 에 있어서의 출구측 체임버 (28) 의 측부에 외부와 연통하는 복수의 구멍 (74) 을 형성한다. 또, 그 펌프 용기 (12) 상에서 각 구멍 (74) 을 폐색하도록 가스 배출 부재 (42) 를 배치 형성해도 상관없다.
이 경우, 구멍 (74) 은 도 9 및 도 10 에 나타내는 바와 같이, 펌프 용기 (12) 의 원주 방향을 따라 등간격으로 형성하면, 전기 침투류 펌프 (10D) 를 어떠 한 자세로 배치해도 출구측 체임버 (28) 내부의 가스를 구멍 (74) 및 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 확실하게 외부로 배출할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 도 9 는 펌프 용기 (12) 의 측부에 90[˚] 간격으로 4 개의 구멍 (74) 을 형성한 경우를 나타내고, 도 10 은 펌프 용기 (12) 의 측부에 60[˚] 간격으로 6 개의 구멍 (74) 을 형성한 경우를 나타내고 있다.
또, 가스 배출 부재 (42) 에 대해서도, 각 구멍 (74) 에 대응하여 복수개의 가스 배출 부재 (42) 로 각각 폐색해도 되고, 혹은, 펌프 용기 (12) 측부를 권회하여 각 구멍 (74) 을 폐색해도 된다.
또한, 도 7 및 도 8 에서는, 가스 배출 부재 (42) 를 소수성을 갖고 또한 가스를 통과시킬 수 있는 플라스틱 재료 (예를 들어, PTFE 로 이루어지는 가스 투과성의 열 수축 튜브) 로 구성하고 있다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 기계적 강도가 보다 큰 다공질 세라믹스의 블록을 사용해도 된다. 이 경우, 상기 다공질 세라믹스는, 구동 액체에 대하여 충분히 큰 최저 워터 브레이크 스루 포인트를 구비하도록 미리 소수성 처리를 실시한 후에, 펌프 용기 (12) 의 측부에 용착 또는 접착된다.
가스 배출 부재 (42) 에 대한 강성이 요구되지 않는 경우에는, 도 11 에 나타내는 다공질 세라믹스 블록 대신에, 도 12 에 나타내는 다공질재의 시트 또는 막을 사용해도 된다. 이 경우, 펌프 용기 (12) 의 내측에 상기 시트 또는 막을 배치하면, 펌프 용기 (12) 에 대한 상기 시트 또는 상기 막의 고착 강도를 확보할 수 있다.
버블 격리 부재 (40) 에 대해서도, 도 13 및 도 14 에 나타내는 바와 같이, 출구측 전극 (20) 과 접촉시키면, 버블 격리 부재 (40), 대경 부분 (22) 및 전극 (20) 으로 나누어진 공간은, 전극 (20) 근방에서 발생한 가스를 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 외부로 배출하기 위한 가스 배출 유로가 된다. 따라서, 상기 가스를 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 신속히 외부로 배출할 수 있게 된다. 출구측 전극 (20) 과 버블 격리 부재 (40) 가 접촉하고 있으므로, 전기 침투재 (16) 로부터 구멍 (32) 을 통하여 배출된 구동 액체를 그대로 버블 격리 부재 (40) 에 침투시켜, 유로 (14) 의 하류측에 접속된 각종 유체 기기에 공급할 수 있게 된다.
다음으로, 제 5 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10E) 에 대하여, 도 15 를 참조하면서 설명한다.
제 5 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10E) 는, 입구측 체임버 (26) 에 버블 격리 부재 (72) 가 배치되어 있는 점에서, 제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10D) (도 7 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10E) 는, 상기 서술한 제 3 및 제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10C, 10D) (도 6 및 도 7 참조) 와 동일한 작용 효과를 갖는다. 전기 침투류 펌프 (10E) 는 입구측 체임버 (26) 내부에서의 가스 발생이 문제가 되지 않는 경우에 사용되는 것이고, 유로 (14) 의 상류측으로부터의 이물질이나 버블의 유입을 버블 격리 부재 (72) 로 저지할 수 있다.
다음으로, 제 6 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10F) 에 대하여, 도 16 을 참조하면서 설명한다.
제 6 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10F) 는, 펌프 용기 (12) 에 있어서의 입구측 체임버 (26) 측의 측부에 가스 배출 부재 (44) 가 배치되어 있는 점에서, 제 5 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10E) (도 15 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10F) 는, 상기 서술한 제 1 및 제 5 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A, 10E) (도 1 및 도 15 참조) 와 동일한 작용 효과를 나타낸다. 전기 침투류 펌프 (10F) 는 입구측 전극 (18) 으로부터의 가스 발생 및 출구측 전극 (20) 으로부터의 가스 발생이 현저한 경우에 사용되는 것이다. 이 경우, 입구측 체임버 (26) 내의 압력이 전기 침투류 펌프 (10E) 의 외부 압력보다 높으면 (전기 침투류 펌프 (10) 의 내부 압력 > 외부 압력), 그 압력차에 의해 상기 가스를 가스 배출 부재 (44) 를 통하여 외부로 배출할 수 있게 된다.
다음으로, 제 7 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10G) 에 대하여, 도 17 ∼ 도 21 을 참조하면서 설명한다.
제 7 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10G) 는, 입구측 체임버 (26) 에 버블 격리 부재 (72) 대신에 자체 충전 기구 (50) 가 배치되어 있는 점에서, 제 6 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10F) (도 16 참조) 와는 상이하다. 또한, 전기 침투류 펌프 (10G) 에 있어서, 자체 충전 기구 (50) 는, 액체 인입 부재 (52) 와 에어 배출 패스 (56) 로 구성되어 있다.
전기 침투류 펌프 (10G) 는, 상기 서술한 제 1 및 제 6 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A, 10F) (도 1 및 도 16 참조) 와 동일한 작용 효과를 나타낸다. 전기 침투류 펌프 (10G) 는 입구측 전극 (18) 근방에서의 가스 발생 및 출구측 전극 (20) 근방에서의 가스 발생이 현저하고 또한 전기 침투재 (16) 에 대한 자체 충전 기능이 요구되는 경우에 사용된다.
이 경우, 침투 압력이 큰 액체 인입 부재 (52) 와 침투 압력이 작은 에어 배출 패스 (56) 를 조합함으로써, 이들 침투 압력에 의해 입구측 체임버 (26) 내부의 압력을 제어할 수 있다. 따라서, 전기 침투류 펌프 (10G) 의 외부로부터 입구측 체임버 (26) 에 대한 가압이 불필요해져, 입구측 체임버 (26) 내의 에어나 전극 (18) 근방에서 발생하는 가스를 효율적으로 외부로 배출할 수 있게 된다.
또, 도 17 에서는, 에어 배출 패스 (56) 를 단순한 공극으로 하고 있다. 하지만, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 액체 인입 부재 (52) 보다 낮은 침투 압력을 갖는 다공질 재료 (예를 들어, 유리 섬유) 로 구성해도 된다. 이 경우, 액체 인입 부재 (52) 에 있어서의 구동 액체의 침투력이, 에어 배출 패스 (56) 에 있어서의 상기 구동 액체의 침투력보다 크게 설정되어 있으므로, 액체 인입 부재 (52) 에 구동 액체가 공급되면, 그 구동 액체는 액체 인입 부재 (52) 내에 신속하게 침투하고, 또한 전극 (18) 의 구멍 (30) 을 통하여 전기 침투재 (16) 에 신속히 침투한다. 또한, 상기 다공질 재료는 소수성이어도 되고, 친수성이어도 된다.
또한, 에어 배출 패스 (56) 에 대하여, 도 18 에 나타내는 침투 압력이 낮은 재료 대신에, 도 19 에 나타내는 소수성을 갖고 또한 가스 투과성을 갖는 재료 (예를 들어, 플라스틱 섬유 재료) 로 구성해도 된다. 이 경우, 액체 인입 부재 (52) 에 구동 액체가 충전되면, 입구측 체임버 (26) 내부의 압력이 상승하고, 그 입구측 체임버 (26) 내부의 에어는, 에어 배출 패스 (56) 를 통하여 외부로 배출된다.
또한, 도 20 및 도 21 에 나타내는 바와 같이, 소경 부분 (70) 의 내벽과 접촉하도록 액체 인입 부재 (52) 를 배치하고, 그 액체 인입 부재 (52) 내부에 유로 (14) 의 축선 방향을 따라 복수의 에어 배출 패스 (56) 를 형성해도 된다. 이 경우, 에어 배출 패스 (56) 는 소수성을 갖고 또한 가스 투과성을 갖는 재료로 이루어진다. 이로써, 전기 침투류 펌프 (10G) 의 재기동시에 액체 인입 부재 (52) 내부가 국부적으로 건조되어 있으면, 건조 부분의 에어를 에어 배출 패스 (56) 를 통하여 외부로 배출할 수 있게 된다.
다음으로, 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) 에 대하여, 도 22 및 도 23 을 참조하면서 설명한다.
제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) 는, 액체 인입 부재 (52) 의 돌기 (76) 가 유로 (14) 의 상류측과 입구측 체임버 (26) 를 나누고 있는 점에서, 제 7 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10G) (도 17 참조) 와는 상이하다.
도 22 에서는, 액체 인입 부재 (52) 의 측부에 직경 방향으로 돌출되는 돌기 (76) 가 형성되고, 이 돌기 (76) 가 입구측 체임버 (26) 에 있어서의 대경 부분 (22) 과 소경 부분 (70) 을 나누고 있다. 한편, 도 23 은 소경 부분 (70) 의 내벽에 맞닿도록 돌기 (76) 가 돌출 형성되어 있다.
이 경우, 액체 인입 부재 (52) 및 돌기 (76) 는, 구동 액체에 대한 침투 압 력이 큰 친수성 재료로 구성하고, 버블 격리 부재 (72) (도 6 및 도 15) 로서의 기능도 겸비하고 있다. 바꾸어 말하면, 액체 인입 부재 (52) 및 돌기 (76) 는, 상류측 액체 자체 충전 기구 및 상류측 액체 통과 부재로서 기능한다. 그 때문에, 전기 침투류 펌프 (10) 내부로의 이물질이나 버블의 유입을 방지함과 함께, 자체 충전 기구 (50) 의 상류측의 감압에 의해 입구측 체임버 (26) 보다 상류측으로 에어가 역류하는 것을 저지할 수 있게 된다.
다음으로, 제 9 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10I) 에 대하여, 도 24 를 참조하면서 설명한다.
제 9 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10I) 는, 유로 (14) 의 하류측에도 자체 충전 기구 (50) 와 동일한 자체 충전 기구 (하류측 유체 자체 충전 기구) (80) 가 형성되어 있는 점에서, 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) (도 22 및 도 23 참조) 와는 상이하다.
이 경우, 자체 충전 기구 (80) 는, 출구측 전극 (20) 에 접촉하는 액체 인입 부재 (82) 를 갖는다. 그 액체 인입 부재 (82) 의 측부에는, 출구측 체임버 (28) 를 나누는 돌기 (84) 가 형성되어 있다. 여기서, 액체 인입 부재 (82) 는, 액체 인입 부재 (52) 와 마찬가지로, 구동 액체에 대한 침투 압력이 큰 친수성 재료로 구성하고, 돌기 (84) 는, 버블 격리 부재 (40) (도 1, 도 3, 도 6, 도 7, 도 15 ∼ 도 17, 도 22 및 도 23 참조) 로서의 기능도 겸비하고 있다. 바꾸어 말하면, 액체 인입 부재 (82) 및 돌기 (84) 는, 하류측 액체 자체 충전 기구 및 하류측 액체 통과 부재로서 기능한다. 그 때문에, 유로 (14) 의 하류측에 대한 이물질이나 버블의 유출을 방지할 수 있게 된다. 또, 입구측 체임버 (26) 내부의 가스는, 가스 배출 부재 (44) 를 통하여 외부로 배출되고, 한편으로, 출구측 체임버 (28) 내부의 가스는, 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 외부로 배출된다. 또한, 상류측과 하류측에 자체 충전 기구 (50, 80) 가 각각 배치되어 있으므로, 상류측으로부터 하류측에 대한 구동 액체의 배출이나, 하류측으보다 상류측으로의 구동 액체의 흡입을 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 액체 인입 부재 (82) 는, 전기 침투재 (16) 와 접촉하는 것이 구동 액체의 자체 충전의 관점에서 바람직한데, 구동 액체에 대한 출구측 전극 (20) 의 젖음성이 양호하면, 출구측 전극 (20) 을 개재시키는 형태로 전기 침투재 (16) 와 액체 인입 부재 (82) 를 접촉시키는 것, 즉, 액체 인입 부재 (82) 와 출구측 전극 (20) 을 접촉시키는 것도 가능하다. 또한, 액체 인입 부재 (52) 에 대하여 전기 침투재 (16) 및 출구측 전극 (20) 을 접촉시킬 수도 있다.
다음으로, 제 10 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10J) 에 대하여, 도 25 를 참조하면서 설명한다.
제 10 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10J) 는, 액체 인입 부재 (52, 82) 에 돌기 (76, 84) 가 형성되어 있지 않은 점에서, 제 9 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10I) (도 24 참조) 와는 상이하다.
이 경우에서도, 상류측으로부터 하류측으로의 구동 액체의 배출이나, 하류측으보다 상류측으로의 구동 액체의 흡입을 효율적으로 실시할 수 있다.
다음으로, 제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10K) 에 대하여, 도 26 을 참조하면서 설명한다.
제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10K) 는, 입구측 체임버 (26) 에 액체 인입 부재 (52) 가 형성되어 있는 점에서, 제 4 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10D) (도 7 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10K) 는, 제 4 및 제 7 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10D, 10G) (도 7 및 도 17 참조) 와 동일한 작용 효과를 갖고, 입구측 전극 (18) 근방에서 발생한 가스를, 에어 배출 패스 (56) 보다 외부로 배출할 수 있다. 이로써, 펌프 입구측의 구성이 간소화된다. 특히, 통상적인 펌프에서는, 소형화에 의해 구동 액체의 수용기 사이즈가 작아지고, 그 결과, 외부로부터 상기 구동 액체를 충전하는 것이 곤란해진다. 본 실시형태에 따르면, 구동 액체의 침투성이 양호한 액체 인입 부재 (52) 를 배치함으로써, 그 구동 액체의 충전이 용이해져, 수용기의 소형화를 실현할 수 있다.
다음으로, 제 12 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10L) 에 대하여, 도 27 및 도 28 을 참조하면서 설명한다.
제 12 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10L) 는, 가스 배출 부재 (42) 가 형성되어 있지 않은 점에서, 제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10K) (도 26 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10L) 는, 제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10K) (도 26 참조) 와 동일한 작용 효과를 갖고, 가스 배출이 불필요한 경우에 사용된다.
또, 액체 인입 부재 (52) 에 돌기 (76) 가 형성되어 있으면, 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) (도 22 참조) 와 마찬가지로, 입구측 체임버 (26) 에 대한 이물질이나 버블의 유입을 확실하게 저지할 수 있다.
다음으로, 제 13 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10M) 에 대하여, 도 29 및 도 30 을 참조하면서 설명한다.
제 13 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10M) 는, 버블 격리 부재 (40) 가 형성되어 있지 않은 점에서, 제 12 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10L) (도 27 및 도 28 참조) 와는 상이하다.
전기 침투류 펌프 (10M) (도 29 참조) 는, 제 12 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10L) (도 27 및 도 28 참조) 와 마찬가지로, 가스 배출이 불필요한 경우에 사용된다. 또, 액체 인입 부재 (52) 에 돌기 (76) 가 형성되어 있으면 (도 30 참조), 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) (도 22 참조) 와 마찬가지로, 입구측 체임버 (26) 에 대한 이물질이나 버블의 유입을 확실하게 저지할 수 있다.
다음으로, 제 14 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10N) 에 대하여, 도 31 ∼ 도 34 를 참조하면서 설명한다.
제 14 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10N) 는, 출구측 체임버 (28) 에도 자체 충전 기구 (80) 가 배치 형성되어 있는 점에서, 제 13 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10M) (도 29 및 도 30 참조) 와는 상이하다.
도 31 에서는, 제 12 및 제 13 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10L, 10M) (도 27 ∼ 도 30 참조) 와 마찬가지로, 가스 배출이 불필요한 경우에 사용된다. 또, 액체 인입 부재 (52) 에 돌기 (76) 가 형성되어 있으면 (도 32 참조), 제 8 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) (도 22 참조) 와 마찬가지로, 입구측 체임버 (26) 에 대한 이물질이나 버블의 유입을 확실하게 저지할 수 있다. 또한, 액체 인입 부재 (82) 에 돌기 (84) 가 형성되어 있으면 (도 33 참조), 제 9 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10H) (도 24 참조) 와 마찬가지로, 유로 (14) 의 하류측에 대한 버블의 유출을 확실하게 저지할 수 있다.
또한, 액체 인입 부재 (52, 82) 에 돌기 (76, 84) 가 형성되어 있으면 (도 34 참조), 입구측 체임버 (26) 에 대한 이물질이나 버블의 유입이나, 유로 (14) 의 하류측에 대한 버블의 유출을 확실하게 저지할 수 있다.
다음으로, 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) 에 대하여, 도 35 를 참조하면서 설명한다.
제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) 는, 제 11 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10K) (도 26 참조) 의 보다 구체적인 구성이다.
즉, 펌프 용기 (12) 는, 대경 부분 (22) 을 포함하는 제 1 부분 (12a) 과, 소경 부분 (24) 을 포함하는 제 2 부분 (12b) 으로 구성된다. 제 1 부분 (12a) 측은, 상류측으로부터 제 2 부분 (12b) 을 향하여 자체 충전 기구 (50), 입구측 전극 (18), 전기 침투재 (16) 및 출구측 전극 (20) 의 순서로 배치된다. 제 2 부분 (12b) 측에는, 전기 침투재 (16) 및 출구측 전극 (20) 에 대향하여, 버블 격리 부재 (40) 및 가스 배출 부재 (42) 가 배치되어 있다. 이 경우, 제 1 부분 (12a) 과 제 2 부분 (12b) 을 끼워맞춤으로써, 전기 침투재 (16) 및 출구측 전극 (20) 과, 버블 격리 부재 (40) 및 가스 배출 부재 (42) 와, 제 1 부분 (12a) 및 제 2 부분 (12b) 으로 구획된 폐쇄 공간이 출구측 체임버 (28) 로서 형성된다.
여기서, 자체 충전 기구 (50) 의 액체 인입 부재 (52) 와 입구측 전극 (18) 또는 전기 침투재 (16) 사이에는, 구동 액체 흡수 부재 (86) 가 배치되어 있다. 이 구동 액체 흡수 부재 (86) 는, 액체 인입 부재 (52) 가 다공질 세라믹스 (예를 들어, 알루미나) 와 같은 강성을 갖는 재료로 구성되어 있는 경우에, 액체 인입 부재 (52) 로 자체 충전된 구동 액체를 전기 침투재 (16) 에 신속하게 공급할 수 있는 것을 목적으로 하여 형성되어 있다.
즉, 구동 액체 흡수 부재 (86) 는, 친수성의 스펀지상의 다공질체 (구멍 직경 : 10[㎛] ∼ 100[㎛] 정도), 종이 펄프의 시트 또는 합성 섬유의 시트와 같은, 유연성, 흡수성, 친수성 및 보수성을 갖고, 전기 침투재 (16) 의 표면이나, 액체 인입 부재 (52) 의 표면에 대한 밀착성이 양호한 재료로 구성된다. 이 경우, 구동 액체 흡수 부재 (86) 는, 일례로서 1[㎜] 의 두께를 갖는 친수성 시트를, 액체 인입 부재 (52) (다공질 세라믹스의 구멍 직경 : 수십 [㎛] 정도) 와, 전기 침투재 (16) (다공질 세라믹스의 구멍 직경 : 수십 [㎚] ∼ 수 [㎛] 정도) 에서 사이에 두고, 그 시트를 뭉갬으로써, 액체 인입 부재 (52) 의 표면에 대한 상기 시트의 밀착성과, 전기 침투재 (16) 의 표면에 대한 그 시트의 밀착성을 각각 높이고, 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 통하여 액체 인입 부재 (52) 와 전기 침투재 (16) 를 확실하게 접속하도록 하고 있다.
이로써, 액체 인입 부재 (52) 로 자체 충전된 상기 구동 액체를 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 통하여 전기 침투재 (16) 에 신속하게 공급할 수 있게 되어, 펌프 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 구동 액체 흡수 부재 (86) 는, 액체 인입 부재 (52) 와 전기 침투재 (16) 또는 입구측 전극 (18) 에 대한 쿠션으로서의 기능도 완수하므로, 조립성이 향상된다.
또한, 구동 액체에 대한 입구측 전극 (18) 의 젖음성이 양호하면, 입구측 전극 (18) 에 대한 밀착성이 양호한 재료로 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 구성하고, 입구측 전극 (18) 을 개재시키는 형태로 전기 침투재 (16) 와 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 접촉시키는 것, 즉, 입구측 전극 (18) 과 액체 인입 부재 (52) 에서 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 사이에 두어, 구동 액체 흡수 부재 (86) 와 입구측 전극 (18) 을 접촉시키는 것도 가능하다. 이 경우에서도, 액체 인입 부재 (52) 로부터 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 통하여 전기 침투재 (16) 에 구동 액체를 공급할 수 있다.
또한, 입구측 전극 (18) 및 액체 인입 부재 (52) 에 대한 밀착성이 양호한 재료로 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 구성하고, 입구측 전극 (18) 을 개재시키는 형태로 전기 침투재 (16) 및 입구측 전극 (18) 과 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 접촉시키는 것, 즉, 전기 침투재 (16) 및 입구측 전극 (18) 과 액체 인입 부재 (52) 에서 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 사이에 두어, 구동 액체 흡수 부재 (86) 와 전기 침투재 (16) 및 입구측 전극 (18) 을 접촉시키는 것도 가능하다. 이 경우에 서도, 액체 인입 부재 (52) 로부터 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 통하여 전기 침투재 (16) 에 구동 액체를 공급할 수 있다.
또, 입구측 전극 (18) 이, 백금 담지 카본, 카본 섬유, 스테인리스강제의 메시 등의 상기 구동 액체에 대한 젖음이 양호하지 않은 재료로 구성되어 있는 경우에는, 입구측 전극 (18) 의 구멍 (30) 의 구멍 직경을 크게 취하고, 그 구멍 (30) 을 통하여 전기 침투재 (16) 와 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 직접 접촉시키는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 부분 (12b) 은 출구측 전극 (20) 에 대한 대향하고, 유로 (14) 가 형성되는 중앙 부분을 포함한다. 이 중앙 부분은 그 출구측 전극 (20) 을 향하여 돌출되는 볼록부 (90) 로서 형성되고, 이 볼록부 (90) 에 전술한 버블 격리 부재 (40) 가 배치되어 있다. 또, 상기 대향 부분 중 볼록부 (90) 의 인접 부분은 오목부 (88) 로서 형성되고, 이 오목부 (88) 에 가스 배출 부재 (42) 가 배치되어 있다. 또한, 가스 배출 부재 (42) 로부터 상기 구동 액체의 하류측 (도 35 의 좌측) 을 향하여 복수의 구멍 (74) 이 형성되어 있다.
또한, 도 35 에서는, 본래는 면일한 제 2 부분 (12b) 에 있어서의 출구측 전극 (20) 에 대한 대향 부분에 대하여, 그 일부를 오목부 (88) 로 함으로써, 상기 중앙 부분을 볼록부 (90) 로서 형성하고 있다. 그러나, 버블 격리 부재 (40) 가 배치되어 있는 부분의 주위를 오목부 (88) 로서 형성하고, 이 오목부 (88) 에 가스 배출 부재 (42) 를 배치할 수도 있다. 즉, 버블 격리 부재 (40) 가 배치되는 상기 중앙 부분은, 적어도 오목부 (88) 로 되어 있지 않은 것이 바람직하다.
여기서, 버블 격리 부재 (40) 로서, 예를 들어 친수성 폴리에테르술폰막 (구멍 직경 0.2[㎛]) 을 채용하면, 300[kPa] 정도의 최저 버블 포인트가 얻어진다. 이 경우, 버블 격리 부재 (40) 는, 출구측 체임버 (28) 와 유로 (14) 의 소경 부분 (24) 측 (유로 (14) 의 하류측) 사이를 차단하도록, 볼록부 (90) 상에 접착되어 있다.
또, 가스 배출 부재 (42) 로서, 예를 들어 PTFE 다공질막 (구멍 직경 0.1[㎛]) 을 채용하면, 300[kPa] 이상의 최저 워터 브레이크 스루 포인트가 얻어진다. 이 경우, 가스 배출 부재 (42) 는, 출구측 체임버 (28) 와 복수의 구멍 (74) 을 차단하도록, 오목부 (88) 상에 접착되어 있다.
볼록부 (90) 에 대한 버블 격리 부재 (40) 의 접착 방법이나, 오목부 (88) 에 대한 가스 배출 부재 (42) 의 접착 방법에는, 초음파 용착, 열 용착, 접착제, 레이저 용접 등이 있다.
구멍 (74) 은, 출구측 체임버 (28) 로부터 가스 배출 부재 (42) 를 통하여 배출되는 가스가 소정량 통과할 수 있는 정도의 크기이다. 구멍 (74) 는 출구측 체임버 (28) 내의 압력에 기초하는 상기 PTFE 막 (가스 배출 부재 (42)) 의 인장 하중이 과대가 되지 않도록, 원 형상이나 슬릿상 (예를 들어, 구멍 직경 0.1[㎜] ∼ 2[㎜] 정도) 으로 가공되는 것이 바람직하다. 또, 상기 PTFE 막에 대한 데미지를 방지하기 위하여, 구멍 (74) 과 상기 PTFE 막의 접촉 지점 (구멍 (74) 의 상류측) 을 모따기하는 것도 바람직하다.
또한, 유로 (14) 의 방향을 따른 출구측 체임버 (28) 의 갭, 바꾸어 말하면, 전기 침투재 (16) 또는 출구측 전극 (20) 과 가스 배출 부재 (42) 의 갭 (간격) 이나, 전기 침투재 (16) 또는 출구측 전극 (20) 과 버블 격리 부재 (40) 의 갭 (간격) 은, 전기 침투류 펌프 (10O) 의 특성상 중요한 파라미터인데, 이들 갭은 1[㎛] ∼ 3[㎜] 로 하는 것이 바람직하다. 즉, 표면 장력이 중력에 비하여 지배적이 될 때의 상기 갭이 3[㎜] 정도이고, 한편으로, 유로 (14) 에 있어서의 유로 저항이 현저하게 커지는 상기 갭의 크기가 1[㎛] 미만 정도이므로, 3[㎜] 를 상한치로 하고, 1[㎛] 를 하한치로 한 전술한 범위 내에서, 상기 각 갭을 적절히 설정 (예를 들어, 1[㎜] 정도) 하는 것이 전기 침투류 펌프 (10O) 의 특성상 바람직하기 때문이다.
이와 같이, 상기 갭을 전술한 범위 내에서, 어느 정도 작게 함으로써, 전기 침투류 펌프 (10O) 내에 발생한 버블의 크기를 제한할 수 있으므로, 펌프 동작이 안정화됨과 함께, 출구측 체임버 (28) 로부터 가스 배출 부재 (42) 및 구멍 (74) 을 통하여 외부에 가스가 배출되었을 때의 펌프 유량의 변동을 억제할 수 있게 된다. 또한, 전기 침투류 펌프 (10O) 내부의 데드 볼륨을 작게 할 수도 있다. 또한, 상기 갭의 크기를 전술한 범위 내로 설정함으로써, 가스의 배출에 대한 중력의 영향이 작아지므로, 전기 침투류 펌프 (10O) 를 어느 방향을 향하여 배치해도 펌프 특성은 변화하지 않고, 그 결과, 펌프 성능에 관하여 오리엔테이션 프리로 할 수 있게 된다. 예를 들어, 전기 침투류 펌프 (10O) 의 하류측 (소경 부분 (24) 측) 을 상향으로 배치할 수도 있다.
또, 출구측 체임버 (28) 내에 버블이 있으면 유로 (14) 내의 구동 액체의 흐 름이 폐색화되거나, 상기 구동 액체의 유량이 변동된다는 문제가 발생하지만, 오목부 (88) 상에 가스 배출 부재 (42) 를 배치함으로써, 볼록부 (90) 보다 오목부 (88) 에 고이기 쉬운 버블을 효율적으로 가스 배출 부재 (42) 로부터 구멍 (74) 을 통하여 외부로 배출할 수 있다. 즉, 상기 버블은, 볼록부 (90) 상의 버블 격리 부재 (40) 를 빠져나갈 수 없기 때문에, 그 볼록부 (90) 의 측부에 형성된 오목부 (88) 의 영역으로 이동하고, 출구측 체임버 (28) 의 내압에 의해 가스 배출 부재 (42) 로부터 구멍 (74) 을 통하여 외부로 배출된다.
따라서, 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) 에서는, 액체 인입 부재 (52) 에 자체 충전된 구동 액체가 구동 액체 흡수 부재 (86) 에서 효율적으로 흡수되어, 전기 침투재 (16) 에 신속하게 공급된다. 직류 전원 (34) 으로부터 입구측 전극 (18) 및 출구측 전극 (20) 에 직류 전압을 인가하면, 전기 침투재 (16) 내의 상기 구동 액체가 출구측 체임버 (28) 로부터 버블 격리 부재 (40) 를 통하여 외부에 공급된다. 출구측 체임버 (28) 내의 버블은, 가스 배출 부재 (42) 로부터 구멍 (74) 을 통하여 외부로 배출된다.
상기의 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) 에서는, 유로 (14) 에 있어서의 전기 침투재 (16) 또는 제 1 전극 (18) 의 상류측에서, 액체 인입 부재 (52) 와, 전기 침투재 (16) 및/또는 제 1 전극 (18) 에서 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 사이에 두는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 이 구성 대신에 (혹은, 이 구성에 더하여), 전기 침투재 (16) 또는 제 2 전극 (20) 의 하류측에서, 액체 인입 부재 (82) (도 24, 도 25, 도 31 ∼ 도 34 참조) 와 전기 침투재 (16) 및/ 또는 제 2 전극 (20) 에서 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 사이에 두는 경우에서도, 상기 서술한 효과가 동일하게 얻어질 수 있다.
또, 상기의 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) 에서는, 유로 (14) 의 방향을 따른 전기 침투재 (16) 또는 출구측 전극 (20) 과 가스 배출 부재 (42) 의 갭이나, 전기 침투재 (16) 또는 출구측 전극 (20) 과 버블 격리 부재 (40) 의 갭을, 1[㎛] ∼ 3[㎜] 로 한 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 이 구성 대신에 (혹은, 이 구성에 더하여), 전기 침투재 (16) 또는 입구측 전극 (18) 과 가스 배출 부재 (44) (도 1, 도 16, 도 17 및 도 22 ∼ 도 25 참조) 의 갭이나, 전기 침투재 (16) 또는 입구측 전극 (18) 과 버블 격리 부재 (72) (도 6, 도 15 및 도 16 참조) 의 갭을 1[㎛] ∼ 3[㎜] 로 한 경우에서도, 상기 서술한 효과가 동일하게 얻어지는 것은 물론이다.
다음으로, 제 16 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10P) 에 대하여, 도 36 을 참조하면서 설명한다.
제 16 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10P) 는, 유로 (14) 의 상류측 (입구 (87)) 과, 하류측 (출구 (89)) 을 함께 일면 (91) 측 (도 36 의 우측) 에 형성하고, 그 대향하는 타면 (93) 측 (도 36 의 좌측) 에 가스 배출 부재 (42) 및 복수의 구멍 (74) 을 형성한 점에서, 제 1 ∼ 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10P) (도 1 ∼ 도 35 참조) 와는 상이하다.
이로써, 제 16 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10P) 에서는, 기판 등의 설치면에 대한 그 전기 침투류 펌프 (10P) 의 장착성 (접속성) 이 향상됨과 함 께, 펌프 전체의 높이를 낮게 할 수 있다. 따라서, 전기 침투류 펌프 (10P) 는, 예를 들어 일렉트로닉스 기기에 있어서의 평면 실장용의 소형 펌프로서 바람직하다.
다음으로, 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) (도 35 참조) 가 적용된 액체 공급 장치 (110) 에 대하여, 도 37 을 참조하면서 설명한다.
이 액체 공급 장치 (110) 는, 저부가 폐색되고 또한 상부가 개방된 통상의 액체 용기 (92) (예를 들어, 깊이 15[㎝]) 내에 메탄올 또는 물로 희석된 메탄올수 등의 액체 연료 (94) 가 충전된다. 상기 상부에 전기 침투류 펌프 (10O) 가 하류측 (소경 부분 (24) 측) 을 상향으로 배치된다. 액체 용기 (92) 내에는, 액체 연료 (94) 에 대한 흡수성이 양호하고 또한 액체 인입 부재 (52) 에 연결된 액체 연료 흡수 부재 (96) 가 배치되어 있다.
액체 연료 흡수 부재 (96) 는, 친수성이고 또한 기공률이 큰 다공질재, 혹은, 섬유상의 재료 (예를 들어, 천연 펄프 섬유에 의한 보수재) 인 것이 바람직하다. 그러나, 액체 연료 흡수 부재 (96) 는 액체 인입 부재 (52) 와 동일 재료로 구성해도 되고, 그 액체 인입 부재 (52) 에 채용되고 있는 재료보다 보수량이 큰 재료로 구성하는 것도 바람직하다.
여기서, 액체 연료 흡수 부재 (96) 에 흡수된 액체 연료 (94) 는, 그 액체 연료 흡수 부재 (96) 를 통하여 액체 인입 부재 (52) 에 자체 충전된다. 그 후, 액체 연료 (94) 는 구동 액체 흡수 부재 (86) 를 통하여 전기 침투재 (16) 에 공급된다. 이 상태에 있어서, 직류 전원 (34) 으로부터 입구측 전극 (18) 및 출구측 전극 (20) 에 직류 전압을 인가하면, 전기 침투재 (16) 내의 액체 연료 (94) 가 출구측 체임버 (28) 로부터 버블 격리 부재 (40) 를 통하여 외부에 공급되고, 출구측 체임버 (28) 내의 버블은, 가스 배출 부재 (42) 로부터 구멍 (74) 을 통하여 외부로 배출된다.
전술한 메탄올 또는 메탄올수 등의 액체 연료 (94) 는, 연료 전지 시스템의 연료로서 사용된다. 따라서, 보다 간단한 구성으로, 액체 용기 (92) 내의 액체 연료 (94) 를 상기 연료 전지 시스템에 공급할 수 있다.
또, 메탄올 100[％] 용액의 액체 연료 (94) 에서는, 공급시에 전기 침투류 펌프 (10O) 내에 밸브가 발생해도, 상기 메탄올에서의 용해도가 커 모두 용해된다. 그러므로, 전술한 가스 배출 구조 (가스 배출 부재 (42) 및 구멍 (74)) 는 특별히 형성하지 않아도 상관없다. 이에 대하여, 상기 메탄올수의 액체 연료 (94) 에서는, 물의 존재에 의해 펌프 전류가 커지고, 또, 가스의 용해도도 작은 점에서, 버블의 발생을 회피할 수는 없다. 하지만, 전기 침투류 펌프 (10O) 에 가스 배출 부재 (42) 및 구멍 (74) 의 가스 배출 구조가 형성되어 있으므로, 발생한 상기 버블을 효율적으로 전기 침투류 펌프 (10O) 보다 외부로 배출할 수 있다.
또한, 전기 침투류 펌프 (10O) 가 오리엔테이션 프리의 펌프이므로, 어떠한 자세에서도 액체 연료 (94) 를 공급할 수 있고, 모바일 기기 등의 사용에도 적합하다. 또, 액체 연료 흡수 부재 (96) 를 액체 용기 (92) 내부에 배치함으로써, 그 액체 용기 (92) 에 충전되어 있는 액체 연료 (94) 를 모두 외부에 공급할 수 있다.
또한, 액체 용기 (92) 에 대하여 전기 침투류 펌프 (10O) 및 액체 연료 흡수 부재 (96) 를 착탈할 수 있게 해 두면, 상기 연료 전지 시스템측에 전기 침투류 펌프 (10O) 및 액체 연료 흡수 부재 (96) 에 장착하고, 액체 용기 (92) 만을 바꿈으로써, 액체 연료 (94) 의 보충이 용이해진다.
또, 상기 서술한 액체 공급 장치 (110) 에서는, 일례로서 제 15 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10O) (도 35 참조) 를 적용한 경우에 대하여 설명하였다. 하지만, 제 1 ∼ 제 14, 제 16 실시형태에 관련된 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10N, 10P) (도 1 ∼ 도 34 및 도 36 참조) 를 사용하여, 액체 용기 (92) 내의 액체 연료 (94) 를 외부에 공급할 수도 있는 것은 물론이다.
또한, 본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프 및 액체 공급 장치는, 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 다양한 구성을 채택할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프에 의하면, 전압의 인가에 의해 제 2 전극 근방에 가스가 생성되어도, 전기 침투재의 하류측에 배치된 하류측 액체 통과 부재는 구동 액체를 통과시키고, 한편으로, 상기 가스의 통과를 저지한다. 이로써, 상기 하류측에 접속된 마이크로 유체 칩 등의 각종 유체 기기에 상기 가스가 유입되는 것을 저지할 수 있게 되고, 예를 들어, 상기 유체 기기 내를 통과하는 액체의 위치 제어를 정확하게 실시할 수 있게 된다.
또, 본 발명에 관련된 전기 침투류 펌프에 의하면, 상류측 액체 자체 충전 기구와 전기 침투재가 접촉되어 있으므로, 외부로부터 상기 상류측 액체 자체 충전 기구에 구동 액체를 충전하면, 충전된 상기 구동 액체가 상기 상류측 액체 자체 충전 기구로부터 상기 전기 침투재의 내부로 신속하게 침투한다. 이 상태에서, 전압을 각 전극에 인가하면, 상기 전기 침투재로부터 유로의 하류측에 상기 구동 액체를 확실하게 배출할 수 있게 된다. 이 결과, 제 1 전극 근방에 기체가 존재하는 경우이어도, 상기 전기 침투류 펌프의 자체 충전성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 관련된 액체 공급 장치에 의하면, 전기 침투류 펌프의 제 1 전극 및 제 2 전극에 전압을 인가하면, 액체 용기에 충전된 액체를 상기 전기 침투류 펌프를 통하여 외부에 공급할 수 있으므로, 간단한 구성으로 상기 액체를 공급할 수 있게 된다.

Claims (20)

  1. 유로 (14) 내에 형성된 전기 침투재 (16) 의 상류측에 제 1 전극 (18) 을 배치하고 또한 하류측에 제 2 전극 (20) 을 배치하고, 상기 제 1 전극 (18) 및 상기 제 2 전극 (20) 에 전압을 인가하였을 때에 상기 전기 침투재 (16) 를 통하여 상기 유로 (14) 내에 구동 액체 (60, 94) 를 유통시키는 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10I, 10K, 10L, 10N ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 하류측에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 2 전극 (20) 근방에 생성되는 가스의 상기 하류측으로의 통과를 저지하고, 한편으로, 상기 구동 액체 (60, 94) 를 통과시킬 수 있는 하류측 액체 통과 부재 (40, 84) 가 상기 제 2 전극 (20) 보다 하류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  2. 제 1 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10D ∼ 10I, 10K, 10O, 10P) 에 있어서,
    상기 전기 침투재 (16) 와 상기 하류측 액체 통과 부재 (40, 84) 사이에는, 상기 유로 (14) 보다 외부로 상기 가스를 방출하는 하류측 가스 배출 부재 (42) 가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  3. 제 1 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10C, 10E, 10F, 10H, 10I, 10L, 10N) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 상류측에는, 상기 전기 침투재 (16) 에 이물질이 유입되는 것을 저지하고, 한편으로, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 구동 액체 (60) 를 통과시킬 수 있는 상류측 액체 통과 부재 (72, 76) 가 상기 전기 침투재 (16) 보다 상류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  4. 제 3 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10F, 10H, 10I) 에 있어서,
    상기 전기 침투재 (16) 와 상기 상류측 액체 통과 부재 (72, 76) 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 1 전극 (18) 의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 상류측 가스 배출 부재 (44) 가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  5. 제 1 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10G ∼ 10I, 10K, 10L, 10N ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 상류측에는, 상기 구동 액체 (60, 94) 를 자체 충전할 수 있는 상류측 액체 자체 충전 기구 (50) 가 상기 전기 침투재 (16) 및 상기 제 1 전극 (18) 중 하나와 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  6. 제 1 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10I, 10N) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 하류측에는, 상기 구동 액체 (60) 를 자체 충전할 수 있는 하류측 액체 자체 충전 기구 (80) 가 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 2 전극 (20) 과 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  7. 유로 (14) 내에 형성된 전기 침투재 (16) 의 상류측에 제 1 전극 (18) 을 배치하고 또한 하류측에 제 2 전극 (20) 을 배치하고, 상기 제 1 전극 (18) 및 상기 제 2 전극 (20) 에 전압을 인가하였을 때에 상기 전기 침투재 (16) 를 통하여 상기 유로 (14) 내에 구동 액체 (60, 94) 를 유통시키는 전기 침투류 펌프 (10A, 10G ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 상류측에는, 상기 구동 액체 (60, 94) 를 자체 충전할 수 있는 상류측 액체 자체 충전 기구 (50) 가 상기 전기 침투재 (16) 및 상기 제 1 전극 (18) 중 하나와 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  8. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10H, 10I, 10L ∼ 10N) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 상류측에는, 상기 전기 침투재 (16) 에 이물질이 유입되는 것을 저지하고, 한편으로, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 구동 액체 (60) 를 통과시킬 수 있는 상류측 액체 통과 부재 (76) 가 상기 전기 침투재 (16) 보다 상류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  9. 제 8 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10H, 10I) 에 있어서,
    상기 전기 침투재 (16) 와 상기 상류측 액체 통과 부재 (76) 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 1 전극 (18) 의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 상류측 가스 배출 부재 (44) 가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  10. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10I, 10J, 10N) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 하류측에는, 상기 구동 액체 (60) 를 자체 충전할 수 있는 하류측 액체 자체 충전 기구 (80) 가 상기 전기 침투재 (16) 및 상기 제 2 전극 (20) 중 하나와 접촉된 상태에서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  11. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10G ∼ 10I, 10K, 10L, 10N ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 의 하류측에는, 적어도 제 2 전극 근방에서 발생하는 가스의 상기 하류측으로의 통과를 저지하고, 한편으로, 상기 구동 액체 (60, 94) 를 통과시킬 수 있는 하류측 액체 통과 부재 (40, 84) 가 상기 제 2 전극 (20) 보다 하류측에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  12. 제 11 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10G ∼ 10I, 10K, 10O, 10P) 에 있어서,
    상기 전기 침투재 (16) 와 상기 하류측 액체 통과 부재 (40, 84) 사이에는, 상기 전압을 인가하였을 때에 상기 제 2 전극 (20) 의 근방에 생성되는 가스를 외부로 방출하는 하류측 가스 배출 부재 (42) 가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  13. 제 12 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10I, 10K ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 액체 통과 부재 (40, 84, 72, 76) 는, 친수성 재료로 이루어지고,
    상기 액체 통과 부재 (40, 84, 72, 76) 내를 가스가 통과하기 위하여 필요한 가스압은, 1[kPa] 이상이고,
    상기 유로 (14) 의 방향을 따른 상기 액체 통과 부재 (40, 72, 76, 84) 의 두께는, 3[㎜] 이하인 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  14. 제 12 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10D ∼ 10K, 10O, 10P) 에 있어서,
    상기 가스 배출 부재 (42, 44) 는, 상기 유로 (14) 의 측부에 형성된 소수성 재료로 이루어지고,
    상기 가스 배출 부재 (42, 44) 에 대한 상기 구동 액체 (60, 94) 의 통과 압력이, 상기 구동 액체 (60, 94) 의 운전시 최대 압력보다 크고,
    상기 가스의 통과 방향을 따른 상기 가스 배출 부재 (42, 44) 의 두께는, 3[㎜] 이하인 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  15. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A, 10G ∼ 10P) 에 있어서,
    상기 액체 자체 충전 기구 (50, 80) 는, 상기 유로 (14) 를 따라 상기 전기 침투재 (16) 의 근방에 배치된 자체 충전부 (52, 82) 와, 상기 자체 충전부 (52, 82) 의 측부에 형성되고 또한 상기 자체 충전부 (52, 82) 와 침투압이 상이한 에어 배출부 (14, 56) 로 구성되고;
    상기 자체 충전부 (52, 82) 는, 상기 구동 액체 (60, 94) 를 자체 충전하여 상기 전기 침투재 (16) 에 공급하고, 상기 에어 배출부 (14, 56) 는, 상기 자체 충전부 (52, 82) 및 상기 에어 배출부 (14, 56) 의 침투압차에 기초하여, 상기 전기 침투재 (16) 의 상류측에 잔존하는 에어를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  16. 제 15 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10G) 에 있어서,
    상기 자체 충전부 (52, 82) 는, 친수성 재료로 이루어지고, 상기 에어 배출부 (56) 는, 소수성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  17. 제 11 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10I, 10K ∼ 10P) 에 있어서,
    하기의 조건 ⅰ) 과 ⅱ) 의 일방 또는 양방을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
    ⅰ) 상기 유로 (14) 의 방향을 따른 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 1 전극 (18) 과 상기 상류측 액체 통과 부재 (72, 76) 의 간격은 3[㎜] 이하이고,
    ⅱ) 상기 유로 (14) 의 방향을 따른 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 2 전극 (20) 과 상기 하류측 액체 통과 부재 (40, 84) 의 간격은 3[㎜] 이하임.
  18. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10O) 에 있어서,
    하기의 조건 ⅰ) 과 ⅱ) 의 일방 또는 양방을 만족하는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
    ⅰ) 상기 상류측 액체 자체 충전 기구 (50) 와 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 1 전극 (18) 사이에는, 상기 상류측 액체 자체 충전 기구 (50) 와 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 1 전극 (18) 에 밀착할 수 있고, 또한 친수성 재료로 이루어지는 구동 액체 흡수 부재 (86) 가 배치되고,
    ⅱ) 상기 하류측 액체 자체 충전 기구 (80) 와 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 2 전극 (20) 사이에는, 상기 하류측 액체 자체 충전 기구 (80) 와 상기 전기 침투재 (16) 또는 상기 제 2 전극 (20) 에 밀착할 수 있고, 또한 친수성 재료로 이루어지는 구동 액체 흡수 부재 (86) 가 배치됨.
  19. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10P) 에 있어서,
    상기 유로 (14) 는, 상기 전기 침투재 (16), 상기 제 1 전극 (18), 상기 제 2 전극 (20) 을 수용하는 펌프 용기 (12) 내에 형성되고;
    상기 펌프 용기 (12) 에 있어서의 상기 유로 (14) 의 상류측의 입구 (87) 와, 상기 유로 (14) 의 하류측의 출구 (89) 는, 동일 면 (91) 측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 침투류 펌프.
  20. 제 7 항에 기재된 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10P) 와,
    액체 (94) 가 충전된 액체 용기 (92) 를 갖고,
    상기 액체 용기 (92) 내의 상기 액체 (94) 를 상기 전기 침투류 펌프 (10A ∼ 10P) 를 통하여 외부에 공급하는 것을 특징으로 하는 액체 공급 장치 (110).
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