KR101261216B1 - 교반기 일체형 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 교반기 일체형 펌프 장치는 내부 공간에 혼합액이 수용되며 상기 혼합액이 유출되는 유출구가 하측에 형성된 매체 용기, 상기 내부 공간의 중앙 부위에 위치하며 교반날이 구비된 교반축과, 상기 교반축을 회전 구동시키는 모터를 포함하는 교반기 유닛; 상기 혼합액이 유입되는 노즐, 상기 노즐 끝단에 형성되며 상기 혼합액이 토출되는 토출구와, 상기 노즐로 유입된 혼합액을 가압하여 상기 토출구로 토출시키는 펌프를 포함하며, 상기 교반기 유닛의 하측에서 상기 교반기 유닛과 일체로 결합되는 펌프유닛; 및 상기 교반기 유닛의 유출구와 상기 노즐을 연결하는 유로관을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 본 발명에 의하면 혼합액의 수용과 펌프 기능에 대한 시너지 효과를 향상시킬 수 있음은 물론, 도포되는 혼합액의 일정한 농도가 자동적으로 유지할 수 있어 더욱 향상된 작업 효율을 제공할 수 있다.

Description

교반기 일체형 펌프 장치{Pump apparatus unified with agitator}

본 발명은 교반 및 펌프 기능이 일체로 구현된 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 교반기 유닛과 펌프 유닛을 일체형으로 통합시켜 펌핑(pumping)의 대상이 되는 혼합액의 수용 및 혼합액의 펌핑에 대한 시너지 효과를 높이고 펌핑에 의하여 토출되는 혼합액의 일정 농도를 항시적이고 자동적으로 유지할 수 있도록 구현된 교반기 일체형 펌프 장치에 관한 것이다.

레진 언더필(underfill) 등의 반도체 제조 공정은 물론, 탈취 성분 물질을 특정 액상 물질과 함께 도포하는 공정, 바이오 LED 조명 등에서 특정 분상 원료를 베이스 구성에 코팅하기 위한 도포 공정, 기능성 물질을 패드 등에 도포하는 공정, 바이오 필터 제조 공정 등의 바이오 산업 등에 이르기까지 도포 내지 디스펜싱(dispensing)의 대상이 되는 객체에 소정의 도포 매체인 혼합액을 도포하는 다양한 장치와 방법이 이용되고 있다.

종래 일반적으로 적용되는 기술을 살펴보면, 우선, 종래 기술에서는 혼합액을 수용하여 보관하는 수용 장치와 상기 수용 장치로부터 공급되는 혼합액을 펌프 작동 등에 의하여 도포시키는 펌프 장치가 물리적으로 이원화되어 있는데, 이러한 장치 간 물리적 이원화는 혼합액의 이동 경로를 복잡하고 길어지게 하여 혼합액의 침전이 발생할 확률이 그만큼 높아 도포 효율을 저감시킨다.

이와 함께 도포되는 혼합액의 농도가 시간에 따라 달라져 도포 불량이 자주 발생하게 되며, 혼합액을 교반날 내지 임펠러 등을 이용하여 교반시키는 과정에서 혼합액에 공기 등이 유입되어 최종적으로 도포체에 보이드(void)가 발생하는 등의 불량이 야기된다.

또한, 일정한 혼합액의 농도를 유지하기 위한 자동화된 시스템 인프라가 구현되지 않아 수시로 수용 장치의 결합을 해제하고 해제된 수용 장치 내의 혼합액의 상태를 관리자가 육안으로 확인한 후 이에 따라 후속 조치를 취하는 등 상당히 인적(人的) 의존적인 방법에 머물러 있어 효율성이 상당히 낮다고 할 수 있다.

본 발명은 이와 같은 배경에서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 도포되는 혼합액의 농도를 일정하게 유지하는 교반기 및 혼합액을 펌핑시키는 펌프를 일체로 구현하여 펌핑에 의한 도포 효율을 극대화시키고, 교반기에 수용된 혼합액의 상태 모니터링 및 모니터링 결과에 연동하여 교반기를 유기적으로 작동시키는 메커니즘의 적용을 통하여 혼합액의 농도가 자동적으로 일정하게 유지될 수 있도록 구현된 교반기 일체형 펌프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의하여 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 교반기 일체형 펌프 장치는 내부 공간에 혼합액이 수용되며 상기 혼합액이 유출되는 유출구가 하측에 형성된 매체 용기, 상기 내부 공간의 중앙 부위에 위치하며 교반날이 구비된 교반축과, 상기 교반축을 회전 구동시키는 모터를 포함하는 교반기 유닛; 상기 혼합액이 유입되는 노즐, 상기 노즐 끝단에 형성되며 상기 혼합액이 토출되는 토출구와, 상기 노즐로 유입된 혼합액을 가압하여 상기 토출구로 토출시키는 펌프를 포함하며, 상기 교반기 유닛의 하측에서 상기 교반기 유닛과 일체로 결합되는 펌프유닛 및 상기 교반기 유닛의 유출구와 상기 노즐을 연결하는 유로관을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 교반기 일체형 펌프 장치는 상기 교반축이 통과되는 끼움홀이 중심부위에 형성되고, 상기 끼움홀을 통과하는 교반축에 가이딩되어 상하로 이동 가능하며 상기 혼합액의 상면을 자체 하중으로 가압하는 커버링 플레이트를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이 때, 상기 커버링 플레이트는 단면적이 상기 매체 용기의 단면적에 대응되도록 구성하거나 또는 상기 혼합액과의 화학 반응을 억제하는 비활성 물질이 코팅되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 함께, 본 발명의 상기 펌프 유닛은 상기 유로관을 개폐하는 밸브를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 매체 용기는 외부 케이스가 투명 재질로 이루어지도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 본 발명은 상기 모터의 속도를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있으며, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 사용자로부터 상기 모터의 속도 제어를 위한 신호가 입력되는 인터페이스 수단을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 제어부는 상기 인터페이스 수단으로부터 입력된 신호에 의하여 상기 모터의 회전 속도를 가변적으로 제어하도록 구성된다.

이와 함께, 바람직한 실시형태에 따라 상기 매체 용기 내부에 구비되며, 상기 수용된 혼합액의 농도를 측정하는 센서;를 더 포함할 수 있으며, 이 때, 본 발명의 상기 제어부는 상기 센서로부터 측정된 농도 값에 의하여 상기 모터의 회전 속도를 가변적으로 제어하도록 구성될 수 있다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 센서는 상기 매체 용기 내부의 서로 다른 높이에 복수 개로 구비될 수 있으며, 이 때, 상기 제어부는 상기 복수 개 센서로부터 입력된 농도 값의 차이의 크기가 클수록 상기 모터의 회전 속도가 증가되도록 제어할 수 있다.

상기 본 발명의 교반기 일체형 펌프 장치는 도포 매체인 혼합액이 수용되어 교반되는 교반기와 도포를 위한 펌프 장치를 일체로 구현함으로써 별도의 혼합액 공급 장치가 필요 없음은 물론, 단일화된 장치의 구현을 통하여 장치 및 구성요소의 설치, 유지 및 관리의 효용성을 더욱 향상시킬 수 있고 교반 및 펌핑의 시너지 효과를 높일 수 있다.

본 발명은 수용된 혼합액의 농도를 모니터링하고 이에 대한 결과 정보를 교반을 위한 모터에 유기적으로 적용시킴으로써 도포 내지 펌핑되는 혼합액의 정밀한 농도를 자동적으로 일정하게 유지할 수 있으므로 인적 의존성을 최소화할 수 있고 특히 고도한 정밀성이 요구되는 의료 산업분야에서 뛰어난 성능을 실현할 수 있다.

또한, 교반기 작동 시 유입될 수 있는 공기 등을 최소화 내지 억제할 수 있어 도포되는 경우 보이드 발생의 확률을 최소시킬 수 있어 도포 품질의 최적화를 구현할 수 있다.

이와 함께, 혼합액의 농도 변화에 대한 정보 및 교반을 위한 모터 속도 정보 등을 상호 연계하여 실시간으로 DB화할 수 있어 공정 특성을 더욱 효과적이고 반복적으로 구현할 수 있음은 물론, 상기와 같은 본 발명의 특징에 기초하여 도포 공정과 관련된 자동화 설비의 인프라를 효율적으로 구축할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 교반기 일체형 펌프 장치의 구조를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 교반기 일체형 펌프 장치의 외형을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 펌프 유닛의 구조를 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 펌프 유닛의 작동 관계 설명을 위한 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 교반기 일체형 펌프 장치의 제어 프로세싱을 구현하기 위한 구성의 블록도,
도 6은 본 발명의 매체 용기에 수용되는 혼합액의 농도 분포 및 이에 따라 모터의 속도를 자동적으로 제어하는 본 발명의 바람직한 일 실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 매체 용기에 수용되는 혼합액의 상부 및 하부 농도 분포를 도시한 도면,
도 8은 도 7에 따른 농도 분포 차이를 반영하여 모터의 속도를 자동적으로 제어하는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 교반기 일체형 펌프 장치(이하 펌프 장치로 지칭한다)(100)의 구조를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 교반기 일체형 펌프 장치의 외형을 도시한 사시도이다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 펌프 장치(100)에 대한 기본적인 구성과 동작 관계를 우선 설명하고, 이어 펌프 장치(100)를 구성하는 펌프 유닛(400)의 바람직한 실시예와 혼합액의 농도 모니터링, 모터 속도 제어 및 인터페이싱 등에 대한 프로세싱의 순으로 상세히 후술하도록 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 펌프 장치(100)는 교반기 유닛(200), 유로관(300) 및 상기 교반기 유닛(200)과 일체로 결합하는 펌프 유닛(400)을 포함하여 구성될 수 있는데, 우선, 매체 용기(210), 교반축(230), 교반날(240), 모터(260), 구동 매개 장치(265) 및 커버링 플레이트(270) 등을 포함하여 구성될 수 있는 교반기 유닛(200)에 대해 상세히 설명한다.

상기 교반기 유닛(200)의 매체 용기(210)는 도포의 매체가 되는 혼합액을 내부 공간(220)에 수용하는데, 이 내부 공간(220)에 수용된 혼합액은 매체 용기(210)의 아래 부분에 형성된 유출구(250)와 후술되는 유로관(300)을 통하여 펌프 유닛(400)으로 공급된다.

도포의 대상이 되는 혼합액은 액상의 베이스와 이 베이스에 혼합되는 고상의 물질 등 2종 이상의 물질이 서로 혼합된 것으로서 반도체 공정을 비롯하여 의료 기기 산업 분야 등에서 코팅(coating), 디스펜싱(dispensing) 등을 위하여 도포되는 다양한 혼합액이 이용될 수 있다.

매체 용기(210)의 내부 공간(220) 중앙 부위에는 교반축(230)이 위치하게 되는데, 이 교반축(230)은 일단에 교반날(240)이 구비되며 모터(260)와 물리적으로 연결되어 있어 모터가 회전 구동됨에 따라 교반날(240)이 회전하는 구조로 이루어진다. 모터(260)의 회전 구동력이 교반축(230)에 전달되는 힘과 속도의 비를 적절하게 조정하기 위하여 모터(260)와 교반축(230) 사이에는 기어, 베어링, 커플러 등으로 구성될 수 있는 구동 매체 장치(265)가 개재될 수 있다.

상기 혼합액은 농도 내지 점성 등에 따라 조금씩 차이가 있으나 일반적으로 시간이 지남에 따라 고상의 물질이 중력의 영향으로 아래 방향으로 가라앉게 되므로 혼합액은 일정한 농도를 유지할 수 없게 된다. 이러한 현상을 효과적으로 장치 구동에 반영할 수 있도록 상기 매체 용기(210)의 외부 케이스는 투명 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

투명 재질로 구성된 외부 케이스를 통하여 본 발명의 펌프 장치(100)를 작동시키는 관리자 등이 혼합액의 상태를 확인하고 확인된 현재 상태에 따라 적절하게 상기 모터의 구동을 온/온프시키거나 구동 속도를 제어할 수 있게 된다. 모터 구동또는 구동 속도 제어 등에 대한 상세 내용은 후술하도록 한다.

혼합액이 매체 용기(210)에 수용된 후, 교반날(240)이 고속으로 회전하여 섞이는 경우 매체 용기(200)에 존재하는 공기와의 상호 작용에 의하여 혼합액에 거품이 발생하거나 기포가 발생될 수 있는데 이러한 상태에서 혼합액이 후술되는 펌프 유닛(400)으로 공급되는 경우, 토출되는 혼합액에 공기 입자가 포함되어 도포물에 기포 내지 기공(void)이 발생하여 도포 불량이 초래될 확률이 높게 된다.

이와 같은 현상을 효과적으로 극복하기 위하여 본 발명의 펌프 장치(100)는 상기 교반기 유닛(200) 내부에 커버링 플레이트(270)를 더 포함할 수 있다. 커버링 플레이트(270)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 혼합액의 상면을 자체 하중으로 가압하는 판상의 플레이트로 상기 커버링 플레이트(270)의 중심 부위에 형성된 끼움홀(275)을 통과하는 교반축(230)에 의하여 가이딩 및 지지되면서 상하 이동 가능한 형태로 구현된다.

교반날(240)이 회전하여 교반 작동이 이루어지는 경우 이와 같은 커버링 플레이트(270)에 의하여 혼합액과 공기와의 접촉이 억제되어 혼합액에서 발생되는 거품이나 기포 등을 최소화할 수 있고 최종적으로 도포체에 보이드(void) 등의 발생을 현격히 줄일 수 있게 된다.

상기 커버링 플레이트(270)는 다양한 형상과 크기 및 재질로 구성될 수 있는데, 혼합액의 상면을 자체 하중으로 가압 내지 커버링할 수 있도록 일정 이상의 중량을 가지는 금속 재질로 구현하는 것이 바람직하며, 계면 부위에서 상기 혼합액과의 화학 반응이 발생되지 않도록 비활성 물질이 상면 또는 하면 등에 코팅되는 것이 더욱 바람직하다. 코팅되는 비활성 물질은 혼합액의 종류에 따라 본 기술 분야의 통상의 기술자에 의하여 다양하게 적용될 수 있음은 물론이며, 상기 커버링 플레이트(270)는 공기와의 접촉이 최소화될 수 있도록 매체 용기(210)의 단면적에 대응되는 단멱적을 가지도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상술된 교반기 유닛(200)과 일체로 결합되는 펌프 유닛(400)은 교반기 유닛(200)으로부터 일정한 농도비가 유지되도록 교반된 혼합액을 공급받아 특정 대상 내지 객체(object)에 상기 혼합액을 펌핑(pumping)에 의하여 토출시키는 기능을 수행한다.

상기 펌프 유닛(400)은 펌프(410), 노즐(420), 토출구(430) 및 밸브(440) 등을 포함하여 구성될 수 있는데, 우선 펌프 유닛(400)의 노즐(420)로 교반기 유닛(200)의 매체 용기(210)로부터 유입관(300)을 경유하여 공급되는 혼합액이 유입된다.

노즐(420)로 유입된 혼합액은 상기 노즐(420) 끝단에 형성된 토출구(430)로 토출되게 되는데, 이를 위하여 본 발명의 펌프(410)는 상기 노즐(420)로 유입된 혼합액을 가압하여 상기 토출구(430)로 상기 혼합액을 토출시킨다. 상기 노즐(420)로 유입된 혼합액은 앞서 설명된 교반기 유닛(200)에 의하여 일정한 농도가 지속적으로 유지된 상태에서 노즐(420)로 공급되므로 상기 토출구(430)에서 토출되는 혼합액의 농도 또한, 일정하게 유지될 수 있게 된다.

상기 유로관(300)은 교반기 유닛(200)과 노즐(400) 사이를 매개하여 혼합액을 공급하는 기능을 수행하는데 토출 효율을 향상시키고 잔존 이물질이 최소화될 수 있도록 상기 유로관(300)의 내경을 0.2mm 이상 1.0mm이하가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같이 유로관(300)의 내경을 0.2mm 이상 1.0mm이하가 되도록 구성하는 경우 노즐(420)로 공급되는 혼합액이 유로관(300)을 경유할 때, 더욱 빠른 유속이 되도록 유도할 수 있어 교반기 유닛(200)에서 일정 농도가 유지된 혼합액이 유로관(300)을 경유하는 과정에서도 지속적으로 그 일정 농도를 유지할 수 있게 된다.

펌프 유닛(400)의 밸브(440)는 상기 유로관(300)을 개폐하게 되는데 이와 같은 밸브(440)의 온/오프 제어에 의하여 유로관(300)을 통하여 공급되는 혼합액이 단속됨으로써 토출 여부를 독립적으로 제어할 수 있음은 물론, 혼합액이 누수되는 것을 방지할 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이 노즐(410)을 통하여 유입된 혼합액을 가압하여 토출구(420)로 토출시키는 상기 펌프 유닛(400)은 그 지칭되는 명칭에 제한되지 않고 다양한 형태와 종류의 펌프 유닛이 적용될 수 있음은 자명하다.

이하에서는 첨부된 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 의한 펌프 유닛(400)을 설명하도록 한다. 상기 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 펌프 유닛(400)은 젯 방식에 의해 고속 분사가 가능함과 동시에 액적(droplet) 형태가 아닌 스트림(stream) 형태로 레진 등의 혼합액을 도포할 수 있어 레진 등의 혼합액이 대상 부위에 고르고 정확하게 도포될 수 있는 장점을 가질 수 있다.

이를 위한 본 발명의 펌프 유닛(400)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 이송수단의 구동 헤드 등에 결합되는 프레임(11), 유로관(300)을 통하여 교반기 유닛(200)과 연결된 노즐 하우징(14), 노즐 하우징(14) 내부의 혼합액 챔버(15)에 상하 왕복운동 가능하게 설치된 밸브 부재(16), 밸브 부재(16)를 구동시켜 혼합액을 가압하는 가압 수단(17), 노즐 하우징(14)의 하부에 결합되고 혼합액을 스트림 형태로 분사하는 노즐 토출구(18)를 포함한다. 이러한 구성으로 이루어지는 펌프 유닛(400)은 소정의 이송수단에 의해 이동하면서 대상 부위에 고속으로 혼합액 등을 분사한다.

가압 수단(17)은 반복적으로 상하 운동하는 밸브 부재(16)를 이용하여 혼합액을 토출시키는데, 도 4에 도시된 바와 같이 가압 수단(17)은 밸브 부재(16)와 결합된 커넥팅로드(21), 커넥팅로드(21)와 결합된 캠팔로우(22), 캠팔로우(22)를 하부 방향으로 탄성 지지하는 스프링(24), 스프링(24)의 탄성력을 이기고 캠팔로우(22)를 상승시키는 원통캠(25), 원통캠(25)을 회전시키기 위해 원통캠(25)에 결합된 연동폴리(27)를 포함한다. 밸브 부재(16)는 도시된 것과 같이 로드(Rod) 형태 이외에 왕복 이동하면서 혼합액을 가압할 수 있는 다른 형태로 변경될 수 있음은 물론이다.

캠팔로우(22)는 원통캠(25)의 상면에 접하는 한 쌍의 롤베어링(23)을 가지고 있고, 원통캠(25)의 상면에는 복수의 캠돌기(26)가 구비되어 있다. 원통캠(25)이 회전하면 복수의 캠돌기(26)가 롤베어링(23)에 접했다가 떨어지면서 캠팔로우(22)가 승강 동작을 반복하게 된다. 즉, 롤베어링(23)이 캠돌기(26)에 접하면 스프링(24)이 압축되면서 캠팔로우(22)가 상승하고, 롤베어링(23)이 캠돌기(26)에서 떨어지면 스프링(24)의 탄성력에 의해 캠팔로우(22)가 하강한다. 캠팔로우(22)는 축 지지부재(28)에 결합되어 회전이 억제되고 상하 직선 이동만 가능한 스플라인 축(29)과 결합됨으로써 회전 시 승강 운동만 할 수 있다.

원통캠(25)은 연동폴리(27)와 직접 결합되어 있어서 연동폴리(27)가 회전하면 연동폴리(27)와 함께 회전한다. 도면에 도시되지는 않았으나, 연동폴리(27)는 서보모터에 연결된 구동폴리와 밸트를 통해 연결되어 있다. 따라서, 서보모터가 작동하면 원통캠(25)이 회전하고, 원통캠(25)이 회전하면 캠팔로우(22)가 움직이면서 커넥팅로드(21) 및 밸브 부재(16)가 고속으로 승강 운동하게 된다. 또한, 승강 운동하는 밸브 부재(16)는 노즐 하우징(14)의 혼합액 챔버(15)에 충전된 혼합액을 노즐 토출구(18)쪽으로 밀어낸다.

본 발명의 펌프 유닛(400)에 있어서, 스프링(24)과 원통캠(25)의 구비 위치는 바뀔 수 있다. 즉, 스프링(24)이 캠팔로우(22)의 하부를 탄성 지지하여 캠팔로우(22)를 상승시키고, 원통캠(25)이 캠팔로우(22)의 상부에 설치되어 캠팔로우(22)의 상면을 가압함으로써 스프링(24)의 탄성력을 이기고 캠팔로우(22)를 하강시킬 수도 있다. 그리고 연동폴리(27), 밸트, 구동폴리, 서버모터로 구성되는 구동 수단은 원통캠(25)을 회전시킬 수 있는 다른 장치로 대체될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도 5 내지 도 8을 참조하여 혼합액의 농도 모니터링, 모터의 속도 제어 및 제어를 위한 사용자 인터페이싱 등에 대한 본 발명의 바람직한 실시에를 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 펌프 장치(100)의 제어 프로세싱을 구현하기 위한 구성의 블록도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 펌프 장치(100)는 제어부(600), 센서(610), DB부(620), 사용자 입력 인터페이스(630) 및 화면표시수단(640)을 포함하여 구성될 수 있다.

우선, 본 발명의 설명에 있어 도 5에 도시된 본 발명의 각 구성요소는 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. 즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 구성되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

본 발명의 상기 제어부(600)는 모터를 구동하는 전력의 크기 등을 가변적으로 적용하여 모터의 속도를 제어하도록 구성되는데, 터치 패드, 키 버튼 등으로 구현되는 사용자 입력 인터페이스(630)에 의하여 관리자 등이 모터의 특정 속도 정보를 입력하면, 상기 제어부(600)가 입력된 정보를 분석하여 입력된 속도 정보에 대응되도록 상기 모터의 구동 속도를 제어한다.

현재 모터의 구동 여부 또는 현재 모터의 속도 정보 등은 세븐 세그먼트(seven segment), LED, LCD 등으로 구현되는 화면표시수단(640)에 출력되도록 구성하여 더욱 사용자 지향적인 인터페이싱이 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

매체 용기(210)에 수용된 혼합액은 시간이 지남에 따라 혼합액을 이루는 고상의 물질이 아래쪽으로 가라앉게 되므로 도 6 및 도 7에 예시된 바와 같이 아래쪽 혼합액의 농도는 시간이 지남에 따라 위쪽 혼합액의 농도와 대비하여 상대적으로 높아지게 된다.

즉, 혼합액이 최초 C₁의 농도를 가지고 있다고 가정하는 경우, 시간이 지남에 따라 아래쪽 혼합액의 농도는 점진적으로 높아져 t₂에서는 C_M의 농도를 가지게 되므로 시간이 지남에 따라 혼합액은 일정한 농도를 유지하지 못하게 된다.

이러한 물리적 현상을 극복하고 이를 장치 제어에 효과적으로 반영하기 위하여 본 발명의 펌프 장치(100)는 매체 용기(210) 내부에 구비되며 혼합액의 농도를 측정하는 센서(610)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 혼합액의 농도를 측정하는 센서(610)로부터 현재 혼합액의 농도 정보가 측정되면 본 발명의 제어부(600)는 상기 센서(610)로부터 측정된 농도 값에 의하여 모터(260)의 회전 속도를 가변적으로 제어한다. 도 6의 아래 도면에 도시된 바와 같이 측정된 농도가 높으면 모터의 속도를 상대적으로 빠르게 구동시키고, 측정된 농도가 낮아지면 모터의 속도가 상대적으로 낮아지도록 제어한다.

혼합액의 농도를 측정하는 센서는 통상의 기술자 수준에서 다양한 적용예가 가능한데, 필터 등을 통과하는 물질의 양을 측정하는 센서를 비롯하여, 가시광선 등의 빛 투과 정도를 차등적으로 수광 내지 인식하여 인식된 빛에 대응되는 크기의 전기 신호로 변환하는 광전 소자 등을 이용할 수도 있다.

한편, 실시 형태에 따라 적정한 오차 범위를 고려하여 정해진 기준 농도(C_r) 이상으로 올라가는 경우에 한해 모터의 구동이 개시되도록 제어할 수 있으며, 혼합액의 농도가 상기 기준 농도(C_r) 이하로 낮아지는 경우 모터의 구동이 중단되도록 구성할 수 있다. 모터의 구동이 중단된다고 하여도 관성에 의하여 모터 구동의 준단 이후 소정 시간 간격을 두고 혼합액의 교반이 중단되므로 모터 구동이 없어도 정해진 농도가 되도록 유도될 수 있으므로 더욱 실질적이고 경제적인 프로세싱이 가능하다. 상기 기준 농도는 혼합액의 종류, 적정 유지 농도, 도포되는 대상 등의 특성 등에 따라 다양한 기준에 의하여 설정될 수 있음은 물론이다.

본 발명의 제어부(600)는 모터의 회전 속도뿐만 아니라 모터의 회전 방향 또한, 적절하게 변화시킴으로써 혼합액 내에서 와류 등이 형성되도록 유도하여 더욱 빠른 시간 내에 안정적인 농도가 유지될 수 있도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 구성을 통하여 관리자 등이 항시적으로 혼합액의 상태를 주시하고 이에 따라 장치를 조작하지 않아도 현재 혼합액의 농도에 기초하여 혼합액의 교반을 위한 모터의 구동 및 속도를 자동적으로 제어할 수 있고 이를 기초로 자동화 설비를 위한 인프라를 효과적으로 구축할 수 있음은 물론, 교반이 필요한 경우를 자동적으로 선별하여 제한적인 범위 내에서 모터의 구동 및 속도를 제어할 수 있으므로 더욱 경제적인 운용이 가능해진다.

도 7은 본 발명의 매체 용기에 수용되는 혼합액의 상부 및 하부 농도 분포를 도시한 도면인데, 도 7을 참조하면, 앞서 설명된 물리적 현상에 기초하여 혼합액 상부의 농도는 최초 C₁농도에서 시간이 지남에 따라 t₁에서 C₂로 낮아지고, 혼합액 하부의 농도는 최초 C₁농도에서 t₁에서 C₃로 높아지게 된다.

즉, 시간이 지남에 따라 교반을 위한 특정 구동이 이루어지지 않으면, 혼합액의 상대적 상하 농도 차이는 커지게 되므로 이러한 혼합액의 상부 및 하부 농도 차이를 반영하여 이를 모터 제어에 적용하면 더욱 정밀하고 정확한 농도 제어가 가능해진다.

이를 위하여 앞서 설명된 본 발명이 센서(610)를 상기 매체 용기(210) 내부의 서로 다른 높이에 복수 개로 구비시키고, 본 발명에 제어부(600)는 도 8에 도시된 바와 같이 각각의 센서(610-1, 610-2)로부터 입력된 농도 값의 차이가 클수록 모터의 회전 속도가 증가되도록 모터 구동을 제어한다. 도면 등에는 센서(610)를 두 개로 예시하고 있으나, 측정의 정밀성, 혼합액의 특성 내지 종류 등에 따라 더욱 많은 센서를 구비할 수 있다.

예를 들어, 동일 높이에 복수 개의 센서를 구비하여 동일 높이의 센서들로부터 측정되는 농도 값 정보의 통계적 정보를 활용하는 방법은 물론이며, 이와 조합적으로 서로 다른 높이에 구비되는 3개 이상의 센서를 구비시킬 수도 있다.

이 경우 서로 다른 높이에 구비되는 3개 이상의 센서들로부터 혼합액의 수위별 농도 분포를 분석하고, 이에 따라 모터를 제어하거나 또는 교반날(240)이 위치하는 물리적 높이가 조정되도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

센서(610)로부터 입력된 상부 또는 하부 혼합액의 농도, 모터의 회전 속도 등에 대한 정보는 실시간 또는 특정 주기별로 본 발명의 DB부(620)에 저장되도록 제어하여 이력 데이터 또는 통계 데이터로 활용될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다. 상기 DB부(620)에는 사용자 입력 인터페이스를 통하여 입력된 정보는 물론, 앞서 설명된 기준 농도로 설정된 정보 등을 포함하여 교반, 모터 제어, 펌핑되는 시간 정보 등에 대한 다양한 정보가 함께 연계되어 저장될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명의 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 과장되거나 생략된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 기초로 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.

100 : 펌프 장치 200 : 교반기 유닛
210 : 매체 용기 220 : 내부 공간
230 : 교반축 240 : 교반날
250 : 유출구 260 : 모터
270 : 커버링 플레이트 275 : 끼움홀
300 : 유로관 400 : 펌프 유닛
410 : 펌프 420 : 노즐
430 : 토출구 440 : 밸브

Claims (10)

1. 내부 공간에 혼합액이 수용되며 상기 혼합액이 유출되는 유출구가 하측에 형성된 매체 용기, 상기 내부 공간의 중앙 부위에 위치하며 교반날이 구비된 교반축과, 상기 교반축을 회전 구동시키는 모터를 포함하는 교반기 유닛;
   상기 혼합액이 유입되는 노즐, 상기 노즐 끝단에 형성되며 상기 혼합액이 토출되는 토출구와, 상기 노즐로 유입된 혼합액을 가압하여 상기 토출구로 토출시키는 펌프를 포함하며, 상기 교반기 유닛의 하측에서 상기 교반기 유닛과 일체로 결합되는 펌프유닛;
   상기 교반기 유닛의 유출구와 상기 노즐을 연결하는 유로관; 및
   상기 교반축이 통과되는 끼움홀이 중심부위에 형성되고, 상기 끼움홀을 통과하는 교반축에 가이딩되어 상하로 이동 가능하며 상기 혼합액의 상면을 자체 하중으로 가압하는 커버링 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 커버링 플레이트는,
   단면적이 상기 매체 용기의 단면적에 대응되는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 커버링 플레이트는,
   상기 혼합액과의 화학 반응을 억제하는 비활성 물질이 코팅된 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 펌프 유닛은,
   상기 유로관을 개폐하는 밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 매체 용기는,
   외부 케이스가 투명 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 모터의 속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
8. 제 7항에 있어서,
   사용자로부터 상기 모터의 속도 제어를 위한 신호가 입력되는 인터페이스 수단;을 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 인터페이스 수단으로부터 입력된 신호에 의하여 상기 모터의 회전 속도를 가변적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
9. 제 7항에 있어서,
   상기 매체 용기 내부에 구비되며, 상기 수용된 혼합액의 농도를 측정하는 센서;를 더 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 센서로부터 측정된 농도 값에 의하여 상기 모터의 회전 속도를 가변적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 센서는,
    상기 매체 용기 내부의 서로 다른 높이에 복수 개로 구비되며,
    상기 제어부는,
    상기 복수 개 센서로부터 입력된 농도 값의 차이의 크기가 클수록 상기 모터의 회전 속도가 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 교반기 일체형 펌프 장치.

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