KR102450056B1 - 전기유변 유체의 탈기 - Google Patents

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KR102450056B1
KR102450056B1 KR1020207009390A KR20207009390A KR102450056B1 KR 102450056 B1 KR102450056 B1 KR 102450056B1 KR 1020207009390 A KR1020207009390 A KR 1020207009390A KR 20207009390 A KR20207009390 A KR 20207009390A KR 102450056 B1 KR102450056 B1 KR 102450056B1
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스티븐 에이치 워커
레이몬드 엘 니콜라이
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나이키 이노베이트 씨.브이.
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Abstract

시스템은 리저버와 유체 연통할 수 있고 다수의 배출 포트를 포함할 수 있는 출력 매니폴드를 포함할 수 있다. 배출 포트 각각은 전기유변 유체를 하우징 내로 배출하도록 구성될 수 있다. 회수 매니폴드는 리저버와 유체 연통할 수 있고 다수의 회수 포트를 포함할 수 있다. 회수 포트 각각은 하우징으로부터 전기유변 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 가스 제거기는 회수 포트로부터 수용된 전기유변 유체로부터 가스를 추출하도록 정위될 수 있다. 하우징은 시스템에 연결될 수 있으며, 시스템으로부터의 전기유변 유체는 하우징 및 가스 제거기를 통해 펌핑될 수 있다.

Description

전기유변 유체의 탈기
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 발명이 명칭이 "DEGASSING ELECTRORHEOLOGICAL FLUID"이고 2017년 8월 31일에 출원된 미국가특허출원 제62/552,555호를 우선권으로 주장한다. 출원 제62/552,555호 전문은 본원에 참고로 포함된다.
배경
전기유변(electrorheological)(ER) 유체는 통상적으로 비-전도 오일(non-conducting oil), 또는 매우 작은 입자가 현탁되어 있는 다른 유체를 포함한다. 몇몇 타입의 ER 유체에서, 입자는 5 마이크론 이하의 직경을 가질 수 있고, 폴리스티렌 또는 쌍극 분자(dipolar molecule)를 갖는 다른 폴리머로부터 형성될 수 있다. ER 유체에 걸쳐 전기장이 가해질 때, 유체의 점도는 그러한 전기장의 세기가 증가함에 따라 증가한다. ER 유체의 이러한 특징은 ER 유체를 보유한 시스템에서 유동을 제어하기 위해 이용될 수 있다.
이러한 발명의 내용은 아래 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서 더 설명될 개념을 선택하여 간략화된 형태로 소개하기 위해 제공된다. 이러한 발명의 내용은 본 발명의 주요한 특징 또는 필수적인 특징을 확인하도록 의도되지 않는다.
일부 구현예에서, 시스템은 리저버와 유체 연통할 수 있고 다수의 배출 포트를 포함할 수 있는 출력 매니폴드(output manifold)를 포함할 수 있다. 배출 포트 각각은 전기유변 유체를 하우징 내로 배출하도록 구성될 수 있다. 회수 매니폴드는 리저버와 유체 연통할 수 있고 다수의 회수 포트를 포함할 수 있다. 회수 포트 각각은 하우징으로부터 전기유변 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 가스 제거기(gas remover)는 회수 포트로부터 수용된 전기유변 유체로부터 가스를 추출하도록 정위될 수 있다.
일부 구현예에서, 방법은 전기유변 유체를 보유한 유체 시스템에 하우징을 연결시키는 것을 포함할 수 있다. 유체 시스템은 가스 제거기를 포함할 수 있다. 유체 시스템에 하우징을 연결한 후에, 전기유변 유체는 하우징 및 가스 제거기를 통해 펌핑될 수 있다. 전기유변 유체를 하우징을 통해 그리고 가스 제거기를 통해 펌핑한 후에, 하우징은 유체 시스템으로부터 분리될 수 있다.
추가 구현예가 본 명세서에 기술된다.
몇몇 구현예는 비슷한 참조 부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부 도면의 도해로, 제한으로서가 아니라, 예로서 예시된다.
도 1a는 일부 구현예에 따른 ER 유체 하우징의 후측면 상단 사시도이다.
도 1b는 도 1a의 ER 유체 하우징의 상면도이다.
도 1c는 도 1b에 지시된 평면으로부터 취해진 부분 개략적 영역 단면도(partially schematic area cross-sectional view)이다.
도 1d는 도 1c의 도면의 확대된 부분이다.
도 2a는 특정의 추가적인 구현예에 따른 ER 유체 하우징의 측면 상단 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 ER 유체 하우징의 상면도이다.
도 2c 내지 도 2e는 도 2b에 지시된 평면으로부터 취해진 부분 개략적 영역 단면도이다.
도 3a는 일부 구현예에 따른 유체 시스템의 블록도이다.
도 3b는 도 3a의 유체 시스템으로부터의 가스 제거기의 사시도이다.
도 3c는 도 3b에 지시된 평면으로부터의 측단면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 도 3a의 시스템을 이용한 작동을 도시한 블록도이다.
도 5a는 추가 구현예에 따른 유체 시스템의 블록도이다.
도 5b는 도 5a의 유체 시스템으로부터의 가스 제거기의 블록도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5a의 시스템을 이용한 작동을 도시한 블록도이다.
도 7은 추가적인 구현예에 따른 유체 시스템의 블록도이다.
도 8a 내지 도 8e는 도 7의 시스템을 이용한 작동을 도시한 블록도이다.
도 9a 내지 도 9e는 다른 추가적인 구현예에 따른, 시스템, 및 그러한 시스템의 작동을 도시한 블록도이다.
도 10a 내지 도 11b는 다른 추가 구현예에 따른, 시스템, 및 그러한 시스템의 작동을 도시한 블록도이다.
도 1a는 일부 구현예에 따른 ER 유체 하우징(10)의 후측면 상단 사시도이다. 하우징(10)은 본체(11) 및 2개의 유체 챔버(12 및 13)를 포함한다. 챔버(12 및 13)는 각각 본체(11)의 상단측으로부터 상향으로 연장하는, 가요성 윤곽의 벽(flexible contoured wall)(14 및 15)에 의해 경계를 짓는다. 하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본체(11) 내의 채널은 챔버(12 및 13)를 연결한다. 챔버(12 및 13) 및 연결 채널은 스프루(sprue)(16 및 17)를 이용하여 ER 유체로 채워질 수 있다. 채워진 후에, 스프루(16 및 17)는 시일링될 수 있으며, 하우징(10)은 풋웨어 물품의 구성요소로서 사용된다. 특히, 하우징(10)은 밑창 구조체 및 지지판 아래에 배치된 챔버(12 및 13) 내에 도입될 수 있다. ER 유체는 이후에, 밑창 구조체의 형상을 조정하는 것이 요망될 때, 챔버(12)와 챔버(13) 사이에서 유동될 수 있다. 챔버(13)로부터 챔버(12)로의 유동은 본체(11)에 대해 챔버(13)의 중앙 영역(19)의 높이를 감소시키고, 동시에, 챔버(12)의 중앙 영역(18)의 높이를 증가시킬 수 있다. 반대 방향으로의 유동은 반대 효과를 가질 것이다. 중앙 부분(18 및 19)이 요망되는 높이를 달성할 때, 추가 높이 변경은 연결 채널에서 전극에 에너지를 제공함으로써 중지될 수 있다. 그러한 전극에 에너지를 제공하는 것은 그러한 채널에서 ER 유체의 점도를 증가시키고, 챔버(12)와 챔버(13) 사이에서 ER 유체의 추가 유동을 방지한다.
도 1b는 하우징(10)의 상면도이다. 챔버들(12 및 13)을 연결시키는 채널(20)의 위치는 작은 파선으로 지시된다. 한 쌍의 마주하는 전극은 하단측 및 상단측 상의 채널(20) 내에 정위되어 있고, 큰 파선으로 지시된 부분(21)을 따라 연장한다. 도 1c는 도 1b에서 지시된 평면을 따라 취해진 부분 개략적 영역 단면도이다. 회색 음영은 도 1c에서, 하우징(10)이 채워진 직후에 ER 유체를 보유하는 영역을 지시하기 위해 사용된다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 챔버(12 및 13)는 벽(14 및 15)에서 폴드(fold)에 의해 생성된 벨로우즈 형상(bellows shape)을 갖는다. 도 1d는 도 1c에 지시된 영역의 확대도이다. 도 1d는 채널(20), 및 부분(21)을 따라 채널(20)의 상단 벽 및 하단 벽을 각각 덮는 전극(22 및 23)의 추가적인 세부사항을 도시한 것이다. 일부 구현예에서, 채널(20)은 1 밀리미터(mm)의 전극들 간의 최대 높이(h), 2 mm의 평균 폭(w), 및 적어도 200 mm의 챔버들(12 및 13) 간의 유동 경로를 따르는 길이를 가질 수 있다.
하우징(10) 및 챔버들(12 및 13)을 위한 예시적인 재료는 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 포함한다. 전극들(22 및 23)을 위한 예시적인 재료는 0.05 mm 두께의 1010 니켈 도금된 냉연강을 포함한다. 하우징(10) 및 다른 타입의 유사한 하우징의 추가적인 세부사항은 발명의 명칭이 "Footwear Including an Incline Adjuster"이고 대리인 명세서 번호 215127.02296/170259US02를 갖는 본 출원과 동일한 날짜에 출원된 미국 가특허출원에서 확인될 수 있으며, 이러한 출원은 본원에 참고로 포함된다.
도 2a는 특정의 추가적인 구현예에 따른 ER 유체 하우징(50)의 측면 상단 사시도이다. 도 2b는 하우징(50)의 상면도이다. 하우징(50)은 본체(51) 및 6개의 유체 챔버를 포함한다. 챔버(52a) 내지 챔버(52c)는 하우징(50)의 일 측면 상에 위치되며, 챔버(53a) 내지 챔버(53c)는 반대 측면 상에 위치된다. 챔버(52a) 내지 챔버(52c) 및 챔버(53a) 내지 챔버(53c)는 각각, 본체(51)의 상단측으로부터 상향으로 연장하는, 가요성 윤곽 벽(54a) 내지 가요성 윤곽 벽(54c) 및 가요성 윤곽 벽(55a) 내지 가요성 윤곽 벽(55c)에 의해 경계를 짓는다. 챔버(52a) 내지 챔버(52c) 및 챔버(53a) 내지 챔버(53c)는 채널(60.1) 내지 채널(60.5)에 의해 연결되며, 이러한 채널은 본체(51)에 위치되고, 도 2b에서 작은 파선으로 지시된다. 마주하는 전극은 하단측 및 상단측 상에서 채널(60.3) 내에 정위되고, 도 2b에서 큰 파선으로 지시된 부분(61)을 따라 연장한다.
챔버(52a) 내지 챔버(52c), 챔버(53a) 내지 챔버(53c), 및 채널(60.1) 내지 채널(60.5)은 스프루(66 및 67)를 이용하여 ER 유체로 채워질 수 있다. 채워진 후에, 스프루(66 및 67)는 시일링될 수 있으며, 하우징(50)은 풋웨어 물품의 구성요소로서 사용된다. 특히, 하우징(50)은 밑창 구조체 및 지지판 아래에 배치된 챔버(52a) 내지 챔버(52c) 및 챔버(53a) 내지 챔버(53c) 내에 도입될 수 있다. ER 유체는 이후에, 밑창 구조체의 형상을 조정하기 위해 일측 상의 챔버(예를 들어, 챔버(53a) 내지 챔버(53c))로부터 다른 측면 상의 챔버(예를 들어, 챔버(52) 내지 챔버(52c))로 유동될 수 있다. 챔버(53a) 내지 챔버(53c)로부터 챔버(52a) 내지 챔버(52c)로의 유동은 본체(51)에 대해, 각각 챔버(53a) 내지 챔버(53c)의 중앙 영역(59a) 내지 중앙 영역(59c)의 높이를 감소시키고, 동시에, 각각 챔버(52a) 내지 챔버(52c)의 중앙 영역(58a) 내지 중앙 영역(58c)의 높이를 증가시킬 수 있다. 반대 방향으로의 유동은 반대 효과를 가질 것이다. 높이 변경은 ER 유체의 추가 유동을 방지하기 위해 채널(60.3)에서 전극에 에너지를 제공함으로써 중지될 수 있다.
도 2c 내지 도 2e는 도 2b에 지시된 평면으로부터 취해진 부분 개략적 영역 단면도이다. 도 2e는 도 2c 및 도 2d에 대해 확대된 것이다. 회색 음영은 도 2c 내지 도 2e에서, 하우징(50)이 채워진 직후에 ER 유체를 보유하는 영역을 지시하기 위해 사용된다. 챔버(53a 및 53b)의 구조는 챔버(53c)의 구조와 유사하지만, 챔버(53a)는 약간 더 작은 직경을 갖는다. 챔버(52a)의 구조는 챔버(52b 및 52c)의 구조와 유사하다. 채널(60.1, 60.4, 및 60.5)의 구조는 채널(60.2 및 60.3)의 구조와 유사하지만, 채널(60.1, 60.2, 60.4, 및 60.5)은 전극이 결여되어 있다. 도 2c 및 도 2d에 도시된 바와 같이, 챔버(52a) 내지 챔버(52c) 및 챔버(53a) 내지 챔버(53c)는 벽(54a) 내지 벽(54c) 및 벽(55a) 내지 벽(55c)에서 폴드에 의해 생성된 벨로우즈 형상을 갖는다. 도 2e는 채널(60.3), 및 부분(77)을 따라 채널(60.3)의 상단 벽 및 하단 벽을 각각 덮는 전극(62 및 63)의 추가적인 세부사항을 도시한 것이다. 일부 구현예에서, 채널(60.3)은 1 mm의 전극들 간의 최대 높이(h), 2 mm의 평균 폭(w), 및 적어도 270 mm의 챔버(52c)와 챔버(53c) 간의 유동 경로를 따르는 길이를 가질 수 있다. 채널들(60.1, 60.2, 60.4, 및 60.5)의 최대 높이(h)(상단 벽과 하단 벽 사이) 및 평균 폭(w)은 각각 채널(60.3)의 최대 높이 및 평균 폭과 동일한 치수를 가질 수 있다.
하우징(50) 및 챔버(52a) 내지 챔버(52c) 및 챔버(53a) 내지 챔버(53c)를 위한 예시적인 재료는 TPU를 포함한다. 전극들(22 및 23)을 위한 예시적인 재료는 0.05 mm 두께의 1010 니켈 도금된 냉연강을 포함한다. 하우징(50) 및 다른 타입의 유사한 하우징의 추가적인 세부사항은 발명의 명칭이 "Incline Adjuster With Multiple Discrete Chambers"이고 대리인 명세서 번호 215127.02297/170259US03를 갖는 본 출원과 동일한 날짜에 출원된 미국 가특허출원에서 확인될 수 있으며, 이러한 출원은 본원에 참고로 포함된다.
하우징(10) 또는 하우징(50)과 같은 하우징에서 ER 유체를 사용할 때, 그러한 유체로부터 공기를 제거하는 것이 유익하다. 버블이 작동 동안 이러한 하우징의 ER 유체에서 형성될 수 있는 경우에, 하우징이 도입된 디바이스는 오작동할 수 있다. 공기 갭을 가로지르는 아크에 대해 요구되는 전기장 세기는 1 밀리미터 당 대략 3 킬로볼트(kV/mm)이다. 하우징(10) 또는 하우징(50)과 같은 하우징을 이용하는 적어도 일부 적용에서, 이러한 전기장 세기는 유동을 중지시키기 위해 채널 내에 ER 유체의 충분한 점도를 달성하는데 요구되는 통상적인 전기장 세기 미만일 수 있다. 버블이 형성되고 아크형성(arcing)이 일어나는 경우에, 채널을 가로지르는 전기장은 붕괴할 수 있다. 전기장이 이러한 방식으로 붕괴된 경우에, 채널을 통한 유동은 유동을 억제하는 것이 요망되는 정확한 시간에 허용될 것이다.
상술된 바와 같이 하우징을 채우기 위해 사용되는 ER 유체로부터 공기를 제거하는 것이 어려울 수 있다. 챔버 및 채널의 치수는 비교적 작으며, 버블이 채워지는 동안 수집될 수 있는 그러한 채널 및 챔버 내에 여러 위치가 존재한다. 이러한 어려움은, 시간소비적이고 노동-집약적인 탈기 절차가 생산 비용을 상당히 증가시킬 수 있기 때문에, 이러한 하우징을 대량으로 생산하고자 시도할 때 악화될 수 있다.
다양한 구현예는 ER 유체 하우징을 채우기 위해 사용되는 ER 유체로부터 공기를 제거하기 위한 시스템 및 방법을 포함한다. 적어도 일부의 이러한 구현예에서, 시스템은 하나 이상의 하우징을 통해 순환될 수 있는 탈기된 ER 유체의 소스를 제공한다. 다수의 하우징은 시스템에 연결되고 동시에 처리될 수 있다. 탈기된 ER 유체의 리저버는 하우징을 공급한다. 탈기된 유체는 유입구를 통해 각 하우징 내로 펌핑된다. 유입하는 유체는 이미 하우징에 존재하고 여전히 공기를 보유할 수 있는 ER 유체를 대체한다. 대체된 ER 유체는 각 하우징에서 배출되고, 시스템에 의해 회수된다. 회수된 ER 유체는 이후에 탈기되고, 리저버로 되돌아간다. 소정 시간 동안 각 하우징을 통해 탈기된 ER 유체를 연속적으로 펌핑시킴으로써, 각 하우징 내에서 공기가 제거된다.
본 명세서의 구현예에서 사용될 수 있는 ER 유체의 일례는 ERF Produktion Wuerzberg GmbH에 의해 "RheOil 4.0"이라는 이름으로 판매된다. 그러한 특정 ER 유체는 35 mPa*s의 25℃에서의 동적 점도(dynamic viscosity), 및 34 mm2/s의 25℃에서의 운동 점도(kinematic viscosity)를 갖는다.
도 3a는 일부 구현예에 따른 유체 시스템(100)을 도시한 부분 개략적 블록도이다. 도 3a 및 후속 도면에서, 시스템(100) 및 다른 시스템 뿐만 아니라 이러한 시스템을 사용하는 방법은 하나 이상의 하우징(10)과 관련된 실시예를 참조하여 기술된다. 그러나, 본원에 기술된 시스템 및 방법은 단일 하우징(10)을 채우는 것, 하나 이상의 하우징(50)을 채우는 것, 하나 이상의 다른 타입의 하우징을 채우는 것, 및/또는 상이한 타입의 하우징들의 조합을 채우는 것을 위해 사용될 수 있다.
시스템(10)은 리저버(101)를 포함한다. 리저버(101)는 ER 유체(110)를 보유하는 탱크이다. 적어도 일부 구현예에서, 리저버는 그러한 리저버를 포함하는 시스템에 의해 처리되는 유체 하우징의 내부 용적보다 실질적으로 더 큰 내부 용적을 갖는다. 일 예로서, 하우징, 예를 들어, 하우징(10 및 50)은 각각 대략 22 밀리리터 및 24 밀리리터의 ER 유체를 보유할 수 있는 내부 용적을 가질 수 있다. 상반되게, 리저버, 예를 들어, 리저버(101)는 적어도 10 리터의 ER 유체를 보유하는 내부 용적을 가질 수 있다.
가스 제거기(102)는 탱크(101) 내에 정위되어 있다. 시스템(100)으로 처리되는 하우징(10)으로부터 회수된 유입하는 ER 유체(110)는 유입 도관(103)을 통해 수용되고, 가스 제거기(102) 내로 주입된다. 가스 제거기(102)는 유입하는 유체로부터 혼입된 공기를 제거하고, 배기 튜브(104)를 통해 제거된 공기를 배기시킨다. 배기 튜브(104)의 단부(139)는 ER 유체(110)에서 배기된 공기의 용해를 피하기 위해 ER 유체(110)의 표면 위에 정위된다. 탈기된 ER 유체(110)는 유출구(105)로부터 가스 제거기(102)에서 배출된다. 일부 구현예에서, 그리고 하기에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 가스 제거기(102)는 원심 유동 버블 제거기일 수 있다.
리저버(101)는 진공 라인(107)에 의해 진공원(106)에 연결된다. 밸브(111)는 진공원(107)을 리저버(101)의 내부에 연결하도록 열리고, 진공원(107)으로부터 리저버(101) 내부를 분리시키도록 닫힐 수 있다. 밸브(111)가 열려 있을 때, 진공원(107)은 리저버(101)의 상단과 리저버(101) 내의 유체(110)의 표면 사이의 헤드스페이스(headspace)(108)에서 대기압 미만의 압력(PSA)을 유지한다. 압력(PSA)은 리저버(101) 외측의 시스템(100)의 환경에서 주변 대기압(PA)보다 더 낮다. 적어도 일부 구현예에서, PSA는24 밀리바 이하이다. 진공원(106)은 활성화될 때 계속적으로 작동하는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 진공원(106)의 펌프는 리저버(101) 내에서 압력 센서(112)로부터의 신호를 수신하고, PSA가 제1 값(예를 들어, 요망되는 PSA의 제1 백분율)까지 증가할 때 펌핑하기 시작하고 PSA가 제2 값(예를 들어, 요망되는 PSA의 제2의 더 낮은 백분율)에 도달할 때까지 계속 펌핑되도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 진공원(106)은 진공 펌프에 의해 요망되는 압력 범위 내에서 유지된 별개의 진공 탱크를 포함할 수 있으며, 진공 탱크는 헤드스페이스(108)에 연결된다.
ER 유체(110)는 리저버(101)로부터, 공급 도관(114)을 통해, 출력 매니폴드(117)로 유동한다. 출력 매니폴드(117)는 복수의 배출 포트(118)와 유체 연통한다. 편의를 위해, 단지 2개의 배출 포트(118)가 도시되어 있다. 매니폴드(117)의 표현에서 물결선 중단은 편의를 위해 도면으로부터 생략된 추가적인 배출 포트(118) 및 매니폴드(117)의 추가적인 부분의 존재를 지시한다. 각 배출 포트(118)는 상응하는 포트 공급 라인(119), 상응하는 포트 밸브(120), 및 상응하는 배출 피팅(discharge fitting)(121)을 포함한다. 일부 구현예에서, 각 배출 피팅(121)은 하우징 유입구(스프루(16 또는 17) 중 하나) 내에서 맞고 하우징 유입구 둘레에 유체 시일을 형성할 수 있는 테이퍼 고무 튜브(tapered rubber tube)일 수 있다. 일부 구현예에서 공급 라인(119)은 가요성 배관으로부터 형성될 수 있다. 밸브(120)는 상응하는 배출 피팅으로부터 유동을 개시하거나 중지시키기 위해 사용될 수 있다.
시스템(100)은 또한, 회수 매니폴드(124)를 포함한다. 회수 매니폴드(124)는 복수의 회수 포트(125)와 유체 연통한다. 편의를 위해, 단지 2개의 회수 포트(125)가 도시되어 있다. 매니폴드(124)의 표현에서 물결선 중단은 편의를 위해 도면으로부터 생략된 추가적인 회수 포트(125) 및 매니폴드(124)의 추가적인 부분의 존재를 지시하는 것이다. 각 회수 포트(125)는 포트 회수 라인(126), 상응하는 포트 밸브(127), 및 상응하는 회수 피팅(128)을 포함한다. 일부 구현예에서, 각 회수 피팅은 하우징 유출구(예를 들어, 스프루(16 또는 17) 중 하나) 내에 맞고 하우징 유출구 둘레에 유체 시일을 형성할 수 있는, 배출 피팅과 동일한 치수의 테이퍼 고무 튜브일 수 있다. 바이패스(bypass)(122)는 매니폴드들(117 및 124)을 연결한다. 바이패스(122)의 밸브(123)는 바이패스(122)를 통한 유동을 허용하거나 방지하기 위해 열리거나 닫힐 수 있다.
공급 라인(119) 및 회수 라인(126)의 표현에서 물결선 중단은 편의를 위해 도면으로부터 생략된 그러한 라인에서 추가적인 길이를 지시한다. 하기에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 그러한 추가적인 길이는 연결된 ER 유체 하우징의 배향을 반전시키기 위해 일부 작업 동안 사용될 수 있다. 배출 포트(118) 및 회수 포트(125)의 각 쌍은 시스템(100)에 ER 유체 하우징을 연결시켜, 이에 의해, (적절한 밸브가 열리고 펌프(들)가 작동할 때) 가스 제거기(102), ER 유체 리저버(101) 및 다른 시스템 구성요소와 유체 연통하게 연결된 하우징의 내부 용적을 배치시키기 위해 사용될 수 있다. 도면에서, 단지 2개의 배출 포트/회수 포트 쌍이 시스템(100)에 대해 및 다른 구현예에서의 시스템에 대해 도시되어 있다. 일부 구현예에서, 시스템(100) 및/또는 다른 구현예에 따른 시스템은 적어도 5, 적어도 10, 또는 적어도 20개의 배출 포트/회수 포트 쌍을 가질 수 있다.
회수 매니폴드(124)는 도관(130)에 의해 펌프(131)에 연결된다. 펌프(131)는 시스템(100)에 대한 펌핑 작용을 제공한다. 특히, 펌프(131)는 가스 제거기(102)가 작동하기에 충분히 고속으로 가스 제거기(102) 내에 ER 유체(110)를 주입하기에 충분한 압력 및 유량을 출력부(132)에 생성시킨다. 가스 제거기(102)의 출력부는 도관(114), 매니폴드(117), 포트(118), 연결된 ER 유체 하우징, 포트(125), 매니폴드(124), 및 도관(130)을 통해 ER 유체(110)를 펌핑시키기 위해 리저버(101) 내에 압력을 제공한다.
도관(114 및 130)은 리저버(101)를 다른 시스템 구성요소와 분리하기 위해 닫힐 수 있는 개개 밸브(133 및 134)를 포함할 수 있다. 가스 제거기(102)의 유출구(105) 및 배기 도관(104)은 가스 제거기(102) 내로의 역류를 방지하기 위해 개개 체크 밸브(137 및 136)를 포함할 수 있다. 체크 밸브(137)는 또한, 가스 제거기(102)의 작동을 용이하게 하기 위해 출력부(105) 상에 역압을 제공할 수 있다.
도 3b는 가스 제거기(102)의 사시도이다. 도 3c는 도 3b에 지시된 평면으로부터 가스 제거기(102)의 측단면도이다. 가스 제거기(102)는 일반적으로 실린더형 제1 섹션(141), 테이퍼 제2 섹션(142), 및 섹션(141)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는 일반적으로 실린더형 제3 섹션(143)을 포함하는 중심 보어(140)를 갖는다. 섹션들(141, 142 및 143)은 동심이다. ER 유체(110)는 하나 이상의 주입 포트(144)를 통해 진입한다. 포트(144)는 대략 나선형 파선에 의해 지시된 바와 같이, 소용돌이 유동을 생성시키기 위해 섹션(141)의 외부 원주 둘레에 접선 방향으로 ER 유체(110)를 주입하도록 구성된다. 소용돌이 유동의 원심력은 더 무거운 ER 유체(110)를 보어(140)의 벽 쪽으로 이동시키고, ER 유체(101)에서 더 가벼운 공기를 보어(140)의 중심 쪽으로 이동시킨다. ER 유체(110)의 소용돌이 유동이 테이퍼 섹션(142)을 통해 강제되기 때문에, 공기 컬럼은 보어(140)의 중심에서 수집되고, 배기 포트(104)를 통해 가스 제거기(102)의 후방 및 외부로 강제된다. 탈기된 ER 유체(110)는 유출구(105)를 통해 가스 제거기(102)로부터 전방 및 외부로 강제된다. 일부 구현예에서, ER 유체(110)는 가스 제거기(102)를 통해 10 내지 50 리터/분의 유량으로 유동할 수 있고, 0.1 내지 1 MPa 범위의 유출구 압력을 가질 수 있다.
일부 구현예에서, 가스 제거기(102)는 미국특허 제5,240,477호에 기술된 바와 같은 버블 제거기일 수 있으며, 이러한 특허는 본원에 참고로 포함된다. 이러한 버블 제거기는 일본 도쿄 소재의 Opus Systems Inc.에 의해 상업적으로 입수 가능하고 제작된다.
시스템(100)의 작동은 도 4a 내지 도 4g에 도시되어 있다. 도 4a 내지 도 4g에서, 밸브의 상태는 각 도면의 범례에 도시된 기호에 의해 지시된다. 특히, 닫힌 밸브는 "X"로 지시되며, 열린 밸브는 화살표로 지시된다. 펌프(131) 및 진공원(106)의 온(on) 및 오프(off) 상태는 부가된 텍스트 라벨에 의해 지시된다. 도 4a 및 도 4b는 시스템(100)에 하우징을 연결시키고 시스템(100)으로부터 하우징을 ER 유체로 초기에 채우기 위한 작동을 도시한 것이다. 도 4a에서, 배출 피팅(121)은 하우징(10)의 유입구(예를 들어, 스프루(17)) 내에 배치되며, 상응하는 밸브(120)는 시스템(100)으로부터의 ER 유체(10)가 하우징을 채우기 위해 열린다. 밸브(120)는 ER 유체(110)가 하우징 유출구로부터(예를 들어, 스프루(16)로부터) 나오기 시작할 때까지 열린 상태로 유지될 수 있으며, 이러한 포인트에서 밸브(120)는 닫힌다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 회수 포트(125)의 피팅(128)은 이후에 하우징 유출구 내에 배치되며, 하우징에 배치된 피팅에 해당하는 밸브들(120 및 127)이 열린다. 도 4a 및 도 4b의 작동은 이후에 추가적인 하우징에 대해 반복된다. 도 4a 및 도 4b의 작동 동안, 펌프(131)는 작동하며(on), 진공원(106)은 정지되며(off), 밸브(133 및 134)는 열리며, 밸브(111)는 닫힌다. ER 유체(110)는 화살표에 의해 지시되는 바와 같이, 시스템(110)을 통해 유동한다. 바이패스(122)의 밸브(123)는 하우징이 연결되어 있는 동안에 펌프(131)가 입력 유동(input flow)을 불충분하게 하는 것을 방지하기 위해 열린다.
도 4c에 도시된 후속 작동에서, 모든 하우징이 연결된 후에, 바이패스(122)의 밸브(123)는 연결된 하우징(10)을 통해 ER 유체(110)의 최대 유동을 야기시키기 위해 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에 제1 시간 인터벌 T1 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 일부 구현예에서, T1은 예를 들어, 5분의 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T1 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로, 그리고, 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 이러한 유동은 초기 충전 동안 하우징(10) 내에 형성될 수 있는 버블을 모으고, 그러한 버블을 하우징 밖으로 운반한다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 가스 제거기(102)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(102)는 그러한 버블을 배기구(104)를 통해 헤드스페이스(108) 내로 배출시키고, 탈기된 ER 유체(110)를 출력 포트(105)를 통해 리저버(101) 내로 출력시킨다.
인터벌 T1의 일부 동안에, 그리고, 도 4d에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 수직면에서 반전될 수 있다. 일부 구현예에서, 공급 라인(119 및 126)은 이러한 반전을 용이하게 하기 위해 충분한 길이를 갖는다. 반전은 유동으로부터 부분적으로 차폐될 수 있는 영역 밖으로 및 더 강한 유동을 수용하는 영역 내로 버블을 축출하는 것을 도와서, 이러한 버블이 제거되도록 하기 위해 중력을 이용할 수 있다.
인터벌 T1 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 하우징(10) 각각은 이후에 역전 방식(reverse manner)으로 제거되고 시스템(110)에 재연결된다. 예를 들어, 피팅(121 및 128)이 각각 인터벌 T1 동안 하우징(10)의 스프루(17 및 16)에 위치된 경우에, 피팅(121)은 스프루(16) 내에 배치되며, 피팅(128)은 스프루(17) 내에 배치된다. 재연결 후에, 재연결된 피팅의 밸브(120 및 127)는 열린다. 하우징 각각이 이러한 방식으로 재연결된 후에, 그리고 도 4e에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(123)가 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에, 제2 시간 인터벌 T2 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 인터벌 T2는 인터벌 T1의 지속시간과 동일하거나, 이보다 더 짧거나 더 긴 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T2 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 인터벌 T1 동안의 유동에 대해 역방향으로 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로 그리고 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 이러한 유동은 한 방향으로의 유동으로부터 더 차폐되지만, 반대 방향으로의 유동으로부터 덜 차폐되는 내부 하우징 영역에서 포집될 수 있는 버블을 모은다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 다시 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 가스 제거기(102)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(102)는 다시 버블을 배기구(104)를 통해 헤드스페이스(108) 내로 배출하고, 탈기된 ER 유체(110)를 출력 포트(105)를 통해 리저버(101) 내로 출력시킨다.
인터벌 T2의 일부 동안, 그리고 도 4f에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 다시 수직면에서 반전될 수 있다.
인터벌 T2 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 하우징은 시스템(100)으로부터 제거된다. 각 하우징이 제거될 때, 그러한 하우징으로부터 제거된 피팅(121 및 128)에 해당하는 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 각 제거된 하우징의 유입구 및 유출구는 이후에, 예를 들어, 각 스프루를 가로지르는 RF 용접에 의해 시일링될 수 있다.
도 4a 내지 도 4f의 추가적인 일련의 작동들은 이후에, 하우징(10)의 추가적인 세트에 대해 수행될 수 있다. 최종의 일련의 그러한 작동들의 종료 시에 하우징의 제거 후에, 그리고 도 4g에 도시된 바와 같이, 펌프(131)는 꺼지며, 밸브(134 및 133)는 닫힌다. 추가적인 ER 유체(110)는 도 4a 내지 도 4f의 작동 동안 채워진 하우징(10)에 잔류하는 ER 유체를 대체하기 위해 공급 개구(미도시됨)를 통해 리저버(101)에 첨가될 수 있다. 그러한 공급 개구를 시일링한 후에, 밸브(111)는 열리며, 진공원(106)은 켜진다. 헤드스페이스(108)는 이후에, 제3 인터벌 T3 동안 PSA로 유지된다. 일부 구현예에서, 인터벌 T3은 적어도 30분, 적어도 1시간, 또는 적어도 4시간의 지속시간을 가질 수 있다. 압력 PSA에 노출되는 동안, 가스 제거기(102)에 의해 제거를 피할 수 있는 용해된 공기 또는 극미한 버블은 EF 유체(110)로부터 배출된다. 인터벌 T3의 종료 시에, 진공원(106)은 꺼지며, 밸브(111)는 닫히며, 시스템(100)은 이후에, 도 4a 내지 도 4f의 추가의 일련의 작동들을 수행하기 위해 이용 가능하다.
도 5a는 일부 추가의 구현예에 따른 유체 시스템(200)을 도시한 부분 개략적 블록도이다. 시스템(100)과 마찬가지로, 시스템(200)은 가스 제거기(202)를 포함한다. 그러나, 시스템(200)에서, 가스 제거기(202)는 상이한 타입의 가스 제거기이고, 리저버(101)의 외측에 위치된다. 시스템(200)의 다른 구성요소는 시스템(100)의 구성요소와 동일하다. 시스템(100)의 구성요소와 동일한 시스템(200)의 구성요소는 도 3a 내지 도 4g에서 사용되는 동일한 참조 번호로 식별되고, 그러한 구성요소의 세부사항의 이전 설명은 시스템(200)과 관련하여 적용한다.
도 5b는 가스 제거기(202)의 블록도이다. 시스템(200)의 가스 제거기(202)는 초음파 버블 제거기이다. 가스 제거기(202)는 반응기 챔버(270)를 포함하며, 여기 내로 ER 유체(110)가 펌프(131)에 의해 펌핑된다. 시스템(200)의 작동 동안, 챔버(270) 내로 펌핑된 ER 유체(110)는 연결된 하우징으로부터 배출될 수 있고, 제거를 위한 가스를 포함할 수 있다. "바벨(barbell)" 혼(horn)(271)은 챔버(270) 내에서 ER 유체(110)에 일부 함침된다. 변환기(transducer)(272)는 혼(271)의 다른 단부에 부착되며, 변환기(272)는 변환기(272)를 구동시키는 별도의 발생기(미도시됨)에 연결된다. 초음파 처리기, 예를 들어, 가스 제거기(202)는 상업적으로 입수 가능하다. 이러한 처리기의 일 예는 Industrial Sonomechanics, LLC(New York, NY, US)에 의해 제공된 ISP-3000 Industrial-Scale Ultrasonic Liquid Processor이다. 가스 제거기(202)가 켜질 때, 혼(271)으로부터의 초음파 에너지는 챔버(270) 내에서 ER 유체(110) 밖으로 가스를 가압한다. 챔버(270)에서 하나 이상의 배기구(273)는 제거된 공기를 배출시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 가스 제거기(202)는 100 마이크론-미터 피크-대-피크의 초음파 진폭으로 작동되고 대략 20 kHz의 주파수에서 작동되는, 35 mm의 출력 첨단 직경을 갖는 전파 바벨 혼(Full-wave Barbell Horn; FBH)을 이용할 수 있다.
시스템(200)은 시스템(100) 및 도 4a 내지 도 4g와 관련하여 기술된 작동과 유사한 작동에서 사용될 수 있다. 제1 작동 세트에서, ER 유체 하우징은 시스템(200)에 연결되고, 초기에, 시스템(200)으로부터 ER 유체로 채워질 수 있다. 시스템(100) 대신에 시스템(200)을 이용한 이러한 작동의 성능을 제외하고, 시스템(200)을 이용하여 ER 유체 하우징을 연결시키고 초기에 채우는 작업은 도 4a 및 도 4b와 관련하여 기술된 작업과 동일하다.
도 6a에 도시된 후속 작업에서, 모든 하우징이 연결된 후에, 바이패스(122)의 밸브(123)는 연결된 하우징(10)을 통한 ER 유체(110)의 최대 유동을 야기시키기 위해 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에 제1 시간 인터벌 T1 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 일부 구현예에서, T1은 예를 들어, 5분의 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T1 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로, 그리고, 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 가스 제거기(202)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(202)는 회수된 ER 유체(110)로부터 버블을 제거하고, 탈기된 ER 유체(110)를 리저버(101) 내로 출력한다. 인터벌 T1의 일부 동안, 그리고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 수직면에서 반전될 수 있다.
인터벌 T1 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 하우징(10) 각각은 이후에 시스템(100)과 관련하여 상술된 것과 유사한 역전 방식으로 제거되고 시스템(200)에 재연결된다. 재연결 후에, 재연결된 피팅의 밸브(120 및 127)는 열린다. 하우징 각각이 이러한 방식으로 재연결된 후에, 그리고 도 6c에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(123)가 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에, 제2 시간 인터벌 T2 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 인터벌 T2는 인터벌 T1의 지속시간과 동일하거나, 이보다 더 짧거나 더 긴 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T2 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 인터벌 T1 동안의 유동에 대해 역방향으로 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로 그리고 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 다시 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 가스 제거기(202)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(202)는 다시 버블을 제거하고, 탈기된 ER 유체(110)를 리저버(101) 내로 출력한다. 인터벌 T2의 일부 동안, 그리고, 도 6d에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 다시 수직면에서 반전될 수 있다.
인터벌 T2 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 하우징은 시스템(200)으로부터 제거된다. 각 하우징이 제거될 때, 그러한 하우징으로부터 제거된 피팅(121 및 128)에 해당하는 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 각 제거된 하우징의 유입구 및 유출구는 이후에, 예를 들어, 각 스프루를 가로지르는 RF 용접에 의해 시일링될 수 있다. 도 6a 내지 도 6d의 추가적인 일련의 작업(도 4a 및 도 4b와 유사한 초기 연결 및 충전 작업을 포함함)은 이후에, 추가적인 세트의 하우징(10)에 대해 수행될 수 있다. 최종의 일련의 그러한 작업의 종료 시에 하우징의 제거 후에, 그리고 도 6e에 도시된 바와 같이, 펌프(131)는 꺼지며, 밸브(134 및 133)는 닫힌다. 추가적인 ER 유체(110)는 공급 개구(미도시됨)를 통해 리저버(101)에 첨가될 수 있다. 그러한 공급 개구를 시일링한 후에, 밸브(111)는 열리며, 진공원(106)은 켜진다. 헤드스페이스(108)는 이후에, 제3 인터벌 T3 동안 PSA로 유지된다. 일부 구현예에서, 인터벌 T3은 적어도 30분, 적어도 1시간, 또는 적어도 4시간의 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T3의 종료 시에, 진공원(106)은 꺼지며, 밸브(111)는 닫히며, 이후에 시스템(200)은 도 6a 내지 도 6d의 추가의 일련의 작업을 수행하기 위해 이용 가능하다.
도 7은 일부 추가적인 구현예에 따른 유체 시스템(300)을 도시한 부분 개략적 블록도이다. 시스템(100 및 200)과 마찬가지로, 시스템(300)은 가스 제거기(302)를 포함한다. 그러나, 시스템(300)에서, 가스 제거기(302)는 직렬의 필터(381 내지 385)를 포함한다. 필터(381 내지 385) 각각은 리저버(101) 내부를 가로질러 완전히 연장한다. 이에 따라, 유입구(391)를 통해 리저버(101)로 유입되는 ER 유체(110)는 유출구(392)에 도달하기 전에 필터(381 내지 385) 각각을 통해 진행해야 한다. ER 유체(110) 중 혼입된 버블은 필터들(381 내지 385) 중 하나에 의해 포집되고, 궁극적으로, 헤드스페이스(108)까지 상승된다. 도 7의 구현예가 5개의 필터를 갖는 가스 제거기(302)를 도시하고 있지만, 다른 구현예에서, 추가적인 또는 더 적은 필터가 포함될 수 있다. 일부 구현예에서, 필터들 각각은 10 마이크론 메쉬 필터일 수 있다. 다른 구현예에서, 필터들 중 하나 이상은 상이한 크기의 필터일 수 있다. 이러한 일부 구현예에서, 예를 들어, 더 굵은 필터는 유입구(391) 부근에서 사용될 수 있으며, 더 미세한 필터는 유출구(392) 부근에서 사용될 수 있다.
시스템(300)의 다른 구성요소는 시스템(100 및 200)의 구성요소와 동일하다. 전술된 시스템의 구성요소와 동일한 시스템(300)의 구성요소는 상기에 사용된 동일한 참조 번호로 식별되며, 그러한 구성요소의 세부사항의 이전 설명은 시스템(300)과 관련하여 적용한다.
시스템(300)은 시스템(100 및 200)과 관련하여 기술된 작동과 유사한 작동에서 사용될 수 있다. 제1 작업 세트에서, ER 유체 하우징은 시스템(300)에 연결되고, 초기에 시스템(300)으로부터 ER 유체로 채워질 수 있다. 시스템(100) 대신에 시스템(300)을 이용한 이러한 작업의 성능 이외에, 시스템(300)을 이용하여 ER 유체 하우징을 연결하고 초기에 채우기 위한 작업은 도 4a 및 도 4b와 관련하여 기술된 작업과 동일하다.
도 8a에 도시된 후속 작업에서, 모든 하우징이 연결된 후에, 바이패스(122)의 밸브(123)는 연결된 하우징(10)을 통해 ER 유체(110)의 최대 유동을 야기시키기 위해 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에 제1 시간 인터벌 T1 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 일부 구현예에서, T1은 예를 들어, 5분의 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T1 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로, 그리고, 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 리저버(101) 및 가스 제거기(302)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(302)는 회수된 ER 유체(110)로부터 버블을 제거하고, 유출구(392) 부근의 리저버(101)에서 탈기된 ER 유체(110)를 제공한다. 인터벌 T1의 일부 동안, 그리고, 도 8b에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 수직면에서 반전될 수 있다.
인터벌 T1 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 하우징(10) 각각은 이후에, 시스템(100)과 관련하여 상술된 것과 유사한 역전 방식으로 제거되고 시스템(300)에 재연결된다. 재연결 후에, 재연결된 피팅의 밸브(120 및 127)는 열린다. 하우징 각각이 이러한 방식으로 재연결된 후에, 그리고 도 8c에 도시된 바와 같이, 바이패스 밸브(123)는 닫힌다. ER 유체(110)는 이후에, 제2 시간 인터벌 T2 동안 연결된 하우징(10)을 통해 연속적으로 펌핑된다. 인터벌 T2는 인터벌 T1의 지속시간과 동일하거나, 이보다 더 짧거나 더 긴 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T2 동안, 탈기된 ER 유체(110)는 인터벌 T1 동안 유동에 대해 역방향으로 매니폴드(117)로부터 각 연결된 하우징(10) 내로 및 각 연결된 하우징(10)을 통해 유동한다. 하우징(10) 각각으로부터의 회수된 ER 유체(110)는 다시 매니폴드(124) 내로 유동하고, 펌프(131)에 의해 리저버(101) 및 가스 제거기(302)로 역으로 유도된다. 가스 제거기(302)는 다시 버블을 제거하고, 리저버(101)의 유출구(392)에서 탈기된 ER 유체(110)를 제공한다. 인터벌 T2의 일부 동안, 그리고, 도 8d에 도시된 바와 같이, 연결된 하우징(10)은 다시 수직면에서 반전될 수 있다.
인터벌 T2 후에, 바이패스 밸브(123)는 열리며, 하우징은 시스템(300)으로부터 제거된다. 각 하우징이 제거될 때, 그러한 하우징으로부터 제거된 피팅(121 및 128)에 해당하는 밸브(120 및 127)는 닫힌다. 각 제거된 하우징의 유입구 및 유출구는 이후에, 예를 들어, 각 스프루를 가로지르는 RF 용접에 의해 시일링될 수 있다. 도 8a 내지 도 8d의 추가적인 일련의 작업(도 4a 및 도 4b와 유사한 초기 연결 및 충전 작업을 포함함)은 이후에, 추가적인 하우징(10) 세트에 대해 수행될 수 있다. 최종의 일련의 그러한 작업의 종료 시에 하우징의 제거 후에, 그리고 도 8e에 도시된 바와 같이, 펌프(131)는 꺼지며, 밸브(134 및 133)는 닫힌다. 추가적인 ER 유체(110)는 공급 개구(미도시됨)를 통해 리저버(101)에 첨가될 수 있다. 그러한 공급 개구를 시일링한 후에, 밸브(111)는 열리며, 진공원(106)은 켜진다. 헤드스페이스(108)는 이후에, 제3 인터벌 T3 동안 PSA로 유지된다. 일부 구현예에서, 인터벌 T3은 적어도 30분, 적어도 1시간, 또는 적어도 4시간의 지속시간을 가질 수 있다. 인터벌 T3의 종료 시에, 진공원(106)은 꺼지며, 밸브(111)는 닫히며, 이후에, 시스템(300)은 도 8a 내지 도 8d의 추가의 일련의 작업을 수행하기 위해 이용 가능하다.
일부 구현예에서, 시스템은 그러한 시스템이 가스 제거기를 통해 그리고 ER 유체 하우징을 통해 ER 유체를 펌핑하는 동안에, 진공으로 ER 유체를 처리하도록 구성될 수 있다. 도 9a 내지 도 9e는 이러한 일 구현예에 따른 시스템(400)에서의 작업을 도시한 것이다. 시스템(400)은 수 개의 추가적인 구성요소들이 부가되는 것을 제외하고 시스템(100)과 유사하다. 리저버(101)에 추가하여, 시스템(400)은 제2 리저버(401)를 포함한다. 리저버(101 및 401)는 이송 도관(495)에 의해 연결된다. 도관(495)에서 밸브(496)는 도관(495)을 열고 닫기 위해 솔레노이드(497)에 의해 구동될 수 있다. 리저버(401)는 도관(493)에 의해 제2 펌프(488)의 입력부에 의해 연결되며, 도관(492)은 펌프(488)의 출력부를 매니폴드(117)에 연결시킨다. 밸브(494) 뿐만 아니라 밸브(434)(시스템(100)의 밸브(134)를 대체함) 및 밸브(411)(시스템(100)의 밸브(111)를 대체함)는 개개 솔레노이드(485, 487, 및 486)에 의해 구동 가능하다. 컴퓨터 작동 제어기(498)는 솔레노이드(485 내지 487 및 497)를 제어하도록 구성되고, 펌프(132), 펌프(488), 및 진공원(106)을 활성화시키고 비활성화시키도록 추가로 구성된다. 제어기(498)는 프로세서, 및 프로세서에 의해 실행될 때, 프로세서가 본원에 기술된 바와 같은 작업을 수행하게 하는 메모리 저장 명령어를 포함할 수 있다. 제어기(498)는 또한, 리저버(401)에서 유체 수준 센서(490)에 소통되게 연결될 수 있다. 센서(490)의 플로트(float)(491)는 리저버(110)에서 ER 유체(110)의 수준과 함께 상승하고 하강하고, 리저버(401)에 존재하는 ER 유체(110)의 수준을 지시하는, 플로트(491)의 위치를 기초로 하여, 신호를 출력한다. 플로트-작동된 유체 수준 센서는 당해 분야에 공지되어 있다.
매니폴드(117 및 124)는 전술된 구현예의 매니폴드(117 및 124)와 유사하다. 매니폴드(117)는 배출 포트(118)를 포함하며, 매니폴드(124)는 회수 포트(125)를 포함하며, 포트(118 및 125)의 밸브(120 및 127) 만이 도 9a 내지 도 9e에 마킹되어 있다. 시스템(100, 200, 및 300)의 구성요소와 동일한 시스템(400)의 다른 구성요소는 도 3a 내지 도 4g에서 사용되는 동일한 참조 번호로 식별되며, 그러한 구성요소의 이전 설명은 시스템(400)과 관련하여 적용한다.
시스템(400)은 도 4a 내지 도 4f와 관련하여 기술된 것과 유사한 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 시스템(100)과는 달리, 시스템(400)은 연결된 하우징을 리저버(401)로부터의 탈기된 ER 유체(110)로 채워진다. 유체는 펌프(488)에 의해 리저버(401)로부터 매니폴드(117)로 펌핑된다. 매니폴드(124)에서 수용된 회수된 ER 유체(110)는 펌프(132)에 의해 가스 제거기(102)를 통해 그리고 리저버(101) 내로 펌핑된다. 동시에, 진공원(106)은 활성화되며, 압력 PSA는 리저버(101) 내에 유지된다. ER 유체(110)가 가스 제거기(102)로 및 리저버(101) 내로 펌핑되는 동안, 및 압력 PSA가 리저버(101)에서 유지되는 동안에, 밸브(496)는 닫힌다.
도 9b는 도 4a 내지 도 4f와 유사한 다수의 일련의 작업이 수행된 후 시스템(400)을 도시한 것이다. 리저버(401)는 거의 고갈되며, 리저버(101)는 거의 채워진다. 리저버(401) 내의 유체 수준이 사전결정된 수준까지 떨어짐을 지시한 센서(490)로부터의 신호에 응답하여, 제어기(498)는 시스템(400)을 리저버-대-리저버 이송 모드로 배치시킨다. 이러한 모드의 추가적인 세부사항은 도 9c에 도시되어 있다. 제어기(498)는 진공원(106) 및 펌프(132 및 488)를 끈다. 제어기는 상응하는 솔레노이드를 작동시킴으로써, 밸브(434, 411, 및 494)를 닫고, 밸브(496)를 열리게 한다. 제어기(498)는 또한, 리저버(101)에서 별개의 배기 밸브(미도시됨)의 솔레노이드를 작동시킴으로써 리저버(101)가 대기압까지 배기되게 할 수 있다. 결과적으로, ER 유체(110)는 중지되어, 매니폴드(117 및 124) 및 연결된 하우징을 통해 밸브(494)와 밸브(434) 사이에서 유동한다. 유체는 리저버(101)로부터 리저버(401)로 유동한다. 일부 구현예에서, 그리고, 도 9c에서 지시된 바와 같이, 리저버(101 및 401)는, ER 유체(110)가 중력 단독에 의해 유동할 수 있도록 정위된다. 다른 구현예에서, 별도의 이송 펌프는 도관(495)에 개재되고 제어기(498)에 의해 제어될 수 있다.
제어기(498)는 도 9d에 도시된 바와 같이, 리저버(401)에서의 ER 유체(110)의 수준이 제2의 사전결정된 수준에 도달할 때까지 리저버-대-리저버 유체 이송 모드로 시스템(400)을 유지시킨다. 제2의 사전결정된 수준이 도달함을 지시하는 센서(490)로부터의 신호의 수신에 반응하여, 그리고, 도 9e에 도시된 바와 같이, 제어기(498)는 시스템(400)을 충전 모드(filling mode)로 되돌린다. 특히, 제어기(498)는 상응하는 솔레노이드를 작동시킴으로써 밸브(496)를 닫고, 밸브(434, 412 및 494)를 열고, 밸브를 닫아서 리저버(101)를 대기압까지 배기시키고, 진공원(106)을 켜고, 펌프(132 및 488)를 켠다.
상기 논의로부터 인식될 수 있는 바와 같이, 시스템(400)은 가스 제거기를 통해 그리고 ER 유체 하우징을 통해 ER 유체를 펌핑하는 동안에 ER 유체를 진공으로 처리하기 위한 시스템(100)의 변형이다. 이러한 변형은 예를 들어, 제2 리저버 내의 탈기된 ER 유체의 수준이 특정 수준까지 떨어질 때, 제1 리저버로부터 탈기된 ER 유체를 수용하기 위한 제2 리저버의 부가를 포함한다. 당업자에 의해 인식될 수 있는 바와 같이, 당업자가 본원에 제공된 교시의 혜택을 가진 후에, 시스템(200 및 300)은 유사한 방식으로 변형될 수 있다. 도 10a 및 도 10b는 시스템(200)의 이러한 변형을 반영한 시스템(500)의 블록도이다. 도 10a는 연결된 하우징을 통해 ER 유체(110)를 펌핑하는 동안에 정상 작동 모드의 시스템(500)을 도시한 것이다. 도 10b는 리저버-대-리저버 이송 모드의 시스템(500)을 도시한 것이다. 시스템(500)은, 제어기(498)가 또한, 리저버-대-리저버 이송 모드일 때, 가스 제거기(202)를 비활성화시키는 것을 제외하고, 시스템(400)에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로 작동한다.
도 11a 및 도 11b는 시스템(300)의 변형을 반영한 시스템(600)의 블록도이다. 도 11a는 연결된 하우징을 통해 ER 유체(110)를 펌핑하는 동안에 정상 작동 모드의 시스템(600)을 도시한 것이다. 도 11b는 리저버-대-리저버 이송 모드의 시스템(600)을 도시한 것이다. 시스템(600)은, 제어기(498)가 또한, ER 유체(110)가 필터(381 내지 385)를 가로질러 유동하도록, 정상 작동 모드에 있을 때 도관(699)에서 밸브(651)를 열게 하는 것을 제외하고, 시스템(400)에 대해 기술된 것과 유사한 방식으로 작동한다. 제어기(498)는 상응하는 솔레노이드(652)를 작동시킴으로써 밸브(651)를 열고 닫는다. 도관(699)은 잘못된 방향으로 도관(699)을 통한 유동을 방지하기 위해 한-방향 밸브(659)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 도관(699)은 적절한 방향으로의 유체 유동을 돕기 위해 추가적인 펌프(미도시됨)를 포함할 수 있다. 포함된 경우에, 이러한 펌프는, 밸브(651)가 열릴 때 제어기(498)에 의해 켜질 수 있고, 밸브(651)가 닫힐 때 제어기(498)에 의해 꺼질 수 있다. 일부 구현예에서, 도관(699)이 생략될 수 있다.
구현예는, 비제한적으로, 상술된 시스템 및 방법의 하기 변경을 포함한다.
도 3a 및 도 3c와 관련하여 기술된 것과 같은 원심 유동 버블 제거기를 이용하는 일부 구현예에서, 버블 제거기는 리저버의 외측에 위치될 수 있다.
일부 구현예에서, 유체 시스템은 동시에 작동하는 다수의 상이한 타입의 가스 제거기를 포함할 수 있다. 이러한 구현예는 비제한적으로, 원심 유동 버블 제거기 및 초음파 버블 제거기를 이용한 시스템, 원심 유동 버블 제거기 및 하나 이상의 필터를 이용한 시스템, 초음파 버블 제거기 및 하나 이상의 필터를 이용한 시스템, 및 원심 유동 버블 제거기, 초음파 버블 제거기 및 하나 이상의 필터를 이용한 시스템을 포함한다.
일부 구현예에서, 상술된 작동들 중 하나 이상은 생략될 수 있다. 일 예로서, 역방향으로 하우징을 통한 ER 유체의 펌핑이 생략될 수 있다. 다른 예로서, 하우징을 반전시키는 것이 생략될 수 있거나, 하우징이 단지 1회 반전될 수 있다(예를 들어, 역방향을 통한 유동이 수행될 때가 아닌, 하우징을 통해 한 방향으로의 유동 동안 반전된다). 상술된 특정 작동들의 순서는 다양할 수 있다.
일부 구현예에서, 진공 작동, 예를 들어, 도 4g, 도 6e 및 도 8e와 관련하여 기술된 것은 수행되지 않을 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템은 매니폴드들 사이에 바이패스가 결여될 수 있다. 이러한 일부 구현예에서, 펌프는 단지 모든 하우징이 연결될 때에만 켜지며, ER 유체는 그러한 연결된 하우징을 통해 유동할 수 있다. 이러한 시스템에 그러한 하우징의 초기 연결 전에, 그러한 하우징은 ER 유체의 다른 소스로부터 별도로 채워질 수 있다.
구현예에 대한 앞에서의 설명은 예시 및 설명의 목적을 위하여 제시되었다. 앞에서의 설명은 완전한 것으로 또는 본 발명의 구현예를 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않고, 변형예 및 변경예가 상기한 교시 내용에 비추어 가능하거나 다양한 구현예의 실시로부터 얻어질 수 있다. 본 명세서에서 논의된 구현예는 해당 기술분야에서의 통상의 기술자가 본 발명을 다양한 구현예로 이용하게 하기 위해 다양한 구현예 및 그것의 실제 적용예의 원리 및 성질을 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며 특정 용도에 맞는 다양한 변형예가 고려된다. 본 명세서에 설명된 구현예로부터의 특징의 모든 조합, 부분 조합 및 치환은 본 발명의 범위 내에 있다.

Claims (31)

  1. 전기유변 유체(electrorheological fluid)를 리저버 내에 보유한 유체 시스템에 하우징을 연결하는 단계로서, 상기 유체 시스템은 가스 제거기를 포함하고, 상기 유체 시스템에 상기 하우징을 연결시키는 단계가 상기 유체 시스템의 내부 용적에 상기 하우징의 내부 용적을 연결시키며, 상기 하우징이 폴리머 하우징이며, 상기 하우징의 내부 용적이 채널에 의해 연결된 제1 챔버 및 제2 챔버를 포함하며, 상기 하우징이 상기 채널의 적어도 일부분과 일치하는 전극을 포함하는, 단계;
    출력 매니폴드와 회수 매니폴드를 상기 리저버와 유체 연통하도록 연결하는 단계;
    상기 유체 시스템에 상기 하우징을 연결시킨 후에, 상기 하우징을 통해 그리고 상기 가스 제거기를 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 동안에, 상기 리저버를 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 단계; 및
    상기 하우징을 통해 그리고 상기 가스 제거기를 통해 전기유변 유체를 펌핑한 후에, 상기 유체 시스템으로부터 상기 하우징을 분리하는 단계를 포함하는 방법으로서,
    상기 하우징이 상기 유체 시스템에 연결되어 있을 때, 상기 전기유변 유체가 상기 하우징 및 상기 가스 제거기를 통해 연속적으로 펌핑되어 이동중에 상기 전기유변 유체로부터 버블을 제거하고,
    상기 하우징을 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 단계가:
    상기 하우징이 제1 배향에 있는 동안에 상기 하우징을 통해 상기 전기유변 유체의 제1 펌핑을 수행하는 단계,
    상기 제1 펌핑 후에, 상기 하우징을 제2 배향으로 배치하는 단계,
    상기 제2 배향에서의 상기 하우징을 통해 상기 전기유변 유체의 제2 펌핑을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 제거기가 원심 유동 버블 제거기(centrifugal flow bubble remover), 초음파 버블 제거기, 또는 메쉬 필터(mesh filter)를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체 시스템에 상기 하우징을 연결시키는 단계가 상기 가스 제거기와 유체 연통하게 상기 하우징의 내부 용적을 배치시키는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 리저버를 진공에 노출시키는 것을 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 리저버를 진공에 노출시키는 것이 상기 리저버를 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 동안에, 상기 리저버를 진공에 노출시키는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리저버가 상기 하우징의 내부 용적보다 더 큰 내부 용적을 가지고, 상기 하우징보다 더 큰 상기 전기유변 유체의 용적을 보유하는, 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 가스 제거기가 상기 리저버 내에 위치되어 있는, 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하우징이 유입구 및 유출구를 포함하며, 상기 하우징을 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 단계가
    상기 하우징을 통해 상기 유입구로부터 상기 유출구로 상기 전기유변 유체의 제1 펌핑을 수행하는 단계,
    상기 하우징을 통해 상기 유출구로부터 상기 유입구로 상기 전기유변 유체의 제2 펌핑을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 배향이 상기 제1 배향으로부터 수직 평면에서의 회전을 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하우징이 유입구 및 유출구를 포함하며, 상기 하우징을 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 단계가
    상기 하우징을 통해 상기 유입구로부터 상기 유출구로 상기 전기유변 유체의 제3 펌핑을 수행하는 단계,
    상기 하우징을 통해 상기 유출구로부터 상기 유입구로 상기 전기유변 유체의 제4 펌핑을 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체 시스템에 추가적인 하우징을 연결시키는 것을 포함하며, 상기 하우징을 통해 그리고 상기 가스 제거기를 통해 상기 전기유변 유체를 펌핑하는 것이 상기 하우징을 통해 그리고 상기 추가적인 하우징을 통해 상기 전기유변 유체를 동시에 펌핑하는 것을 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 하우징이 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 상기 채널의 적어도 일부분과 일치하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 서로 전기적으로 접촉하지 않는, 방법.
  13. 시스템으로서,
    전기유변 유체를 보유한 리저버;
    상기 리저버와 유체 연통하고 상기 전기유변 유체로 채워진 출력 매니폴드(output manifold)로서, 상기 출력 매니폴드는 다수의 배출 포트를 포함하며, 상기 배출 포트 각각은 상기 전기유변 유체를 하우징 내로 배출하도록 구성된, 출력 매니폴드;
    상기 리저버와 유체 연통하고 상기 전기유변 유체로 채워진 회수 매니폴드(recovery manifold)로서, 상기 회수 매니폴드는 다수의 회수 포트를 포함하며, 상기 회수 포트 각각은 상기 전기유변 유체를 상기 하우징으로부터 수용하도록 구성된, 회수 매니폴드;
    상기 회수 포트로부터 수용된 상기 전기유변 유체로부터 가스를 추출하도록 정위된 가스 제거기; 및
    상기 회수 매니폴드로부터 상기 리저버를 통해, 상기 가스 제거기를 통해, 및 상기 출력 매니폴드로 상기 전기유변 유체를 유동시키도록 정위된 펌프를 추가로 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 가스 제거기가 원심 유동 버블 제거기, 초음파 버블 제거기, 또는 하나 이상의 메쉬 필터를 포함하는, 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 리저버에 연결되고 상기 리저버에서 진공을 생성시키도록 구성된 진공원을 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 상기 시스템이, 상기 전기유변 유체가 상기 리저버를 통해 펌핑될 때 상기 리저버에서 진공을 생성시키도록 구성된, 시스템.
  17. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 가스 제거기가 상기 리저버에 포함되고, 상기 전기유변 유체에 적어도 일부 침지된, 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리저버에 연결되고 상기 리저버에서 진공을 생성시키도록 구성된 진공원을 포함하는, 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 시스템이, 상기 전기유변 유체가 상기 리저버를 통해 펌핑될 때 상기 리저버에서 진공을 생성시키도록 구성된, 시스템.
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