KR20010046717A - 디퓨져/노즐 펌프 - Google Patents

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Abstract

디퓨져/노즐 펌프에 대해 기술한다.
디퓨져/노즐 펌프는: 소정 용적의 채임버를 구비한 본체; 상기 채임버의 일측에 마련되어 채임버의 용적을 변화시키는 다이아프램; 상기 다이아프램을 동작시키는 작동체; 상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버에 유체를 흡입하는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트; 상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버로 부터의 유체를 토출하는 노즐/디퓨져 구조의 토출포트; 상기 흡입포트 및 토출포트 중 적어도 어느 하나에 마련되는 것으로, 상기 유체에 유체의 역유동을 억제하는 전기적 또는 전자기적 유체제어장치;를 구비한다. 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 종래의 체크밸브식, EHD(Electro HydroDynamics), 비밸브 디퓨져/노즐방식 등의 기존의 초소형 펌프가 가지는 고유량운전의 한계를 개선할 수 있다.

Description

디퓨져/노즐 펌프{Diffuser/nozzle pump}
본 발명은 디퓨져/노즐 펌프에 관한 것으로서, 유체 펌핑시 유체의 역류를 억제하고, 펌핑 유량이 증대된 디퓨져/노즐 펌프에 관한 것이다.
미세 가공기술이 발전함에 따라 초소형 유체 펌프의 이용이 날로 중요해져가고 있다. 그 일례로 피에조, 자기코일, 또는 형상기억합금 등의 미세구동장치를 이용한 초소형 다이아프램 유체 펌프의 사용이 널리 검토되고 있다. 이러한 초소형 유체 펌프는 유체를 펌프내로 유입하는 흡입 행정과 유체를 펌프 밖으로 배출하는 토출행정이 있다. 이들 행정시에 역류를 방지하기 위하여 방향성 있는 미세 박막 밸브가 흡입 및 토출 포트에 부착되어 있다. 이러한 기계적 밸브는 피로파괴, 느린 주파수 응답 등의 문제점으로 인하여 상용화에 장애물이 되고 있다. 즉, 체크 밸브형 다이아프램 펌프는 기계적으로 움직이는 체크밸브가 있어 흡입 및 토출 행정시에 역류를 방지하고 있는데, 이 체크밸브가 구조적으로 취약하여 장기간 운전시에 피로파괴의 우려가 있다. 또한, 전기적 가진에 의하여 강제적으로 진동하는 다이아프램의 속도에 비하여 유체의 흐름에 따라 수동적으로 작동하는 체크밸브는 그 응답속도가 느리기 때문에 다이아프램이 고속으로 작동할 경우 제대로 작동하지 않는다. 따라서, 고유량 운전 조건에서는 사용에 제약이 있다.
이를 극복하기 위하여 최근에 기계적 박막 체크 밸브를 사용하지 않고 디퓨져 /노즐형의 유체 다이오드를 사용한 다이아프램 펌프의 개발이 진행되고 있다. (Stemme et. al., 1993) 이 디퓨져/노즐형의 다이아프램 펌프(디퓨져/노즐 펌프)는 밸브부에 기계적으로 움직이는 부품이 없어 주파수 응답속도에 제한을 받지 않으며 기계적으로 파손되어 신뢰성에 영향을 주는 등의 문제가 없다.
도 1은 종래 디퓨져/노즐 펌프의 개략적 단면도이다.
본체(1)에 유체가 고이는 채임버(11)가 형성되고, 챔임버(11)의 상부에는 이를 폐쇄하는 다이아프램(2)이 위치한다. 상기 다이아프램(2)을 변형시켜 상기 채임버(11)의 용적을 변화시키는 피에조 소자와 같은 작동체(12)가 위치한다.
한편, 상기 채임버(11)의 하부에는 유체 유입공(13)와 유출공(14)가 마련되고, 유체 유입공(13)에는 유체의 유동의 순방향으로, 즉 채임버(11) 방향으로 점차 확대되는 경로를 제공하는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트(13a)가 결합되고, 유출공(14)에는 유체의 유동의 순방향으로, 즉 채임버(11)로 부터 외부 방향으로 점차 확대되는 경로를 제공하는 디퓨져/노즐 구조의 토출포트(14a)가 결합된다.
이러한 종래 디퓨져/노즐 펌프의 동작을 살펴보면, 상기 다이아프램(12)이 채임버(11)의 용적을 변화시키는 방향으로 상하로 변형됨에 따라서 유체의 흡입 및 토출이 이루어 지게 된다.
상기 다이아프램(12)이 채임버(11) 내부를 향하여 움직였을 때에는 채임버(11)의 용적이 감소함으로 내부 압력이 증가하여 채임버(11) 내의 유체가 노즐(14a)를 통하여 채임버(11) 내의 유체가 펌프 밖으로 배출되고, 그리고, 상기 다이아프램(12)이 채임버(11) 내의 용적을 증가시키는 방향으로 복원 또는 채임버(11)의 외부를 향하여 움직였을 때에 상기 디퓨져(13a)를 통하여 유체가 흡입되게 된다.
도 2는 흡입행정시, 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)에서의 유체 유입량을 보인다. 상기 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)는 유체 다이오드로서 작용하여, 유체가 흡입포트(13a) 측에서 토출포트(14a)측으로 유동되게 한다. 구체적으로 살펴보면, 흡입행정시, 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)는 유체 유동방향으로 점차 확대되고, 토출포트(14a)의 노즐(142)은 유체 흡입방향으로 점차 축소되기 때문에, 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)에서 비해 토출포트(14a)의 노즐(142)에서의 압력손실계수가 유체역학적인 측면에서 크며, 따라서, 상기 흡입포트(13a)를 통해 흡입되는 유체의 양이 토출포트(14a)를 통해 흡입되는 양보다 많다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 흡입 행정시, 채임버(11)내의 용적이 증가함으로 압력이 감소하여 외부로부터의 유체가 흡입포트(13a)를 통해 유입된다. 이때에, 토출포트(14a)을 통해 유입되는 유체보다 흡입포트(13a)를 통해 유입되는 유체의 양이 많다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 토출 행정시, 채임버(11)내의 체적이 감소함으로 압력이 증가하여 유체가 토출포트(14a)를 통해 외부로 배출된다. 이때에는, 토출포트(14a)의 노즐(142)에서의 손실계수가 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)에서의 손실계수보다 작고, 따라서, 토출포트(14a)을 통해 배출되는 유체의 양이 흡입포트(13a)를 통해 배출되는 유체의 양에 비해 많다.
상기와 같은 토출 행정과 흡입행정을 거치면서, 상기 흡입포트(13a)에서 토출 행정시에 적은 양의 유체가 배출되고, 흡입 행정시에 많은 양의 유체가 유입되므로 실제로는 흡입포트(13a)를 통한 배출량 에 대한 유입량의 차이만큼 유체가 채임버(11) 내로 흡입된 결과를 낳고, 상기 토출포트(14a) 측에서는 토출 행정시에 많은 양의 유체를 배출하고 흡입 행정시에는 적은 양의 유체가 흡입되므로 역시, 실제로는 토출포트(14a)를 통한 유입략에 대한 배출량의 차이만큼 유체가 채임버(11) 외부로 토출되는 결과를 낳는다.
그러나, 이상과 같은 비밸브식 디퓨져/노즐 펌프는 움직이는 기계적 부품, 예를 들어 기계적으로 동작하는 체크 벨브가 없기 때문에 내구성 및 응답속도면세서 기존에 체크벨브형의 펌프에 비해 유리하나, 상기한 바와 같이 흡입포트와 토출포트에서의 유체의 역류를 완벽하게 막아 줄 수 없이 때문에, 유체의 역류로 인한 체적 손실이 크고, 따라서, 에너지 효율이 낮을 뿐만 아니라, 펌핑 유량이 많지 않다. 따라서, 종래의 디퓨져/노즐 펌프는 고유량 펌프로서는 부적절하다.
본 발명의 제1의 목적은 유체의 역류가 효과적으로 억제되어 체적 손실이 적은 디퓨져/노즐 펌프를 제공하는 것이다.
본 발명의 제2의 목적은 단위 펌핑량이 증대되어 에너지 효율이 증대된 디퓨져/노즐 펌프를 제공하는 것이다.
도 1은 종래 디퓨져/노즐 펌프의 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 펌프의 흡입행정 시 유체의 흡입 상태를 보인다.
도 3은 도 1에 도시된 종래 펌프의 흡입행정 시 흡입포트와 토출포트의 유체의 흡입량을 비교해 보인다.
도 4는 도 1에 도시된 종래 펌프의 토출행정 시 흡입포트와 토출포트의 유체의 흡입량을 비교해 보인다.
도 5는 유도식 전기장 제어구조에 의한 유체제어장치가 마련된 본 발명의 디퓨져/노즐펌프의 제1실시예의 개략적 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 유체제어장치에 의한 유체의 진행을 나타내 보인다.
도 7는 비유도식 전기장 제어구조에 의한 유체제어장치가 마련된 본 발명의 디퓨져/노즐펌프의 제2실시예의 개략적 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 유체제어장치에 의한 유체의 진행을 나타내 보인다.
도 9는 자기장 제어구조에 의한 유체제어장치가 마련된 본 발명의 디퓨져/노즐펌프의 제3실시예의 개략적 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 유체제어장치에 의한 유체의 진행을 나타내 보인다.
도 11은 흡입행정과 토출행정시 본 발명의 디퓨져/노즐펌프의 동작상태를 나태내 보인 타이밍 챠트이다.
도 12는 도 5에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 흡입행정 시 토출포트에서의 유체의 역류방지 상태를 보인다.
도 13은 도 5에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 흡입행정 시 흡입포트와 토출포트의 유체의 흡입 상태를 보인다.
도 14는 도 5에 도시된 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프의 토출행정 시 흡입포트와 토출포트의 유체의 토출 상태를 보인다.
도 15 내지 도 19는 본 발명의 디퓨져/노즐 펌프에 적용되는 흡입포트와 토출포트의 디퓨져와 노즐의 변형례를 개략적으로 보인다.
도 20은 본 발명에 따른 펌프를 이용하여 유체를 펌핑할 때에 유체제어자치가 동작할 때와 동작하지 않을 때를 비교하여 시뮬레이션한 결과를 보인 선도이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면,
소정 용적의 채임버를 구비한 본체;
상기 채임버의 일측에 마련되어 채임버의 용적을 변화시키는 다이아프램;
상기 다이아프램을 동작시키는 작동체;
상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버에 유체를 흡입하는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트;
상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버로 부터의 유체를 토출하는 노즐/디퓨져 구조의 토출포트;
상기 흡입포트 및 토출포트 중 적어도 어느 하나에 마련되는 것으로, 상기 유체에 유체의 역유동을 억제하는 전기적 또는 전자기적 유체제어장치;를 구비하는 디퓨져/노즐 펌프가 제공된다.
상기 본 발명의 펌프에서, 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 유도식 전기장 제어구조, 또는 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 비유도식 전기장 제어구조, 또는 상기 유체는 자성유체이며, 상기 유체 제어장치는 자기장제어구조를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 유체제어장치는 상기 흡입포트와 토출포트에 각각 설치되며, 상기 흡입포트 및/또는 토출포트의 일부 구간 또는 전구간에 설치될 수 있다.
상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정에서만 동작하고, 상기 토출포트의 유체제어장치는 흡입행정에서만 동작하도록 할 수 있으며, 한편으로는 상기 흡입포트와 토출포트의 유체제어장치가 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 할 수 있다.
본 발명은 디퓨져/노즐형 유체 다이오드 내에 전자기장을 가하여 줌으로써 역류시에 역류방지 압력장을 형성하여, 역류를 감소 또는 제거하고 또 이를 통하여 체적효율을 증대시킴으로써 고유량의 운전 조건을 달성한다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서, 본 발명의 펌프의 실시예들을 상세히 설명한다.
이하의 실시예의 설명에서 종래 기술로서 설명된 도 1의 펌프와 동일한 요소에 대해서 동일한 참조번호를 사용한다.
실시예 1
도 5를 참조하면, 본체(1)에 유체가 고이는 채임버(11)가 형성되고, 챔임버(11)의 상부에는 이를 폐쇄하는 다이아프램(2)이 위치한다. 상기 다이아프램(2)을 변형시켜 상기 채임버(11)의 용적을 변화시키는 피에조 소자와 같은 작동체(12)가 위치한다.
한편, 상기 채임버(11)의 하부에는 유체 유입공(13)와 유출공(14)가 마련되고, 유체 유입공(13)에는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트(13a)가 결합되고, 유출공(14)에는 디퓨져/노즐 구조의 토출포트(14a)가 결합된다.
상기와 같은 구조에 더하여 상기 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)의 디퓨져(132) 와 노즐(142)에는 본 발명을 특징지우는 제1전극(133, 143) 과 제2전극(134, 144)가 유체 진행방향으로 교번적으로 형성되어 있다.
상기 제1전극(133, 143)과 제2전극(134, 144)은 유체 진행방향으로 전기장을 형성하여, 이들을 통과하는 유체에 대해 유도식 전기장을 형성한다. 이때에, 사용가능한 유체로는 알콜, 식용유 등과 같이 전극성을 가지는 유체이다. 상기 전극(133, 134, 143, 144)들은 디퓨져 와 노즐 벽면에 대한 전극도금, 확산에 의한 도핑등의 여러 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 유도식 전기장을 시간차(t0, t1, t2, t3)를 두고 유체 진행방향으로 순차적으로 전기장의 극성을 변화시키면, 전기장 내에 존재하는 유체는 일방향으로의 추진력을 가지게 된다.
실시예 2
도 7을 참조하면, 본체(1)에 유체가 고이는 채임버(11)가 형성되고, 챔임버(11)의 상부에는 이를 폐쇄하는 다이아프램(2)이 위치한다. 상기 다이아프램(2)을 변형시켜 상기 채임버(11)의 용적을 변화시키는 피에조 소자와 같은 작동체(12)가 위치한다.
한편, 상기 채임버(11)의 하부에는 유체 유입공(13)와 유출공(14)가 마련되고, 유체 유입공(13)에는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트(13a)가 결합되고, 유출공(14)에는 디퓨져/노즐 구조의 토출포트(14a)가 결합된다.
상기와 같은 구조에 더하여 상기 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)의 디퓨져(132)와 노즐(142)에는 본 발명을 특징지우는 메쉬상의 제1전극(133, 143) 과 제2전극(134, 144)가 유체 진행방향을 가로 지르는 방향으로 일정한 간격을 두고 위치해 있다.
상기 제1전극(133, 143)과 제2전극(134, 144)은 유체 진행방향으로 비유도식으로 전기력선을 형성하여, 이 전기력선을 따라서 유체가 같이 유동되도록 한다. 이때에, 사용가능한 유체로는 알콜, 식용유 등과 같이 전극성을 가지는 유체이다.
도 7을 참조하면, 일정한 간격을 두고 위치한 메쉬상의 양 전극에 전압을 걸면, 양 전극사이에 전기력선이 발생하고 이 전기력선을 따라서, 유체가 이동하게 된다.
상기 메쉬상의 전극은 흡입포트 및 토출포트의 전구간에 걸쳐 설치될 수도 있고, 또는 그 일부분에만 설치될 수도 있다. 예를 들면, 흡입포트 및 토출포트 가장 단면적이 작은 네크부분에 설치하면 일정 크기의 전기력에 대하여 상대적으로 큰 제어압력을 얻을 수 있다.
실시예 3
도 9을 참조하면, 본체(1)에 자성유체(Magnetic Liquid)가 고이는 채임버(11)가 형성되고, 챔임버(11)의 상부에는 이를 폐쇄하는 다이아프램(2)이 위치한다. 상기 다이아프램(2)을 변형시켜 상기 채임버(11)의 용적을 변화시키는 피에조 소자와 같은 작동체(12)가 위치한다.
한편, 상기 채임버(11)의 하부에는 유체 유입공(13)와 유출공(14)가 마련되고, 유체 유입공(13)에는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트(13a)가 결합되고, 유출공(14)에는 디퓨져/노즐 구조의 토출포트(14a)가 결합된다.
상기와 같은 구조에 더하여 상기 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)의 주위에는 솔레노이드를 형성하는 마그네트 코일(135, 145)가 형성되어 있다.
상기 마그네트 코일(135, 145)는 전류 i 가 흐르면, 유체 유동방향의 양측으로 N - S의 자극을 형성하며, 마그네트 코일(135, 145)의 자기장 내의 자성유체는 일방향으로 힘을 받아서 진행하게 된다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 다이아프램 펌프는 상기 흡입포트 및 토출포트 중 적어도 어는 하나에 유체의 역유동을 억제하는 전기적 또는 전자기적 유체제어장치;를 구비한다. 이 유체제어장치는 유체에 일방향으로의 추진력을 제공함으로써, 유체에 대한 순방향으로의 추진력을 제공함과 아울러 추진력에 따른 유체의 역유동을 억제하는 전기적 또는 전자기적 유체 체크벨브의 역할을 하게 된다.
전술한 실시예 1, 2, 3에 있어서, 실시예 1에서의 유체제어장치는 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 유도식 전기장 제어구조이며, 실시예 2에서 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 비유도식 전기장 제어구조이며, 실시예 3에서 상기 유체는 자성유체이며, 상기 유체 제어장치는 자기장제어구조이다.
이러한 본 발명에 있어서의 유체제어장치는 펌프가 동작되는 동안 지속적으로 구동할 수 도 있지만, 펌프의 흡입 및 토출행정에 동기시켜서 동작시키는 것이 에너지 절약측면에서 유리하다.
상기 본 발명의 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)는 기본적으로 디퓨져/노즐 구조를 가짐으로써 유체 유동의 순방향에 비해 역방향에 대해 상대적으로 높은 유체 유동저항을 가진다.
도 11은 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)에 공히 유체제어장치가 마련된 경우에서의 다이아프램의 흡입/토출행정 동작에 따른 각 유체제어장치의 타이밍챠트이다.
도 11은 참조하면, 다이아프램의 동작에 의해 압력(P)이 증감한다. 이때에 다이아프램이 흡입행정 위치에 있을 때에, 유체의 역류가 토출포트를 통해 이루어 지므로, 흡입포트의 유체제어장치는 오프(OFF) 상태로 만들고, 토출포트의 유체제어장치는 동작시켜 토출포트를 통과하는 유체에 순방향, 즉 유체가 토출포트를 통해 배출되는 방향으로 추진력을 부가한다. 이와 같이 되며, 다이아프램에 의한 흡입행정시 토출포트에서의 순방향의 추진력에 의해 토출포트를 통한 유체의 역유동, 즉 토출포트를 통해 유체가 채임버 내로 다시 유입되는 역유동이 억제되고, 상기 흡입포트를 통해서만 유체가 채임버 내로 흡입된다.
그리고, 다이아프램이 토출행정 위치에 있을 때에, 토출행정시 유체의 역유동이 흡입포트를 통해 이루어 지므로, 토출포트의 유체제어 장치는 오프(OFF)시키고, 흡입포트의 유체제어장치를 동작시켜, 이를 통과하는 유체에 대해 순방향으로의 추진력을 제공하여 상기 통출행정에 따른 흡입포트를 통한 유체의 역유동, 즉 채임버 내의 유체가 흡입포트를 통해 배출되는 것을 억제하여, 토출포트를 통해서만 유체가 토출되도록 한다. 따라서, 토출행정시 토출유량(Q2)이 흡입유량(Q1)에 비해 상대적으로 매우 많으며, 흡입행정시에는 흡입유량(Q1)이 토출유량(Q1)에 비해 상대적으로 매우 많다.
상기와 같은 본 발명의 특징적 요소인 유체제어장치에 따른 유체의 흡입 및 토출과정에 따른 유체의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
도 12 내지 제14는 상기 실시예 1에 따른 펌프의 동작상태를 보인다.
도 12 는 흡입행정시의 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)에서의 유체 흡입 및 상기 유체제어장치의 동작에 따른 역유동의 억제를 나타내 보인다.
도 12를 참조하면, 흡입행정시, 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)는 유체 유동방향으로 점차 확대되고, 토출포트(14a)의 노즐(142)은 유체 흡입방향으로 점차 축소되기 때문에, 전술한 바와 같이, 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)에서 비해 토출포트(14a)의 노즐(142)에서의 압력손실계수가 유체역학적인 측면에서 크며, 따라서, 상기 흡입포트(13a)를 통해 흡입되는 유체의 양 보다는 적지만 토출포트(14a)를 통해 소량의 유체가 흡입되려는 힘(F1)을 가지게 된다. 이때에, 상기 토출포트(14a)의 제1전극(143)과 제2전극(144)에 의해 유체 진행방향으로 전기장을 형성하여, 상기 노즐(142)를 통과하는 유체에 대해 유도식 전기장을 형성하여, 상기 노즐(142)의 통해 흡입되려는 유체의 유동에 대해 저항하는 추진력 또는 반력(F2)를 발생시킨다. 이와 같이 노즐(142)에 반력(F2)를 발생시킴으로써 상기 노즐(142)을 통한 유체의 흡입 즉 역유동이 억제 또는 방지되게 된다. 이와 같이 흡입행성시 노즐(142)을 통한 유체의 역유동이 방지되면, 반사적으로 상기 흡입포트(13a)의 디퓨져(132)를 통한 유체의 흡입량이 상대적으로 많아 지게 된다.
따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 흡입 행정시, 채임버(11)내의 용적이 증가함으로 압력이 감소하여 외부로부터의 유체가 흡입포트(13a)를 통해 유입되고, 토출포트(14a)의 노즐(142)을 통해서는 매우 적은량이 흡입되거나, 상기 전기장의 크기에 따라 흡입자체가 방지된다.
한편, 도 14에 도시된 바와 같이, 토출 행정시에는 흡입포트(13a)의 제1전극과 제2전극(133, 134)에 의해 유체의 유동의 순방향으로 유도식 전기장을 형성함으로써, 전술한 바와 같은 동작에 의해 토출포트(14a)의 노즐(142)을 통해서만 유체를 토출할 수 있게 된다.
상기와 같은 토출 행정과 흡입행정을 거치면서, 토출행정시, 상기 흡입포트(13a)에서 매우 적은 양의 유체가 배출되거나 또는 그 자체가 방지되어 종래에 비해 매우 많은 양의 유체가 토출포트(14a)를 통해 토출되고, 또한 흡입 행정시에서도, 토출포트(13a)에서 매우 적은 양의 유체가 흡입되거나 그 자체가 방지되어 종래에 비해 상대적으로 매우 많은 양의 유체가 흡입포트(13a)를 통해 흡입될 수 있게 된다.
그러므로 본 발명에 따르면, 흡입행정시 유체의 흡입은 거의 흡입포트(13a)를 통해서 이루어지며, 토출행정시 유체의 토출이 거의 토출포트(14a)를 통해서 이루어 진다.
상기 유체 제어 장치의 작동 타이밍은 도 11에 도시된 방식을 포함하는 여러 가지 방식이 있을 수 있으며, 전술한 바와 같이, 한 행정동안 유체 제어 장치를 계속 최대값으로 작동시킬 수 있으나, 이 경우 전자기장을 계속 유지시키는데 소비되는 에너지가 많으므로 상대적으로 에너지 효율이 낮아질 우려가 있으므로, 효과적인 제어 타이밍 방식으로는 도 11에 도시된 바와 같이, 역류가 많이 발생하는 시간에만 유체 제어 장치를 작동시키는 방식이 가능하다. 즉, 토출행정시에는 역류가 발생하는 흡입포트의 유체제어장치만 동작시키고, 흡입행정시에는 역류가 일어나는 토출포트의 유체제어장치를 동작시켜, 토출포트를 통한 유체의 역류를 방지한다. 유체제어장치가 작동되는 동안에 전자기장의 세기는 항상 최대로 할 수도 있으며, 시간에 따라 변하게 할 수도 있다. 기타 다이아프램의 작동과 위상차를 가지고 유체제어장치가 작동하게 할 수 있다. 이러한 방식은 펌프가 고유량 또는 전격 이하의 저유량으로 작동할 때 유량 압력 특성을 개선시키는 효과를 갖게 하기위하여 사용될 수 있다.
전술한 흡입포트(13a)와 토출포트(14a)의 디퓨져(132)와 노즐(142)의 내부 유체경로의 단면적이 가장 작은 곳에서 단면적이 가장 큰 곳으로 이동함에 따라, 도 15에 도시된 바와 같이, 유도의 단면적이 단조 증가하거나, 도 16에 도시된 바와 같이, 수평구간과 직선증가 구간이 복합된 단조증가, 도 17에 도시된 바와 같이, 서로 다른 증가도의 직선 증가구간의 복합적인 단조증가, 도 18에 도시된 바와 같이, 포물선, 사인 곡선, 지수 곡선 등의 고차함수에 의한 단조증가, 도 19에 도시된 바와 같이, 고차함수와 수평구간이 복합된 단조증가 형상이 가능하며 단면적 형상은 원형, 사각형이 보편적이나 경우에 따라서는 삼각형, 타원형 등의 다양한 형상도 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 펌프를 이용하여 행정체적이 0.001ml이고, 디퓨져/노즐 병목 직경이 0.15mm, 디퓨져/노즐 경사각은 5.3도인 원형단면에 비유도식 전자기 유체제어장치를 디퓨져/노즐 내부 벽면에 도핑하여 설치하였다. 이 펌프를 이용하여 유체를 펌핑할때에 유체제어자치가 동작할 때와 동작하지 않을 때를 비교하여 시뮬레이션한 결과를 도 20에 나타내었다. 도 20에 도시된 바와 같이 제어의 세기가 커질 수록 체적 효율이 증가함을 알 수 있다. 따라서 유량이 증가하였으므로 반도체 냉각의 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
도 20는 펌프의 토출포트와 흡입포트에 걸리는 압력차를 △P 라 하고, 전기장 또는 자기장에 의해 역류를 방지하는 제어 압력을 △Pc라 할때, △Pc/△P 의 변화를 보인다. 여기에서 △Pc/△P 가 증가하는 것은 역류제어의 세기가 커진다는 것을 의미한다.
이상과 같은 본 발명에 있어서, 상기 유체제어장치는 전술한 바와 같이 흡입포트와 토출포트에 각각 설치될 수 도 있으나, 경우에 따라서는 어느 일측에만 설치될 수 도 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 체크밸브식, EHD(Electro HdroDynamics), 비밸브 디퓨져/노즐방식 등의 기존의 초소형 펌프가 가지는 고유량운전의 한계를 개선할 수 있다. 특히, 비밸브 디퓨져/노즐방식의 펌프의 역류제어를 가능케하여 체크밸브식 펌프에서 나타나는 체크밸브의 기계적 피로파괴 문제를 개선하는 동시에 비밸브 디퓨져/노즐식 펌프의 역류문제로 인한 체적손실문제를 감소시킬수 있다.
이러한 본 발명은 소형의 발열원 예를 들어 컴퓨터 등에 사용되는 반도체 소자를 냉각시키는 냉각장치의 펌프로서 유용하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하면, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (19)

  1. 소정 용적의 채임버를 구비한 본체;
    상기 채임버의 일측에 마련되어 채임버의 용적을 변화시키는 다이아프램;
    상기 다이아프램을 동작시키는 작동체;
    상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버에 유체를 흡입하는 디퓨져/노즐 구조의 흡입포트;
    상기 본체에 결합되는 것으로 상기 채임버로 부터의 유체를 토출하는 노즐/디퓨져 구조의 토출포트;
    상기 흡입포트 및 토출포트 중 적어도 어느 하나에 마련되는 것으로, 상기 유체에 유체의 역유동을 억제하는 전기적 또는 전자기적 유체제어장치;를 구비하는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 유도식 전기장 제어구조를 적용하는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유체는 전극성을 가지며, 상기 유체 제어장치는 비유도식 전기장 제어구조를 적용하는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체는 자성유체이며, 상기 유체 제어장치는 자기장제어구조를 적용하는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체제어장치는 상기 흡입포트와 토출포트에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  6. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체제어장치는 상기 흡입포트 및/또는 토출포트의 일부 구간에만 설치되는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유체제어장치는 상기 흡입포트와 토출포트 각각의 일부 구간에만 설치되는 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  8. 제1항 내지 제4항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  9. 제1항 내지 제4항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 흡입행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 흡입행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 흡입행정에서만 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  14. 제1항 내지 제4항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  15. 제1항 내지 제4항 및 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  16. 제5항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 흡입포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 토출포트의 유체제어장치는 토출행정과 흡입행정에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디퓨져/노즐 펌프.
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