KR20120128537A - 유체 토출 장치 및 방법 - Google Patents

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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 유체 토출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 유체를 토출하기 위한 제1압력을 발생시키는 제1압력발생유닛; 유체를 토출하기 위한 제2압력을 발생시키고, 상기 제2압력의 크기 조절이 가능한 제2압력발생유닛; 및 상기 압력발생유닛들에 의해 가압된 유체의 토출이 이루어지는 노즐을 포함할 수 있다.

Description

유체 토출 장치 및 방법{Fluid injection device and method}
본 발명은 일정량의 유체를 토출하는 유체 토출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유량측면에서는 상대적으로 소량의 유체와 상대적으로 대량의 유체를 선택적으로 토출할 수 있고, 점도측면에서는 저점도에서 고점도까지 넓은 점도 범위에서 유체를 미세 토출할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
바이오칩을 사용하여 연구를 진행함에 있어서, 바이오칩에 배양액 또는 시약과 같은 액체를 정량공급하는 것이 실험결과의 정확성을 결정짓는 매우 중요한 요소이다.
액체의 정량공급 문제는 신약개발을 위해 독성검사, 항암제 감수성 검사 및 저항성 검사가 필수적으로 요구되는 세포칩에서 더욱 중요하다.
종래에는 바이오칩에 액체를 공급함에 있어서, 튜브를 통해 펌프유닛에 연결된 세라믹 노즐을 구비한 액체 토출 장치를 사용하였다. 이러한 유체 토출 장치는 전자제어를 통해 유출량을 조절한다고 하더라도, 세라믹 노즐을 통해 공급되는 최소 액적량이 수십 ㎕ 이기 때문에 정량공급이 곤란하고, 미세한 양의 공급이 곤란한 점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 전자제어에 따라 수 nℓ이하의 액적을 공급할 수 있는 전자피펫이 개발되었다. 그러나, 이러한 전자피펫은 대용량 액적의 공급 및 고점도 물질의 토출이 매우 어렵다.
때문에 종래에는, 토출용량에 따라 대용량 및 소용량 유체 토출 장치를 구비하거나 토출액체의 점도에 따라 저점도용 및 고점도용 유체 토출 장치를 구비해야 하므로, 사용적인 측면에서 불편할 뿐만 아니라 비용적인 측면에서 지출이 많았다.
또한, 액체의 토출용량 및 점도별로 유체 토출 장치와 소용량의 전자피펫을 번갈아가며 사용해야하므로, 실험장치를 교체하거나 조작하는데 소요되는 시간이 증가하고 실험자의 집중도 저하로 인하여 실험의 정확도가 떨어지는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 넓은 점도범위(저점도~고점도)에서 상대적으로 소용량의 유체와 상대적으로 대용량의 유체를 선택적으로 토출할 수 있는 유체 토출 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 장치는, 유체를 토출하기 위한 제1압력을 발생시키는 제1압력발생유닛; 유체를 토출하기 위한 제2압력을 발생시키고, 상기 제2압력의 크기조절이 가능한 제2압력발생유닛; 및 상기 압력발생유닛들에 의해 가압된 유체의 토출이 이루어지는 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 장치에서 상기 제1압력발생유닛과 상기 제2압력발생유닛은 상기 노즐에 직렬형태로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 장치에서 상기 제1압력발생유닛과 상기 제2압력발생유닛은 상기 노즐에 병렬형태로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 장치에서 상기 노즐은 유체를 저장할 수 있는 저장공간을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 장치에서 상기 제1압력발생유닛은 상기 저장공간에 설치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 방법은 서로 다른 크기의 압력을 발생시켜 상대적으로 소용량의 유체와 상대적으로 대용량의 유체를 토출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 방법은 서로 다른 크기의 압력을 동시 또는 선택적으로 발생시켜 서로 다른 용량의 유체를 토출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 방법은 서로 다른 크기의 압력을 가감하여 서로 다른 용량의 유체를 토출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 방법은 서로 다른 크기의 압력을 동시 또는 선택적으로 발생시켜 서로 다른 점도의 유체를 정량 토출시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 유체 토출 방법은 서로 다른 크기의 압력을 가감하여 서로 다른 점도를 갖는 유체를 정량 토출시킬 수 있다.
본 발명은 복수의 압력발생유닛을 선택적으로 작동시켜 상대적으로 소용량의 유체와 상대적으로 대용량의 유체를 사용자의 편의에 따라 토출할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 유체를 서로 다른 용량으로 토출하기 위해 복수의 토출 장치를 구비할 필요가 없다.
또한, 본 발명은 유체의 토출 압력크기를 임의로 변경할 수 있으므로, 점도가 다른 유체들, 특히 고점도 영역의 바이오 물질들도 정량적으로 토출할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 여러 가지 점도의 물질을 다루는 생화학 실험을 정밀하고 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 토출 장치의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제2실시 예에 따른 유체 토출 장치의 구성도이고,
도 3은 본 발명의 제3실시 예에 따른 유체 토출 장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 토출 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 토출 장치의 구성도이다.
제1실시 예에 따른 유체 토출 장치(100)는 제1압력발생유닛(110), 제2압력발생유닛(120), 노즐(130)을 포함한다.
제1압력발생유닛(110)은 노즐(130)과 연결되며, 일정크기의 제1압력(P1)을 발생시킨다. 제1압력발생유닛(110)으로부터 발생한 제1압력(P1)은 노즐(130)로 전달된다. 따라서 제1압력발생유닛(110)이 작동하면, 노즐(130)은 제1압력(P1)에 대응되는 제1유량(Q1)의 유체를 토출할 수 있다.
제1압력발생유닛(110)은 내부에 일정량의 유체를 저장할 수 있다. 이 경우, 제1압력발생유닛(110)이 제1압력(P1)을 발생시키면, 제1압력(P1)에 대응하는 유량의 유체가 노즐(130)로 공급된다. 노즐(130)로 공급된 유체는 제1압력발생유닛(110)의 작동과 동시에 노즐(130)을 통해 토출될 수 있다. 한편, 유체의 지속적인 공급이 필요한 경우에는, 제1압력발생유닛(110)이 유체공급원과 직접 연결될 수 있다.
제1압력발생유닛(110)은 소정의 압력을 발생시키는 압력발생장치로 이루어진다. 제1압력발생유닛(110)은 유체를 진동방식으로 가압하는 압전소자, 유체의 가열 시 발생하는 기포로 압력을 발생시키는 가열소자 등으로 이루어질 수 있다.
제2압력발생유닛(120)은 노즐(130)과 연결되며, 일정크기의 제2압력(P2)을 발생시킨다. 여기서 제2압력(P2)은 제1압력(P1)보다 크다. 제2압력발생유닛(120)으로부터 발생한 제2압력(P2)은 노즐(130)로 전달된다. 따라서 제2압력발생유닛(120)이 작동하면, 노즐(130)은 제1압력발생유닛(110)보다 많은 제2유량(Q2)의 유체를 토출할 수 있다. 노즐(130)을 통해 토출되는 유량은 제2압력(P2)에 비례한다. 참고로, 제2압력(P2)의 크기는 제1압력(P1)의 크기에 비례할 수 있으나, 필요에 따라 임의의 크기로 정해질 수 있다.
제2압력발생유닛(120)은 내부에 일정량의 유체를 저장할 수 있다. 이 경우, 제2압력발생유닛(120)이 제2압력(P2)을 발생시키면, 제2압력(P2)에 대응하는 유량의 유체가 노즐(130)로 공급된다. 노즐(130)로 공급된 유체는 제2압력발생유닛(120)의 작동과 동시에 노즐(130)을 통해 토출될 수 있다. 한편, 유체의 지속적인 공급이 필요한 경우에는, 제2압력발생유닛(120)이 유체공급원과 직접 연결될 수 있다.
제2압력발생유닛(120)은 소정의 압력을 발생시키는 압력발생장치로 이루어다. 제2압력발생유닛(120)은 유체를 진동방식으로 가압하는 압전소자, 유체의 가열 시 발생하는 기포로 압력을 발생시키는 가열소자 등으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 제2압력발생유닛(120)은 제1압력발생유닛(110)보다 큰 대용량의 압전소자로 이루어지거나 또는 복수의 압전소자로 이루어지거나 또는 소형 펌프로 이루어질 수 있다. 여기서, 제2압력발생유닛(120)이 복수의 압전소자들로 이루어진 경우에는 유체를 토출하기 위한 압력의 크기를 넓은 범위에서 조절할 수 있다.
노즐(130)은 제1압력발생유닛(110) 및 제2압력발생유닛(120)과 연결된다. 노즐(130)은 제1압력발생유닛(110) 또는 제2압력발생유닛(120)으로부터 압력이 발생하면, 해당 압력에 상응하는 유량의 유체를 토출한다.
노즐(130)은 내부에 유체를 저장하는 저장공간을 구비할 수 있다. 이 경우, 저장공간은 압력발생유닛들(110, 120)로부터 발생한 압력에 상응하는 모든 유량을 저장할 수 있도록, 충분히 큰 체적을 갖는 것이 좋다. 예를 들어, 저장공간은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)에 의해 발생한 압력(P1 + P2)에 상응하는 유량을 저장할 수 있는 크기로 제작될 수 있다. 노즐(130)은 유체를 공급하는 유체공급원과 직접 연결될 수 있다.
참고로, 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않으나, 압력발생유닛(110, 120)과 노즐(130) 중 적어도 어느 하나는 노즐(130)을 통해 유체를 흡입할 수 있도록 별도의 펌프장치와 연결될 수 있다. 또는 압력발생유닛들(110, 120)은 노즐(130)을 통해 유체를 흡입할 수 있도록 부압(負壓)을 발생시킬 수 있다.
한편, 압력발생유닛(110, 120)의 1회 작동으로 토출되는 유량은 유체의 점도, 비중에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 점도 또는 비중이 상대적으로 작은 유체는, 압력발생유닛(110, 120)의 1회 작동에 의해, 점도 또는 비중이 상대적으로 큰 유체보다 더 많이 토출된다.
이와 같이 유체의 점도 또는 비중에 따른 토출 유량의 변화는 다양한 시료를 다루는 실험에서 정확한 실험값을 얻는데 지장을 줄 수 있다.
또한, 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 다양한 시료를 다루는 실험에서는 소용량과 대용량을 토출하는 경우가 혼재되어 있다. 예를 들어 실험대상물질이나 첨가물질(또는 활성물질)은 소용량으로 토출되는 경향이 있고, 이러한 실험대상물질을 고정하는 고정액이나 기타 용해액은 대용량으로 토출되는 경향이 있다.
그런데 일반적으로 실험실에서 사용되는 피펫은 대용량과 소용량을 개별적으로 토출하지 못하므로, 대용량용 피펫과 소용량용 피펫을 각각 구비해야 하는 불편함이 있다.
본 실시 예는 이러한 점을 해소하기 위한 것이다. 다음에서는 이러한 문제점을 해소하기 위한 유체 토출 장치(100)의 유체 토출 방법을 설명한다.
본 실시 예에 따른 유체 토출 장치(100)는 서로 다른 크기의 압력을 제공하는 2개 이상의 압력발생유닛(110, 120)을 구비하여 전술된 종래의 문제점들을 해결할 수 있다.
1) 점도 또는 비중이 다른 이종(異種) 유체를 정량 토출하는 경우
일반적으로, 상대적으로 점도(또는 비중)가 낮은 유체(이하 일반유체라 한다)는 끈적임이 거의 없으므로, 토출이 용이하다. 그러나 상대적으로 점도(또는 비중)가 높은 유체(이하 점성유체라 한다)는 끈적임이 강하므로, 토출이 어렵다 (참고로, 본 실시 예에서 점성유체는 20 cP를 초과하는 점도를 갖는 유체이고, 일반유체는 20 cP 이하의 점도를 갖는 유체를 말한다).
본 실시 예는 이러한 점을 감안하여, 일반유체와 점성유체를 아래와 같은 방법으로 토출한다.
(일반유체의 경우)
토출 대상이 일반유체인 경우, 제1압력발생유닛(110)만을 이용하여 유체를 토출한다.
일반유체는 앞서 언급한 바와 같이 끈적임이 거의 없으므로, 제1압력발생유닛(110)의 제1압력(P1)에 대응하는 일정량의 유체를 토출할 수 있다. 예를 들어, 제1압력발생유닛(110)은 1회 작동으로 1 nℓ의 일반유체를 토출할 수 있다. 3 nℓ의 일반유체를 토출하고자 하는 경우에는 제1압력발생유닛(110)을 3회 작동시키면 된다.
이 경우, 제2압력발생유닛(120)은 대기압 상태로 유지되거나 작동하지 않는다.
(점성유체의 경우)
토출 대상이 점성유체인 경우, 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)을 함께 이용하여 유체를 토출한다.
점성유체는 앞서 언급한 바와 같이 끈적임이 강하므로, 제1압력발생유닛(110)의 제1압력(P1)만으로는 정량적으로 토출하기 어렵다.
예를 들어, 일반유체는 제1압력발생유닛(110)의 1회 작동에 의해 1 nℓ가 토출되었다면, 점성유체는 제1압력발생유닛(110)의 1회 작동에 의해 1 nℓ 보다 적은 양이 토출될 것이다. 이러한 이유로, 점성유체를 일반유체와 동일한 양으로 토출하기 위해서는 제1압력발생유닛의 압력을 보상해야 한다.
본 실시 예에서 제2압력발생유닛(120)은 바로 이러한 기능을 한다. 즉, 제2압력발생유닛(120)은 제1압력발생유닛(110)과 함께 정량의 점성유체를 토출하는데 필요한 압력을 발생시킨다.
예를 들어, 제1압력발생유닛(110)이 점도 30cP의 점성유체를 1 nℓ 토출하는데 0.1 Pa의 압력이 부족하다면, 제2압력발생유닛(120)은 이 부족한 0.1 Pa의 압력을 발생시킨다. 여기서 제2압력발생유닛(120)은 복수의 압전소자로 이루어져 압력의 조절이 가능하다.
한편, 점도[Pa?s: CGS 단위임, 1000 cP]는 압력[Pa]의 비례 함수로 표시될 수 있으므로, 점성유체의 점도를 알면 제2압력발생유닛(120)의 보상압력을 계산할 수 있다.
따라서 본 실시 예에 따르면, 점도가 다른 이종의 유체들을 정량적으로 토출할 수 있다.
2) 유체의 대용량 토출과 소용량 토출이 필요한 경우
본 경우에는 2가지 방법으로 대용량 토출과 소용량 토출을 수행할 수 있다.
첫 번째 방법은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)을 개별적으로 제어하는 것이다.
즉, 유체의 소용량 토출이 필요한 경우에는 제1압력발생유닛(110)을 이용하여 제1유량(Q1)의 유체를 토출시키고, 유체의 대용량 토출이 필요한 경우에는 제2압력발생유닛(120)을 이용하여 제2유량(Q2)의 유체를 토출시킨다.
여기서 제2압력발생유닛(120)의 제2압력(P2)은 제1압력발생유닛(110)의 제1압력(P1)보다 크므로 유체의 대용량 토출이 가능하다. 제2압력발생유닛(120)의 제2압력(P2)은 유체의 대용량 토출에 알맞게 설정될 수 있다.
본 방법은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)의 크기를 변경하여, 소용량에 해당하는 토출량과 대용량에 해당하는 토출량을 임의대로 변경할 수 있는 장점이 있다.
두 번째 방법은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)을 복합적으로 제어하는 것이다.
즉, 유체의 소용량 토출이 필요한 경우에는 제1압력발생유닛(110) 또는 제2압력발생유닛(120)을 이용하여 제1유량(Q1) 또는 제2유량(Q2)의 유체를 토출시키고, 유체의 대용량 토출이 필요한 경우에는 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)을 함께 이용하여 제3유량(Q1+Q2)의 유체를 토출시킨다.
여기서 소용량 토출은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120) 중 어느 하나에서 발생한 압력에 상응하는 유량(Q1 또는 Q2)만 토출되고, 대용량 토출은 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120) 모두에서 발생한 압력에 상응하는 유량(Q1+Q2)이 토출된다.
본 방법에 따르면, 서로 다른 크기를 갖는 3가지의 유량을 토출할 수 있다: 제1압력발생유닛(110)에 의한 제1유량(Q1)의 토출, 제2압력발생유닛(120)에 의한 제2유량(Q2)의 토출, 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)에 의한 제3유량(Q1+Q2)의 토출. 따라서 본 방법에 따르면 세밀한 토출량 제어가 가능할 수 있다.
다음에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 제2실시 예에 따른 유체 토출 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 유체 토출 장치의 구성도이다. 제2실시 예는 압력발생유닛들(110, 120)의 배치형태에 있어서 제1실시 예와 차이점을 갖는다. 참고로, 제2실시 예에서 제1실시 예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 예에서 제1압력발생유닛(110)은 노즐(130)에 설치된다. 즉, 제2실시 예에 따른 유체 토출 장치(100)는 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)이 직렬형태로 설치되어 있다.
이러한 형태는 유체 토출 장치(100)를 슬림화하는데 매우 용이하다.
제1압력발생유닛(110)을 압전소자로 구성할 경우, 노즐(130) 내부에 제1압력발생유닛(110)을 용이하게 설치할 수 있다. 마찬가지로, 제2압력발생유닛(120)을 압전소자 또는 소형 펌프로 구성할 경우, 제2압력발생유닛(120)을 노즐(130)에 직접 설치될 수도 있다.
위와 같이 이루어진 유체 토출 장치(100)는 제1실시 예와 마찬가지 방법으로 소용량 토출과 대용량 토출을 수행한다. 즉, 제1압력발생유닛(110)을 작동시켜 소용량 토출을 수행하고, 제2압력발생유닛(120)을 작동시켜 대용량 토출을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시 예는 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)이 직렬형태로 연결되어 있으므로, 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)의 합력을 발생시키기 용이하다. 따라서 본 실시 예는 제1압력발생유닛(110)과 제2압력발생유닛(120)을 이용한 대용량 토출에 매우 효과적이다.
다음에서는 도 3을 참조하여 제3실시 예에 따른 유체 토출 장치를 설명한다. 제3실시 예는 제2실시 예를 더욱 구체화한 형태이다. 참고로, 제3실시 예에서 제2실시 예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제3실시 예에 따른 유체 토출 장치(100)는 제1압력발생유닛(110), 제2압력발생유닛(120), 노즐(130), 전자밸브(140), 저장탱크(150), 제어장치(170)를 포함한다.
제1압력발생유닛(110)은 소형의 압전소자로 이루어진다. 따라서 제1압력발생유닛(110)은 노즐(130)에 설치될 수 있다. 참고로 본 실시 예에서는, 제1압력발생유닛(110)이 노즐(130) 내부의 형성된 제1공간(132)에 설치되어 있다. 제1공간(132)에 설치된 제1압력발생유닛(110)은 제1공간(132)에 저장된 유체에 압력을 가하여 유체를 노즐(130) 밖으로 토출시킨다. 여기서 제1공간(132)은 수 nℓ의 유체가 저장될 수 있는 매우 공간이며, 제1압력발생유닛(110)은 수 nℓ(바람직하게는 1 nℓ이하)의 유체를 토출시킬 수 있는 압력을 발생시킨다.
제2압력발생유닛(120)은 소형 펌프로 이루어진다. 예를 들어 제2압력발생유닛(120)은 피스톤(122)의 왕복운동에 의해 정압과 부압(또는 진공압)을 발생시키는 시린지 펌프일 수 있다. 제2압력발생유닛(120)은 수십 nℓ(바람직하게는 20 nℓ)의 유체를 토출시킬 수 있는 압력을 발생시킨다. 제2압력발생유닛(120)은 제1튜브(162)를 매개로 노즐(130) 또는 제1압력발생유닛(110)과 연결된다.
제2압력발생유닛(120)은 제1밸브(124)와 제2밸브(126)를 더 포함한다.
제1밸브(124)는 제1튜브(162) 측에 설치된다. 제1밸브(124)는 노즐(130)과 제2압력발생유닛(120) 간의 압력조절과 유체이동을 제어한다.
예를 들어, 제2압력발생유닛(120)으로부터 노즐(130)로 유체를 공급하거나 압력을 부가할 필요가 있는 경우에는, 제2압력발생유닛(120)에 저장된 유체 및 제2압력발생유닛(120)의 압력이 노즐(130)로 전달될 수 있도록, 제1밸브(124)는 개방된다. 그러나 저장탱크(150)로부터 제2압력발생유닛(120)으로 유체가 공급되는 경우(제2압력발생유닛(120)이 부압을 발생시키는 경우)에는, 노즐(130)에 저장된 유체가 제2압력발생유닛(120)으로 이동되지 않도록, 제1밸브(124)는 폐쇄된다.
제2밸브(126)는 제2튜브(164) 측에 설치된다. 제2밸브(126)는 제2압력발생유닛(120)과 저장탱크(150) 간의 압력조절과 유체이동을 제어한다.
예를 들어, 저장탱크(150)로부터 제2압력발생유닛(120)으로 유체가 공급되는 경우(제2압력발생유닛(120)이 부압을 발생시키는 경우)에는, 저장탱크(150)에 저장된 유체가 제2압력발생유닛(120)으로 이동될 수 있도록, 제2밸브(126)는 개방된다. 그러나 제2압력발생유닛(120)으로부터 노즐(130)로 유체를 공급하거나 압력을 부가할 필요가 있는 경우에는, 제2압력발생유닛(120)에 저장된 유체 및 제2압력발생유닛(120)의 압력이 저장탱크(150)로 전달되지 않도록, 제2밸브(126)는 폐쇄된다.
참고로, 제1밸브(124)와 제2밸브(126)는 제어장치(170)의 제어신호에 따라 제어될 수 있다.
노즐(130)은 압력발생유닛들(110, 120)로부터 발생한 압력에 따라 유체를 토출한다. 노즐(130)은 제1공간(132)과 제2공간(134)을 구비한다. 각각의 공간들(132, 134)에는 토출될 유체가 저장된다. 여기서, 제1공간(132)의 체적은 제1압력발생유닛(110)에 의해 토출될 수 있는 제1유량(Q1)과 동일할 수 있으며, 제2공간(134)의 체적은 제2압력발생유닛(120)에 의해 토출될 수 있는 제2유량(Q2)와 동일할 수 있다.
전자밸브(140)는 노즐(130) 또는 제1튜브(162)에 설치된다. 전자밸브(140)는 제어장치(170)와 연결되어, 제어장치(170)의 제어신호에 따라 개폐량이 조절된다. 전자밸브(140)는 제2압력발생유닛(120)으로부터 공급되는 유체의 유량을 세밀하게 조절하기 위해 사용된다. 따라서 전자밸브(140)는 경우에 따라 생략될 수 있다.
저장탱크(150)는 토출될 유체 또는 세정액을 저장한다. 저장탱크(150)는 제2압력발생유닛(120)과 연결되어, 제2압력발생유닛(120)으로 유체 또는 세정액을 공급한다. 참고로, 노즐(130)을 통해 유체를 직접 흡입할 수 있는 경우에는 저장탱크(150)의 구성을 생략할 수 있다.
제어장치(170)는 압력발생유닛들(110, 120)과 밸브들(124, 126, 140)의 작동을 제어한다. 제어장치(170)는 사용자의 선택에 따라 소용량 토출 또는 대용량 토출이 가능하도록, 위 구성요소들의 작동상태를 제어한다.
예를 들어, 제어장치(170)는 소용량의 토출이 필요한 경우에는 제1압력발생유닛(110)만 작동시키고, 대용량의 토출이 필요한 경우에는 제2압력발생유닛(120)만 작동시킨다.
소용량 토출 및 대용량 토출에 따른 유체 토출 장치(100)의 작동순서는 다음과 같다.
먼저, 유체 토출을 위해 다음과 같은 준비단계를 수행한다.
1) 제2압력발생유닛(120)의 내부에 유체를 채우는 단계
제1밸브(124)를 폐쇄하고 제2밸브(126)를 개방한 상태에서, 제2압력발생유닛(120)의 내부에 부압을 발생시킨다. 그러면 저장탱크(150)의 유체가 제2압력발생유닛(120)으로 이동되어 제2압력발생유닛(120)의 내부를 채우게 된다.
2) 노즐(130)의 내부에 유체를 채우는 단계
제2밸브(126)를 폐쇄하고 제1밸브(124) 및 전자밸브(140)를 개방한 상태에서, 제2압력발생유닛(120)으로 정압을 발생시킨다. 그러면 제2압력발생유닛(120)에 저장된 유체가 노즐(130)의 공간들(132, 134)에 채워진다.
위 과정을 통해 유체 토출을 위한 준비가 끝나면, 사용자의 선택에 따라 소용량 토출과 대용량 토출을 수행한다. 유체의 소요량 토출과 대용량 토출을 아래와 같이 수행할 수 있다.
1) 소용량 토출
유체의 소용량 토출은 제1압력발생유닛(110)의 작동을 통해 수행된다. 제어장치(170)는 사용자가 소용량 토출을 선택하면, 제1압력발생유닛(110)을 작동시킨다. 그러면 제1공간(132)의 내부에 제1압력(P1)이 발생하여, 제1공간(132)에 저장된 유체가 노즐(130) 밖으로 토출된다. 여기서 유체의 토출량은 제1공간(132)의 체적크기로 한정된다.
2) 대용량 토출
유체의 대용량 토출은 제2압력발생유닛(120)이 작동을 통해 수행된다. 제어장치(170)는 사용자가 대용량 토출을 선택하면, 제2압력발생유닛(120)을 작동시키고 제1밸브(124)와 전자밸브(140)를 개방시킨다. 그러면 제2압력발생유닛(120)에 의해 발생한 제2압력(P2)에 의해, 제1공간(132) 및 제2공간(134)에 저장된 유체가 노즐(130) 밖으로 토출된다. 여기서 유체의 토출량은 피스톤(122)의 1 행정에 해당하는 양으로 한정된다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
100 유체 토출 장치
110 제1압력발생장치 120 제2압력발생장치
122 피스톤 124 제1밸브
126 제2밸브
130 노즐
140 전자 밸브(또는 솔레노이드 밸브)
150 저장탱크 170 제어장치

Claims (10)

  1. 유체를 토출하기 위한 제1압력을 발생시키는 제1압력발생유닛;
    유체를 토출하기 위한 제2압력을 발생시키고, 상기 제2압력의 크기 조절이 가능한 제2압력발생유닛; 및
    상기 압력발생유닛들에 의해 가압된 유체의 토출이 이루어지는 노즐;
    을 포함하는 유체 토출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1압력발생유닛과 상기 제2압력발생유닛은 상기 노즐에 직렬형태로 연결되는 유체 토출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1압력발생유닛과 상기 제2압력발생유닛은 상기 노즐에 병렬형태로 연결되는 유체 토출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐은 유체를 저장할 수 있는 저장공간을 구비하는 유체 토출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1압력발생유닛은 상기 저장공간에 설치되는 유체 토출 장치.
  6. 서로 다른 크기의 압력을 발생시켜 상대적으로 소용량의 유체와 상대적으로 대용량의 유체를 토출시키는 유체 토출 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    서로 다른 크기의 압력을 동시 또는 선택적으로 발생시켜 서로 다른 용량의 유체를 토출시키는 유체 토출 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    서로 다른 크기의 압력을 가감하여 서로 다른 용량의 유체를 토출시키는 유체 토출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    서로 다른 크기의 압력을 동시 또는 선택적으로 발생시켜 서로 다른 점도의 유체를 정량 토출시키는 유체 토출 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    서로 다른 크기의 압력을 가감하여 서로 다른 점도를 갖는 유체를 정량 토출시키는 유체 토출 방법.
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