KR20160053059A

KR20160053059A - 하트펌프

Info

Publication number: KR20160053059A
Application number: KR1020140149376A
Authority: KR
Inventors: 박종호; 윤강식; 박상철; 이상욱; 이종갑; 이동훈; 오동호
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-13
Also published as: KR101662778B1

Abstract

본 발명은 수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프로서, 내접기어를 갖는 구동륜; 상기 구동륜의 일측 외경에 접촉하여 구동륜을 정/역방향으로 회전 운동시키는 구동캠; 상기 구동륜의 내접기어과 맞물려 조리개 형태로 연동되는 복수 개의 압축날개; 및 이웃하는 압축날개의 끝단이 이웃하는 압축날개의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 형태를 유지하고, 구동륜의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지도록 된 가변유로;를 포함하는 것을 특징으로 하며, 사람의 심장근육결의 움직임과 유사한 펌핑운동이 이루어지도록 함으로써, 와류형태의 유체를 형성시켜 유체에너지손실을 최소화 하고, 심장박동과 유사한 맥동을 재현시켜 사람 친화적이며, 다단 펌핑모듈의 순차적 수축운동을 하나의 크랭크샤프트에 축 결합되어 동시 회전하는 복수개의 캠의 위상차를 이용해 조절되도록 함으로써, 소형화 구조가 가능하기 때문에 인공장기(심장)로도 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

하트펌프{Heart Pump}

본 발명은 하트펌프에 관한 것으로서, 사람의 심장이 전신에 혈액을 공급하는 원리를 이용하여 유로 내의 유체유동을 유로의 중심축을 주축으로 하는 와류를 형성함으로써, 심장의 혈액 또는 잉크, 기름과 같은 비뉴턴 유체의 에너지 손실을 줄여 유체유동에 필요한 에너지의 효율을 높이이도록 하는 하트펌프에 관한 것이다.

우리 인간의 심장은 약300g의 무게만으로도 우리 몸 구석구석까지 혈액을 보내고 있는데, 이러한 사람의 심장이 전신에 혈액을 공급하는 원리를 이용하여 유체에너지 손실을 줄일 수 있는 펌프를 개발하고자 하는 노력이 진행되어 왔다.

도1과 도2는 실제 심장근육의 움직임을 개념적으로 설명하기 위한 개략도로서, 도1, 도 2를 참조하면, 근육이 일정 축을 중심으로 반복적인 수축과 이완을 하면서 혈액을 나르게 되는데, 근육의 결이 사선형태로 되어 있고, 각각의 근육들이 순차적으로 수축되고 이완되어 비틀림을 동반하는 운동을 수행하게 된다.

이러한 심장 근육의 움직임을 통해 혈관 내의 혈액이 와류를 형성하게 되는데, 와류형태의 혈액은 다음과 같은 이점을 갖는다.

첫 번째, 압력손실을 줄이는 이점을 갖는다. 비뉴턴 유체의 전단응력과 전단속도의 비를 겉보기점도라고 하는데, Helical flow of non-newtonianfluids in a concentric and fully eccentric annulus 라는 논문에 의하면 비뉴턴 유체는 전단속도가 커짐에 따라 겉보기점도는 작아지기 때문에 혈관 내의 와류를 생성하여 압력손실을 줄일 수가 있게 된다.

두 번 째, 퇴적물을 제거하는 이점을 갖는다. 유체가 와류를 형성하며 관을 지날 때 관 밑쪽에 쌓여있는 퇴적물을 옆에서 쳐내기 때문에 퇴적물을 제거하는 효과를 얻게 된다. 이와 같은 원리에 의해 심장 안에 퇴적물이 쌓여 혈류를 방해하는 것을 방지할 수 있게 된다.

세 번째, 침전을 방지하는 이점을 갖는다. 중력에 의해 침전물이 혈관에 쌓이는 것을 와류를 형성함으로써, 방지할 수 있게 된다.

대한민국 공개특허 10-2014-0040112호에는 "혈액펌프"에 관한 기술이 개시되고 있다.

예컨대, 체내 매립형 혈액 펌프(implantable blood pump)는 말기 심장 질환 환자에게 도움을 제공하는데 사용하기 위해 개발된 것으로서, 상기 혈액 펌프는 환자의 혈관 시스템으로부터 혈액을 접수하고 환자의 혈관 시스템에 혈액을 다시 밀어냄으로써 동작한다. 환자의 혈액 흐름에 운동량 및 압력을 가함으로써, 혈액 펌프는 심장의 펌프 작용을 증진하거나 또는 대체할 수 있다.

예를 들어, 혈액 펌프는 심실 보조 장치 또는 "VAD"로서 구성할 수 있다. "VAD"가 좌심실의 펌프작용을 돕기 위해 사용되는 경우, 본 장치는 심장의 좌심실로부터 혈액을 끌어내어 대동맥으로 혈액을 방출하게 된다.

심장에 임상적으로 유용한 도움을 제공하기 위해, 혈액펌프는 실질적인 혈액 유량으로 혈액을 밀어내야 한다.

성인 환자의 경우, 심실 보조장치가 환자의 필요에 따라 약 10 ~ 110 mmHg의 펌프에 걸쳐 차등 압에서 분당 약 1~10리터로 혈액을 이송하도록 배열될 수 있다.

하지만, 상기한 종래기술의 혈액펌프는 구조가 복잡하고 클뿐 만 아니라, 혈액의 이송이 인위적으로 이루어지기 때문에 환자에게 이질감이나 거부반응에 의한 부작용을 일으키는 문제가 있었다.

또한, 종래기술의 혈액펌프는 혈액의 흐름이 순류형태로 공급되기 때문에 혈관 내에 침전물 등이 쌓이는 문제가 있고, 혈액의 점성에 의한 압력손실이 발생되는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허 10-2014-0040112호

종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 구동륜의 내접기어와 유성기어로 맞물린 복수개의 압축날개를 연동시켜 가변유로를 형성함으로써, 사람의 심장근육결의 움직임과 유사한 펌핑운동이 이루어지도록 함으로써, 와류형태의 유체를 형성시켜 유체에너지손실을 최소화 하고, 심장박동과 유사한 맥동을 재현시켜 사람 친화적인 하트펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 펌핑모듈을 다단 구성함으로써, 이송유체의 압력을 고르게 유지할 수 있어 안정적인 작동이 가능한 하트펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 다단 펌핑모듈의 순차적 수축운동을 하나의 크랭크샤프트에 축 결합되어 동시 회전하는 복수개의 캠의 위상차를 이용해 조절되도록 함으로써, 소형화 구조가 가능한 하트펌프를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가변유로 상에 신축성이 우수한 튜브관을 설치하여 이송유체의 기밀이 유지되도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 와류형태의 유체를 공급시켜 관형상의 유로 내에 침전물이 쌓이는 관석형성을 방지함으로써, 펌프의 사용연한이 연장되도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비뉴턴유체(ex : 혈액, 잉크)의 유동시 발생하는 압력강하를 줄여, 해당유체를 운송할 때 소요되는 에너지를 줄이는 경제성이 뛰어난 하트펌프를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 사람 친화적인 펌핑 작용을 통해 인공장기(심장)로 사용할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 목적은 수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프로서, 내접기어를 갖는 구동륜; 상기 구동륜의 일측 외경에 접촉하여 구동륜을 정/역방향으로 회전 운동시키는 구동캠; 상기 구동륜의 내접기어과 맞물려 조리개 형태로 연동되는 복수 개의 압축날개; 및 이웃하는 압축날개의 끝단이 이웃하는 압축날개의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 형태를 유지하고, 구동륜의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지도록 된 가변유로;를 포함하는 하트펌프를 통해 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프로서, 내접기어를 갖는 구동륜; 상기 구동륜의 일측 외경에 접촉하여 구동륜을 정/역방향으로 회전 운동시키는 구동캠; 상기 구동륜의 내접기어과 맞물려 조리개 형태로 연동되는 복수 개의 압축날개; 이웃하는 압축날개의 끝단이 이웃하는 압축날개의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 형태를 유지하고, 구동륜의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지도록 된 가변유로; 상기 가변유로 양측단부에서 구동륜이 회동 가능한 상태로 지지되도록 하고, 구동캠 및 압축날개의 회전축을 축 결합시켜 축 중심이 고정되도록 하는 설치브라켓; 및 상기 가변유로의 흡입측 및 토출측 설치브라켓에 각각 설치되어 유체의 역류를 방지하도록 된 체크밸브;를 포함하는 하트펌프를 통해 달성될 수 있다.

또한, 상기 구동륜, 구동캠, 압축날개로 이루어지는 조립구조를 1개의 펌핑모듈이라 할 때, 상기 설치브라켓 사이에 복수 개의 펌핑모듈이 동일 축선 상에 배치되도록 하되, 각각의 작동시점을 단계별로 조절함으로써, 각각의 펌핑모듈이 순차적으로 수축 및 확장 운동되도록 할 수 있다.

이때, 상기 펌핑모듈들을 흡입측에서 토출측까지 수축 및 확장운동이 적어도 한 싸이클을 완성하도록 작동시점을 단계별 조절할 수 있다.

또한, 상기 펌핑모듈들 사이에 보조브라켓을 더 설치하되, 상기 보조브라켓은 가변유로의 최대직경에 상응하는 유로관통홀을 형성하고, 상기 유로관통홀 둘레에 구동캠 및 압축날개의 회전축을 축 관통시켜 축 중심이 고정되도록 하는 축관통홀을 형성할 수 있다.

또한, 상기 구동륜의 외주연 일측에 회전 중심축과 일직선을 이루도록 된 장공형태의 캠가이드홀을 형성할 수 있다.

또한, 상기 압축날개은 회전하는 유성기어부을 형성하고, 상기 유성기어부의 중심으로부터 구동륜의 중심방향으로 연장되는 블레이드부을 일체로 형성할 수 있다.

이때, 상기 블레이드부 내면이 유로 중심을 향해 만곡지게 돌출곡면을 형성할 수 있다.

또한, 상기 가변유로 상에 유체의 누수를 방지하기 위한 플랙시블 튜브를 설치할 수 있다.

또한, 상기 설치브라켓과 설치브라켓 사이의 바닥 및 측면을 연결시켜 일체형 하우징을 형성할 수 있다.

본 발명은 구동륜의 내접기어와 유성기어로 맞물린 복수개의 압축날개를 연동시켜 가변유로를 형성함으로써, 사람의 심장근육결의 움직임과 유사한 펌핑운동이 이루어지도록 함으로써, 와류형태의 유체를 형성시켜 유체에너지손실을 최소화 하고, 심장박동과 유사한 맥동을 재현시켜 사람 친화적이며, 다단 펌핑모듈의 순차적 수축운동을 하나의 크랭크샤프트에 축 결합되어 동시 회전하는 복수개의 캠의 위상차를 이용해 조절되도록 함으로써, 소형화 구조가 가능하기 때문에 인공장기(심장)로도 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 펌핑모듈을 다단 구성함으로써, 이송유체의 압력을 고르게 유지할 수 있어 안정적인 작동이 가능하고, 비뉴턴유체(ex : 혈액, 잉크)의 유동시 발생하는 압력강하를 줄여, 해당유체를 운송할 때 소요되는 에너지를 줄이는 경제성이 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 가변유로 상에 신축성이 우수한 튜브관을 설치하여 이송유체의 기밀이 유지되도록 할 수 있고, 와류형태의 유체를 공급시켜 관형상의 유로 내에 침전물이 쌓이는 관석형성을 방지함으로써, 펌프의 사용연한이 연장되도록 하여 유지보수가 편리한 효과를 갖는다.

도 1은 일반적인 심장구조를 설명하기 위한 개념도.
도 2는 일반적인 심장의 수축 이완운동을 설명하기 위한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 하트펌프를 도시한 조립사시도.
도 4는 본 발명에 따른 하트펌프를 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 확장되는 과정을 도시한 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 수축되는 과정을 도시한 평면도.
도 7내지 도 11은 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 확장 및 수축되는 과정을 설명하는 시뮬레이션 도면.
도 12내지 도 16은 본 발명에 따른 하트펌프의 다단작동원리를 설명하는 개념도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 하트펌프를 도시한 조립사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 하트펌프를 도시한 분해사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 확장되는 과정을 도시한 평면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 수축되는 과정을 도시한 평면도이며, 도 7내지 도 11은 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 확장 및 수축되는 과정을 설명하는 시뮬레이션 도면이고, 도 12내지 도 16은 본 발명에 따른 하트펌프의 다단작동원리를 설명하는 개념도이다.

동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프에 관한 것으로서, 크게 구동륜(110), 구동캠(120), 압축날개(130), 가변유로(140)를 포함한다.

먼저, 도 4를 통해 구동륜(110)이 개시된다. 상기 구동륜(110)은 링 형상의 몸체를 형성하고, 상기 몸체의 내주연 둘레를 따라서 원형의 내접기어(111)를 형성한다.

또한, 상기 구동륜(110)의 외주연 일측에는 캠가이드홀(113)이 형성된다. 상기 캠가이드홀(113)은 장공형태의 홀이 구동륜(110)의 회전 중심축과 일직선을 이루도록 형성된다.

다음, 도 4를 통해 구동캠(120)이 개시된다. 상기 구동캠(120)은 상기 구동륜(110)의 일측 외경에 접촉하여 구동륜(110)을 정/역방향으로 회전 운동시키는 역할을 한다.

이때, 상기 구동캠(120)은 원통형의 몸체로 제작되고, 몸체의 무게중심 바깥쪽으로 크랭크샤프트(SH2)가 관통되도록 하는 편심축을 형성한다.

상기 구동캠(120)은 구동륜(110)의 캠가이드홀(113) 내에 유동이 가능한 상태로 끼움 설치된다. 이때, 상기 캠가이드홀(113)의 길이방향 폭과 구동캠(120)의 직경이 일치할 수 있도록 정밀 가공하는 것이 바람직하다.

따라서, 크랭크샤프트(SH2)의 회전시 구동캠(120)이 편심운동을 하게 되고, 구동캠(120)의 이동궤적을 따라 구동륜(110)의 캠가이드홀(113)이 움직이게 된다. 이때 상기 구동캠(120)의 이동궤적은 크랭크샤프트(SH2)를 회전중심으로 했을 때, 회전중심으로부터 가장 먼 거리의 구동캠(120) 외주면이 회전반경면이 된다.

상기 구동캠(120)의 회전반경면과 접촉하고 있는 구동륜(110)의 캠가이드홀(113)이 구동캠(120)과 연동하여 궤적운동을 하게 되는데, 캠가이드홀(113)의 길이방향 직경이 구동캠(120)의 회전반경면 보다 넓게 형성되기 때문에 이 구간에서의 접촉이 사실상 이루어지지 않고 캠가이드홀(113)의 폭방향 구간에서만 접촉이 이루어지기 때문에 구동캠(120)의 편심운동에 연동되는 구동륜(110)은 좌우방향으로 왕복운동이 반복되는 것이다.

상기 구동캠(120)의 두께는 구동륜(110)의 두께와 같은 두께로 제작될 수 있다.

이때, 상기 구동륜(110) 및 구동캠(120)은 박판형태로도 제작될 수 있는데, 박판형태로 제작하는 경우, 다단구조로 결합시켜 최소의 유로가 확보되도록 할 수 있다.

다음, 도 4를 통해 압축날개(130)가 개시된다. 상기 압축날개(130)는 상기 구동륜(110)의 내접기어(111)와 맞물려 연동되는 구조를 갖는다.

이때, 상기 압축날개(130)는 복수개가 동심원 상에 등 간격 설치되어 구동륜(110)의 회전방향에 연동되어 동시 동작하게 되는데, 그 형태가 카메라의 조리개가 열리고 닫히는 동작형태와 유사하게 이루어진다.

상기 압축날개(130)는 회전하는 유성기어부(131)를 형성하고, 상기 유성기어부(131)의 중심으로부터 구동륜(110)의 중심방향으로 연장되는 블레이드부(133)를 일체로 형성한다.

이때, 상기 유성기어부(131)는 유로의 흐름방향을 따라 축(SH1) 결합되어 회전위치가 고정된다. 예컨대 유성기어부(131)는 축(SH1) 고정방식에 의해 회전위치가 고정되고, 내접기어(111)와의 거리를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.

이와 같은 유성기어부(131)는 구동륜(110)의 내접기어와 맞물려 구동륜(110)을 다 방향에서 지지하는 역할을 하게 된다. 이와 같은 지지구조는 실질적으로 구동륜(110)의 고정축 역할을 수행하게 된다.

또한, 상기 블레이드부(133)는 참조도면에 도시된 바와 같이 내면이 유로 중심을 향해 만곡지게 돌출곡면을 형성할 수 있다.

이는, 이웃하는 블레이드부(133)의 끝단이 최대한 맞닿은 상태를 유지한 채로 수축 및 팽창 작동이 연속되도록 하기 위한 것이다.

하지만, 경우에 따라서는 참조도면에서와는 반대방향 즉, 내면이 유로 중심을 향해 만곡지게 함몰된 곡면을 형성할 수도 있다.

다음, 도 5, 도 6을 통해 가변유로(140)가 개시된다. 상기 가변유로(140)는 이웃하는 압축날개(130)의 끝단이 이웃하는 또 다른 압축날개(130)의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 상태를 유지할 때 확보되는 내부 공간을 의미하며, 구동륜(110)의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지게 된다.

이때, 상기 가변유로(140) 상에 유체의 누수를 방지하기 위한 플랙시블 튜브를 설치할 수 있다.

상기 플랙시블 튜브는 신축성이 뛰어난 라텍스 튜브 또는 실리콘 튜브 등이 사용될 수 있다. 이와 같은 플랙시블 튜브는 유로 내로 유체가 공급되면 체적이 확장되고 압축날개(130)의 수축 작용시 함께 수축이 이루어지게 되며, 유로의 길이방향으로 연장될 수 있다.

다음, 참조도면을 통해 설치브라켓(150)이 개시된다. 상기 설치브라켓(150)은 상기 가변유로(140) 양측단부에서 구동륜(110)이 회동 가능한 상태로 지지되도록 하고, 구동캠(120) 및 압축날개(130)의 회전축(SH1)을 축 결합시켜 축 중심이 고정되도록 하는 역할을 한다.

상기한 설치브라켓(150)은 하트펌프(100)의 사용처에 따라 설계가 달라질 수 있는데, 상기 설치브라켓(150)과 설치브라켓(150) 사이의 바닥 및 측면을 연결시켜 일체형 하우징으로 제작할 수도 있다.

다음, 도 12내지 도 16을 통해 체크밸브가 개시된다.

상기 체크밸브는 가변유로(140)의 흡입측 체크밸브(170a,170b) 및 토출측 체크밸브(170b)로 구분될 수 있고, 설치브라켓(150)에 각각 설치되어 유체의 역류를 방지하는 역할을 하게 된다.

예컨대, 도 12내지 도 16을 통해 도시된 왼쪽을 유입측 체크밸브(170a)라 하고, 오른쪽을 토출측 체크밸브(170b)라 할 때, 유체가 가변유로(140) 내로 유입되는 동안에는 유입측 체크밸브(170a)가 열려진 상태이지만 토출측 체크밸브(170b)가 열리고 가변유로(140) 내의 유체가 토출측으로 토출되는 동안에는 유입측 체크밸브(170a)가 차단된 상태를 유지시켜 가변유로(140) 내의 유체가 역류하는 것을 방지하게 된다.

앞서 살펴본 바와 본 발명은 상기 구동륜(110), 구동캠(120), 압축날개(130)로 이루어지는 조립구조를 1개의 펌핑모듈(A)이라 할 때, 1개의 펌핑모듈(A)을 통한 유체의 이송이 이루어지도록 할 수 있다.

도 7내지 도 11은 본 발명에 따른 하트펌프의 가변유로가 확장 및 수축되는 과정을 설명하는 시뮬레이션 도면이로서, 동 도면에서 보는 바와 같이 설치브라켓(150) 사이에 복수 개의 펌핑모듈(A)이 동일 축선 상에 배치되도록 한 후, 각각의 작동시점을 단계별로 조절시켜, 각각의 펌핑모듈(A)이 순차적으로 수축 및 확장 운동되도록 할 수 있다.

도 7은 가장 전면에 보이는 흡입측 압축날개(130)가 완전 수축상태를 이루고 있고, 점차 후방쪽으로 단계별 수축이 이루어지고 있는 상태를 도시하고 있다. 도 7에서 가장 후면에 보이는 토출측 압축날개(130)는 완전 개방상태를 이루고 있다.

도 7로부터 도 11에 이르는 동안 가장 전면에 보이는 흡입측 압축날개(130)가 완전 수축상태에서 점차 개방되어 도 9에서 최대 확장된 후 다시 수축이 진행되어 도 11에서 완전 수축상태를 이루게 된다. 이와 같은 수축 및 확장 과정을 복수 개의 압축날개(130) 들이 단계별로 작동함으로써, 유체를 유입측으로부터 토출측으로 밀어서 이송시키게 된다.

이와 같이 단계별로 이루어지는 압축 팽창 사이클을 통해 이송되는 유체는 인간의 심장이 혈액을 순차적으로 밀어내는 것과 동일한 원리로 이송되며, 심장박동과 유사한 맥동을 형성하게 된다.

이때, 상기 펌핑모듈(A)들을 흡입측에서 토출측까지 수축 및 확장운동이 적어도 한 싸이클을 완성하도록 작동시점을 단계별 조절하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 펌핑모듈(A)들 사이에 보조브라켓(160)을 더 설치하되, 상기 보조브라켓(160)은 가변유로(140)의 최대직경에 상응하는 유로관통홀(161)을 형성하고, 상기 유로관통홀(161) 둘레에 구동캠(120) 및 압축날개(130)의 회전축을 축 관통시켜 축 중심이 고정되도록 하는 축관통홀(163)을 형성할 수 있다.

도 12내지 도 16은 본 발명에 따른 하트펌프의 다단작동원리를 설명하는 개념도로서, 동 도면에서 보는 바와 같은 본 발명은 전체적으로 조립한 경우 각각의 구동륜(110)에 연결된 구동캠(120)이 10개라고 가정할 때, 각각의 구동캠(120)은 9도, 18도,…,90도 등 10개의 단계별 위상을 갖도록 조정될 수 있고, 각각의 구동륜(110)은 구동캠(120)의 9도씩의 위상 차이만큼의 순서대로 움직이게 된다.

각각의 압축날개(130)들은 카메라 조리개처럼 개폐를 반복하게 되는데, 이때 압축날개(130)의 자유단측이 구동륜(110)의 내접기어(111) 측으로부터 중심방향으로 호를 그리며 움직이기 때문에 펌프 내부 유체는 자연스럽게 와류를 형성하며 이동하게 된다.

이는 심장의 근육이 회전하면서 수축하는 결과와 같은 움직임을 낳게 되는데 이는 하트펌프(100) 내부의 침전물이나, 비점성유체 특유의 점성으로 인한 유체 에너지 저하를 줄일 수 있게 된다.

도 12를 참조하면, 펌프 양쪽에 체크밸브(170a,170b)를 달아 심장의 판막과 같은 역할을 하도록 한다.

도 13을 참조하면, 유입측 1번 압축날개(130)부터 순차적으로 열리기 시작하면서 유입측의 유체를 흡입하며, 1번 압축날개(130)의 완전개방 직후, 1번 압축날개(130)부터 순차적으로 수축이 이루어지면서, 유체를 토출측으로 밀어내는 토출과정이 시작된다.

압축날개(130)가 순차적으로 열리고 닫히도록 하는 이유는 유체의 흐름을 방해하지 않고, 펌프내의 유동을 매끄럽게 하는 동시에 유체가 소용돌이(Vortex)를 형성하게 하기 위함이다.

이러한 과정들을 통하여 하트펌프(100)의 흡입, 토출과정이 이루어지게 된다.

앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 구동륜의 내접기어와 유성기어로 맞물린 복수개의 압축날개를 연동시켜 가변유로를 형성함으로써, 사람의 심장근육결의 움직임과 유사한 펌핑운동이 이루어지도록 함으로써, 와류형태의 유체를 형성시켜 유체에너지손실을 최소화 하고, 심장박동과 유사한 맥동을 재현시켜 사람 친화적이며, 다단 펌핑모듈의 순차적 수축운동을 하나의 크랭크샤프트에 축 결합되어 동시 회전하는 복수개의 캠의 위상차를 이용해 조절되도록 함으로써, 소형화 구조가 가능하기 때문에 인공장기(심장)로도 사용할 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 가변유로 상에 신축성이 우수한 튜브관을 설치하여 이송유체의 기밀이 유지되도록 할 수 있고, 와류형태의 유체를 공급시켜 관 형상의 유로 내에 침전물이 쌓이는 관석형성을 방지함으로써, 펌프의 사용연한이 연장되도록 하여 유지보수가 편리한 효과를 갖는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것에 불과하므로 이를 제한적으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100: 하트펌프 110: 구동륜
111: 내접기어 113: 캠가이드홀
120: 구동캠 130: 압축날개
131: 유성기어부 133: 블레이드부
140: 가변유로 150: 설치브라켓
160: 보조브라켓 161: 유로관통홀
163: 축관통홀 170a, 170b: 체크벨브
A: 펌핑모듈 SH1: 축
SH2: 크랭크샤프트

Claims

수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프로서,
내접기어(111)를 갖는 구동륜(110);
상기 구동륜(110)의 일측 외경에 접촉하여 구동륜(110)을 정/역방향으로 회전 운동시키는 구동캠(120);
상기 구동륜(110)의 내접기어(111)와 맞물려 조리개 형태로 연동되는 복수 개의 압축날개(130); 및
이웃하는 압축날개(130)의 끝단이 이웃하는 압축날개(130)의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 형태를 유지하고, 구동륜(110)의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지도록 된 가변유로(140);를 포함하는 하트펌프.
수축 및 팽창 운동을 통해 유체를 이송시키는 하트펌프로서,
내접기어(111)를 갖는 구동륜(110);
상기 구동륜(110)의 일측 외경에 접촉하여 구동륜(110)을 정/역방향으로 회전 운동시키는 구동캠(120);
상기 구동륜(110)의 내접기어(111)와 맞물려 조리개 형태로 연동되는 복수 개의 압축날개(130);
이웃하는 압축날개(130)의 끝단이 이웃하는 압축날개(130)의 내면과 원주방향을 따라 연속적으로 맞닿아 폐회로 형태를 유지하고, 구동륜(110)의 정/역 회전 운동시 수축 및 확장이 이루어지도록 된 가변유로(140);
상기 가변유로(140) 양측단부에서 구동륜(110)이 회동 가능한 상태로 지지되도록 하고, 구동캠(120) 및 압축날개(130)의 회전축을 축 결합시켜 축 중심이 고정되도록 하는 설치브라켓(150); 및
상기 가변유로(140)의 흡입측 및 토출측 설치브라켓(150)에 각각 설치되어 유체의 역류를 방지하도록 된 체크밸브(170a,170b);를 포함하는 하트펌프.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동륜(110), 구동캠(120), 압축날개(130)로 이루어지는 조립구조를 1개의 펌핑모듈(A)이라 할 때, 상기 설치브라켓(150) 사이에 복수 개의 펌핑모듈(A)이 동일 축선 상에 배치되도록 하되, 각각의 작동시점을 단계별로 조절함으로써, 각각의 펌핑모듈(A)이 순차적으로 수축 및 확장 운동되도록 하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 3항에 있어서,
상기 펌핑모듈(A)들을 흡입측에서 토출측까지 수축 및 확장운동이 적어도 한 싸이클을 완성하도록 작동시점을 단계별 조절하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 3항에 있어서,
상기 펌핑모듈(A)들 사이에 보조브라켓(160)을 더 설치하되, 상기 보조브라켓(160)은 가변유로(140)의 최대직경에 상응하는 유로관통홀(161)을 형성하고, 상기 유로관통홀(161) 둘레에 구동캠(120) 및 압축날개(130)의 회전축을 축 관통시켜 축 중심이 고정되도록 하는 축관통홀(163)을 형성하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구동륜(110)의 외주연 일측에 회전 중심축과 일직선을 이루도록 된 장공형태의 캠가이드홀(113)을 형성하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압축날개(130)는 회전하는 유성기어부(131)를 형성하고, 상기 유성기어부(131)의 중심으로부터 구동륜(110)의 중심방향으로 연장되는 블레이드부(133)를 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 7항에 있어서,
상기 블레이드부(133) 내면이 유로 중심을 향해 만곡지게 돌출곡면을 형성하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가변유로(140) 상에 유체의 누수를 방지하기 위한 플랙시블 튜브를 설치하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.
제 2항에 있어서,
상기 설치브라켓(150)과 설치브라켓(150) 사이의 바닥 및 측면을 연결시켜 일체형 하우징을 형성하는 것을 특징으로 하는 하트펌프.