KR20190054421A - 전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프 - Google Patents

전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부로 유체가 유동하는 전기삼투펌프용 멤브레인과, 상기 전기삼투펌프용 멤브레인이 구비되어 전기삼투에 의해 유체를 유동시키는 전기삼투펌프에 관한 것으로서, 특히, 전기삼투펌프용 멤브레인을 통해 유체가 용이하게 유동할 수 있으며, 전기삼투펌프의 유량을 원하는대로 쉽게 설정할 수 있는 전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프에 관한 것이다.

Description

전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프{MEMBRANE FOR ELECTROOSMOTIC PUMP AND ELECTROOSMOTIC PUMP HAVING THE SAME}
본 발명은 내부로 유체가 유동하는 전기삼투펌프용 멤브레인과, 상기 전기삼투펌프용 멤브레인이 구비되어 전기삼투에 의해 유체를 유동시키는 전기삼투펌프에 관한 것이다.
전기삼투펌프는 멤브레인(membrane)에 구비 또는 형성된 전극에 전압(또는 전기)을 걸었을 때 발생하는 전기삼투현상을 이용하여, 유체를 이동시키는 펌프이다.
위와 같은 전기삼투펌프에 구비되는 전기삼투펌프용 멤브레인은 그 내부에 유체가 유동되도록 구멍을 갖는 다공성 재질로 이루어져 있으며, 구멍이 형성된 양측에는 서로 다른 전극이 인가됨으로써, 전기삼투현상이 일어나게 된다.
이러한 전기삼투펌프용 멤브레인 및 전기삼투펌프에 관한 특허로는 한국등록특허 제10-1488408호(이하, '특허문헌 1'이라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.
특허문헌 1의 전기삼투펌프는, 유체의 이동을 허용하는 멤브레인과, 멤브레인의 양측에 각각 마련되고, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성되는 제1전극 및 제2전극을 포함하여 구성된다.
따라서, 제1전극 및 제2전극에 전압을 걸어주면, 전기삼투현상에 의해 멤브레인의 내부에서 펌핑력이 발생하며, 이를 통해, 유체가 일방향으로 유동된다.
그러나, 특허문헌 1의 경우, 전기삼투펌프의 멤브레인은 약 1㎛ 내지 약 5㎛ 크기의 실리카(silica), 유리(glass) 등을 이용하여 제작될 수 있는데, 위와 같이, 실리카, 유리 등을 이용하여 제작될 경우, 멤브레인의 구멍이 불규칙적으로 형성되어 전기삼투펌프를 통해 유동되는 유체의 유동이 용이하게 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 멤브레인의 구멍이 불규칙적으로 형성됨에 따라, 멤브레인을 통해 유동되는 유체의 유량을 원하는 대로 설정하기 매우 어려우며, 이로 인해, 초소형으로 제작되는 전기삼투펌프의 유량의 오차가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1488408호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전기삼투펌프용 멤브레인을 통해 유체가 용이하게 유동할 수 있으며, 전기삼투펌프의 유량을 원하는대로 쉽게 설정할 수 있는 전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인은, 내부로 유체가 유동하는 전기삼투펌프용 멤브레인에 있어서, 금속을 양극산화하여 형성된 양극산화막; 상기 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되며, 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 기공홀; 상기 기공홀의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 투과홀; 및 상기 양극산화막의 상면 및 하면에 각각 형성되는 제1, 2전극층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 투과홀의 상부 방향 내면 중 적어도 일부에 상기 제1전극층이 형성되고, 상기 투과홀의 하부 방향 내면 중 적어도 일부에 상기 제2전극층이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2전극층 각각에 전원부가 연결되는 제1, 2패드가 구비되고, 상기 투과홀은 복수개가 형성되되, 상기 제1, 2패드와 가까운 영역의 투과홀의 갯수보다 상기 제1, 2패드와 먼 영역의 투과홀의 갯수가 더 많은 것을 특징으로 한다.
또한, 제1항에 있어서, 상기 제1전극층은 상기 양극산화막의 상면 중 상기 기공홀 및 상기 투과홀이 형성되지 않은 영역에 형성되고, 상기 제2전극층은 상기 양극산화막의 하면 중 상기 기공홀 및 상기 투과홀이 형성되지 않은 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2전극층 중 유체가 유출되는 방향의 전극층의 표면에는 소수성 처리가 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 전기삼투펌프는, 유체가 유동하는 경로 상에 구비되는 전기삼투펌프용 멤브레인; 및 상기 전기삼투펌프용 멤브레인에 전기를 인가하는 전원부;를 포함하고, 상기 전기삼투펌프용 멤브레인은, 금속을 양극산화하여 형성되는 양극산화막; 상기 양극산화막을 형성하는 과정에서 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 기공홀; 상기 기공홀의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 투과홀; 및 상기 양극산화막의 상면 및 하면에 각각 형성되는 제1, 2전극층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 전기삼투펌프용 멤브레인 및 이를 구비한 전기삼투펌프에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
양극산화막에 투과홀을 형성시킴으로써, 기공홀의 손상없이 전기삼투펌프용 멤브레인의 유량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 전기삼투펌프의 유량 증대를 통해, 유량의 균일성 보장 및 유량의 오차 발생을 미연에 방지할 수 있다.
투과홀의 배열을 전원부의 전극이 인가되는 방향의 반대 방향에 더 많은 갯수로 배열시킴으로써, 전기장의 불균형에 의한 유량 불균형의 문제점을 해결할 수 있다.
투과홀의 내면 중 적어도 일부에 제1, 2전극층이 형성됨으로써, 전기장의 크기 증가에 따른 펌핑력 증가가 이루어질 수 있다.
제1, 2전극층 중 유체가 유출되는 방향의 전극층의 표면에 소수성 처리를 함으로써, 전기삼투펌프의 전원부에서 전기를 인가하지 않을 때, 전기삼투펌프용 멤브레인의 내부에서 유출부 방향으로 유체가 유동하는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프에 구비되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인의 사시도.
도 2는 도 1의 전기삼투펌프용 멤브레인의 확대도.
도 3은 도 1의 전기삼투펌프용 멤브레인의 단면도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 및 구멍들의 지름 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며, 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
설명에 들어가기에 앞서, 이하의 사항들에 대해 정의한다.
이하의 설명에서 언급되는 펌핑력이란, 전기삼투효과에 의해 유체를 유동시키는 힘을 의미한다. 따라서, 기공홀(11)의 펌핑력은 기공홀(11) 내부를 통해 유동하는 유체의 유량에 비례하고, 투과홀(13)의 펌핑력은 투과홀(13) 내부를 통해 유동하는 유량에 비례한다고 이해될 수 있다.
전기삼투효과를 통해 유동하는 유체의 유량 'Q'는 다음과 같은 '식 1'로 정의될 수 있다.
(식 1) Q=U×A
이 경우, 'U'는 전기삼투효과에 의한 유체의 유속을 의미하고, 'A'는 전기삼투효과가 발생되는 기공홀(11) 또는 투과홀(13)의 면적을 의미한다.
또한, 전기삼투효과에 의한 유체의 유속 'U'는 다음과 같은 '식 2'로 정의될 수 있다.
(식 2) U=-(ξ×ε×E x )/(μ)
이 경우, 'ξ'는 기공홀(11) 또는 투과홀(13)의 내부 표면의 제타전위를 의미하고, 'ε'는 전기삼투펌프를 통해 유동되는 유체의 유전율을 의미하고, 'Ex'는 제1, 2전극층(20, 30)에 의해 발생되는 유체의 흐름 방향으로 가해진 전기장을 의미하고, 'μ'는 전기삼투펌프를 통해 유동되는 유체의 동적 점도를 의미한다.
이하의 설명에서 서술되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인(1)이 구비되어 있다. 따라서, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)에서 설명되는 구성, 특징, 효과 등은 전기삼투펌프에도 그대로 적용될 수 있다.
또한, 이하의 설명에서는 하나의 실시 예로써, 유체가 전기삼투펌프를 통해 펌핑되어 유동할 때, 유체의 흐름이 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 상부 방향에서 하부 방향으로 흐르는 것으로 전제한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프는, 유체가 유입되는 유입부와 유체가 유출되는 유출부 사이에 위치하여 유체가 유동하는 경로 상에 구비되는 전기삼투펌프용 멤브레인(1)과, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)에 전기를 인가하는 전원부를 포함하여 구성된다.
유입부는 그 일단이 유체가 저장되는 저장부와 연통되고, 그 타단이 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 상부와 연통된다. 따라서, 유입부는 저장부에 저장된 유체를 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 상부로 유동시키는 통로 기능을 한다.
유출부는 그 일단이 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 하부와 연통되어 전기삼투펌프용 멤브레인(1)을 통해 펌핑된 유체를 외부로 유출시키는 통로 기능을 한다.
위와 같이, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 상부와 하부에 유입부 및 유출부가 각각 연통됨으로써, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)이 유체가 유동하는 경로 상에 위치하게 된다.
전원부는 후술할 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 제1전극층(20) 및 제2전극층(30)에 전기를 인가하는 기능을 한다. 다시 말해, 전원부는 제1, 2전극층(20, 30)에 전압을 걸어주는 기능을 한다.
이 경우, 전원부는 제1전극층(20) 및 제2전극층(30)에 각각 다른 전극을 인가한다. 예컨데, 제1전극층(20)에 (+)전기가 인가될 경우, 제2전극층(30)에는 (-)전기가 인가된다.
이러한 전원부에서의 제1, 2전극층(20, 30)의 전기 인가는 제1, 2전극층(20, 30) 각각에 구비된 제1, 2패드를 통해 이루어지게 된다.
위와 같이, 전원부에서 제1, 2전극층(20, 30)의 제1, 2패드를 통해 전기가 인가되면, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 양극산화막(10)의 기공홀(11) 및 투과홀(13) 내부에서 전기삼투효과가 발생하게 된다.
따라서, 유입부를 통해 전기삼투펌프용 멤브레인(1)으로 유동된 유체는 전기삼투효과에 의해 기공홀(11) 및 투과홀(13) 내부에서 펌핑력이 발생하게 되며, 이를 통해, 유체가 유출부로 유동된다.
위와 같은, 전기삼투효과를 통한 전기삼투펌프의 유체의 유동에 대한 상세한 설명은 '특허문헌 1'에 공지되어 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프에 구비되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인(1)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프에 구비되는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전기삼투펌프용 멤브레인의 확대도이고, 도 3은 도 1의 전기삼투펌프용 멤브레인의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기삼투펌프용 멤브레인(1)은, 금속을 양극산화하여 형성된 양극산화막(10)과, 양극산화막(10)을 형성하는 과정에서 형성되며, 양극산화막(10)의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 기공홀(11)과, 기공홀(11)의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 상기 양극산화막(10)의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 투과홀(13)과, 양극산화막(10)의 상면 및 하면에 각각 형성되는 제1, 2전극층(20, 30)을 포함하여 구성되며, 기공홀(11) 및 투과홀(13)을 통해 내부로 유체가 유동된다.
양극산화막(10)은 모재인 금속을 양극산화하여 형성된 막을 의미하고, 기공홀(11)은 금속을 양극산화하여 양극산화막(10)을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다.
따라서, 양극산화막(10)은 모재인 금속을 양극산화하여 금속의 표면에 양극산화막(10)이 형성된 후, 금속을 제거함으로써 제조되며, 기공홀(11)은 이러한 양극산화막(10)을 제조, 즉, 형성하는 과정에서 자연적으로 형성된다.
예컨대, 모재인 금속이 알루미늄(Al)인 경우, 알루미늄(Al)을 양극산화하면 알루미늄(Al)의 표면에 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극산화막(10)이 형성된다.
위와 같이, 형성된 양극산화막(10)은 내부에 기공홀(11)이 형성되지 않은 배리어층과, 내부에 기공홀(11)이 형성된 다공층으로 구분된다. 이 경우, 배리어층은 알루미늄(Al)의 상부에 위치하고, 다공층은 배리어층의 상부에 위치한다.
이처럼, 배리어층과 다공층을 갖는 양극산화막(10)이 표면에 형성된 알루미늄(Al)에서, 알루미늄(Al)을 제거하게 되면, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극산화막(10)만이 남게 된다.
다만, 이 경우, 기공홀(11)은 양극산화막(10)의 상면과 하면을 관통하도록 형성되어야 하므로, 알루미늄(Al)을 제거할 경우, 배리어층도 같이 제거한다.
다시 말해, 양극산화막(10)과 기공홀(11)의 형성은, 금속을 양극산화한 후, 금속 및 양극산화막(10) 중 기공홀(11)이 형성되지 않은 층(배리어층)을 제거함으로써, 제조된다. 따라서, 양극산화막(10)은 기공홀(11)이 형성된 다공층만으로 이루어지게 되어, 기공홀(11)은 양극산화막(10)의 상면 및 하면을 관통하도록 형성된다.
금속을 양극산화하는 과정에서 기공홀(11)이 형성될 때, 기공홀(11)은 복수개 형성되며, 복수개의 기공홀(11)의 지름은 비교적 균일하게 형성된다. 또한, 기공홀(11)의 배열은 규칙적으로 배열된다.
따라서, 위와 같이, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 양극산화막(10) 및 기공홀(11)은 종래의 전기삼투펌프용 멤브레인과 달리, 지름이 균일하고, 규칙적인 배열을 갖는 기공홀(11)을 갖게 된다. 따라서, 기공홀(11)을 통해 유체가 용이하게 유동될 수 있다.
투과홀(13)은 기공홀(11)과 동일하게 양극산화막(10)의 상면과 하면을 관통하도록 복수개가 형성된다. 이러한 투과홀(13)은 전술한 양극산화막(10) 및 기공홀(11)이 형성된 후, 양극산화막(10)을 에칭함으로써 형성된다.
투과홀(13)의 지름은 기공홀(11)의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 형성된다.
또한, 복수의 투과홀(13)의 이격된 사이에는 복수의 기공홀(11)이 위치한다. 다시 말해, 인접하는 두 개의 투과홀(13) 사이에는 복수개의 기공홀(11)이 위치한다. 또한, 인접하는 두 개의 기공홀(11) 사이의 이격거리는, 인접하는 두 개의 투과홀(13) 사이의 이격거리보다 작다.
전술한 바와 같이, 기공홀(11)의 지름보다 더 큰 지름을 갖는 투과홀(13)이 형성됨에 따라, 제한된 크기의 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 유량을 증가시킬 수 있다.
상세하게 설명하면, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 기공홀(11)만으로 유체를 유동시킬 경우, 기공홀(11)은 금속을 양극산화하는 과정에서 자연적으로 형성되므로, 기공홀(11)의 면적은 일정 수치를 초과할 수 없게 된다. 다시 말해, 복수의 기공홀(11)의 전체 면적은 일종의 한계치를 갖게 된다. 따라서, 양극산화막(10)에 투과홀(13)을 형성시키게 됨으로써, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 유량을 용이하게 증가시킬 수 있다.
또한, 투과홀(13)이 에칭에 의해 형성됨으로써, 단순히 기공홀(11)을 확공하여 투과홀(13)을 형성하는 것보다 더욱 안정적으로 투과홀(13)을 형성시킬 수 있다. 다시 말해, 기공홀(11)을 확공하여 투과홀(13)을 형성할 경우, 기공홀(11)의 측면이 무너지게 됨으로써, 투과홀(13)의 형상이 어그러질 수 있는 등, 투과홀(13)의 손상이 쉽게 발생할 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 에칭에 의해 투과홀(13)을 형성시킴에 따라, 기공홀(11)의 측면의 손상없이 용이하게 투과홀(13)을 형성할 수 있으며, 이를 통해, 투과홀(13)의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
위와 같이, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)에 투과홀(13)을 형성시킴으로써, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)을 통해 유출되는 유체의 유량을 원하는대로 설정할 수 있으며, 이를 통해, 전기삼투펌프의 유량의 균일성 보장 및 유량의 오차 발생을 방지할 수 있다.
제1전극층(20)은 양극산화막(10)의 상면에 형성되고, 제2전극층(30)은 양극산화막(10)의 하면에 형성된다.
이러한, 제1, 2전극층(20, 30)은 전기삼투펌프의 전원부에서 전기가 인가됨으로써, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 기공홀(11) 및 투과홀(13) 내부에 전기삼투 효과를 발생시켜 펌핑력을 발생시키는 기능을 한다. 이 경우, 제1, 2전극층(20, 30)에는 서로 다른 전극이 인가된다.
제1, 2전극층(20, 30)은 다공성 재질로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1, 2전극층(20, 30)의 내부에도 유체가 유동될 수 있다.
제1, 2전극층(20, 30)은 백금(Pt), 텅스텐(W), 코발트(Co), 니켈(Ni), 은(Au), 구리(Cu) 등과 같은 금속재질 중 하나 또는 적어도 어느 하나를 포함하는 금속혼합물 재질로 형성될 수 있다.
제1, 2전극층(20, 30) 각각에는 제1, 2패드가 구비된다. 제1패드는 전원부와 제1전극층(20)을 연결하는 기능을 하고, 제2패드는 전원부와 제2전극층(30)을 연결하는 기능을 한다.
전술한 복수개의 투과홀(13)은 제1, 2전극층(20, 30)에 구비되는 제1, 2패드와 가까운 영역보다 제1, 2패드와 먼 영역에 더 많은 갯수가 형성되도록 배열될 수 있다.
위와 같이, 제1, 2패드와 가까운 영역의 투과홀(13)의 갯수보다 제1, 2패드와 먼 영역의 투과홀(13)의 갯수가 더 많게 형성됨에 따라, 제1, 2전극층(20, 30)에 전기가 인가될 때 발생되는 전압강하에 따른 전기장의 불균일에 의해 전기삼투펌프용 멤브레인(1)을 통해 유동하는 유체의 유량의 불균형을 방지할 수 있다.
상세하게 설명하면, 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 가까운 영역과 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 먼 영역에 인가되는 전기의 전압은 전극층의 저항으로 인해 차이가 발생하게 된다.
따라서, 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 먼 영역에서 발생되는 전기장의 크기는 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 가까운 영역에서 발생되는 전기장의 크기보다 상대적으로 작다.
위와 같은 전기장 크기의 차이로 인해, 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 먼 영역에 형성된 투과홀(13) 및 기공홀(11) 내부를 유동하는 유체의 속도는 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 가까운 영역에 형성된 투과홀(13) 및 기공홀(11) 내부를 유동하는 유체의 속도보다 작다.
따라서, 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 가까운 영역에 형성된 투과홀(13) 및 기공홀(11)을 통해 유동된 유체의 유량은 제1, 2전극층(20, 30)에서 제1, 2패드와 먼 영역에 형성된 투과홀(13) 및 기공홀(11)을 통해 유동된 유체의 유량보다 상대적으로 크다. 다시 말해, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)을 통해 유동된 유체의 유량에 불균형이 발생한다.
하지만, 전술한 바와 같이, 제1, 2패드와 가까운 영역의 투과홀(13)의 갯수보다 제1, 2패드와 먼 영역의 투과홀(13)의 갯수가 더 많게 형성함으로써, 위와 같은 유량 불균형을 쉽게 해결할 수 있는 것이다.
제1, 2전극층(20, 30)은 각각 양극산화막(10)의 상면 및 하면에 스퍼터링(sputtering) 공정을 통해 증착되어 형성되는 것이 바람직하다.
위와 같이, 제1, 2전극층(20, 30)이 양극산화막(10)의 상면 및 하면 각각에 스퍼터링 공정을 통해 형성됨에 따라, 제1전극층(20)은 양극산화막(10)의 상면 중 기공홀(11) 및 투과홀(13)이 형성되지 않은 영역에 형성되고, 제2전극층(30)은 양극산화막(10)의 하면 중 기공홀(11) 및 투과홀(13)이 형성되지 않은 영역에 형성될 수 있다.
이처럼, 제1, 2전극층(20, 30) 각각이 양극산화막(10)의 상면 및 하면 중 기공홀(11) 및 투과홀(13)이 형성되지 않은 영역 각각에 형성됨에 따라, 제1, 2전극층(20, 30)과 양극산화막의 유체가 통과하는 통로가 일치하게 되며, 이를 통해, 유체의 유동이 더욱 원활하게 유동될 수 있다. 이 경우, 유체가 통과하는 통로란, 양극산화막(10)의 기공홀(11) 및 투과홀(13)과, 제1, 2전극층(20, 30)이 형성되지 않은 영역을 의미한다.
제1, 2전극층(20, 30)이 양극산화막(10)의 상면 및 하면 각각에 형성될 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 투과홀(13)의 상부 방향 내면 중 적어도 일부에 제1전극층(20)이 형성되고, 투과홀(13)의 하부 방향 내면 중 적어도 일부에 제2전극층(30)이 형성될 수 있다.
위와 같이, 제1전극층(20)이 투과홀(13)의 상부 방향 내면 중 적어도 일부에 형성되고, 제2전극층(30)이 투과홀(13)의 하부 방향 내면 중 적어도 일부에 형성됨에 따라, 투과홀(13) 내부의 제1, 2전극층(20, 30)의 이격거리(r2)가 줄어듬으로써, 투과홀(13)의 펌핑력이 증대되는 효과가 있다.
상세하게 설명하면, 전기삼투효과가 발생될 때, 투과홀(13)의 내부의 유속은 제1, 2전극층(20, 30)에 의해 발생되는 전기장의 크기에 비례한다. 따라서, 투과홀(13)의 내부, 즉, 내면 중 적어도 일부에 제1, 2전극층(20, 30)이 형성됨에 따라, 제1, 2전극층(20, 30) 사이의 이격거리(r2)는 기공홀(11) 영역의 제1, 2전극층(20, 30) 사이의 이격거리(r1)보다 작게 된다. 다시 말해, 투과홀(13)에 영향을 미치는 제1, 2전극층(20, 30) 사이의 이격거리(r2)는 기공홀(11)에 영향을 미치는 제1, 2전극층(20, 30) 사이의 이격거리(r1)보다 작은 것이다.
전술한 전기장 'Ex'의 크기는 제1, 2전극층(20, 30) 사이의 이격거리에 반비례하므로, 투과홀(13)의 내부에서 발생되는 전기장의 크기, 즉, 투과홀(13)에 영향을 미치는 전기장의 크기는 기공홀(11)의 내부에서 발생되는 전기장의 크기, 즉, 기공홀(11)에 영향을 미치는 전기장의 크기보다 크게 된다.
따라서, '식 2'에 따라, 유체의 유속 'U'의 크기는 전기장 'Ex'의 크기에 비례하므로, 투과홀(13)로 유동하는 유체의 유속이 기공홀(11)로 유동하는 유체의 유속보다 빠르다.
또한, 전술한 바와 같이, 투과홀(13)의 지름이 기공홀(11)보다 더 크게 형성되므로, 투과홀(13)의 유량은 더욱 증대될 수 있다.
제1, 2전극층(20, 30)은, 전기삼투효과가 발생할 때, 제1, 2전극층(20, 30) 중 유체가 유출되는 방향, 즉, 유출부와 연통된 전극층의 표면에는 소수성 처리를 하는 것이 바람직하다.
예컨데, 앞서 전제한 바와 같이 전기삼투효과가 발생할 때 유체가 전기삼투펌프용 멤브레인의 상부에서 하부 방향, 즉, 제1전극층(20)에서 제2전극층(30) 방향으로 흐를 경우, 제2전극층(30)의 표면에 소수성 처리를 하는 것이 바람직하다.
위와 같이, 제2전극층(30)의 표면, 즉, 유체가 유출되는 전극층의 표면에 소수성 처리를 함에 따라, 전기삼투효과가 발생되지 않을 경우에 투과홀(13) 또는 기공홀(11)을 통해 유체가 유동되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 투과홀(13)의 지름이 소정의 크기 이상으로 커지는 경우에는, 전기삼투효과에 따른 펌핑력이 아닌 다른 힘에 의해 유체가 흐를 수 있게 된다. 이 경우, 소수성처리를 통해 유체의 흐름을 방지할 수 있게 된다.
다시 말해, 전기삼투효과에 의해 펌핑력이 발생하지 않을 때, 원치 않는 유체의 유동을 방지할 수 있는 것이다. 따라서, 전기삼투펌프의 전원부에서 전기를 인가하지 않을 때, 전기삼투펌프용 멤브레인(1)의 내부에서 유출부 방향으로 유체가 유동하게 되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1: 전기삼투펌프용 멤브레인 10: 양극산화막
11: 기공홀 13: 투과홀
20: 제1전극층 30: 제2전극층

Claims (6)

  1. 내부로 유체가 유동하는 전기삼투펌프용 멤브레인에 있어서,
    금속을 양극산화하여 형성된 양극산화막;
    상기 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되며, 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 기공홀;
    상기 기공홀의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 투과홀; 및
    상기 양극산화막의 상면 및 하면에 각각 형성되는 제1, 2전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프용 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투과홀의 상부 방향 내면 중 적어도 일부에 상기 제1전극층이 형성되고, 상기 투과홀의 하부 방향 내면 중 적어도 일부에 상기 제2전극층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프용 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2전극층 각각에 전원부가 연결되는 제1, 2패드가 구비되고,
    상기 투과홀은 복수개가 형성되되, 상기 제1, 2패드와 가까운 영역의 투과홀의 갯수보다 상기 제1, 2패드와 먼 영역의 투과홀의 갯수가 더 많은 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프용 멤브레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극층은 상기 양극산화막의 상면 중 상기 기공홀 및 상기 투과홀이 형성되지 않은 영역에 형성되고,
    상기 제2전극층은 상기 양극산화막의 하면 중 상기 기공홀 및 상기 투과홀이 형성되지 않은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프용 멤브레인.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2전극층 중 유체가 유출되는 방향의 전극층의 표면에는 소수성 처리가 이루어진 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프용 멤브레인.
  6. 유체가 유동하는 경로 상에 구비되는 전기삼투펌프용 멤브레인; 및
    상기 전기삼투펌프용 멤브레인에 전기를 인가하는 전원부;를 포함하고,
    상기 전기삼투펌프용 멤브레인은,
    금속을 양극산화하여 형성되는 양극산화막;
    상기 양극산화막을 형성하는 과정에서 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 기공홀;
    상기 기공홀의 지름보다 더 큰 지름을 갖도록 상기 양극산화막의 상면과 하면을 관통하도록 형성되는 투과홀; 및
    상기 양극산화막의 상면 및 하면에 각각 형성되는 제1, 2전극층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기삼투펌프.
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