KR20230142426A - 구동 시간 대칭 알고리즘이 적용된 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체 - Google Patents

구동 시간 대칭 알고리즘이 적용된 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구동 시간이 대칭화된 펌프 모듈을 포함하는 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체에 대한 것이다. 구체적으로 본 발명은 일 방향을 따라 직선 왕복 운동하는 샤프트를 포함하는 펌프 모듈, 샤프트에 연결되는 제1단 및 직선 왕복 운동에 의해 회전 왕복 운동하는 제2단을 포함하는 회전쇠, 제2단과 접촉하는 접촉 시각 정보를 획득하는 적어도 하나의 센서, 접촉 시각 정보를 기초로 펌프 모듈의 구동 시간을 판단하고, 구동 시간을 기초로 펌프 모듈의 추가 구동 시간을 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

구동 시간 대칭 알고리즘이 적용된 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체{Drug injection device, driving time symmetry method and recording medium using driving time symmetry algorithm}
본 발명은 펌프 모듈을 포함하는 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체에 대한 것이다. 구체적으로 본 발명은 구동 시간 대칭 알고리즘이 적용된 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체에 관한 것이다.
당뇨병은 이자에서 분비되는 호르몬 중 하나인 인슐린이 부족하여 발생하는 대사 이상에 근거한 질환이다. 당뇨병 환자는 적극적인 방법 중 하나로써 인슐린을 인체 내에 주입하는 방법을 사용할 수 있다. 환자의 혈당 변화에 적합하게 인슐린이 체내에 주입될 수 있도록, 인슐린 주입 장치(이하 약액 주입 장치)가 사용될 수 있다.
한편, 약액 주입 장치에 포함된 전기삼투압 기반 액츄에이터(이하, 펌프 모듈)는 전진 지점과 후진 지점에 도달하기 위한 풀(Pull) 동작과 푸시(Push) 동작의 구동시간이 펌프 모듈의 특성에 따라 달라지게 된다. 펌프 모듈의 특성은 마찰력, 길이, 온도, 부하, 전기분해 등이 될 수 있다.
풀(Pull) 동작과 푸시(Push) 동작의 구동시간이 비대칭이 되면, 펌프 모듈은 내부에 가스가 발생하여 시간이 지날수록 성능이 저하되고 제품의 수명이 짧아지게 된다는 문제점이 있어왔다.
본 발명은 상술한 필요성에 따른 것으로, 구동 시간이 대칭화된 펌프 모듈을 포함하는 약액 주입 장치, 구동 시간 대칭화 방법 및 이의 기록매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 약액 주입 장치는 일 방향을 따라 직선 왕복 운동하는 샤프트를 포함하는 펌프 모듈; 상기 샤프트에 연결되는 제1단 및 상기 직선 왕복 운동에 의해 회전 왕복 운동하는 제2단을 포함하는 회전쇠; 상기 제2단과 접촉하는 접촉 시각 정보를 획득하는 적어도 하나의 센서; 상기 접촉 시각 정보를 기초로 상기 펌프 모듈의 구동 시간을 판단하고, 상기 구동 시간을 기초로 상기 펌프 모듈의 추가 구동 시간을 결정하는 제어부; 를 포함한다.
또한, 상기 적어도 하나의 센서는 제1 센서; 및 제2 센서;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 센서와 상기 제2단이 접촉하는 제1 접촉 시각 정보 및 상기 제2 센서와 상기 제2단이 접촉하는 제2 접촉 시각 정보를 기초로 상기 펌프 모듈의 제1 구동 시간 및 제2 구동 시간을 판단한다.
한편, 상기 제어부는 상기 제1 구동 시간 또는 상기 제2 구동 시간을 기초로 추가 구동 시간 적용 여부를 결정하고, 상기 추가 구동 시간에 대응하여 상기 직선 왕복 운동을 수행하도록 상기 펌프 모듈을 제어한다.
또한, 상기 샤프트는 상기 제1공간에서 상기 제2공간을 향하는 제1방향 및 상기 제1방향의 반대인 제2방향을 따라 왕복 운동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치의 구동 방법은 일 방향을 따라 직선 왕복 운동하는 샤프트를 포함하는 펌프 모듈의 펌프를 구동하는 단계; 상기 샤프트에 연결되는 제1단 및 상기 직선 왕복 운동에 의해 회전 왕복 운동하는 제2단을 포함하는 회전쇠 및 센서를 이용하여 상기 제2단과 접촉하는 접촉 시각 정보를 획득하는 단계; 및 상기 접촉 시각 정보를 기초로 상기 펌프 모듈의 구동 시간을 판단하고, 상기 구동 시간을 기초로 상기 펌프 모듈의 추가 구동 시간을 결정하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 기록매체는 상기 약액 주입 장치의 구동 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명의 구동 시간 대칭화 알고리즘을 따르면, 대칭적인 구동시간으로 인해 전기삼투압 기반 액추에이터 내부의 가스는 발생하지 않고 수명이 증가한다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 약액 주입 장치의 내부 배치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2의 약액 주입 장치를 도시하는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 모듈의 사시도이고, 도 5는 도 4의 II- II' 선에 따른 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인을 중심으로 한 제1 및 제2전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다.
도 8a은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치가 펌프 모듈 및 구동 유닛을 통해 약액을 주입하는 것을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치가 펌프 모듈 및 구동 유닛을 통해 약액이 주입하는 것을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 유닛이 동작하는 것을 설명하기 위한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)의 구동시간 대칭화 방법을 설명하기 위한 간단한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 추가 구동 시간을 적용하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 추가 구동 시간을 적용하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭화 알고리즘을 적용한 펌프 모듈의 구동 시간 대칭 효과를 도시한다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면과 연관되어 기재된다. 본 개시의 다양한 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있다. 그러나 이는 본 개시의 다양한 실시예를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 다양한 실시예의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.
본 개시의 다양한 실시예에서, "포함하다." 또는 "가지다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 다양한 실시예에서 "또는" 등의 표현은 함께 나열된 단어들의 어떠한, 그리고 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, "A 또는 B"는, A를 포함할 수도, B를 포함할 수도, 또는 A 와 B 모두를 포함할 수도 있다.
본 개시의 다양한 실시예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 실시예들의 다양한 구성요소들을 수식할 수 있지만, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 표현들은 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않으며, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 개시의 실시 예에서 "모듈", "유닛", "부(part)" 등과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 수행하는 구성요소를 지칭하기 위한 용어이며, 이러한 구성요소는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 복수의 "모듈", "유닛", "부(part)" 등은 각각이 개별적인 특정한 하드웨어로 구현될 필요가 있는 경우를 제외하고는, 적어도 하나의 모듈이나 칩으로 일체화되어 적어도 하나의 프로세서로 구현될 수 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 다양한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 약액 주입 장치(1)는 약액 주입 대상체에 부착되고, 내부에 저장된 약액을 사용자에게 설정된 정량으로 주입할 수 있다. 선택적 실시예로, 약액 주입 장치(1)는 사용자의 몸에 장착될 수 있다. 또한, 다른 선택적 실시예로 약액 주입 장치(1)는 동물에도 장착되어 약액을 주입할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 주입되는 약액의 종류에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대, 약액은 당뇨병 환자를 위한 인슐린 계열 약액을 포함할 수 있고, 기타 췌장을 위한 약액, 심장용 약액 기타 다양한 종류의 약액을 포함할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 유선 또는 무선으로 연결된 원격 장치(2)와 연결될 수 있다. 사용자는 원격 장치(2)를 조작하여 약액 주입 장치(1)를 사용할 수 있으며, 약액 주입 장치(1)의 사용 상태를 모니터링할 수 있다. 예컨대, 약액 주입 장치(1)로부터 주입되는 약액의 양, 약액의 주입 횟수, 레저버(200)에 저장된 약액의 양, 사용자의 바이오 정보 등을 모니터링할 수 있으며, 이를 기반으로 사용자가 약액 주입 장치(1)를 구동시킬 수 있다.
일 실시예로, 원격 장치(2)는 유무선 통신 환경에서 어플리케이션을 이용할 수 있는 통신 단말기를 의미한다. 여기서 원격 장치(2)는 사용자의 휴대용 단말일 수 있다. 이를 더욱 상세히 설명하면, 원격 장치(2)는 컴퓨터(예를 들면, 데스크톱, 랩톱, 태블릿 등), 미디어 컴퓨팅 플랫폼(예를 들면, 케이블, 위성 셋톱박스, 디지털 비디오 레코더), 핸드헬드 컴퓨팅 디바이스(예를 들면, PDA, 이메일 클라이언트 등), 핸드폰의 임의의 형태, 사용자의 몸에 부착 혹은 장착하여 사용 가능한 웨어러블(wearable) 디바이스의 형태, 또는 다른 종류의 컴퓨팅 또는 커뮤니케이션 플랫폼의 임의의 형태를 포함할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
약액 주입 장치(1)와 원격 장치(2)는 통신망을 통해 통신할 수 있다. 이때, 통신망은 원격 장치(2)가 서비스 서버(미도시)에 접속한 후 데이터를 송수신할 수 있도록 접속 경로를 제공하는 통신망을 의미한다. 통신망은 예컨대 LANs(Local Area Networks), WANs(Wide Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks), ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 따르면, 원격 장치(2)는 단일의 디바이스인 것으로 도시되었으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 약액 주입 장치(1)와 통신할 수 있는 복수의 디바이스를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 약액 주입 장치(1)의 일 실시예의 내부 배치를 도시하는 사시도이고, 도 3은 도 2의 약액 주입 장치(1)를 도시하는 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 약액 주입 장치(1)의 일 실시예는 외측을 커버하는 하우징(5), 사용자의 피부에 인접하게 위치하는 부착부(6)를 구비할 수 있다. 약액 주입 장치(1)는 외부 하우징(5)과 부착부(6) 사이의 내부 공간에 배치된 복수개의 부품을 포함한다. 부착부(6)와 사용자의 피부 사이에는 별도의 접합수단이 더 개재될 수 있으며, 접합수단에 의해 약액 주입 장치(1)는 피부에 고정될 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 베이스 바디(50), 펌프 모듈(100), 레저버(200), 니들 조립체(300), 구동 유닛(400), 클러치 유닛(500), 트리거 부재(600) 및 배터리(700)를 포함할 수 있다.
베이스 바디(50)는 외부 하우징(5)의 기본적인 틀을 형성하며, 외부 하우징(5)의 내부 공간에 장착된다. 베이스 바디(50)는 복수 개로 구비될 수 있다. 일 실시예로, 내부 부품들의 상측을 커버하는 제1 바디(50a)와, 내부 부품들의 하측을 커버하는 제2 바디(50b)를 구비할 수 있다. 제1 바디(50a)와 제2 바디(50b)는 조립되어, 약액 주입 장치(1)의 내부 부품을 기설정 위치에 고정시킬 수 있다. 다른 실시예로, 베이스 바디는 일체형의 하나의 프레임으로 형성될 수 있다.
베이스 바디(50)는 트리거 부재(600)가 회전 운동할 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 베이스 바디(50)는 트리거 부재(600)를 지지하며, 트리거 부재(600)가 베이스 바디(50)에서 돌출된 회동축(51)을 기준으로 회동할 수 있다.
베이스 바디(50)는 트리거 부재(600)의 회동 거리를 제한하는 스토퍼를 구비할 수 있다. 스토퍼는 복수 개로 구비될 수 있으며, 트리거 부재(600)가 기설정된 지점까지 회동하도록, 트리거 부재(600)의 이동 거리를 제한할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 스토퍼는 제1 스토퍼(52) 및 제2 스토퍼(53)를 포함할 수 있다.
제1 스토퍼(52)는 베이스 바디(50)에서 상부로 돌출되며, 니들 조립체(300)에 인접하게 배치된다. 제1 스토퍼(52)는 트리거 부재(600)의 제1 단(610)에 접촉하도록 배치되며, 제1 단(610)이 일 방향으로 회전한 이후에 반대 방향으로 회전하지 않도록, 회전 방향과 회전 거리를 제한할 수 있다.
상세히, 제1 스토퍼(52)는 트리거 부재(600)와 접촉하는 면이 경사지게 돌출되도록 형성될 수 있다. 트리거 부재(600)의 제1 단(610)이 일 방향으로 회동시에, 제1 단(610)은 제1 스토퍼(52)의 상면을 따라 이동한다. 제1 스토퍼(52)의 상면은 트리거 부재(600)의 이동을 안내하므로, 니들 조립체(300)가 회전으로 부드럽게 트리거 부재(600)를 회동할 수 있다.
제1 스토퍼(52)는 트리거 부재(600)의 회동 방향을 제한할 수 있다. 제1 스토퍼(52)의 측벽은 상기 상면으로부터 연장되고 베이스 바디(50)의 평면과 실질적으로 수직 되게 형성될 수 있다. 측벽은 트리거 부재(600)가 일 방향으로 기설정된 회전 거리로 회전한 이후에, 니들 조립체(300)와 트리거 부재(600)가 반대 방향으로 회전하는 것을 방지하여 약액 주입 장치(1)의 안정성을 확보할 수 있다.
제2 스토퍼(53)는 레저버(200), 구동 유닛(400) 및 클러치 유닛(500)에 인접하게 배치된다. 제2 스토퍼(53)는 베이스 바디(50)에서 상부도 돌출되게 배치되어, 트리거 부재(600)의 제2 단(620)의 이동 거리를 제한할 수 있다. 일 실시예로, 제2 스토퍼(53)는 길이방향의 연장선이 회동축(51)의 중심을 통과할 수 있다.
도 4 내지 도 7b는 본 발명의 펌프 모듈이 동작하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
특히, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프 모듈의 사시도이고, 도 5는 도 4의 II- II' 선에 따른 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 펌프 모듈(100)은 제어부(800)에 의해 전반적인 동작이 수행될 수 있다. 구체적으로, 제어부(800)는 펌프 모듈(100)에서 센싱한 정보를 기초로 펌프 모듈(100)의 구동 시간, 추가 구동 시간 등을 판단할 수 있고, 판단 결과를 기초로 펌프 모듈(100)의 펌프 구동 전압 시간 등을 제어할 수 있다.
이때, 도 4에서는 제어부(800)는 펌프 모듈(100)과 별도의 구성으로 구현된 것을 도시하였으나, 본 발명의 또 다른 예시에 따르면, 제어부(800)는 펌프 모듈(100)에 포함된 구성으로 구현될 수 있다. 제어부(800)가 펌프 모듈(100)과 별도의 구성으로 구현된 경우에는 약액 주입 장치(1)에 포함될 수 있고, 원격 장치(2)에 포함되어 약액 주입 장치(1)와 통신망을 통해 통신할 수 있다.
통신망은 예컨대 LANs(Local Area Networks), WANs(Wide Area Networks), MANs(Metropolitan Area Networks), ISDNs(Integrated Service Digital Networks) 등의 유선 네트워크나, 무선 LANs, CDMA, 블루투스, 위성 통신 등의 무선 네트워크를 망라할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제어부(800)는 디지털 신호를 처리하는 디지털 시그널 프로세서(digital signal processor(DSP), 마이크로프로세서(microprocessor), TCON(Time controller)으로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), MCU(Micro Controller Unit), MPU(micro processing unit), 컨트롤러(controller), 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함하거나, 해당 용어로 정의될 수 있다. 또한, 제어부(800)는 프로세싱 알고리즘이 내장된 SoC(System on Chip), LSI(large scale integration)로 구현될 수도 있고, FPGA(Field Programmable gate array) 형태로 구현될 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 펌프 모듈(100)의 내부 하우징(110)은 일측에 구비된 샤프트 홀(112H)을 포함하며, 샤프트 홀(112H)을 통해 소정의 길이를 갖는 샤프트(120)가 내부 하우징(110)의 외측으로 연장될 수 있다. 일 실시예로, 샤프트 홀(112H)은 내부 하우징(110)의 본체(111)에 대하여 일측으로 연장된 돌출부(112)에 형성될 수 있으며, 돌출부(112)의 직경은 본체(111)의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
샤프트(120)의 제1 부분(121)은 내부 하우징(110)의 내부에 배치되고, 제2 부분(122)은 전술한 바와 같이 샤프트 홀(112H)을 지나 내부 하우징(110)의 외부로 연장된다. 샤프트(120)는 도 4 및 도 5에서의 상하 방향(z 방향)을 따라 왕복 운동할 수 있다. 샤프트(120)의 왕복 운동시, 제1 부분(121)은 내부 하우징(110)의 내부 공간, 예컨대 돌출부(112)에 해당하는 내부 공간에서 선형적으로 왕복 운동할 수 있다. 샤프트(120)의 제1 부분(121)의 직경(R1)은 샤프트 홀(112H)의 직경(R3) 보다 크기 때문에, 제1 부분(121)은 내부 하우징(110)의 외부로 빠지지 않는다.
샤프트(120)의 제2 부분(122)은 샤프트 홀(112H)의 직경(R3) 보다 작은 직경(R2)을 구비하는데, 이때 제2 부분(122)이 샤프트 홀(112H)에서 빠지는 것을 방지하도록, 제2 부분(122)은 내부 하우징(110)의 외부에 배치된 동력 전달부(130)와 결합할 수 있다.
샤프트(120)의 제1 부분(121)의 측면에는 제1 실링재(125)가 배치될 수 있다. 내부 하우징(110)의 내부 공간, 예컨대 내부 하우징(110)의 내측면과 샤프트(120)의 내측면에 의해 정의되는 공간은 밀폐된 공간으로, 내부 공간에는 유체가 존재하며, 제1 실링재(125)는 내부 하우징(110)과 샤프트(120) 사이의 틈으로 유체가 누설(누출)되는 것을 방지할 수 있다. 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 유체를 생략하고 도시하였다.
일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 실링재(125)는 O-링의 형태로 제1 부분(121)의 측면을 커버할 수 있으며, 제1 실링재(125)에 의해 내부 하우징(110)의 내부에 존재하는 유체가 샤프트 홀(112H)을 통해 내부 하우징(110)의 외부로 누출(누설)되는 것을 방지할 수 있다. 유체의 누출은, 샤프트(120)의 제1 부분(121)으로부터 동력 전달부(130)까지의 제1거리(D1)를 돌출부(112)의 내측 길이(D2)와 같거나 그보다 작게 형성함으로써 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.
멤브레인(140)은 내부 하우징(110)의 내부 공간, 예컨대 본체(111)와 대응하는 내부 공간에 배치될 수 있다. 내부 공간은 멤브레인(140)을 중심으로 양측에 각각 위치하는 제1공간(S1)과 제2공간(S2)을 포함한다. 도 2에서는, 멤브레인(140)을 기준으로 샤프트(120)에서 먼 공간이 제1공간(S1)이고, 멤브레인(140)을 기준으로 샤프트(120)에 인접한 공간을 제2공간(S2)으로 나타낸다.
멤브레인(140)은 유체와 이온의 이동이 가능한 다공성 구조를 가질 수 있다. 멤브레인(140)은 예컨대, 구형 실리카를 열로 소성하여 제조한 프릿형 멤브레인일 수 있다. 예컨대, 멤브레인의 형성에 사용하는 구형 실리카는 약 20nm 내지 약 500nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 구체적으로는 약 30nm 내지 약 300nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 40nm 내지 약 200nm의 직경을 가지는 것일 수 있다. 상기 구형 실리카의 직경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 멤브레인(140)을 통과하는 제1유체에 의한 압력, 즉 샤프트(120)를 이동시키기에 충분한 압력을 발생시킬 수 있다.
전술한 실시예에서 멤브레인(140)이 구형 실리카를 포함하는 것을 설명하였으나, 멤브레인(140)이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예로, 멤브레인(140)은 다공성 실리카 또는 다공성 알루미나와 같이 제타포텐셜(zeta potential)에 의한 일렉트로키네틱(eletrokinetic) 현상을 야기할 수 있는 소재라면 그 종류를 한정할 것은 아니다.
멤브레인(140)은 약 20㎛ 내지 약 10mm의 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 300㎛ 내지 약 5mm의 두께를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1,000 ㎛ 내지 약 4 mm의 두께를 가질 수 있다.
멤브레인(140)의 양측에는 제1 전극체(150)와 제2 전극체(160)가 각각 배치된다. 제1 전극체(150)는 멤브레인(140)의 제1 측에 배치된 제1 다공성 플레이트(151) 및 제1 전극 스트립(152)을 포함할 수 있다. 제2 전극체(160)는 멤브레인(140)의 제2 측에 배치된 제2 다공성 플레이트(161) 및 제2전극 스트립(162)을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 다공성 플레이트(151, 161)는 각각 멤브레인(140)의 양측 주면(main surface)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 및 제2 다공성 플레이트(151, 161)는 다공 구조를 통해 유체와 이온을 효과적으로 이동시킬 수 있다. 제1 및 제2 다공성 플레이트(151, 161)는 다공성 베이스층에 전기화학 반응 물질이 형성된 구조를 가질 수 있다. 전기화학 반응 물질은 예컨대, 무전해 도금, 진공증착, 코팅, 졸-겔 프로세스 등의 방법을 통해 다공성 베이스층에 전착 또는 코팅함으로써 형성될 수 있다.
다공성 베이스층은 절연체일 수 있다. 예컨대, 다공성 베이스층은, 비도전성의 세라믹, 비도전성의 고분자 수지, 비도전성의 유리 및 이들의 조합에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
비도전성의 세라믹은, 예컨대 암면, 석고, 도자기, 시멘트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있고, 구체적으로는 암면, 석고 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비도전성의 고분자 수지는, 예컨대, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아크릴로니트릴 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것과 같은 합성 섬유; 양모, 목면 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것과 같은 천연 섬유; 해면; 생물체, 예컨대 생물체의 뼈에서 유래한 다공성 소재; 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비도전성의 유리는 유리솜, 글라스 프릿(glass frit), 다공질 유리 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다공성 베이스층은 약 0.1 ㎛ 내지 약 500㎛의 기공크기를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 5㎛ 내지 약 300㎛의 기공크기를 가질 수 있으며, 더욱 구체적으로는 약 10㎛ 내지 약 200㎛의 기공크기를 가질 수 있다. 다공성 지지체의 기공크기가 전술한 범위를 만족하는 경우, 유체와 이온을 효과적으로 이동시켜, 펌프 모듈(100)의 안정성과 수명 특성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
전기화학 반응 물질은, 제1 및 제2 전극체(150, 160)의 전극 반응 시에 산화 전극과 환원 전극이 양이온, 예컨대 수소이온을 주고 받는 한 쌍의 반응을 이룰 수 있으며 동시에 가역적인 전기화학 반응을 구성할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 전기화학 반응 물질은 예컨대, 은/산화은, 은/염화은, MnO(OH), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리타이오닌(polythionine), 퀴논계 폴리머(quinone-based polymer) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 스트립(152, 162)은 제1 및 제2다공성 플레이트(151, 161)의 가장자리에 배치될 수 있으며, 내부 하우징(110)의 외부의 제1 및 제2단자(153, 163)와 연결될 수 있다. 제1 및 제2 스트립(152, 162)은 은, 구리 등과 같은 도전성 재질을 포함할 수 있다.
내부 하우징(110)의 내부 공간에 구비된 유체는 서로 다른 상(phase)을 갖는 제1 유체와 제2 유체를 포함할 수 있다. 제1 유체는 물과 같은 액체를 포함하고 제2 유체는 공기와 같은 기체를 포함할 수 있다. 내부 공간에 존재하는 제1 유체는 내부 공간을 전체적으로 채우지 않는다. 즉, 내부 공간의 체적은 내부 공간에 존재하는 제1 유체의 체적보다 크다. 내부 공간 중에서 물이 존재하지 않는 부분에는 제2 유체가 존재한다.
멤브레인(140), 제1 전극체(150), 및 제2 전극체(160)의 구조물의 양측에는 제2 실링재(170)가 배치된다. 제2 실링재(170)는 전술한 구조물의 가장자리에 대응하는 면적을 갖는 고리 형상일 수 있다. 전술한 유체, 예컨대 제1유체는 멤브레인(140)을 통과하도록 멤브레인(140)의 두께 방향을 따라 제1공간(S1)에서 제2공간(S2)으로 또는 그 역방향으로 이동하게 되는데, 이 때 제2 실링재(170)는 내부 하우징(110)의 내측면과 전술한 구조물 사이의 틈을 막아 액체가 이 틈으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
유체는 도 4에 도시된 바와 같은 주입구(180)를 통해 내부 공간으로 유입될 수 있다. 일 실시예로, 양측의 주입구(180)를 통해 제1 유체를 내부 공간에 전체적으로 채운 후에 어느 하나의 주입구(180)를 통해 제1 유체의 일부를 외부로 빼낸 후에 주입구(180)들을 폐쇄함으로써, 제1 유체 및 제2 유체가 내부 하우징(110)의 내부 공간에 존재할 수 있다.
이하에서는 도 6a 내지 도 7b를 참조하여, 유체의 거동 및 그에 따른 샤프트의 이동에 대하여 살펴본다.
도 6a 및 도 6b는 멤브레인을 중심으로 한 제1 및 제2 전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 전극체(150)와 제2 전극체(160)는 각각, 제1 및 제2단자(153, 163)를 통해 전원부(190)와 전기적으로 연결된다. 전원부(190)가 공급하는 전압의 극성을 교번적으로 변경하여 공급함으로써, 물과 같은 액체의 이동 방향을 바꿀 수 있다.
일 실시예로, 은/산화은을 전기화학적 반응물질로 사용하고, 제1 유체가 물을 포함하는 용액인 경우를 설명한다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 전극체(150)가 산화전극이고 제2 전극체(160)가 환원 전극인 경우, 제1 전극체(150)에서는 Ag(s) + H2O 2H++ 2e- 의 반응이 일어나고, 제2 전극체(160)에서는 Ag2O(s) + 2H++ 2e- H2O 의 반응이 일어난다.
제1 전극체(150)에서의 산화반응에 따라 생성된 양이온(Mn+, 예, 수소이온)은 전압 차에 의해 멤브레인(140)을 지나 제2 전극체(160)를 향해 이동하는데, 이때 양이온과 함께 물(H2O)이 함께 이동하면서 소정의 압력이 발생할 수 있다.
이후, 도 6b에 도시된 바와 같이 전원부(190)가 공급하는 전압의 극성을 반대로 바꾸면, 앞서 산화전극으로 사용될 때 소모되었던 전기화학적 반응물질이 환원 전극으로 사용될 때 회복되며, 환원 전극의 경우도 마찬가지로 회복되면서, 제1 및 제2 전극체(150, 160)는 전원부(200)의 전압 공급에 따라 계속적으로 반응이 가능하다. 도 3a에서와 달리, 제1 및 제2 전극체(150, 160)로 공급되는 전압의 극성이 바뀌면 도 3b에 도시된 바와 같이, 양이온(Mn+, 예, 수소이온)과 물(H2O)이 제2공간(S2)에서 제1공간(S1)으로 다시 이동하게 된다.
도 7a 및 도 7b는 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다. 도 7a는 샤프트의 이동 전의 상태이고 도 7b는 샤프트의 이동 후의 상태이다. 도 7a는, 앞서 도 6a를 참조하여 설명한 전원부(190)에 의해 제1 및 제2 전극체(150, 160)에 전압이 인가되기 전의 상태로 이해할 수 있다.
도 7a를 참조하면, 내부 하우징(110)의 내부 공간에는 물과 같은 액체의 제1 유체가 존재하되, 내부 공간에 존재하는 제1 유체의 체적은 내부 공간의 체적보다 작다. 내부 공간 중에서 액체가 존재하지 않는 부분에는 공기와 같은 기체를 포함하는 제2유체가 존재한다.
예컨대, 제1 및 제2공간(S1, S2)에는 각각 제1 유체가 존재하되, 제1공간(S1)에는 제1 유체 및 제2 유체 공존하면서, 제1공간(S1)에 존재하는 제1 유체의 체적은 제1공간(S1)의 체적보다 작을 수 있다. 제2공간(S2)에도 제1 유체가 존재하지만, 제1공간(S1)과 달리 제2 유체는 존재하지 않는다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 제1공간(S1) 중 액체인 제1 유체가 존재하는 공간을 제1서브공간(SS1)이라 하고, 기체인 제2 유체가 존재하는 공간을 제2 서브공간(SS2)이라 한다. 제1서브공간(SS1)과 제2서브공간(SS2)은 제1공간(S1)을 이룰 수 있다. 예컨대, 제1공간(S1)에서 제1서브공간(SS1)을 제외한 나머지가 제2서브공간(SS2)일 수 있다.
도 7a의 상태에서, 도 6a에서 설명한 바와 같이 전원부(190)가 제1 및 제2 전극체(150, 160)에 전압을 공급하면, 도 6a를 참조하여 설명한 반응이 일어나면서 양이온(예, 수소이온)이 제1공간(S1)에서 제2공간(S2)을 향하는 제1방향(도 4에서의 -Z 방향)을 따라 이동한다. 이때, 양이온과 함께 제1공간(S1)의 제1 유체 (예, H2O)이 멤브레인(140)을 지나 제1방향을 따라 이동하면서 압력이 생성되며, 압력에 의해 도 4b에 도시된 바와 같이 샤프트(120)가 제1방향을 따라 선형적으로 이동한다. 제1공간(S1)의 제1 유체(예, H2O)가 제2 공간(S2)으로 이동하면서, 제1공간(S1)의 체적에 대한 제1서브공간(SS1)의 체적 비율은 감소하는 반면, 제1공간(S1) 중에서 제2서브공간(SS2)이 차지하는 비율은 증가한다.
반대로, 도 7b의 상태에서 도 6b에서 설명한 바와 같이 전원부(190)가 제1 및 제2 전극체(150, 160)에 전압의 극성을 바꾸어 공급하면, 양이온(예, 수소이온)과 제1유체(예, 물)가 제2공간(S2)에서 제1공간(S1)을 향하는 제2방향(도 4에서의 Z 방향)을 따라 이동하고, 샤프트(120)는 다시 도 7a에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 이동한다.
전원부(190)가 제1 및 제2 전극체(150, 160)에 인가하는 전압의 극성을 교번적으로 바꾸면, 샤프트(120)는 제1방향으로 이동하였다가 제1방향의 역방향인 제2방향으로 이동하고, 다시 제1방향으로 이동하는 것과 같이 왕복 운동할 수 있다.
샤프트(120)의 왕복 운동은 제1공간(S1) 중에서 제2 유체가 존재하는 공간, 즉 제2서브공간(SS2)의 체적 비율에 따른 변화로 설명할 수 있다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 펌프 모듈(100) 및 구동 유닛(400)을 통해 약액이 주입하는 것을 설명하기 위한 평면도이다. 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 펌프 모듈(100) 및 구동 유닛(400)을 통해 약액이 주입하는 것을 설명하기 위한 사시도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 유닛(400)이 동작하는 것을 설명하기 위한 평면도이다.
도 8a 내지 도 9를 참조하면, 동력 전달부(130)는 회전쇠(430)와 연결된 것일 수 있다. 이때, 회전쇠(430)는 제1단(431), 제2단(432) 및 제3단(433a, 433b)를 포함할 수 있다. 제1단(431)은 적어도 하나의 센서(421, 422)와 접촉하는 부분이고, 제2단(432)은 동력 전달부(130)와 연결되는 부분이고, 제3단(433a, 433b)은 제1 연결단(401) 및 제2 연결단(402)에 각각 접촉하는 부분일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 센서(421, 422)는 앵커 센서(Anchor sensor)일 수 있으나 이에 한정하지 않고, 접촉 동작을 통해 센싱할 수 있는 모든 종류의 센서를 통해 구현될 수 있다.
본 발명의 펌프 모듈(100)은 도 4 내지 도 7b에서 설명한 바에 따라 샤프트(120)를 직선 왕복 운동시킬 수 있고, 이에 따라 샤프트의 제2 부분(122)에 연결된 동력 전달부(130) 역시 같은 방향의 직선 왕복 운동을 수행할 수 있다.
즉, 동력 전달부(130)는 회전쇠(430)의 제2단(432)에 접속될 수 있고, 동력 전달부(130)의 직선 왕복 운동에 따라서 제2단(432)도 함께 직선 왕복 운동을 수행할 수 있다.
도 9의 예시에서와 같이, 제1단(431)이 제2 센서(422)에 접촉된 상태에서 펌프 모듈(100)의 왕복 운동에 의해 제2단(432)이 우 방향(Y 방향)을 따라 직선 운동을 수행하면, 회전쇠(430)가 회전 운동을 수행할 수 있다. 회전쇠(430)의 제3단(433b)은 상 방향(Z 방향)으로 운동하면서 제1 연결단(401)의 기어를 가력하여 구동 유닛(400)이 회전할 수 있다. 또한, 회전쇠(430)의 제1단(431)은 제1 센서(421)에 접촉할 때까지 좌측(-Y 방향)으로 회전 운동을 수행할 수 있고, 제1 센서(421)에 접촉함으로써 회전쇠(430)의 회전 운동이 중지된다.
마찬가지로, 제1단(431)이 제1 센서(421)에 접촉된 상태에서 펌프 모듈(100)의 왕복 운동에 의해 제2단(432)이 좌 방향(-Y 방향)을 따라 직선 운동을 수행하면, 회전쇠(430)가 회전 운동을 수행할 수 있다. 회전쇠(430)의 제3단(433a)은 상 방향(Z 방향)으로 운동하면서 제2 연결단(402)의 기어를 가력하여 구동 유닛(400)이 회전할 수 있다. 또한, 회전쇠(430)의 제1단(431)은 제2 센서(422)에 접촉할 때까지 우측(Y 방향)으로 회전 운동을 수행할 수 있고, 제2 센서(422)에 접촉함으로써 회전쇠(430)의 회전 운동이 중지된다.
상술한 바와 같이, 구동 유닛(400)에서 레저버(200) 방향으로 연장되어 형성된 연결 샤프트(410)는 구동 유닛(400)과 접속되어, 구동 유닛(400)의 회전에 대응하여 회전하게 된다.
즉, 도 8b에서와 같이, 동력 전달부(130)를 통해 전달된 펌프 모듈(100)에서의 직선 왕복 운동은 구동 유닛(400)의 회전 왕복 운동으로 전환될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)는 상기 회전 왕복 운동을 통해 레저버(200)에 저장된 약액을 주입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(800)는 센서(421, 422)를 통해 감지한 접촉 시각 정보를 획득할 수 있다.
도 9의 예시를 보면, 제어부(800)는 제1단(431)이 제2 센서(422)와 접촉 분리되는 제1 접촉 시각 정보를 획득하고, 제1단(431)이 제1 센서(421)와 접촉되는 제2 접촉 시각 정보를 획득할 수 있다. 이후, 제어부(800)는 상술한 제1 및 제2 접촉 시각 정보를 기초로 펌프 모듈(100)의 제1 구동 시간을 판단할 수 있다. 이때, 제1 구동 시간은 펌프 모듈(100)의 푸시(Push) 동작을 구동하기 위한 구동 시간일 수 있다.
마찬가지로, 제어부(800)는 제1단(431)이 제1 센서(421)와 접촉 분리되는 제1 접촉 시각 정보를 획득하고, 제1단(431)이 제2 센서(422)와 접촉되는 제2 접촉 시각 정보를 획득할 수 있다. 이후, 제어부(800)는 상술한 제1 및 제2 접촉 시각 정보를 기초로 펌프 모듈(100)의 제2 구동 시간을 판단할 수 있다. 이때, 제2 구동 시간은 펌프 모듈(100)의 풀(Pull) 동작을 구동하기 위한 구동 시간일 수 있다.
한편, 상술한 제1 구동시간(Push 구동시간) 및 제2 구동시간(Pull 구동시간)은 맴브레인, 기구, 마찰력, 길이, 온도, 부하, 전기분해 등 다양한 요소들로부터 영향을 받을 수 있고, 이에 따라 구동시간이 달라지면서 비대칭적인 구동시간이 유발될 수 있다. 구동방향의 구동시간이 비대칭이 되면, 펌프 모듈(100)은 내부에 가스가 발생되어 시간이 지날수록 성능이 저하되고 제품의 수명이 짧아지게 된다.
본 발명의 약액 주입 장치(1)는 펌프 모듈(100)의 구동시간을 대칭화하기 위한 알고리즘을 적용할 수 있다. 이에 대하여, 도 10 내지 도 12를 통해 상세히 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)의 구동시간 대칭화 방법을 설명하기 위한 간단한 흐름도이다.
약액 주입 장치(1)은 펌프 모듈(100)을 통해 펌프를 구동할 수 있다(S1010). 회전쇠(430)는 펌프 모듈(100)의 직선 왕복 운동에 대응하여 왕복 운동이 수행될 수 있고, 약액 주입 장치(1)는 센서(421, 422) 및 회전쇠(430)를 통해 접촉 시각 정보를 획득할 수 있다(S1020). 접촉 시각 정보는 회전쇠(430)의 제1단(431)이 제1 센서(421) 및 제2 센서(422) 각각에 접촉 및/또는 분리되는 시간에 대한 정보일 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 상술한 접촉 시각 정보를 기초로 펌프 모듈(100)의 구동 시간을 판단할 수 있다(S1030). 예를 들어, 약액 주입 장치(1)는 제1단(431)이 제2 센서(422)와 접촉 분리되는 제1 접촉 시각 정보에서부터 제1단(431)이 제1 센서(421)와 접촉되는 제2 접촉 시각 정보까지의 시간을 펌프 모듈(100)의 제1 구동 시간으로 판단할 수 있다. 이때, 제1 구동 시간은 펌프 모듈(100)의 푸시(Push) 동작을 구동하기 위한 구동 시간일 수 있으나, 일예에 불과하고 실시예에 따라 풀(Pull) 동작을 구동하는 시간일 수 있음은 물론이다.
약액 주입 장치(1)는 제1 구동 시간 및 제2 구동 시간을 판단하면, 이를 기초로 펌프 모듈(100)의 추가 구동 시간을 결정할 수 있다(S1040). 구체적으로 약액 주입 장치(1)는 상기 푸시(Push) 동작 및 풀(Pull) 동작 각각의 구동 시간에 대한 추가 구동 시간을 결정할 수 있다. 즉, 약액 주입 장치(1)는 제1 구동 시간에 대한 제1 추가 구동 시간 및 제2 구동 시간에 대한 제2 추가 구동 시간을 각각 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 약액 주입 장치(1)는 펌프 모듈(100)의 푸시(Push) 동작 및 풀(Pull) 동작의 왕복 운동이 종료된 후 추가 구동 시간을 결정할 수 있다. 구체적으로, 약액 주입 장치(1)는 1회의 왕복 운동이 종료될 때마다, 펌프 모듈(100)의 현재 구동 시간 비대칭 정도를 의미하는 현재 평가 값을 결정할 수 있고, 현재 평가 값을 기초로 다음 회차 구동 시간의 추가 구동 시간을 적용할 수 있다. 이에 대하여는 도 11 및 도 12를 통해 자세히 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 추가 구동 시간을 적용하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 약액 주입 장치(1)은 구동 시간 대칭화 알고리즘을 i=0 및 N=1으로 초기값 설정할 수 있다(S1110). 이때, i는 펌프 구동 횟수를 의미할 수 있고, N은 펌프 구동 왕복 횟수를 의미할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 펌프 모듈(100)을 구동하고(S1120), 펌프 구동 횟수 i를 1만큼 상승하도록 업데이트할 수 있다(S1130). 이후, 약액 주입 장치(1)는 해당 회차 펌프의 구동 시간을 판단할 수 있다(S1140). 구체적으로 약액 주입 장치(1)는 적어도 하나의 센서를 통해 획득한 접촉 시각 정보를 기초로 i번째 펌프 구동의 구동 시간을 판단할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 현재 구동의 구동 시간과 이전 구동의 총 구동 시간을 비교하고, 현재 구동의 구동 시간이 이전 구동의 총 구동 시간보다 작거나 같은지 여부를 판단할 수 있다(S1150).
예를 들어, 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간과 N-1회차 제2 펌프 구동의 제2 총 구동 시간을 비교할 수 있다. 이때, 제1 펌프 구동은 펌프 모듈(100)의 푸시(Push) 동작을 의미할 수 있고, 이 경우 제2 펌프 구동은 펌프 모듈(100)의 풀(Pull) 동작을 의미할 수 있다. 다만, 이는 일 예에 불과하고, 제1 펌프 구동은 풀(Pull) 동작을, 2 펌프 구동은 푸시(Push) 동작을 의미할 수 있음은 물론이다.
N회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간이 N-1회차 제2 펌프 구동의 제2 총 구동 시간보다 작거나 같은 경우(S1150-Y), 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동에 대하여 추가 구동 시간을 적용할 수 있다(S1160). 반면, N회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간이 N-1회차 제2 펌프 구동의 제2 총 구동 시간보다 더 큰 경우(S1150-N), 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동에 대한 추가 구동 시간이 없는 것으로 결정할 수 있다. 이에 대하여는 도 12에서 자세히 설명하기로 한다.
이후, 약액 주입 장치(1)는 펌프 구동 횟수 i가 짝수인지 여부를 판단할 수 있다(S1170). 펌프 구동 횟수 i가 짝수인 것으로 판단한 경우(S1170-Y), 약액 주입 장치(1)는 N회차 평가 값을 산출할 수 있다(S1180). 약액 주입 장치(1)는 N회차 평가 값 산출 후 N 값을 1만큼 증가시킨 후(S1190), N+1회차 제1 펌프 구동을 수행할 수 있다(S1120).
이때 평가 값은 펌프 모듈(100)의 구동 시간 비대칭 정도를 나타내는 파라미터일 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 평가 값은 아래 수학식 1 및 수학식 2를 통해 산출된 것일 수 있다.
이때, 는 i번째 펌프 구동의 추가 구동 시간일 수 있다. 또한, 는 센서를 통해 획득된 접촉 시각 정보를 기초로 판단된 i번째 펌프 구동의 구동 시간일 수 있다. 또한, 는 N회차 펌프 구동 왕복 횟수에 대응하는 평가 값일 수 있다.
한편, 펌프 구동 횟수 i가 짝수가 아닌 것으로 판단한 경우(S1170-N), 약액 주입 장치(1)는 N회차 제2 펌프 구동을 수행할 수 있다(S1120).
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)가 추가 구동 시간을 적용하는 또 다른 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
약액 주입 장치(1)은 구동 시간 대칭화 알고리즘을 i=0 및 N=1으로 초기값 설정할 수 있다(S1210). 이때, i는 펌프 구동 횟수를 의미할 수 있고, N은 펌프 구동 왕복 횟수를 의미할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 펌프 모듈(100)을 구동하고(S1220), 펌프 구동 횟수 i를 1만큼 상승하도록 업데이트할 수 있다(S1230). 이후, 약액 주입 장치(1)는 해당 회차 펌프의 구동 시간을 판단할 수 있다(S1240). 구체적으로 약액 주입 장치(1)는 적어도 하나의 센서를 통해 획득한 접촉 시각 정보를 기초로 i번째 펌프 구동의 구동 시간을 판단할 수 있다.
약액 주입 장치(1)는 현재 구동의 구동 시간과 이전 구동의 총 구동 시간을 비교하고, 현재 구동의 구동 시간이 이전 구동의 총 구동 시간보다 작거나 같은지 여부를 판단할 수 있다(S1250).
N회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간이 N-1회차 제2 펌프 구동의 제2 총 구동 시간보다 더 큰 경우(S1250-N), 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동에 대한 추가 구동 시간이 없는 것으로 결정할 수 있다. 이때, 약액 주입 장치(1)는 i가 짝수인 경우(S1270-Y), N회차 평가 값 산출할 수 있다(S1282). 이후, 약액 주입 장치(1)는 N 값을 1만큼 증가시킨 후(S1283), N+1회차 제1 펌프 구동을 수행할 수 있다(S1220). 반면, 약액 주입 장치(1)는 i가 짝수가 아닌 경우(S1270-N), N회차 제2 펌프 구동을 수행할 수 있다(S1220).
N회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간이 N-1회차 제2 펌프 구동의 제2 총 구동 시간보다 작거나 같은 경우(S1250-Y), 약액 주입 장치(1)는 i가 짝수인지 여부를 판단할 수 있다(S1260).
i가 짝수인 경우(S1260-Y), 약액 주입 장치(1)는 N-1번째 평가 값이 양수인지 여부를 판단할 수 있다(S1280). N-1번째 평가 값이 양수인 경우(S1280-Y), 약액 주입 장치(1)는 N-1번째 평가 값을 i번째 펌프 구동의 추가 구동 시간으로 적용할 수 있다. 반면, N-1번째 평가 값이 음수인 경우(S1280-N), i번째 펌프 구동에 대한 추가 구동 시간이 없는 것으로 결정할 수 있다. 이때, 평가 값은 제1 펌프 구동시간의 합 및 제2 펌프 구동시간의 합의 차이, 즉 비대칭 척도를 나타내는 파라미터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 평가 값의 기준이 제1 펌프 구동인 경우, 평가 값이 음수인 것은 1회차부터 N회차까지 제1 펌프 구동시간의 합이 1회차부터 N회차까지 제2 펌프 구동시간의 합보다 짧은 상태로 비대칭이 발생한 것을 의미한다. 이때, 마찬가지로 평가 값이 양수인 것은 1회차부터 N회차까지 제1 펌프 구동시간의 합이 1회차부터 N회차까지 제2 펌프 구동시간의 합보다 긴 상태로 비대칭이 발생한 것을 의미한다.
이는 일 예에 불과하고, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 평가 값의 기준이 제2 펌프 구동일 수 있고, 이 경우 평가 값이 양수인 것은 1회차부터 N회차까지 제1 펌프 구동시간의 합이 1회차부터 N회차까지 제2 펌프 구동시간의 합보다 짧은 상태로 비대칭이 발생한 것을 의미한다.
한편, 약액 주입 장치(1)는 i번째 펌프 구동, 즉 N회차 제2 펌프 운동이 종료되면, 상기 수학식 1 및 수학식 2를 통해 산출할 수 있다(S1282). 구체적으로, 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동의 총 구동 시간, N회차 제2 펌프 구동의 총 구동 시간 및 N-1회차 평가 값을 기초로 N번째 평가 값을 산출할 수 있다. 더욱 구체적으로, 약액 주입 장치(1)는 N회차 제1 펌프 구동의 총 구동 시간에서 N회차 펌프 구동의 제2 총 구동 시간을 감한 값에 N-1회차 평가 값을 더한 값을 N회차 평가 값으로 산출할 수 있다. 이후 약액 주입 장치(1)는 N값을 증가시킬 수 있고(S1283), N+1회차 제1 펌프 구동을 수행할 수 있다(S1220).
i가 홀수인 경우에도(S1260-N), 약액 주입 장치(1)는 N-1번째 평가 값이 양수인지 여부를 판단할 수 있다(S1290). N-1번째 평가 값이 양수인 경우(S1290-Y), 약액 주입 장치(1)는 i번째 펌프 구동에 대한 추가 구동 시간이 없는 것으로 결정할 수 있고, 약액 주입 장치(1)는 N회차 제2 펌프 구동을 수행하도록 펌프 모듈 구동을 수행할 수 있다(S1220).
반면, N-1번째 평가 값이 음수인 경우(S1290-N), 약액 주입 장치(1)는 N-1번째 평가 값의 절대 값을 i번째 펌프 구동의 추가 구동 시간으로 적용할 수 있다(S1291). 이후, 약액 주입 장치(1)는 N회차 제2 펌프 구동을 수행하도록 펌프 모듈 구동을 수행할 수 있다(S1220).
한편, 수학식 1 및 수학식 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 약액 주입 장치(1)는 1회차 펌프 구동 시(N=1) 평가 값을 0으로 결정할 수 있다. 이때, 약액 주입 장치(1)는 1회차 제1 펌프 구동의 구동 시간 및 1회차 제2 펌프 구동의 구동 시간에 대한 추가 구동 시간이 없는 것으로 결정할 수 있다. 즉, 1회차 제1 총 구동 시간은 1회차 제1 구동 시간이고, 1회차 제2 총 구동 시간은 1회차 제2 구동 시간일 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 시간 대칭 알고리즘을 적용하면 아래와 같다.
구동 시간 = {(2, 3), (3, 3), (4, 2), (2, 3), (2, 3)}
총 구동 시간 = {(2, 3), (4, 3), (4, 2), (2, 3), (2, 3)}
평가 값 = {-1, 0, 2, 1, 0}
구체적으로, 약액 주입 장치(1)는 1회차 펌프 구동 시(N=1) 평가 값을 0으로 결정할 수 있고, 평가 값이 0이기 때문에 1회차 제1 펌프 구동의 구동 시간 및 1회차 제2 펌프 구동의 구동 시간에 대한 추가 구동 시간이 없다. 따라서, 1회차 왕복 펌프 구동 수행 후 1회차 평가 값은 -1(평가 값 = 2 - 3 + 0)이 된다.
즉, 2회차 왕복 펌프 구동에서 평가 값은 -1로 시작된다. 이전 총 구동 시간 1회차(N=1) 왕복 운동의 제2 펌프 구동의 총 구동 시간을 의미한다. 현재 총 구동 시간은 비교 시점에서 추가 구동 시간이 계산되지 않았기 때문에 제1 구동 시간이 된다. 따라서, 현재 총 구동시간은 3이고 이전 총 구동 시간은 3이 된다. 즉, 현재 총 구동 시간이 이전 총 구동 시간과 같아 추가 구동 시간의 적용 조건이 된다. 평가 값이 음수이면 기준이 되는 제1 구동 시간이 부족하다는 의미이기 때문에 1초만큼 추가 구동 시간이 적용된다. 이로 인해 2회차 제1 총 구동 시간은 4초로 변경된다. 2회차 제2 펌프 구동을 보면, 현재 총 구동 시간은 3이고 이전 총 구동 시간은 4로써, 현재 총 구동 시간이 이전 총 구동 시간보다 작다. 추가 구동 시간의 적용 조건이 되지만, 평가 값이 -1이고 이는 제2 펌프 구동에서 구동 시간이 1초 초과되었다는 의미이기 때문에, 추가 구동 시간을 적용하지 않는다. 따라서 총 구동 시간은 변경되지 않고 3초가 된다. 2회차 왕복 펌프 구동이 종료되면 평가 값을 재계산할 수 있다. 이때, 2회차 평가 값은 0(평가 값 = 4 - 3 + (-1))이 된다.
3회차 왕복 펌프 구동에서 평가 값은 0으로 시작된다. 즉, 평가 값이 0이기 때문에 3회차의 펌프 구동의 경우 추가 구동 시간이 없다. 3회차 왕복 펌프 구동 후 평가 값은 2(평가 값 = 4 - 2 + 0)가 된다.
4회차 왕복 펌프 구동에서 평가 값은 2로 시작된다. 4회차 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간은 2이고, 이전 총 구동 시간은 2가 된다. 현재 총 구동 시간이 이전 총 구동 시간과 같아 추가 구동 시간의 적용 조건이 되지만, 평가 값이 양수이기 때문에 제1 구동 시간의 추가 구동 시간은 없다. 반면, 제2 펌프 구동의 경우, 현재 제2 구동 시간은 3이며 이전 총 구동 시간은 2이기 때문에, 이전 총 구동 시간보다 현재 총 구동 시간이 커서 추가 구동 시간은 없다. 4회차 왕복 펌프 구동 후 평가 값은 1(평가 값 = 2 - 3 + 2)이 된다.
5회차 왕복 펌프 구동에서 평가 값은 1로 시작된다. 제1 펌프 구동의 제1 구동 시간은 2이고 이전 총 구동 시간은 3이 된다. 현재 총 구동 시간이 이전 총 구동 시간보다 작지만 평가 값이 음수이기 때문에, 제1 구동 시간의 추가 구동 시간은 없다. 이후 제2 펌프 구동에서 제2 구동 시간은 3이며 이전 총 구동 시간은 2 이고, 이는 이전 총 구동 시간보다 현재 총 구동 시간이 커서 추가 구동 시간은 없다. 5회차 왕복 펌프 구동 완료 후 평가 값은 0(평가 값 = 2 - 3 + 1)이 된다.
5회차 왕복 펌프 구동 후, 각 회차의 제1 구동 시간 및 제2 구동 시간의 합은 둘 다 14초가 된다. 위의 예시처럼, 평가 값은 비대칭 척도를 나타내는 파라미터 역할을 수행하고, 위 알고리즘을 통해 추가 구동 시간을 적용함으로써, 구동 시간은 균형을 이루어지게 된다.
결국, 본 발명의 구동 시간 대칭화 알고리즘을 따르면, 대칭적인 구동 시간으로 인해 전기삼투압 기반 액추에이터 내부의 가스는 발생하지 않고 수명이 증가한다는 효과가 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 일 실시예에 따른 대칭화 알고리즘을 적용한 펌프 모듈의 구동 시간 대칭 효과를 도시한다.
도 13a는 본 발명의 구동 시간 대칭화 알고리즘을 적용하기 전 풀(Pull) 동작 및 푸시(Push) 동작에 대한 구동 횟수 별 구동 시간을 도시한 그래프이다. 도 13b를 참조하면, 본 발명의 구동 시간 대칭화 알고리즘을 적용하기 전, 풀(Pull) 동작 및 푸시(Push) 동작의 누적 구동 시간을 비교하면, 펌프 구동 횟수가 증가함에 따라 점차 비대칭적으로 구동되는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 13c를 참조하면, 본 발명의 대칭화 알고리즘을 적용한 경우, 풀(Pull) 동작 및 푸시(Push) 동작의 누적 구동 시간은 구동 횟수가 증가하더라도 대칭적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 구동 시간 대칭화 알고리즘을 따르면, 대칭적인 구동시간으로 펌프 모듈이 구동하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 전자 장치에 설치 가능한 어플리케이션 형태로 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 방법들은, 기존 전자 장치에 대한 소프트웨어 업그레이드, 또는 하드웨어 업그레이드 만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 다양한 실시예들은 전자 장치에 구비된 임베디드 서버, 또는 전자장치의 외부 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이상에서 설명된 다양한 실시예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체(computer readable recording medium)에 저장된 명령어를 포함하는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시예들이 프로세서 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
한편, 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치는, 저장 매체로부터 저장된 명령어를 호출하고, 호출된 명령어에 따라 동작이 가능한 장치로서, 개시된 실시 예들에 따른 장치를 포함할 수 있다. 상기 명령이 프로세서에 의해 실행될 경우, 프로세서가 직접, 또는 상기 프로세서의 제어 하에 다른 구성요소들을 이용하여 상기 명령에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 명령은 컴파일러 또는 인터프리터에 의해 생성 또는 실행되는 코드를 포함할 수 있다.
기기로 읽을 수 있는 기록매체는, 비일시적 기록매체(non-transitory computer readable recording medium)의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, '비일시적'은 저장매체가 신호(signal)를 포함하지 않으며 실재(tangible)한다는 것을 의미할 뿐 데이터가 저장매체에 반영구적 또는 임시적으로 저장됨을 구분하지 않는다. 이때 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 약액 주입 장치
2: 원격 장치
5: 외부 하우징
6: 부착부
50: 베이스 바디
100: 펌프 모듈
110: 내부 하우징
111: 본체
112: 돌출부
120: 샤프트
121: 제1 부분
122: 제2 부분
125: 제1 실링재
130: 동력 전달부

Claims (1)

  1. 일 방향을 따라 직선 왕복 운동하는 샤프트를 포함하는 펌프 모듈;
    상기 샤프트에 연결되는 제1단 및 상기 직선 왕복 운동에 의해 회전 왕복 운
    동하는 제2단을 포함하는 회전쇠;
    상기 제2단과 접촉하는 접촉 시각 정보를 획득하는 적어도 하나의 센서;
    상기 접촉 시각 정보를 기초로 상기 펌프 모듈의 구동 시간을 판단하고, 상기 구동 시간을 기초로 상기 펌프 모듈의 추가 구동 시간을 결정하는 제어부;를 포함하는 약액 주입 장치.
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