WO2018062853A1 - 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템 - Google Patents

전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템 Download PDF

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WO2018062853A1
WO2018062853A1 PCT/KR2017/010729 KR2017010729W WO2018062853A1 WO 2018062853 A1 WO2018062853 A1 WO 2018062853A1 KR 2017010729 W KR2017010729 W KR 2017010729W WO 2018062853 A1 WO2018062853 A1 WO 2018062853A1
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WO
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electroosmotic pump
electrode
transfer line
fluid
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PCT/KR2017/010729
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신운섭
주은화
이상섭
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서강대학교산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a fluid pumping system using an electroosmotic pump.
  • An electroosmotic pump is a pump using a fluid moving by an electroosmotic phenomenon generated when a voltage is applied to electrodes provided at both ends of a capillary tube or a porous membrane (porous membrane).
  • 1 is a graph showing the flow rate of the fluid per hour of the fluid pumping system using a conventional electroosmotic pump.
  • An object of the present invention is to provide a fluid pumping system using an electroosmotic pump that can flow the fluid in a continuous form instead of a pulse form using the electroosmotic pump.
  • a container in which the fluid to be transferred is stored, a first transfer line and a second transfer line connected in parallel from the container, the first electrode is connected to the first transfer line,
  • the second electrode is an electroosmotic pump connected to the second transfer line, a first valve mounted between the vessel and the electroosmotic pump of the first transfer line, a second valve mounted between the vessel and the electroosmotic pump of the second transfer line, A third transfer line connecting the first electrode of the electroosmotic pump and the fluid output end, a fourth transfer line connecting the second electrode of the electroosmotic pump and the fluid output end, and between the electroosmotic pump and the fluid output end of the third transfer line
  • a fluid pumping system including a third valve mounted on the fourth valve and a fourth valve mounted between the electroosmotic pump and the fluid output end of the fourth transfer line.
  • the fluid pumping system using the electroosmotic pump of the present invention can be continuously injected to the place where necessary, even if a small electroosmotic pump to the transfer fluid in the container while repeating the suction and discharge. have.
  • the used electrode material can be returned to its original state, and the driving can be continued because the amount of charge of the electrode material is restored.
  • the consumption and recovery of the electrode material may be repeatedly performed in the pump 10 including the consumable electrode material having a predetermined charge amount. Therefore, the inflow and discharge of the fluid to be transported may be repeatedly performed to continuously move a large amount of the fluid to be transported, and the electroosmotic pump 10 may be operated for a long time.
  • 1 is a graph showing the flow rate of the fluid per hour of the fluid pumping system using a conventional electroosmotic pump.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electroosmotic pump of the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of the electroosmotic pump of the present invention.
  • 4A and 4B are views for explaining the reversible electrode reaction of the electroosmotic pump of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing a change in flow rate of the fluid pumping system of FIG. 6.
  • FIG 8 is a graph showing a change in flow rate of a fluid pumping system using a damper (not shown).
  • FIG. 9 is a graph illustrating a change in flow rate per hour of a system in which two fluid pumping systems of FIG. 6 are connected.
  • FIG. 10 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a fifth embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a sixth embodiment of the present invention.
  • Fluid pumping system using an electroosmotic pump is a container in which the fluid to be transferred is stored, the first transfer line and the second transfer line connected in parallel from the container, the first electrode is the first electrode
  • An electroosmotic pump connected to a transfer line, and a second electrode connected to the second transfer line, a first valve mounted between the vessel and the electroosmotic pump of the first transfer line, and the second transfer line.
  • a second valve mounted between the container and the electroosmotic pump, a third transfer line connecting the first electrode and the fluid output end of the electroosmotic pump, and a second connecting line between the second electrode and the fluid output end of the electroosmotic pump.
  • 4 a transfer line, a third valve mounted between the electroosmotic pump and a fluid output end of the third transfer line, and a fourth valve mounted between the electroosmotic pump and a fluid output end of the fourth transfer line It may include a valve.
  • the fluid pumping system using an electroosmotic pump is a container in which the fluid to be transferred is stored, the first transfer line and the second transfer line connected in parallel from the vessel, the first electrode is A second electrode connected to a first transfer line, and a second electrode connected to the second transfer line, a first separator connected to a first electrode of the electroosmotic pump, and a second electrode of the electroosmotic pump
  • a second isolator a first valve mounted between the container and the first isolator of the first transfer line, a second valve mounted between the container and the second isolator of the second transfer line, A third transfer line connecting between the first isolator and the fluid output end, a fourth transfer line connecting the second isolator and the fluid output end, and between the first isolator and the fluid output end of the third transfer line
  • the third valve may include a fourth valve mounted between the second separator and the fluid output end of the fourth transfer line.
  • the fluid pumping system using an electroosmotic pump using an electroosmotic pump according to a third aspect of the present invention
  • the first and second electroosmotic pump, the fifth transfer line for connecting the fluid output stage with the first electroosmotic pump, the second electroosmotic A sixth transfer line connecting the pump and the fluid output end, a seventh transfer line connecting the fifth transfer line and the sixth transfer line, a container mounted on the seventh transfer line and storing a transfer object fluid;
  • a fifth valve mounted between the first electroosmotic pump and the vessel in a transfer line, a sixth valve mounted between the fifth valve and a fluid output end in the fifth transfer line, and the seventh transfer line in the seventh transfer line
  • the fluid pumping system using the electroosmotic pump according to the fourth aspect of the present invention the first and second electroosmotic pump, the fifth transfer line connecting the first electroosmotic pump and the fluid output stage, the second electroosmotic A sixth transfer line connecting the pump and the fluid output end, a seventh transfer line connecting the fifth transfer line and the sixth transfer line, a container mounted on the seventh transfer line and storing a transfer object fluid;
  • a seventh valve mounted between a second electroosmotic pump and the container, an eighth valve mounted between the seventh valve and the fluid output end of the sixth transfer line, and the first electroosmotic pump of the fifth transfer line; remind 5, the third isolation member, and said second electro-osmotic pump of claim 6 wherein the feed line is mounted between the valve and the seventh may include a fourth isolation material
  • the present application relates to a fluid pumping system using an electroosmotic pump.
  • FIG. 2 is a block diagram of the electroosmotic pump 10 of the present invention.
  • the electroosmotic pump 10 includes a membrane 11, a first electrode 13 and a second electrode 15 provided on both sides of the membrane 11, respectively, and the first electrode 13 and the second electrode 15. ) Is connected to the power supply 17.
  • the membrane 11 is installed in the fluid path portion 19 through which the fluid should move, and is formed of a porous material or structure to allow the fluid to move.
  • the first electrode 13 and the second electrode 15 are provided on both sides of the membrane on the fluid path portion 19, respectively, and the first electrode 13 and the second electrode 15 are conductive polymers in which an anion polymer is incorporated. It may include.
  • the first electrode 13 and the second electrode 15 are kept constant between them by the membrane 11.
  • the first electrode 13 and the second electrode 15 are formed of a porous material or structure to allow the movement of the fluid.
  • the power supply unit 17 is connected to the first electrode 13 and the second electrode 15 to supply power to the first electrode 13 and the second electrode 15 so that an electrochemical reaction can occur.
  • the electrochemical reaction of the first electrode 13 and the second electrode 15 is caused by the movement of the cation.
  • the power supply unit 17 may alternately supply the polarity of the voltage to the first electrode 13 and the second electrode 15, where the power supply unit 17 alternately supplies the polarity of the voltage to the current. It may include the meaning of supplying in the opposite direction.
  • the electroosmotic pump 10 may generate a pumping force through the movement of the fluid, and at the same time, consumption and regeneration of the first electrode 13 and the second electrode 15 may occur repeatedly.
  • the power supply unit 17 may include a DC supply device (not shown) for supplying a DC voltage to each of the first electrode 13 and the second electrode 15.
  • the power supply unit 17 may include a voltage direction switching device (not shown) for alternately switching the polarity of the DC voltage supplied to each of the first electrode 13 and the second electrode 15 every set time. .
  • the voltage applied to each of the first electrode 13 and the second electrode 15 may be changed to the opposite polarity at every set time.
  • the fluid path unit 19 provides a path of movement of the fluid moving to both sides with the membrane 11 and the first electrode 13 and the second electrode 15 interposed therebetween.
  • the fluid path part 19 may have a container shape in which fluid is filled inside, and may have a cylindrical shape as an example, and the present invention is not limited thereto, and may have various shapes.
  • the fluid may be filled not only in the fluid path portion 19 but also in the porous membrane 11 and the first electrode 13 and the second electrode 15.
  • the fluid path portion 19 may have an opening for the transfer of the pumping force.
  • the opening may be formed in either one of the two spaces or both of the two spaces bisected by the membrane 11, the first electrode 13, and the second electrode 15 to prevent the pumping force due to the movement of the fluid.
  • the opening formed in the fluid path portion 19 may be connected to the pumping line 70 of the fluid pumping system 1000 shown in FIG. 5 to be described later, thereby providing a pumping force to the outside.
  • FIG 3 is a view for explaining the operation of the electroosmotic pump 10 of the present invention
  • Figures 4a and 4b is a view for explaining the reversible electrode reaction of the electroosmotic pump 10 of the present invention.
  • the fluid When the movement of ions due to the redox reaction is made through the membrane 11, the fluid may be moved.
  • the membrane 11 allows the movement of ions as well as the fluid, and the fluid and the ions are connected to the electrodes 13 and 15 of the electroosmotic pump 10, and at one side of the membrane 11. It may be moved to the other side, or from the other side to one side. As such, the fluid and the ions move through the membrane 11 to generate a pumping force.
  • the membrane 11 may be manufactured using silica, glass, or the like having a particulate matter of about 0.1 ⁇ m to about 5 ⁇ m, but is not limited thereto.
  • the membrane 11 may be a disk membrane, may be a membrane electrode assembly (MEA), or may have various types of porous materials or structures.
  • MEA membrane electrode assembly
  • the first electrode 13 and the second electrode 15 include a conductive polymer mixed with an anionic polymer.
  • the electrochemical reaction of the first electrode 13 and the second electrode 15 is caused by the movement of the cation in the direction in which the charge balance is matched, wherein at least one of the first electrode 13 and the second electrode 15
  • the electrochemical reaction generates cations and the other can consume cations.
  • the cations generated and consumed during the electrochemical reaction of the first electrode 13 and the second electrode 15 may be monovalent cations, but are not limited thereto.
  • the cation may be one containing hydrogen ions (H +), but is not limited thereto.
  • the proton transport rate of H + is much faster than other cations.
  • the electroosmotic pump 10 is accompanied by the movement of ions and the movement of the fluid, therefore, when the hydrogen ions are moved during the electrode reaction, the movement speed of the fluid is faster, the performance of the electroosmotic pump 10 Can be further improved.
  • the electroosmotic pump 10 may use an aqueous solution as a fluid. Through this, during the electrode reaction, hydrogen ions may be moved.
  • the electroosmotic pump 10 generally shows better pumping performance in a solution with little electrolyte, in which case hydrogen ions, which are cations generated by dissociation of water, can be moved to balance charge.
  • the cation may contain various ions, such as Na +, K +, depending on the fluid used.
  • the conductive polymer is electrodeposited on the first electrode 13 and the second electrode 15.
  • a molecular anion eg, NO 3-, Cl ⁇ , etc.
  • A- of Scheme 1 a molecular anion
  • the material of the porous membrane included in the electroosmotic pump is generally used (silica), glass (glass), etc.
  • the surface of the porous membrane made of such a material in the aqueous solution is negatively charged.
  • the anion (A-) released from the conductive polymer for charge balancing passes through the porous membrane. Since the surface of the porous membrane is negatively charged as described above, the negatively charged anion has a repulsive force between the porous membrane. Can not pass smoothly through the porous membrane. Therefore, the electrode including the conventional conductive polymer can not occur the oxidation / reduction reaction quickly, there was a difficulty in the rapid movement of the transfer object fluid.
  • the electroosmotic pump 10 since the electroosmotic pump 10 includes a macroanionic polymer, that is, an anionic polymer, during the redox reaction of the electrodes 13 and 15, since the anionic polymer cannot be fixed and moved, the electroosmotic pump 10 is in solution. The cations move and balance the charge.
  • a macroanionic polymer that is, an anionic polymer
  • the electroosmotic pump 10 electrodeposits the conductive polymer on the electrodes 13 and 15, but electrodeposits the conductive polymer in which the anion of the macromolecule type is incorporated, not the small mobile anion of the small size.
  • small cations in the solution are transferred instead of the macromolecule-type anions. Since such cations can easily pass through the negatively charged membrane 11, the electrochemical reaction rates of the electrodes 13 and 15 can be improved. Therefore, since the fluid can be smoothly moved, it is possible to implement an effective and stable electroosmotic pump 10.
  • the conductive polymer may be formed through polymerization of monomers in a solution containing an anionic polymer.
  • a polymer composite made of a cationic polymer-anionic polymer may be synthesized.
  • the conductive polymer may be synthesized through electrochemical oxidation or chemical oxidation using an oxidizing agent.
  • the conductive polymer is in the group consisting of polyaniline, polypyrrle, polythiophene, polythionine, and quinone polymer, derivatives thereof, and combinations thereof. It may include the selected one, but is not limited thereto.
  • the conductive polymer may be various polymers having electrical conductivity.
  • the anionic polymer may be polystyrene sulfonate, sulfonated polyetheretherketone (SPEEK), polyacrylate, polyvinylphosphonate, polyoxometalate, and nafion. , But may be selected from the group consisting of derivatives and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • Nafion is a polymer in which sulfonic acid groups are introduced into the backbone of poly (tetrafluoroethylene).
  • the anion polymer may be various polymers having a negative charge.
  • the anionic polymer may include a composite synthesized with a neutral polymer such as polyethylene glycol, polyacrylamide, and the like, but is not limited thereto.
  • the electrodes 13 and 15 may further include carbon nanostructures.
  • the carbon nanostructure may include carbon nanotubes (CNTs), graphene, carbon nanoparticles, fullerenes, graphite, and the like, but is not limited thereto. It doesn't happen.
  • 4a and 4b is a view for explaining the reversible electrode reaction of the electroosmotic pump according to an embodiment of the present application.
  • One of the first electrode 13 and the second electrode 15 may generate a cation through an electrochemical reaction, and the other may consume a cation. That is, the conductive polymer included in the first electrode 13 and the second electrode 15 may be a reversible electrochemical reaction, through which the first electrode 13 and the second electrode 15 are respectively Both forward and reverse reactions can occur.
  • the first electrode 13 may generate cations, and the second electrode 15 may consume cations.
  • the second electrode 15 may generate cations, and the first electrode 13 may consume cations.
  • Reversible electrode reaction of the electroosmotic pump 10 may be achieved by alternately supplying the polarity of the voltage to each of the first electrode 13 and the second electrode 15, and thus the electrochemical reaction is repeated in the forward and reverse directions. It is possible to generate a continuous pumping force by repeated reciprocating movement of the fluid.
  • the polarity of the voltage applied to the first electrode 13 and the second electrode 15 may be changed to change the first electrode 13. And when the reaction occurring at the second electrode 15 is reversed, the flow of the fluid can be reversed.
  • a (+) voltage is supplied to the first electrode 13 and a ( ⁇ ) electrode is supplied to the second electrode 15, so that a (+) electrode (that is, Fluid (eg, H 2 O) can be moved from the first electrode 13 to the negative electrode (ie, the second electrode 15), alternately the second electrode as shown in FIG. 4B.
  • the positive voltage is supplied to (15) and the negative electrode is supplied to the first electrode 13, so that the negative electrode (i.e., the first electrode) is applied to the positive electrode (i.e., the second electrode 15).
  • the fluid eg, H 2 O
  • first electrode 13 and the second electrode 15 utilize an electrode material that undergoes a reversible electrode reaction
  • the electrode reaction occurs in the reverse direction, the electrode active material consumed by the forward reaction can be returned to its original state when the fluid flows in the forward direction.
  • the amount of fluid equal to the amount of the fluid moved in the forward direction
  • each of the first electrode 13 and the second electrode 15 can be regenerated as much as they are consumed, the consumption of the electrodes 13 and 15 can be prevented, thereby increasing the life of the electroosmotic pump 10. Can be. Therefore, the electroosmotic pump 10 can continuously move a large amount of the transfer object fluid.
  • FIG. 5 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a first embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system using the electroosmotic pump includes an electroosmotic pump 10, a container 20, and a fluid transfer unit 19: 19-1, 19-2, 19-3, and 19-4. And first to fourth valves 41 to 44.
  • the vessel 20 stores the fluid to be transferred, and the first transfer line 19-1 and the second transfer line 19-2 are connected in parallel from the vessel 20.
  • the first electrode 13 of the electroosmotic pump 10 is connected to the first transfer line 19-1, and the second electrode 15 is connected to the second transfer line 19-2.
  • the first valve 41 is mounted between the vessel 20 and the electroosmotic pump 10 of the first transfer line 19-1, and the second valve 42 is installed in the second transfer line 10-2. It is mounted between the vessel 20 and the electroosmotic pump 10.
  • the third transfer line 19-3 and the fourth transfer line 19-4 are connected in parallel between the electroosmotic pump 10 and the fluid output end.
  • the third transfer line 19-3 is connected between the first electrode 13 of the electroosmotic pump 10 and the fluid output end, and the fourth transfer line 19-4 is the second of the electroosmotic pump 10.
  • the electrode 15 is connected between the fluid output terminal.
  • the third valve 43 is mounted between the electroosmotic pump 10 and the fluid output end of the third transfer line 19-3, and the fourth valve 44 is the electroosmosis of the fourth transfer line 19-4. It is mounted between the pump 10 and the fluid output end.
  • the power supply unit 17 alternately supplies polarities of voltages to the first electrode 13 and the second electrode 15 of the electroosmotic pump 10.
  • the fluid to be transferred in the container 20 can be continuously injected even where a small amount of the electroosmotic pump is used.
  • the used electrode material can be returned to its original state, and the driving can be continued because the amount of charge of the electrode material is restored.
  • the consumption and recovery of the electrode material may be repeatedly performed in the electroosmotic pump 10 including the consumable electrode material having a predetermined charge amount. Therefore, the inflow and discharge of the fluid to be transported may be repeatedly performed to continuously move a large amount of the fluid to be transported, and the electroosmotic pump 10 may be operated for a long time.
  • the cycle of repeating suction and discharge can be adjusted as needed from several seconds to several minutes.
  • Figure 6 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a second embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system of FIG. 6 further comprises two isolators as compared to the fluid pumping system of FIG. 5.
  • the first isolator 31 is connected between the first electrode 13 and the first valve 41 of the electroosmotic pump 10 of the first transfer line 19-1, the second isolator 32 Is connected between the second electrode 15 and the second valve 42 of the electroosmotic pump 10 of the second transfer line (19-2).
  • the first and second separators 31 and 32 separate fluids to be transferred through the first transfer line 19-1 and the second transfer line 19-2, and include oil, diaphragm, polymer membrane, It may be made of a member capable of transmitting the pumping force of the electroosmotic pump to the outside, such as a slider.
  • the first and second separators 31 and 32 may be formed of a thin film made of a flexible latex material.
  • the power supply unit 17 alternately supplies polarities of voltages to the first electrode 13 and the second electrode 15 of the electroosmotic pump 10.
  • the fluid to be transferred in the container 20 can be continuously injected even where a small amount of the electroosmotic pump is used.
  • FIG. 7 is a graph showing a change in flow rate of the fluid pumping system of FIG. 6, and FIG. 8 is a graph showing a change in flow rate of a fluid pumping system using a damper (not shown).
  • the damper may be provided on the outlet side of the electroosmotic pump as a structure made in a thin tube or tube.
  • the change in the hourly flow rate of the fluid pumping system according to the present invention can be seen in the form of continuous pumping compared to the flow rate graph of the conventional FIG. 1.
  • the non-pumped region between the pulses is a phenomenon due to the cracking time of the first to fourth valves 41 to 44.
  • This can be solved by using a damper, and as a result of using the damper, as shown in FIG. 8, it can be seen that the flow rate is continuously changed compared with FIG. 7.
  • FIG. 9 is a graph illustrating a change in flow rate per hour of a system in which two fluid pumping systems of FIG. 6 are connected.
  • FIG. 10 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a third embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system using the electroosmotic pump includes two electroosmotic pumps 10-1 and 10-2, a container 20, and a fluid transfer unit 19: 19-5, 19-6, 19-7) and fifth to eighth valves 51 to 54.
  • the vessel 20 stores the fluid to be transferred, and is connected in parallel between the first electroosmotic pump and the second electroosmotic pump.
  • the fifth transfer line 19-5 connects the first electroosmotic pump 10-1 to the fluid output stage
  • the sixth transfer line 19-6 connects the second electroosmotic pump 10-2 to the fluid output stage.
  • Connect The seventh transfer line 19-7 connects the fifth transfer line 19-5 to the sixth transfer line 19-6, and the transfer target fluid is stored in the seventh transfer line 19-7.
  • the container 20 is mounted.
  • the fifth valve 51 is mounted between the first electroosmotic pump 10-1 and the vessel 20 of the seventh transfer line 19-7, and the sixth valve 52 is the fifth transfer line 19. -5) is mounted between the fifth valve 51 and the fluid output end.
  • the seventh valve 53 is mounted between the second electroosmotic pump 10-2 and the vessel 20 of the seventh transfer line 19-7, and the eighth valve 54 is the sixth transfer line 19. -6) is mounted between the seventh valve 53 and the fluid output end.
  • the transfer target fluid in the container 20 may be continuously output to the fluid output stage.
  • FIG. 11 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system of FIG. 11 is further characterized as including two isolators as compared to the fluid pumping system of FIG. 10.
  • the third separator 33 is connected between the second electrode of the first electroosmotic pump 10-1 and the container 20 of the fifth transfer line 19-5, and the fourth separator 34 is The sixth transfer line 19-6 is connected between the second electrode of the second electroosmotic pump 10-2 and the container 20.
  • the third separator 33 and the fourth separator 34 are separated so that the fluid to be discharged through the container 20 does not flow into the first and second electroosmotic pumps 10-1 and 10-2. can do.
  • the transfer target fluid in the container 20 may be continuously output to the fluid output stage.
  • FIG. 12 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system using the electroosmotic pump includes two electroosmotic pumps 10-3, 10-4, a vessel 20, a fluid transfer unit 19: 19-8, 19-9, 19-10), and eighth to tenth valves 61 to 63.
  • the eighth transfer line 19-8 connects the vessel 20 with the fluid output end.
  • a ninth transfer line 19-9 and a tenth transfer line 19-10 are formed in parallel to the eighth transfer line 19-8.
  • the eighth valve 61 is mounted between the vessel 20 and the third electroosmotic pump 10-3 of the eighth transfer line 19-8, and the ninth valve 62 is the eighth transfer line 19.
  • the tenth valve 63 is connected to the fourth electroosmotic pump 10-4 and the fluid output stage. Mounted between.
  • One end of the ninth transfer line 19-9 is connected to the third electroosmotic pump 10-3 and the other end is connected to the eighth transfer line 19-8.
  • One end of the tenth transfer line 19-10 is connected to the fourth electroosmotic pump 10-4 and the other end is connected to the eighth transfer line 19-8.
  • the flow rate of the third electroosmotic pump 10-3 is set to be approximately two times faster than the flow rate of the fourth electroosmotic pump 10-4.
  • the third electroosmotic pump 10-3 has a double capacity. Is operated in the forward direction to fill the fourth electroosmotic pump (10-4) is discharged half. If this is repeated, a certain amount of fluid can be continuously discharged.
  • FIG. 13 is a block diagram of a fluid pumping system using an electroosmotic pump according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the fluid pumping system of FIG. 13 is characterized by further comprising two isolators as compared to the fluid pumping system of FIG.
  • the fifth separator 35 is connected between the third electroosmotic pump 10-3 and the ninth valve 61 of the ninth transfer line 19-9, and the sixth separator 36 is the tenth. It is connected between the fourth electroosmotic pump 10-4 and the tenth valve 62 of the transfer line 19-10.
  • the transfer target fluid discharged through the container 20 flows into the third electroosmotic pump 10-3 and the fourth electroosmotic pump 10-4. It can be separated so as not to.
  • the flow rate of the third electroosmotic pump 10-3 is set to be approximately two times faster than the flow rate of the fourth electroosmotic pump 10-4.
  • the third electroosmotic pump 10-3 has a double capacity. Is operated in the forward direction to fill the fourth electroosmotic pump (10-4) is discharged half. If this is repeated, a certain amount of fluid can be continuously discharged.

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Abstract

전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 상기 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인, 제1 전극은 상기 제1 이송라인에 연결되고, 제2전극은 상기 제2이송라인에 연결되는 전기삼투펌프, 상기 제1이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제1 밸브, 상기 제2 이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제2 밸브, 상기 전기삼투펌프의 제1 전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제3이송라인, 상기 전기삼투펌프의 제2전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인, 상기 제3 이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제3밸브, 상기 제4이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제4밸브를 포함한다.

Description

전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템
본원 발명은 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템에 관한 것이다.
전기삼투펌프는 모세관 혹은 다공성 막(다공성 멤브레인)의 양단에 구비된 전극에 전압을 걸었을 때 생기는 전기삼투현상에 의해 유체가 이동하는 것을 이용한 펌프이다.
종래 대한민국 등록특허 10-1488408호(발명의 명칭: 전기삼투펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템)에는 1개의 전기삼투펌프와 2개의 밸브를 이용하여 한 방향으로 유체를 이동시키는 유체 펌핑 시스템이 제시되어 있다.
도 1은 종래 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 시간당 유체의 유속을 나타내는 그래프이다.
이 그래프에 도시된 바와 같이, 종래 유체 펌핑 시스템은 펄스 형태를 갖도록 유체를 펌핑하였다. 이로 인해 일정시간에 정해진 양을 전달하는 시스템에는 적용될 수 있지만, 미세유체장치(microfluidic device)와 같이 안정적으로 유체를 연속적으로 이송해야 하는 장치에는 적용될 수 없으며, 크로마토그래피(chromatography)에서 분리용 펌핑 시스템에 적용이 불가능하다. 이로 인해, 펄스 형태의 유속이 아닌 연속적으로 유체를 유속시킬 수 있는 펌핑 시스템이 요구되고 있다.
본원 발명은 전기삼투펌프를 이용하여 펄스 형태가 아닌 연속적인 형태로 유체를 유속시킬 수 있는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인, 제1 전극은 제1 이송라인에 연결되고, 제2전극은 제2이송라인에 연결되는 전기삼투펌프, 제1이송라인 중 용기와 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제1 밸브, 제2 이송라인 중 용기와 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제2 밸브, 전기삼투펌프의 제1 전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제3이송라인, 전기삼투펌프의 제2전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인, 제3 이송라인 중 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제3밸브, 제4이송라인 중 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제4밸브를 포함하는 유체 펌핑 시스템을 제공할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 본원 발명의 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 흡입과 배출을 반복하면서 용기에 있는 이송대상유체를 작은 전기삼투펌프를 사용하더라도 필요한 곳으로 지속적으로 주입할 수 있다.
또한, 흡입과 배출 중 각 전극에서 일어나는 전극반응이 반대로 일어나면서 가역적인 반응을 하기 때문에 사용된 전극물질을 원래로 되돌릴 수 있으며, 전극물질이 가진 전하량을 다시 회복시켜주기 때문에 지속적인 구동이 가능해진다.
이렇게 되면 일정 전하량을 가진 소모형 전극물질(consumable electrode material)을 포함하는 펌프(10)에서 전극물질의 소모 및 회복이 반복적으로 진행될 수 있다. 그로 인해 이송대상유체의 유입 및 배출이 반복적으로 진행되어 많은 양의 이송대상유체를 지속적으로 이동시킬 수 있으며, 전기삼투펌프(10)를 장시간 운전할 수 있다.
도 1은 종래 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 시간당 유체의 유속을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본원 발명의 전기삼투펌프의 구성도이다.
도 3은 본원 발명의 전기삼투펌프의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본원 발명의 전기삼투펌프의 가역적인 전극반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 6은 본원 발명의 제2 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 7은 도 6의 유체 펌핑 시스템의 유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 댐퍼(도시하지 않음)를 사용한 유체 펌핑 시스템의 유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 6의 유체 펌핑 시스템을 2개 연결한 시스템의 시간당 유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본원 발명의 제3 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 11은 본원 발명의 제4 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 12는 본원 발명의 제5 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 13은 본원 발명의 제6 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
본원 발명의 제1 측면에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 상기 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인, 제1 전극은 상기 제1 이송라인에 연결되고, 제2전극은 상기 제2이송라인에 연결되는 전기삼투펌프, 상기 제1이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제1 밸브, 상기 제2 이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제2 밸브, 상기 전기삼투펌프의 제1 전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제3이송라인, 상기 전기삼투펌프의 제2전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인, 상기 제3 이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제3밸브, 상기 제4이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제4밸브를 포함할 수 있다.
또한, 본원 발명의 제2 측면에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 상기 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인, 제1 전극은 상기 제1 이송라인에 연결되고, 제2 전극은 상기 제2이송라인에 연결되는 전기삼투펌프, 상기 전기삼투펌프의 제1 전극에 연결되는 제1 격리재, 상기 전기삼투펌프의 제2 전극에 연결되는 제2 격리재, 상기 제1이송라인 중 상기 용기와 상기 제1 격리재 사이에 장착되는 제1 밸브, 제2 이송라인 중 상기 용기와 상기 제2 격리재 사이에 장착되는 제2 밸브, 상기 제1 격리재와 유체 출력단 사이를 연결하는 제3 이송라인, 상기 제2 격리재와 상기 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인, 상기 제3 이송라인 중 상기 제1 격리재와 상기 유체 출력단 사이에 장착되는 제3 밸브, 상기 제4이송라인 중 상기 제2 격리재와 상기 유체 출력단 사이에 장착되는 제4 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 본원 발명의 제3 측면에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 제1 및 제2 전기삼투펌프, 상기 제1 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제5이송라인, 상기 제2 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제6 이송라인, 상기 제5 이송라인과 상기 제6 이송라인을 연결하는 제7 이송라인, 상기 제7 이송라인에 장착되며 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 상기 제7 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제5 밸브, 상기 제5 이송라인에 중 상기 제5 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제6 밸브, 상기 제7 이송라인 중 상기 제2 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제7 밸브, 및 상기 제6 이송라인 중 상기 제7 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제8 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 본원 발명의 제4 측면에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 제1 및 제2 전기삼투펌프, 상기 제1 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제5 이송라인, 상기 제2 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제6 이송라인, 상기 제5 이송라인과 상기 제6 이송라인을 연결하는 제7 이송라인, 상기 제7 이송라인에 장착되며 이송대상유체가 저장되어 있는 용기, 상기 제7 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제5 밸브, 상기 제5 이송라인에 중 상기 제5 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제6 밸브, 상기 제7 이송라인 중 상기 제2 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제7 밸브, 상기 제6 이송라인 중 상기 제7 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제8 밸브, 상기 제5 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 제5 밸브 사이에 장착되는 제3 격리재, 및 상기 제6 이송라인 중 상기 제2 전기삼투펌프와 상기 제7 밸브 사이에 장착되는 제4 격리재를 포함할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원은 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템에 관한 것이다.
도 2는 본원 발명의 전기삼투펌프(10)의 구성도이다.
전기삼투펌프(10)는 멤브레인(11), 멤브레인(11)의 양측에 각각 마련된 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)을 포함하며, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 전원 공급부(17)에 연결된다.
멤브레인(11)은 유체가 이동하여야 하는 유체경로부(19)에 설치되며, 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 유체경로부(19) 상에서 멤브레인의 양측에 각각 마련되며, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함할 수 있다. 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 멤브레인(11)에 의해 이들 사이의 간격이 일정하게 유지된다. 멤브레인(11)과 마찬가지로 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 유체의 이동을 허용하도록 다공성 재질 또는 구조로 형성된다.
전원 공급부(17)는 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)과 연결되어, 제1 전극(13)과 제2 전극(15)에 전기화학 반응이 일어날 수 있도록 전원을 공급하며, 제1 전극(13)과 제2 전극(15)의 전기화학 반응은 양이온이 이동됨으로써 일어나게 된다.
전원 공급부(17)는 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 전압의 극성을 교번하여 공급할 수 있으며, 여기서, 전원공급부(17)가 전압의 극성을 교번하여 공급한다는 의미는, 전류를 반대 방향으로 공급하는 의미를 포함할 수 있다.
이를 통해, 본 전기삼투펌프(10)는 유체의 이동을 통해 펌핑력을 발생시킴과 동시에, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)의 소모 및 재생이 반복적으로 일어날 수 있다.
예를 들어, 전원 공급부(17)는 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 각각에 직류 전압을 공급하는 직류공급장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 전원 공급부(17)는 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 각각에 공급되는 직류 전압의 극성을 설정된 시간마다 교번하여 전환시키는 전압방향 전환장치(미도시)를 포함할 수 있다.
이를 통해, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 각각에 걸리는 전압을 지속적으로 설정된 시간마다 반대 극성으로 바꿔줄 수 있다.
유체경로부(19)는 멤브레인(11)과 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)을 사이에 두고 양측으로 이동하는 유체의 이동경로를 제공한다.
여기서, 유체경로부(19)는 내측에 유체가 채워지는 용기 형태를 가질 수 있고, 일례로 실린더 형태를 가질 수 있으며, 이에 제한하지 않고, 다양한 형태를 가질 수 있다.
또한, 유체는 유체경로부(19) 뿐만 아니라, 다공성(porous)의 멤브레인(11)과 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에도 채워질 수 있다.
또한, 유체경로부(19)는 펌핑력의 전달을 위해 개구를 가질 수 있다. 예시적으로, 개구는 멤브레인(11)과 제1전극(13) 및 제2 전극(15)에 의해 양분되는 양측 공간 중 어느 일측 공간 또는 양측 공간 모두에 형성되어 유체의 이동에 의한 펌핑력을 외측으로 제공할 수 있다. 이를 테면, 유체경로부(19)에 형성된 개구는 후술하는 도5에 도시된 유체 펌핑 시스템(1000)의 펌핑라인(70)과 연결될 수 있고, 이를 통해 펌핑력을 외측으로 제공할 수 있다.
도 3은 본원 발명의 전기삼투펌프(10)의 작용을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본원 발명의 전기삼투펌프(10)의 가역적인 전극반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 3, 도 4a 및 도 4b를 참조하여, 본원의 전기삼투펌프(10)의 동작에 대해 설명한다.
전원 공급부(17)를 통해 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 전원을 공급하게 되면 제1 전극(13)과 제2 전극(15) 사이에 전압 차이가 발생하게 된다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15)의 전압 차이에 의해, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 산화환원 반응이 일어나 전하균형이 깨지게 되는데, 이 때, 전극 내에서 쉽게 이동될 수 있는 이온이 이동됨으로써 전하균형을 맞추게 된다.
이러한 산화환원 반응에 따른 이온의 이동이 멤브레인(11)을 통해 이루어지면 유체가 이동될 수 있다.
멤브레인(11)은 유체뿐만 아니라, 이온의 이동도 허용하며, 유체와 이온은 전기삼투펌프(10)의 전극(13, 15)에 전원 공급부(17)를 연결하면, 멤브레인(11)의 일측에서 타측으로, 또는 타측에서 일측으로 이동될 수 있다. 이와 같이 유체와 이온이 멤브레인(11)을 통과하며 이동됨으로써 펌핑력을 발생시킨다.
예시적으로, 멤브레인(11)은 약 0.1 ㎛ 내지 약 5 ㎛ 크기의 입상물의 형태를 가지는 실리카(silica), 유리(glass) 등을 이용하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 예시적으로, 멤브레인(11)은 디스크 멤브레인일 수 있고, MEA(membrane electrode assembly)일 수도 있으며, 이외에도 다양한 형태의 다공성 재질이나 구조를 가지는 것일 수 있다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 음이온 고분자가 혼입된 전도성 고분자를 포함한다. 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)의 전기화학 반응은 전하균형이 맞추어지는 방향으로 양이온이 이동됨으로써 일어나며, 이 때 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 중 어느 하나는 전기화학 반응을 통해 양이온을 발생시키고, 다른 하나는 양이온을 소모할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)의 전기화학 반응 시 발생되고 소모되는 양이온은 1가 양이온일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 양이온은 수소 이온(H+)을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다양한 양이온들 중 양성자인 H+의 이온이동속도는 다른 양이온들에 비해 월등히 빠르다. 앞서 설명한 바와 같이, 전기삼투펌프(10)는 이온의 이동과 유체의 이동이 수반되기 때문에, 따라서, 전극반응 시 수소 이온이 이동되는 경우, 유체의 이동 속도가 빨라져 전기삼투펌프(10)의 성능을 보다 향상시킬 수 있다.
예시적으로, 전기삼투펌프(10)는 유체로 수용액을 사용할 수 있다. 이를 통해, 전극반응 시, 수소 이온이 이동될 수 있다.
전기삼투펌프(10)는 일반적으로 전해질이 거의 없는 용액에서 더 좋은 펌핑 성능을 보이는데, 이 때는 물의 해리에 의해 생긴 양이온인 수소 이온이 전하균형을 맞추어 주도록 이동될 수 있다.
또는, 양이온은 사용되는 유체에 따라 Na+, K+ 등과 같이 다양한 이온을 포함할 수 있다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에는 전도성 고분자가 전착된다.
종래에는 전극에 전착되기 위한 전도성 고분자의 합성 시, 가장 일반적인 방법인 질산(HNO3) 혹은 염산(HCl) 용액에서 아닐린(aniline), 또는 피롤(pyrrole), 티오펜(thiophene) 등의 단량체(monomer)를 전기화학적 혹은 화학적으로 산화시키는 방법을 사용하였다. 이와 같은 전도성 고분자 합성 방법은 용액에 있는 음이온(NO3-, Cl- 등)이 전하균형 맞추어 주기 위해 고분자사슬에 지속적으로 혼입되면서 전도성 고분자의 합성이 진행되는 방법이다.
이렇게 합성된 전도성 고분자를 포함하는 전극에 전압을 걸어주면, 전하균형을 맞추기 위해, 아래의 반응식 1의 A-와 같은 분자성 음이온(예를 들어, NO3-, Cl- 등)이 이동된다.
[반응식 1]
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한편, 전기삼투펌프에 포함된 다공성 막의 재료로는 일반적으로 실리카(silica), 유리(glass) 등이 사용되는데, 이와 같은 재료로 이루어진 다공성 막은 수용액 내에서 표면이 음전하를 띠게 된다.
전하균형을 위해 전도성 고분자로부터 빠져나온 음이온(A-)은 다공성 막을 통과하게 되는데, 다공성 막의 표면이 전술한 바와 같이 음전하를 띠게 되므로, 이와 동일한 전하를 띠는 음이온은 다공성 막과의 사이에 척력이 작용하여 다공성 막을 원활하게 통과할 수 없다. 따라서, 종래의 전도성 고분자를 포함한 전극은 산화/환원반응이 빠르게 일어날 수 없고, 이송대상유체의 신속한 이동에 어려움이 있었다.
반면, 본 전기삼투펌프(10)는 전도성 고분자가 거대음이온 고분자, 즉 음이온 고분자를 포함하므로, 전극(13, 15)의 산화환원 반응 시, 음이온 고분자는 고정되어 이동될 수 없기 때문에, 용액 중에 있는 양이온이 이동하며 전하균형을 맞추게 된다.
예를 들어, 양이온 고분자-음이온 고분자를 -[P+]n-[S-]n-로 표시하였을 때, 이러한 전도성 고분자를 포함하는 전극(13, 15)의 산화환원 반응은 아래의 반응식 2 및 반응식3과 같다.
[반응식 2]
Figure PCTKR2017010729-appb-I000002
[반응식 3]
Figure PCTKR2017010729-appb-I000003
이와 같이, (-) 전극의 환원 반응 시, 전도성 고분자 매트릭스가 중성이 되면(P+ →P), 고정된 음이온 고분자(S-)의 전하균형을 맞추기 위해 용액 중에 존재하는 양이온(C+)이 혼입되어 들어오게 된다.
다시 말해, 도 3 및 반응식 2, 반응식 3을 참조하면, 전극(13, 15)의 산화환원 반응 시 음이온 고분자(S-)는 이동되지 않고, 용액 내의 양이온(C+)이 이동하는데, 이러한 양이온은 음전하로 대전된 멤브레인(11)과 인력이 작용하여 쉽게 멤브레인(11)을 통과할 수 있으므로, 산화환원 반응이 빠른 속도로 일어날 수 있다.
즉, 본 전기삼투펌프(10)는 전극(13, 15)에 전도성 고분자를 전착시키되, 작은 크기의 움직일 수 있는 음이온(small mobile anion)이 아닌 거대 고분자형태의 음이온이 혼입된 전도성 고분자를 전착시킴으로써, 전극(13, 15)의 산화환원 시, 거대 고분자형태의 음이온 대신, 용액 중의 작은 양이온을 이동시킨다. 이와 같은 양이온은 음전하를 띠는 멤브레인(11)을 쉽게 통과할 수 있으므로, 전극(13, 15)의 전기화학 반응 속도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 유체의 이동이 원활해질 수 있으므로, 효과적이면서도 안정적인 전기삼투펌프(10)를 구현할 수 있다.
이 때, 전도성 고분자는 음이온 고분자를 포함하는 용액에서 단량체의 중합반응을 통해 형성될 수 있다.
예를 들어, 음이온 고분자가 존재하는 용액에서 단량체를 산화시키면, 용액 상에 있던 음이온 고분자가 혼입되며 중합반응이 진행되므로, 양이온 고분자-음이온 고분자로 이루어진 고분자 복합체가 합성될 수 있다.
이 때, 전도성 고분자는 전기화학적 산화 또는 산화제를 이용한 화학적 산화 등을 통해 합성될 수 있다.
예를 들어, 전도성 고분자는 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrle), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리타이오닌(polythionine), 및 퀴논 폴리머(quinone polymer), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 외에도, 전도성 고분자는 전기 전도성을 가지는 다양한 고분자일 수 있다.
예를 들어, 음이온 고분자는 폴리스티렌 설포네이트(polystyrene sulfonate), SPEEK(sulfonatedpolyetheretherketone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐포스포네이트(polyvinylphosphonate), 폴리 옥소메탈레이트(polyoxometalate), 및 나피온(nafion), 이들의 유도체 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
나피온은 폴리테트라플루오르에틸렌[poly(tetrafluoroethylene)]의 골격에 술폰산기를 도입한 고분자이다.
이외에도, 음이온 고분자는 음전하를 띠는 다양한 고분자일 수 있다. 예시적으로, 음이온 고분자는 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 폴리아크릴아미드(polyacrylamide) 등과 같은 중성 고분자와 합성된 복합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 예시적으로, 전극(13, 15)은 탄소 나노 구조체를 추가 포함할 수 있다.
예를 들어, 탄소 나노 구조체는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 그래핀(graphene), 탄소 나노입자(carbon nanoparticle), 풀러렌(fullerene), 흑연(graphite) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4a 및 도 4b는 본원의 일 실시예에 따른 전기삼투펌프의 가역적인 전극반응을 설명하기 위한 도면이다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 중 어느 하나는 전기화학 반응을 통해 양이온을 발생시키고, 다른 하나는 양이온을 소모할 수 있다. 즉, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 포함된 전도성 고분자는 가역적인 전기화학 반응을 일으키는 것일 수 있으며, 이를 통해, 제1 전극(13)과 제2 전극(15)은 각각 정반응과 역반응이 모두 일어날 수 있다.
예를 들어, 도 4a를 참조하면, 제1 전극(13)은 양이온을 발생시킬 수 있고, 제2 전극(15)은 양이온을 소모할 수 있다. 이와 반대로, 도 4b를 참조하면, 제2 전극(15)은 양이온을 발생시킬 수 있고, 제1 전극(13)은 양이온을 소모할 수 있다.
전기삼투펌프(10)의 가역적인 전극반응은 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 각각에 전압의 극성을 교번하여 공급함으로써 이루어질 수 있으며, 이와 같이 전기화학 반응이 정방향과 역방향으로 반복해서 일어나도록 하여, 유체의 반복적인 왕복 이동에 의해 지속적인 펌핑력을 발생시키는 것이 가능하다.
제1 전극(13) 및 제2 전극(15)은 가역적인 전기화학 반응을 일으킬 수 있으므로, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 가하는 전압의 극성을 바꾸어 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 일어나는 반응을 반대로 하면, 유체의 흐름을 반대 방향으로 할 수 있다.
보다 구체적으로, 도4a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(13)에 (+) 전압을 공급하고, 제2 전극(15)에 (-)전극을 공급하여, (+) 전극(즉, 제1 전극(13))에서 (-) 전극(즉, 제2 전극(15))으로 유체(예를 들어, H2O)를 이동시킬 수 있고, 이를 교번시키면 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 전극(15)에 (+) 전압을 공급하고, 제1 전극(13)에 (-) 전극을 공급하여, (+) 전극(즉, 제2 전극(15))에서 (-) 전극(즉, 제1 전극(13))으로 유체(예를 들어, H2O)를 이동시킬 수 있다.
또한, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)이 가역적인 전극반응을 하는 전극물질을 활용한 경우, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 전압을 반대 극성으로 걸면, 전술한 바와 같이 유체 흐름을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라, 전극반응이 역방향으로 일어나므로, 정방향으로 유체를 흘릴 때 정반응에 의해 소모된 전극활성물질을 원래의 상태로 되돌릴 수 있다.
즉, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)에 정방향으로 유체를 이동시키는 데에 사용된 전하량만큼 반대 방향의 전압 또는 전류를 걸어주게 되면, 정방향으로 이동된 유체의 양과 동일한 양의 유체를 반대 방향으로 이동시킬 수 있을 뿐 아니라, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)의 상태를 초기 상태로 돌이킬 수 있다.
따라서, 제1 전극(13) 및 제2 전극(15) 각각이 소모된 만큼 다시 재생될 수 있으므로, 전극(13, 15)의 소모를 방지할 수 있어, 전기삼투펌프(10)의 수명을 늘릴 수 있다. 따라서, 본 전기삼투펌프(10)는 다량의 이송대상유체를 지속적으로 이동시킬 수 있다.
도 5는 본원 발명의 제1 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 전기삼투펌프(10), 용기(20), 유체이송부(19: 19-1, 19-2, 19-3, 19-4), 제1 내지 제4 밸브(41~44)를 포함한다.
보다 구체적으로, 용기(20)는 이송대상유체를 저장하고 있으며, 제1이송라인(19-1)과 제2 이송라인(19-2)는 용기(20)로부터 병렬 연결되어 있다.
전기삼투펌프(10)의 제1 전극(13)은 제1 이송라인(19-1)에 연결되고, 제2전극(15)은 제2이송라인(19-2)에 연결되어 있다.
제1밸브(41)는 제1이송라인(19-1) 중 용기(20)와 전기삼투펌프(10) 사이에 장착되며, 제2 밸브(42)는 제2 이송라인(10-2) 중 용기(20)와 전기삼투펌프(10) 사이에 장착된다.
제3이송라인(19-3)과 제4 이송라인(19-4)는 전기삼투펌프(10)과 유체 출력단 사이에 병렬 연결되어 있다. 제3 이송라인(19-3)은 전기삼투펌프(10)의 제1 전극(13)과 유체 출력단 사이를 연결하고, 제4 이송라인(19-4)은 전기삼투펌프(10)의 제2전극(15)과 유체 출력단 사이를 연결한다.
제3 밸브(43)는 제3 이송라인(19-3) 중 전기삼투펌프(10)와 유체 출력단 사이에 장착되고, 제4밸브(44)는 제4이송라인(19-4) 중 전기삼투펌프(10)와 유체 출력단 사이에 장착된다.
전원 공급부(17)는 전기삼투펌프(10)의 제1 전극(13)과 제2 전극(15)에 전압의 극성을 교번하여 공급한다.
제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 제1밸브(41)와 제4밸브(44)가 열리고, 제2 밸브(42)와 제3밸브(43)가 닫힌다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ①의 방향(점선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
제2 전극에 양의 전압이 인가되면, 제1밸브(41)와 제4밸브(44)가 닫히고, 제2 밸브(42)와 제3밸브(43)가 열린다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ②의 방향(실선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
이와 같이, 유체 펌핑 시스템에 의해 흡입과 배출을 반복하면 용기(20)에 있는 이송대상유체를 작은 규모의 전기삼투펌프를 사용하더라도 필요한 곳으로 지속적으로 주입할 수 있다.
또한, 흡입과 배출 중 각 전극에서 일어나는 전극반응이 반대로 일어나면서 가역적인 반응을 하기 때문에 사용된 전극물질을 원래로 되돌릴 수 있으며, 전극물질이 가진 전하량을 다시 회복시켜주기 때문에 지속적인 구동이 가능해진다.
이렇게 되면 일정 전하량을 가진 소모형 전극물질(consumable electrode material)을 포함하는 전기삼투펌프(10)에서 전극물질의 소모 및 회복이 반복적으로 진행될 수 있다. 그로 인해 이송대상유체의 유입 및 배출이 반복적으로 진행되어 많은 양의 이송대상유체를 지속적으로 이동시킬 수 있으며, 전기삼투펌프(10)를 장시간 운전할 수 있다.
한편 흡입 및 배출을 반복하는 사이클은 수초부터 수분까지 필요에 따라 조절 가능하다.
도 6은 본원 발명의 제2 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 6의 유체 펌핑 시스템은 도 5의 유체 펌핑 시스템에 비해 2개의 격리재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 격리재(31)는 제1 이송라인(19-1) 중 전기삼투펌프(10)의 제1 전극(13)과 제1밸브(41) 사이에 연결되고, 제2 격리재(32)는 제2 이송라인(19-2) 중 전기삼투펌프(10)의 제2 전극(15)과 제2 밸브(42) 사이에 연결된다.
제1 및 제2 격리재(31, 32)는 제1 이송라인(19-1)과 제2 이송라인(19-2)를 통해 이동하는 이송대상유체를 분리하며, 오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 등과 같이 상기 전기삼투펌프의 펌핑력을 외부로 전달할 수 있는 부재로 이루어질 수 있다.
특히, 본원에서는 제1 및 제2 격리재(31,32)를 플랙시블 라텍스(flexible latex) 재질의 얇은 막으로 형성할 수 있다.
전원 공급부(17)는 전기삼투펌프(10)의 제1 전극(13)과 제2 전극(15)에 전압의 극성을 교번하여 공급한다.
제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 제1밸브(41)와 제3밸브(43)가 열리고, 제2 밸브(42)와 제4밸브(44)가 닫힌다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ①의 방향(점선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
제2 전극에 양의 전압이 인가되면, 제1밸브(41)와 제3밸브(43)가 닫히고, 제2 밸브(42)와 제4밸브(44)가 열린다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ②의 방향(실선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
이와 같이, 유체 펌핑 시스템에 의해 흡입과 배출을 반복하면 용기(20)에 있는 이송대상유체를 작은 규모의 전기삼투펌프를 사용하더라도 필요한 곳으로 지속적으로 주입할 수 있다.
도 7은 도 6의 유체 펌핑 시스템의 유속 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8은 댐퍼(도시하지 않음)를 사용한 유체 펌핑 시스템의 유속 변화를 나타내는 그래프이다. 이때, 댐퍼는 얇은 관 혹은 관 안에 구조물이 만들어진 형태로서 전기삼투펌프의 출구 쪽에 구비될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본원 발명에 따른 유체 펌핑 시스템의 시간당 유속 변화를 살펴보면 종래 도1의 유속 그래프에 비해 연속적인 펌핑이 이루어지는 형태임을 알 수 있다. 펄스와 펄스 사이에 펌핑이 안 되는 영역은 제1 내지 제4 밸브(41~44)의 크래킹 타임으로 인해 나타나는 현상이다. 이는 댐퍼(damper)를 사용하여 해결 가능하며, 댐퍼를 사용한 결과 도 8에 도시된 바와 같이 도 7에 비해 유속이 연속적으로 변한 것을 알 수 있다.
도 9는 도 6의 유체 펌핑 시스템을 2개 연결한 시스템의 시간당 유속 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 도 6의 유체 펌핑 시스템을 2개 연결하여 사용할 경우, 시간당 이송대상유체가 연속적으로 출력되는 것을 알 수 있다.
도 10은 본원 발명의 제3 실시예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 2개의 전기삼투펌프(10-1, 10-2), 용기(20), 유체이송부(19: 19-5, 19-6, 19-7), 제5 내지 제8밸브(51~54)를 포함한다.
보다 구체적으로, 용기(20)는 이송대상유체를 저장하고 있으며, 제1 전기삼투펌프와 제2 전기삼투펌프 사이에 병렬로 연결되어 있다.
제5 이송라인(19-5)는 제1 전기삼투펌프(10-1)와 유체 출력단을 연결하고, 제6 이송라인(19-6)은 제2 전기삼투펌프(10-2)와 유체 출력단을 연결한다. 그리고, 제7이송라인(19-7)은 제5이송라인(19-5)과 제6 이송라인(19-6)을 연결하며, 제7 이송라인(19-7)에는 이송대상유체가 저장되어 있는 용기(20)가 장착되어 있다.
제5밸브(51)는 제7 이송라인(19-7) 중 제1전기삼투펌프(10-1)와 용기(20) 사이에 장착되며, 제6 밸브(52)는 제5 이송라인(19-5) 중 제5밸브(51)와 유체 출력단 사이에 장착된다.
제7 밸브(53)는 제7 이송라인(19-7) 중 제2 전기삼투펌프(10-2)와 용기(20) 사이에 장착되며, 제8 밸브(54)는 제6 이송라인(19-6) 중 제7밸브(53)와 유체 출력단 사이에 장착된다.
제1 전기삼투펌프(10-1)의 제1 전극에 양의 전압이 인가되고, 제2 전기삼투펌프(10-2)의 제1 전극에 음의 전압이 인가되면, 제6 밸브(52)와 제7밸브(53)가 열리고, 제5 밸브(51)와 제8 밸브(54)는 닫힌다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ①의 방향(점선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
제1 전기삼투펌프(10-1)의 제1 전극에 음의 전압이 인가되고, 제2 전기삼투펌프(10-2)의 제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 제6 밸브(52)와 제7밸브(53)가 닫히고, 제5 밸브(51)와 제8 밸브(54)는 열린다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ②의 방향(실선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
이와 같이, 제2개의 전기삼투펌프가 흡입과 배출을 반복하면 용기(20)에 있는 이송대상유체는 유체 출력단으로 지속적으로 출력될 수 있다.
도 11은 본원 발명의 제4 실시 예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 11의 유체 펌핑 시스템은 도 10의 유체 펌핑 시스템에 비해 2개의 격리재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제3 격리재(33)는 제5이송라인(19-5) 중 제1 전기삼투펌프(10-1)의 제2 전극과 용기(20) 사이에 연결되고, 제4 격리재(34)는 제6 이송라인(19-6) 중 제2 전기삼투펌프(10-2)의 제2 전극과 용기(20) 사이에 연결되어 있다.
제3 격리재(33) 및 제4 격리재(34)는 용기(20)를 통해 배출되는 이송대상유체가 제1 및 제2 전기삼투펌프(10-1, 10-2)로 유입되지 않도록 분리할 수 있다.
제1 전기삼투펌프(10-1)의 제1 전극에 양의 전압이 인가되고, 제2 전기삼투펌프(10-2)의 제1 전극에 음의 전압이 인가되면, 제5 밸브(51)와 제6밸브(52)가 열리고, 제7 밸브(53)와 제8 밸브(54)는 닫힌다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ①의 방향(점선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
제1 전기삼투펌프(10-1)의 제1 전극에 음의 전압이 인가되고, 제2 전기삼투펌프(10-2)의 제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 제5 밸브(51)와 제6밸브(52)가 닫히고, 제7 밸브(53)와 제8 밸브(54)는 열린다. 그러면, 이송대상유체는 용기(20)로부터 ②의 방향(실선 화살표 방향)으로 이동하게 된다.
이와 같이, 제2개의 전기삼투펌프가 흡입과 배출을 반복하면 용기(20)에 있는 이송대상유체는 유체 출력단으로 지속적으로 출력될 수 있다.
도 12는 본원 발명의 제5 실시 예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템은 2개의 전기삼투펌프(10-3, 10-4), 용기(20), 유체이송부(19: 19-8, 19-9, 19-10), 제8 내지 제10 밸브(61~63)을 포함한다.
제8이송라인(19-8)은 용기(20)와 유체 출력단을 연결한다.
그리고 제8이송라인(19-8)에 병렬로 제9 이송라인(19-9) 및 제10이송라인(19-10)가 형성된다.
제8 밸브(61)는 제8 이송라인(19-8) 중 용기(20)와 제3 전기삼투펌프(10-3) 사이에 장착되고, 제9밸브(62)는 제8이송라인(19-8) 중 제3전기삼투펌프(10-3)와 제4 전기삼투펌프(10-4) 사이에 장착되고, 제10밸브(63)는 제4 전기삼투펌프(10-4)와 유체 출력단 사이에 장착된다.
제9이송라인(19-9)의 일단은 제3 전기삼투펌프(10-3)에 연결되어 있고 타단은 제8이송라인(19-8)과 연결되어 있다.
제10 이송라인(19-10)의 일단은 제4 전기삼투펌프(10-4)에 연결되어 있고 타단은 제8이송라인(19-8)과 연결되어 있다.
이때, 본 발명에서는 제3 전기삼투펌프(10-3)의 유속이 제4 전기삼투펌프(10-4)의 유속보다 대략 2배가 빠르도록 설정한다.
그러면, 제4전기삼투펌프(10-4)에서 일정양의 유체가 배출되고 제4전기삼투펌프(10-4)가 흡입할 때 2배의 용량을 가진 제3 전기삼투펌프(10-3)가 정방향으로 동작되어 제4 전기삼투펌프(10-4)를 채우며 절반이 배출된다. 이를 반복하면 일정량의 유체가 지속적으로 배출되는 효과를 얻을 수 있다.
도 13은 본원 발명의 제6 실시 예에 따른 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템의 구성도이다.
도 13의 유체 펌핑 시스템은 도 12의 유체 펌핑 시스템에 비해 2개의 격리재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
제5 격리재(35)는 제9 이송라인(19-9) 중 제3 전기삼투펌프(10-3)과 제9밸브(61) 사이에 연결되고, 제6 격리재(36)는 제10 이송라인(19-10) 중 제4 전기삼투펌프(10-4)와 제10밸브(62) 사이에 연결된다.
제5격리재(35)및 제6격리재(36는 용기(20)를 통해 배출되는 이송대상유체가 제3 전기삼투펌프(10-3) 및 제4 전기삼투펌프(10-4)로 유입되지 않도록 분리할 수 있다.
본원 발명의 제6실시 예에서는 제3 전기삼투펌프(10-3)의 유속이 제4 전기삼투펌프(10-4)의 유속보다 대략 2배 빠르도록 설정한다.
그러면, 제4전기삼투펌프(10-4)에서 일정양의 유체가 배출되고 제4전기삼투펌프(10-4)가 흡입할 때 2배의 용량을 가진 제3 전기삼투펌프(10-3)가 정방향으로 동작되어 제4 전기삼투펌프(10-4)를 채우며 절반이 배출된다. 이를 반복하면 일정량의 유체가 지속적으로 배출되는 효과를 얻을 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 이송대상유체가 저장되어 있는 용기,
    상기 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인,
    제1 전극은 상기 제1 이송라인에 연결되고, 제2 전극은 상기 제2 이송라인에 연결되는 전기삼투펌프,
    상기 제1 이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제1 밸브,
    상기 제2 이송라인 중 상기 용기와 상기 전기삼투펌프 사이에 장착되는 제2 밸브,
    상기 전기삼투펌프의 제1 전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제3이송라인,
    상기 전기삼투펌프의 제2전극과 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인,
    상기 제3 이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제3 밸브, 및
    상기 제4 이송라인 중 상기 전기삼투펌프와 유체 출력단 사이에 장착되는 제4 밸브를 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기삼투펌프는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압의 극성을 교번하여 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제4 밸브의 개폐는 동일하게 동작하고, 상기 제2 밸브와 상기 제3 밸브의 개폐는 동일하게 동작하며, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개폐는 상호 반대로 동작하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 제1 밸브는 열리고 상기 제2 밸브는 닫히는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 제1 밸브는 닫히고 상기 제2 밸브는 열리는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  6. 이송대상유체가 저장되어 있는 용기,
    상기 용기로부터 병렬 연결되어 있는 제1 이송라인 및 제2 이송라인,
    제1 전극은 상기 제1 이송라인에 연결되고, 제2 전극은 상기 제2이송라인에 연결되는 전기삼투펌프,
    상기 전기삼투펌프의 제1 전극에 연결되는 제1 격리재,
    상기 전기삼투펌프의 제2 전극에 연결되는 제2 격리재,
    상기 제1 이송라인 중 상기 용기와 상기 제1 격리재 사이에 장착되는 제1 밸브
    상기 제2 이송라인 중 상기 용기와 상기 제2 격리재 사이에 장착되는 제2 밸브,
    상기 제1 격리재와 유체 출력단 사이를 연결하는 제3 이송라인,
    상기 제2 격리재와 상기 유체 출력단 사이를 연결하는 제4 이송라인,
    상기 제3 이송라인 중 상기 제1 격리재와 상기 유체 출력단 사이에 장착되는 제3 밸브, 및
    상기 제4 이송라인 중 상기 제2 격리재와 상기 유체 출력단 사이에 장착되는 제4 밸브를 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 격리재 및 제2 격리재는 상기 제1 이송라인과 상기 제2 이송라인을 통해 이동하는 상기 이송대상유체를 분리하며, 오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 등과 같이 상기 전기삼투펌프의 펌핑력을 외부로 전달할 수 있는 부재로 이루어질 수 있는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전기삼투펌프는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전압의 극성을 교번하여 공급하는 전원 공급부를 더 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 밸브와 상기 제3밸브의 개폐는 동일하게 동작하고, 상기 제2 밸브와 상기 제4밸브의 개폐는 동일하게 동작하며, 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 개폐는 상호 반대로 동작하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 제1 밸브는 열리고 상기 제2 밸브는 닫히는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 제1 밸브는 닫히고 상기 제2밸브는 열리는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  12. 제1 및 제2 전기삼투펌프,
    상기 제1 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제5이송라인,
    상기 제2 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제6이송라인,
    상기 제5이송라인과 상기 제6 이송라인을 연결하는 제7 이송라인,
    상기 제7 이송라인에 장착되며 이송대상유체가 저장되어 있는 용기,
    상기 제7 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제5밸브,
    상기 제5이송라인에 중 상기 제5 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제6밸브,
    상기 제7 이송라인 중 상기 제2전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제7밸브, 및
    상기 제6 이송라인 중 상기 제7밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제8밸브를 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제5 밸브와 상기 제8밸브의 개폐는 동일하게 동작하고, 상기 제6 밸브와 상기 제7밸브의 개폐는 동일하게 동작하며, 상기 제5 밸브와 상기 제6 밸브의 개폐는 상호 반대로 동작하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전기삼투펌프의 제1 전극에 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 전기삼투펌프의 제1 전극에 음의 전압이 인가되면, 상기 6 밸브는 열리고 상기 제5 밸브는 닫히는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1전기삼투펌프의 제1 전극에 음의 전압이 인가되고, 상기 제2 전기삼투펌프의 제1전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 6밸브는 닫히고 상기 제5밸브는 열리는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  16. 제1 및 제2 전기삼투펌프,
    상기 제1 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제5이송라인,
    상기 제2 전기삼투펌프와 유체 출력단을 연결하는 제6이송라인,
    상기 제5이송라인과 상기 제6 이송라인을 연결하는 제7 이송라인,
    상기 제7 이송라인에 장착되며 이송대상유체가 저장되어 있는 용기,
    상기 제7 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제5밸브,
    상기 제5이송라인에 중 상기 제5 밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제6밸브,
    상기 제7 이송라인 중 상기 제2전기삼투펌프와 상기 용기 사이에 장착되는 제7밸브,
    상기 제6 이송라인 중 상기 제7밸브와 유체 출력단 사이에 장착되는 제8밸브,
    상기 제5 이송라인 중 상기 제1 전기삼투펌프와 상기 제5밸브 사이에 장착되는 제3격리재, 및
    상기 제6 이송라인 중 상기 제2전기삼투펌프와 상기 제7밸브 사이에 장착되는 제4 격리재를 포함하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 격리재 및 제 4 격리재는 상기 제5 이송라인과 상기 제6 이송라인을 통해 상기 제1 전기삼투펌프 및 제2 전기삼투펌프로 상기 이송대상유체가 유입되는 것을 분리하며, 오일, 다이아프램, 고분자막, 슬라이더 등과 같이 상기 전기삼투펌프의 펌핑력을 외부로 전달할 수 있는 부재로 이루어질 수 있는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제5 밸브와 상기 제6밸브의 개폐는 동일하게 동작하고, 상기 제7 밸브와 상기 제8밸브의 개폐는 동일하게 동작하며, 상기 제5 밸브와 상기 제7 밸브의 개폐는 상호 반대로 동작하는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전기삼투펌프의 제1 전극에 양의 전압이 인가되고, 상기 제2 전기삼투펌프의 제1 전극에 음의 전압이 인가되면, 상기 5 밸브는 열리고 상기 제7 밸브는 닫히는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전기삼투펌프의 제1 전극에 음의 전압이 인가되고, 상기 제2 전기삼투펌프의 제1전극에 양의 전압이 인가되면, 상기 제5밸브는 닫히고 상기 제7밸브는 열리는 전기삼투펌프를 이용한 유체 펌핑 시스템.
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