WO2020040519A1 - 전기 삼투압 펌프 - Google Patents

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WO2020040519A1
WO2020040519A1 PCT/KR2019/010558 KR2019010558W WO2020040519A1 WO 2020040519 A1 WO2020040519 A1 WO 2020040519A1 KR 2019010558 W KR2019010558 W KR 2019010558W WO 2020040519 A1 WO2020040519 A1 WO 2020040519A1
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WO
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space
fluid
shaft
housing
membrane
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PCT/KR2019/010558
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English (en)
French (fr)
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김재진
송용철
김승하
박대종
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이오플로우(주)
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Priority to JP2021509784A priority patent/JP7157241B2/ja
Priority to CN202310711427.1A priority patent/CN116726305A/zh
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14224—Diaphragm type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M5/00—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests
    • A61M5/14—Infusion devices, e.g. infusing by gravity; Blood infusion; Accessories therefor
    • A61M5/142—Pressure infusion, e.g. using pumps
    • A61M5/14212—Pumping with an aspiration and an expulsion action
    • A61M5/14216—Reciprocating piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid

Definitions

  • the present invention relates to an electroosmotic pump, and more particularly to an electroosmotic pump using a fluid.
  • Diabetes is a disease based on metabolic abnormalities caused by the lack of insulin, one of the hormones secreted by interest.
  • Diabetics can use the method of injecting insulin into the human body as one of the active methods.
  • Insulin infusion devices can be used to allow insulin to be injected into the body to suit the blood sugar change of the patient.
  • a mechanism for driving a drug injection device such as an insulin injection device
  • various kinds of driving members such as a motor or a pump may be used.
  • the present invention relates to a drive member, and provides a pump capable of fine pumping using a fluid.
  • these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
  • the housing having a shaft hole; A membrane disposed between the first space disposed in a direction away from the shaft hole and the second space adjacent to the shaft hole; First and second electrode bodies disposed at both sides of the membrane; A shaft extending out of the housing through the shaft hole; And a first fluid provided in an inner space of the housing.
  • the shaft may reciprocate in a first direction from the first space toward the second space and in a second direction opposite to the first direction.
  • the volume of the first fluid may be smaller than the volume of the internal space.
  • the first fluid is provided in the first space and the second space, respectively, the volume of the first fluid present in the first space can be formed smaller than the volume of the first space. have.
  • the first space includes a first sub space and a second sub space occupied by the first fluid
  • the reciprocating motion of the shaft is a volume ratio occupied by the second sub space among the first spaces.
  • the first fluid may be a liquid and the second fluid may be a gas.
  • the housing including a shaft hole on one side; A shaft extending out of the housing through a shaft hole; A membrane disposed in an inner space defined by the inner side of the housing and the shaft; A first electrode body disposed on the first side of the membrane; A second electrode body disposed on a second side of the membrane opposite to the first side; And an fluid provided in the inner space.
  • the inner space includes a first space and a second space located on both sides of the membrane, the fluid includes a first fluid provided in the first space, the first The volume of the first fluid provided in the space may be smaller than the volume of the first space.
  • the housing having a shaft hole; A membrane disposed between the first space disposed in the direction away from the shaft hole and the second space disposed in the direction adjacent to the shaft hole; First and second electrode bodies disposed on both sides of the membrane; A shaft extending in an outward direction of the housing through the shaft hole; A deformable part communicating with one side of the housing in which the first space is formed and having a third space connected to the first space, the shape being deformable; And a first fluid provided in the inner space of the housing.
  • the first fluid may be a liquid
  • the second fluid may be a gas
  • the pressure of the fluid can be used to finely control the reciprocating movement of the shaft.
  • the elastic deformation of the deformable portion allows precise control of the forward or backward movement of the shaft.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG.
  • 3A and 3B are schematic diagrams showing reactions in first and second electrode bodies centered on a membrane as an embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a reciprocating motion of a shaft according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a graph showing a ratio of the volume VSS2 of the second subspace to the volume VS1 of the first space according to the reciprocating motion of the shaft.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B are cross-sectional views taken along line XX 'of FIG. 7.
  • FIGS. 9A and 9B are schematic diagrams illustrating a reaction in first and second electrode bodies centering on a membrane according to embodiments of the present invention.
  • 10A to 10C are cross-sectional views illustrating the reciprocating motion of the shaft.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG.
  • the housing 110 of the electroosmotic pump (hereinafter, referred to as a 'pump') 100 includes a shaft hole 112H provided at one side thereof, and through the shaft hole 112H.
  • a shaft 120 having a predetermined length may extend to the outside of the housing 110.
  • the shaft hole 112H may be formed in the protrusion 112 extending to one side with respect to the body 111 of the housing 110, the diameter of the protrusion 112 is larger than the diameter of the body 111 It can be formed small.
  • the first portion 121 of the shaft 120 is disposed inside the housing 110, and the second portion 122 extends outside the housing 110 through the shaft hole 112H as described above.
  • the shaft 120 may reciprocate along the vertical direction (z direction) in FIGS. 1 and 2.
  • the first portion 121 may linearly reciprocate in an inner space of the housing 110, for example, an inner space corresponding to the protrusion 112. Since the diameter R1 of the first portion 121 of the shaft 120 is larger than the diameter R3 of the shaft hole 112H, the first portion 121 does not fall out of the housing 110.
  • the second portion 122 of the shaft 120 has a diameter R2 smaller than the diameter R3 of the shaft hole 112H, which prevents the second portion 122 from falling out of the shaft hole 112H.
  • the second portion 122 may be coupled to the movement controller 130 disposed outside the housing 110.
  • the sealing member 125 may be disposed on the side surface of the first portion 121 of the shaft 120.
  • the space defined by the inner space of the housing 110, for example, the inner surface of the housing 110 and the inner surface of the shaft 120 is a sealed space, and there is a fluid in the inner space, and the sealing material 125 is formed of the housing ( It is possible to prevent the fluid from leaking (leakage) into the gap between the 110 and the shaft 120.
  • the fluid is omitted for convenience of description.
  • the sealing member 125 may cover the side surface of the first portion 121 in the form of an O-ring, and the interior of the housing 110 may be formed by the sealing member 125. It is possible to prevent the fluid present in the leak (leakage) to the outside of the housing 110 through the shaft hole (112H). The leakage of the fluid is more effectively by forming the first distance D1 from the first portion 121 of the shaft 120 to the movement controller 130 to be smaller than or equal to the inner length D2 of the protrusion 112. Can be prevented.
  • the membrane 140 may be disposed in an inner space of the housing 110, for example, an inner space corresponding to the main body 111.
  • the internal space includes a first space S1 and a second space S2 positioned on both sides of the membrane 140, respectively.
  • the space far from the shaft 120 with respect to the membrane 140 is the first space S1
  • the space adjacent to the shaft 120 with respect to the membrane 140 is represented as the second space S2. .
  • the membrane 140 may have a porous structure in which fluid and ions can move.
  • the membrane 140 may be, for example, a frit-type membrane prepared by calcining spherical silica with heat.
  • the spherical silica used to form the membrane may be a diameter of about 20 nm to about 500 nm, specifically, may be a diameter of about 30 nm to about 300 nm, more specifically about 40 It may have a diameter of nm to about 200 nm.
  • the diameter of the spherical silica satisfies the above-described range, it is possible to generate a pressure by the first fluid passing through the membrane 140, that is, a pressure sufficient to move the shaft 120.
  • the membrane 140 has been described as including spherical silica, but the membrane 140 is not limited thereto. In another embodiment, the membrane 140 is not limited as long as it is a material capable of causing an electrokinetic phenomenon due to zeta potential, such as porous silica or porous alumina.
  • Membrane 140 may have a thickness of about 20 ⁇ m to about 10 mm, specifically about 300 ⁇ m to about 5 mm, and more specifically about 1,000 ⁇ m to about 4 mm Can have.
  • the first electrode body 150 and the second electrode body 160 are disposed on both sides of the membrane 140, respectively.
  • the first electrode body 150 may include a first porous plate 151 and a first electrode strip 152 disposed on the first side of the membrane 140.
  • the second electrode body 160 may include a second porous plate 161 and a second electrode strip 162 disposed on the second side of the membrane 140.
  • the first and second porous plates 151 and 161 may be arranged to contact both main surfaces of the membrane 140, respectively.
  • the first and second porous plates 151 and 161 may effectively move the fluid and the ions through the porous structure.
  • the first and second porous plates 151 and 161 may have a structure in which an electrochemical reactant is formed on the porous base layer.
  • the electrochemical reactants can be formed by electrodeposition or coating on the porous base layer, for example, by methods such as electroless plating, vacuum deposition, coating, sol-gel processes, and the like.
  • the porous base layer can be an insulator.
  • the porous base layer may include one or more selected from non-conductive ceramics, non-conductive polymer resins, non-conductive glass, and combinations thereof.
  • the non-conductive ceramic may include, for example, one or more selected from the group consisting of rock wool, gypsum, porcelain, cement and combinations thereof, and specifically, one or more selected from the group consisting of rock wool, gypsum and combinations thereof. It may include, but is not limited thereto.
  • Non-conductive polymer resins include, for example, synthetic fibers such as those selected from the group consisting of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyacrylonitrile and combinations thereof; Natural fibers such as those selected from the group consisting of wool, cotton and combinations thereof; sponge; Porous materials derived from living organisms such as bones of living organisms; And one or more selected from the group consisting of a combination thereof, but is not limited thereto.
  • the non-conductive glass may include one or more selected from the group consisting of glass wool, glass frit, porous glass, and combinations thereof, but is not limited thereto.
  • the porous base layer may have a pore size of about 0.1 ⁇ m to about 500 ⁇ m, specifically, a pore size of about 5 ⁇ m to about 300 ⁇ m, and more specifically about 10 ⁇ m to about 200 ⁇ m May have a size.
  • the pore size of the porous support satisfies the above-mentioned range, the fluid and the ions can be effectively moved to improve stability and lifespan characteristics and efficiency of the pump 100.
  • the electrochemical reactant may have a pair of reactions in which an oxidation electrode and a reduction electrode exchange cations such as hydrogen ions at the time of electrode reaction of the first and second electrode bodies 150 and 160, and at the same time, reversible electrochemistry. It may include substances that may constitute a reaction. Electrochemical reactants include, for example, silver / silver oxide, silver / silver chloride, MnO (OH), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polythionine, quinone-based polymers (quinone-) based polymer) and combinations thereof.
  • the first and second strips 152 and 162 may be disposed at edges of the first and second porous plates 151 and 161 and the first and second terminals 153 and 163 outside the housing 110. It can be connected with.
  • the first and second strips 152 and 162 may include a conductive material such as silver and copper.
  • the fluid provided in the inner space of the housing 110 may include a first fluid and a second fluid having different phases.
  • the first fluid may comprise a liquid such as water and the second fluid may comprise a gas such as air.
  • the first fluid present in the interior space does not entirely fill the interior space. That is, the volume of the inner space is larger than the volume of the first fluid existing in the inner space.
  • the second fluid is present in the portion of the inner space where no water is present.
  • the sealing material 170 is disposed on both sides of the structure of the membrane 140, the first electrode body 150, and the second electrode body 160.
  • the sealing member 170 may have an annular shape having an area corresponding to the edge of the structure described above.
  • the above-described fluid for example, the first fluid, is moved from the first space S1 to the second space S2 or vice versa along the thickness direction of the membrane 140 so as to pass through the membrane 140.
  • 170 may block a gap between the inner surface of the housing 110 and the above-described structure to prevent liquid from moving to this gap.
  • Fluid may be introduced into the internal space through the inlet 180 as shown in FIG. In one embodiment, by filling the first fluid in the internal space as a whole through the inlet 180 on both sides, and after removing a portion of the first fluid to the outside through any one of the inlet 180, by closing the inlet 180, The first fluid and the second fluid may be present in the interior space of the housing 1100.
  • 3A and 3B are schematic diagrams showing the reaction in the first and second electrode bodies centered on the membrane.
  • the first electrode body 150 and the second electrode body 160 are electrically connected to the power supply unit 200 through the first and second terminals 153 and 163, respectively.
  • the moving direction of a liquid such as water can be changed.
  • the first electrode body 150 is an oxide electrode and the second electrode body 160 is a reduction electrode
  • Ag (s) + H 2 O ⁇ Ag in the first electrode body 150 As shown in FIG. 3A, when the first electrode body 150 is an oxide electrode and the second electrode body 160 is a reduction electrode, Ag (s) + H 2 O ⁇ Ag in the first electrode body 150.
  • the reaction of 2 O (s) + 2H + + 2e ⁇ occurs, and the reaction of Ag 2 O (s) + 2H + + 2e ⁇ ⁇ Ag (s) + H 2 O occurs in the second electrode body 160.
  • the cations (Mn +, eg, hydrogen ions) generated by the oxidation reaction in the first electrode body 150 move through the membrane 140 toward the second electrode body 160 by the voltage difference.
  • a predetermined pressure may occur while the water (H 2 O) moves together.
  • the electrochemical reactants previously consumed when the anode is used as the anode are recovered when the cathode is used.
  • the first and second electrode bodies 150 and 160 may continuously react with the supply of the voltage of the power supply unit 200.
  • positive ions (Mn +, for example, hydrogen ions) and water (H 2 O) are removed.
  • the second space S2 is moved back to the first space S1.
  • FIG. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating the reciprocating motion of the shaft.
  • 4A is a state before movement of the shaft and
  • FIG. 4B is a state after movement of the shaft.
  • FIG. 4A may be understood as a state before voltage is applied to the first and second electrode bodies 150 and 160 by the power supply unit 200 described with reference to FIG. 3A.
  • a first fluid of a liquid such as water exists in an inner space of the housing 110, but a volume of the first fluid existing in the inner space is smaller than that of the inner space.
  • the second fluid containing a gas such as air is present in a portion of the inner space where no liquid is present.
  • a first fluid exists in each of the first and second spaces S1 and S2, and a first fluid and a second fluid coexist in the first space S1 and exist in the first space S1.
  • the volume of the fluid may be smaller than the volume of the first space S1.
  • the first fluid exists in the second space S2, but unlike the first space S1, the second fluid does not exist.
  • a space in which the first fluid as a liquid exists in the first space S1 is called a first sub space SS1
  • a space in which a second fluid as a gas exists is referred to as a second sub space ( SS2).
  • the first sub space SS1 and the second sub space SS2 may form the first space S1.
  • the rest of the first space S1 except for the first sub space SS1 may be the second sub space SS2.
  • the volume ratio of the first sub space (SS1) to the volume of the first space (S1) decreases.
  • the ratio of the second sub space SS2 to the first space S1 increases.
  • the power supply unit 200 supplies the first and second electrode bodies 150 and 160 by changing the polarity of the voltage as described with reference to FIG. 3B in the state of FIG. 4B, positive ions (eg, hydrogen ions) and the first fluid are supplied. (Eg, water) moves along the second direction (Z direction in FIG. 4) from the second space S2 toward the first space S1, and the shaft 120 is again shown in FIG. 4A. Move to the original position.
  • positive ions eg, hydrogen ions
  • the first fluid Eg, water
  • Z direction in FIG. 4 moves along the second direction (Z direction in FIG. 4) from the second space S2 toward the first space S1, and the shaft 120 is again shown in FIG. 4A. Move to the original position.
  • the shaft 120 moves in the first direction and then in the second direction opposite to the first direction. And then move back and forth in the first direction.
  • the reciprocating motion of the shaft 120 may be described as a change depending on the volume ratio of the space in which the second fluid exists, that is, the second sub space SS2 in the first space S1.
  • FIG. 5 is a graph showing a ratio of the volume VSS2 of the second subspace to the volume VS1 of the first space according to the reciprocating motion of the shaft.
  • the ratio Ratio in the forward stroke of the shaft 120, that is, in the movement in the first direction increases to " B " A ⁇ B, where A is greater than 0 and B is less than 1.
  • the ratio Ratio decreases from B to A, but the ratio does not become smaller than A.
  • the ratio (Ratio) is smaller than A during the retraction stroke, the fluid is leaked while the shaft 120 enters the inside of the housing 110 more or the internal space of the housing 110, which is an enclosed space, is released. Problems may occur.
  • the pump 100 described with reference to FIGS. 4A and 4B may be an assembly of each component (main body, sealing material, etc.) in a state where the piston 120 is relatively retracted. In another embodiment, the pump 100 may be to assemble each component (main body, sealing material, etc.) in a state where the piston 120 is relatively advanced.
  • the second fluid eg, air
  • the second fluid eg, air
  • a predetermined force may be stored in the second fluid, and this force may act on the piston 120.
  • Precise control of the advancing and retracting strokes of the piston 120 can affect the amount of drug injected in the drug injection device in which the pump 100 is used.
  • the forward and backward strokes of the piston 120 can be designed, for example, in view of the forces described above.
  • a method of removing the force stored in the second fluid may be used. For example, as shown in FIG. 6, a hole 111H may be formed in the main body 111, and the outside and the inside of the pump 100 may be separated by the breathable film 190.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a pump according to another embodiment of the present invention.
  • the pump illustrated in FIG. 6 may have a structure similar to that of the pump described above with reference to FIGS. 1 to 5, and may further include a breathable film 190.
  • the main body 111 includes a first sub-body 111A and a second sub-body 111B.
  • the first and second subs 111A and 111B are coupled to each other with the membranes 140 interposed therebetween.
  • Such a structure may be equally applied to the above-described embodiment described with reference to FIGS. 1 to 4B.
  • the main body 111 may include a hole 111H.
  • the hole 111H is located opposite the second sub-body 111B which accommodates the shaft 120 with the membrane 140 in the center.
  • the hole 111H may be formed in the first sub-body 111A.
  • the hole 111H is covered with the breathable film 190. Therefore, the second sub space SS2 is not spatially connected to the external space by the breathable film 190.
  • the breathable film 190 may be formed at a position corresponding to the center of the first space S1. 6 illustrates that a pair of holes 111H and a breathable film 190 are provided, but in another embodiment, the holes 111H and a corresponding breathable film 190 may be provided in a plurality of pairs. Alternatively, one breathable film 190 may be provided for the plurality of holes 111H, in which case the breathable film 190 may have one side surface (the upper surface in FIG. 6) of the first sub-body 111A. It may have an area that can be covered as a whole.
  • the breathable film 190 blocks the liquid and passes the gas, and the first fluid (eg, water) of the pump 100 does not pass through the breathable film 190.
  • the breathable film 190 may use, for example, Tyvek® from DuPont.
  • the second fluid inside the pump 100 or the outside air may pass through the breathable film 190, in which case the force is prevented from being stored in the second fluid when the piston 120 is moved forward and backward. can do.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an electroosmotic pump according to another embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B are cross-sectional views taken along line XX 'of FIG. 7.
  • 9A and 9B are schematic diagrams illustrating a reaction in first and second electrode bodies centering on a membrane according to embodiments of the present invention.
  • 10A to 10C are cross-sectional views illustrating the reciprocating motion of the shaft.
  • the pump 100 includes a housing 110, a shaft 120, a membrane 140, a first electrode body 150, and a first electrode body 150.
  • the second electrode body 160, the deformable part 191, and the first fluid may be included.
  • FIGS. 10B and 10C are cross-sectional views illustrating the reciprocating motion of the shaft.
  • 4A is a state before movement of the shaft
  • FIGS. 10B and 10C are states after movement of the shaft.
  • FIG. 4A may be understood as a state before voltage is applied to the first and second electrode bodies 150 and 160 by the power supply unit 200 described with reference to FIG. 9A.
  • a first fluid of a liquid such as water exists in an inner space of the housing 110, but a volume of the first fluid existing in the inner space is smaller than that of the inner space.
  • the second fluid may be present in the third space S3, which is an inner space of the deformation part 191 communicating with the first space S1, specifically, the second sub space SS2. have.
  • the deformable part 191 communicates with one side (upper reference of FIG. 10A) of the housing 110 in which the first space S1 is formed, and the deformable part 191.
  • the first space S1 and the third space S3, which is an internal space of the deformable part, may communicate with each other through the hole 111H formed in one surface (the upper surface of FIG. 10A) facing the housing 110.
  • the main body 111 includes a first sub-body 111A and a second sub-body 111B.
  • the first and second sub-bodies 111A and 111B may be coupled with the membranes 140 interposed therebetween.
  • the main body 111 specifically, the hole 111H is formed in the first sub-body 111A, and the hole 111H receives the second sub-body 111B which accommodates the shaft 120 with the membrane 140 in the center.
  • the hole 111H receives the second sub-body 111B which accommodates the shaft 120 with the membrane 140 in the center.
  • an elastic part 192 capable of elastic deformation may be formed at one side of the deformation part 191 according to another embodiment of the present invention.
  • the elastic part 192 may be formed at the center of the deformable part 191, and may be concave or convex with respect to the outer direction (the upper direction of FIG. 10A) of the deformable part 191.
  • the volume of the third space S3 may increase or decrease.
  • the elastic part 192 may be deformed according to the internal space of the deformable part 191, specifically, the internal pressure of the third space S3. Referring to FIG. 10A, a negative pressure may be formed in the third space S3.
  • the elastic part 192 may have an elastic restoring force in a direction in which the elastic part 192 is convex with respect to the outer direction of the deformation part 191 (upper direction relative to FIG. 10A).
  • a space for accommodating a second fluid such as air is secured by the third space S3.
  • the force required for the compression of the shaft 120 can be relatively reduced, and the compression is easily effected.
  • the volume ratio of the first sub space SS1 to the volume of the first space S1 decreases.
  • the ratio of the second sub space SS2 to the first space S1 increases.
  • FIGS. 10B and 10C as described in FIG. 9B, when the power supply unit 200 supplies voltages to the first and second electrode bodies 150 and 160 by changing the polarity of the voltage, positive ions (eg, hydrogen ions) are provided. And the first fluid (eg, water) move in the second direction (+ Z direction in FIG. 4) from the second space S2 toward the first space S1, and the shaft 120 is again shown in FIG. 10A. Move to the original position as shown in
  • the first fluid moves in the second direction together with the positive ions, and the deformation part 191, specifically, the elastic part.
  • the shape of 192 may be modified.
  • the elastic part 192 is deformed from the concave shape to the convex shape with respect to the outward direction of the deformable part 191, the volume of the third space S3 increases, and the movement and compression of the shaft 120 is easy. It works.
  • the deformable portion 191 when compression occurs in the first space S1 and the third space S3, the deformable portion 191, specifically, the elastic portion 192 has elastic restoring force in a convexly formed direction, thus compressing the compression. This has the effect of more easily achieved.
  • the gas when a gas is generated while the reaction in FIGS. 9A and 9B occurs, the gas may be accommodated in the third space S3, thereby providing a buffer function.
  • the deformable portion 191 communicates with the housing 110 in which the first space S1 is formed.
  • a third space S3 which is an internal space connected to the first space S1, is formed, and shape deformation is possible.
  • Deformation unit 191 may be formed of a material capable of elastic deformation, such as silicon material.
  • the deformable portion 191 may be coupled to the other side (upper reference in FIG. 8A) opposite to one side (lower reference in FIG. 8A) of the housing 110 in which the shaft 120 reciprocates with respect to the membrane 140. .
  • a hole 111H may be formed in one surface (the upper surface of FIG. 8A) facing the deformable portion 191, and the first space S1 and the third space S3 may communicate with each other. This removes the force stored in the second fluid in the first space (S1), as compared to only the first space (S1), there is an effect capable of precise control of the forward and backward strokes of the shaft (120).
  • an elastic part 192 capable of elastic deformation is formed on one side (upper reference of FIG. 10A) of the deformable part 191 according to another embodiment of the present invention, and the elastic part 192 is provided.
  • the volume of the third space S3 may be deformed.
  • a negative pressure is formed in the third space S3, and the shape of the elastic part 192 is formed to be concave based on the outer direction of the deformation part 191. Can be.
  • the fixing member 195 according to another embodiment of the present invention is coupled to the housing 110 and the deformable portion 191, deformable portion 191 ) Can be fixed on the housing 110.
  • the fixing member 195 may be in close contact with the periphery of the outer circumferential surface of the deformation part 191 and may be installed in the housing 110.
  • one surface (the upper surface of FIG. 8A) of the housing 110 facing the deformable portion 191 may protrude outward and may surround the inner circumferential surface of the deformable portion 191.
  • the sealing wall 111W may be formed to protrude.
  • the inner circumferential surface of the deformable portion 191 is in close contact with the sealing wall 111W, and the outer circumferential surface is in close contact with the fixing member 195, and the fluid accommodated in the third space S3 flows outward. Can be prevented.
  • FIG. 8B is a cross-sectional view of a pump 100 according to another embodiment of the present invention.
  • the pump illustrated in FIG. 8B has a structure similar to that of the pump described above with reference to FIGS. 5, 7, 8A, and 9A, and the housing 110 may communicate with the first space S1 and the third space S3. Covering a hole (111H) formed in the) may further include a breathable film 195 coupled to the housing (110).
  • the hole 111H according to another embodiment of the present invention may be covered with the breathable film 195. Therefore, the second sub space SS2 is not spatially connected to the third space S3, which is an inner space of the deformable portion 191, by the breathable film 195.
  • the breathable film 195 blocks the liquid and passes the gas, and the first fluid (eg, water) of the pump 100 does not pass through the breathable film 195.
  • the second fluid or the air inside the pump 100 may pass through the breathable film 195, in which case the second fluid or the air outside the third space (inner space of the deformable portion 191) S3), it is possible to prevent the force is stored in the second fluid in the forward and backward movement of the shaft 120 described above.
  • the diameter HD1 of the hole 111H of the pump 100 according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 8A is shown in FIG. 8B without the breathable film 195. It may be formed relatively larger than the diameter (HD2) of the hole (111H) of the pump 100.
  • the diameter (HD1) of the hole (111H) of the pump 100 may be formed to be the same as the diameter of the sealing wall (111W), the third space (S3) and the first There is an effect that the first fluid can flow smoothly between the space (S1).
  • the sizes of the diameters HD1 and HD2 of the holes 111H according to embodiments of the present invention may be variously formed.
  • the pump 100 may be a small pump used in a device for injecting a drug such as insulin.
  • a drug such as insulin.
  • any pump that linearly moves the shaft 120 using the same structure and mechanism as in the foregoing description is not particularly limited.
  • an electroosmotic pump is provided.
  • the embodiments of the present invention can be applied to an insulin infusion device and the like that allow insulin to be injected into the body to suit a change in blood glucose of a patient used industrially.

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Abstract

본 발명의 일 샤프트 홀을 구비하는 하우징과, 샤프트 홀에서 멀어지는 방향으로 배치된 제1공간과 샤프트 홀에 인접한 제2공간 사이에 배치되는 멤브레인과, 멤브레인을 기준으로 양 측에 배치된 제1전극체 및 제2전극체와, 샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외부로 연장된 샤프트, 및 하우징의 내부 공간에 구비되는 제1유체를 포함하는, 전기 삼투압 펌프를 개시한다.

Description

전기 삼투압 펌프
본 발명은 전기 삼투압 펌프에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 유체를 이용한 전기 삼투압 펌프에 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 장치가 사용될 수 있다.
인슐린 주입 장치와 같은 약물 주입 장치의 구동을 위한 메커니즘에는 다양한 종류의 모터나 펌프와 같은 구동부재가 사용될 수 있다. 본 발명은 구동 부재에 관한 것으로서, 유체를 이용하여 미세한 펌핑이 가능한 펌프를 제공한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의한 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예는, 샤프트 홀을 구비하는 하우징; 상기 샤프트 홀에서 멀어지는 방향으로 배치된 제1공간과 상기 샤프트 홀에 인접한 제2공간 사이에 배치되는 멤브레인; 상기 멤브레인을 기준으로 양 측에 배치된 제1전극체 및 제2전극체; 상기 샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외부로 연장된 샤프트; 및 상기 하우징의 내부 공간에 구비되는 제1유체;를 포함하는, 전기 삼투압 펌프를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 샤프트는 상기 제1공간에서 상기 제2공간을 향하는 제1방향 및 상기 제1방향의 반대인 제2방향을 따라 왕복 운동할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1유체의 체적은 상기 내부 공간의 체적보다 작게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1유체는 상기 제1공간 및 상기 제2공간에 각각 구비되고, 상기 제1공간에 존재하는 상기 제1유체의 체적은 상기 제1공간의 체적 보다 작게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1공간은 상기 제1유체가 차지하는 제1서브공간 및 제2서브공간을 포함하고, 상기 샤프트의 왕복 운동은 상기 제1공간 중에서 상기 제2서브공간이 차지하는 체적 비율에 따라 변할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2서브공간에 존재하는 제2유체를 더 포함하고,
상기 제1유체는 액체이고 상기 제2유체는 기체일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 일측에 샤프트 홀을 포함하는 하우징; 샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외부로 연장되는 샤프트; 상기 하우징의 내측면과 상기 샤프트에 의해 정의된 내부 공간에 배치되는 멤브레인; 상기 멤브레인의 제1측에 배치된 제1전극체; 상기 제1측의 반대편인 상기 멤브레인의 제2측에 배치된 제2전극체; 및 상기 내부 공간에 구비된 유체;를 포함하는 전기 삼투압 펌프를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 내부 공간은 상기 멤브레인을 중심으로 양측에 위치하는 제1공간 및 제2공간을 포함하고, 상기 유체는 상기 제1공간에 구비된 제1유체를 포함하되, 상기 제1공간에 구비된 상기 제1유체의 체적은 상기 제1공간의 체적 보다 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 샤프트 홀을 구비하는 하우징; 상기 샤프트 홀에서 멀어지는 방향으로 배치되는 제1공간과 상기 샤프트 홀에 인접하는 방향으로 배치되는 제2공간 사이에 배치되는 멤브레인; 상기 멤브레인을 기준으로 양측에 배치되는 제1전극체 및 제2전극체; 상기 샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외측 방향으로 연장 형성되는 샤프트; 상기 제1공간이 형성되는 상기 하우징의 일측에 연통되고, 상기 제1공간과 연결되는 제3공간이 형성되며, 형상 변형가능한 변형부; 및 상기 하우징의 내부 공간에 구비되는 제1유체;를 포함하는 전기 삼투압 펌프를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1공간 및 상기 제3공간에 존재하는 제2유체를 더 포함하고, 상기 제1유체는 액체이고, 상기 제2유체는 기체일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 유체의 압력을 이용하여 샤프트의 왕복 이동을 미세하게 제어할 수 있다.
또한, 변형부의 탄성 변형으로 인하여 샤프트의 전진 또는 후퇴 이동을 정확하게 제어할 수 있다.
그러나, 전술한 효과는 예시적인 것으로서 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II- II' 선에 따른 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예로서, 멤브레인을 중심으로 한 제1 및 제2전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다.
도 5는 샤프트의 왕복 운동에 따른 제1공간의 체적(VS1)에 대한 제2서브공간의 체적(VSS2)의 비율의 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펌프의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투압 펌프를 도시한 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 도 7의 X-X'선에 따른 단면도들이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인을 중심으로 한 제1, 2전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 10a 내지 도 10c는 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소들 중간에 다른 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투압 펌프의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II- II' 선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기 삼투압 펌프(이하, '펌프'라 함)(100)의 하우징(110)은 일측에 구비된 샤프트 홀(112H)을 포함하며, 샤프트 홀(112H)을 통해 소정의 길이를 갖는 샤프트(120)가 하우징(110)의 외측으로 연장될 수 있다. 일 실시예로, 샤프트 홀(112H)은 하우징(110)의 본체(111)에 대하여 일측으로 연장된 돌출부(112)에 형성될 수 있으며, 돌출부(112)의 직경은 본체(111)의 직경 보다 작게 형성될 수 있다.
샤프트(120)의 제1부분(121)은 하우징(110)의 내부에 배치되고, 제2부분(122)은 전술한 바와 같이 샤프트 홀(112H)을 지나 하우징(110)의 외부로 연장된다. 샤프트(120)는 도 1 및 도 2에서의 상하 방향(z 방향)을 따라 왕복 운동할 수 있다. 샤프트(120)의 왕복 운동시, 제1부분(121)은 하우징(110)의 내부 공간, 예컨대 돌출부(112)에 해당하는 내부 공간에서 선형적으로 왕복 운동할 수 있다. 샤프트(120)의 제1부분(121)의 직경(R1)은 샤프트 홀(112H)의 직경(R3) 보다 크기 때문에, 제1부분(121)은 하우징(110)의 외부로 빠지지 않는다.
샤프트(120)의 제2부분(122)은 샤프트 홀(112H)의 직경(R3) 보다 작은 직경(R2)을 구비하는데, 이 때 제2부분(122)이 샤프트 홀(112H)에서 빠지는 것을 방지하도록, 제2부분(122)은 하우징(110)의 외부에 배치된 이동 제어부(130)와 결합할 수 있다.
샤프트(120)의 제1부분(121)의 측면에는 실링재(125)가 배치될 수 있다. 하우징(110)의 내부 공간, 예컨대 하우징(110)의 내측면과 샤프트(120)의 내측면에 의해 정의되는 공간은 밀폐된 공간으로, 내부 공간에는 유체가 존재하며, 실링재(125)는 하우징(110)과 샤프트(120) 사이의 틈으로 유체가 누설(누출)되는 것을 방지할 수 있다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 유체를 생략하고 도시하였다.
일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 실링재(125)는 O-링의 형태로 제1부분(121)의 측면을 커버할 수 있으며, 실링재(125)에 의해 하우징(110)의 내부에 존재하는 유체가 샤프트 홀(112H)을 통해 하우징(110)의 외부로 누출(누설)되는 것을 방지할 수 있다. 유체의 누출은, 샤프트(120)의 제1부분(121)으로부터 이동 제어부(130)까지의 제1거리(D1)를 돌출부(112)의 내측 길이(D2)와 같거나 그보다 작게 형성함으로써 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.
멤브레인(140)은 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 20 nm 내지 약 500 nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 구체적으로는 약 30 nm 내지 약 300 nm의 직경을 가지는 것일 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 40 nm 내지 약 200 nm의 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 10 mm의 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 약 300 ㎛ 내지 약 5 mm의 두께를 가질 수 있고, 더욱 구체적으로는 약 1,000 ㎛ 내지 약 4 mm의 두께를 가질 수 있다.
멤브레인(140)의 양측에는 제1전극체(150)와 제2전극체(160)가 각각 배치된다. 제1전극체(150)는 멤브레인(140)의 제1측에 배치된 제1다공성 플레이트(151) 및 제1전극 스트립(152)을 포함할 수 있다. 제2전극체(160)는 멤브레인(140)의 제2측에 배치된 제2다공성 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 약300 ㎛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(100)의 안정성과 수명 특성 및 효율을 향상시킬 수 있다.
전기화학 반응 물질은, 제1 및 제2전극체(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 제2스트립(152, 162)은 제1 및 제2다공성 플레이트(151, 161)의 가장자리에 배치될 수 있으며, 하우징(110)의 외부의 제1 및 제2단자(153, 163)과 연결될 수 있다. 제1 및 제2스트립(152, 162)은 은, 구리 등과 같은 도전성 재질을 포함할 수 있다.
하우징(110)의 내부 공간에 구비된 유체는 서로 다른 상(phase)를 갖는 제1유체와 제2유체를 포함할 수 있다. 제1유체는 물과 같은 액체를 포함하고 제2유체는 공기와 같은 기체를 포함할 수 있다. 내부 공간에 존재하는 제1유체는 내부 공간을 전체적으로 채우지 않는다. 즉, 내부 공간의 체적은 내부 공간에 존재하는 제1유체의 체적 보다 크다. 내부 공간 중에서 물이 존재하지 않는 부분에는 제2유체가 존재한다.
멤브레인(140), 제1전극체(150), 및 제2전극체(160)의 구조물의 양 측에는 실링재(170)가 배치된다. 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 실링재(170)는 하우징(110)의 내측면과 전술한 구조물 사이의 틈을 막아 액체가 이 틈으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.
유체는 도 1에 도시된 바와 같은 주입구(180)를 통해 내부 공간으로 유입될 수 있다. 일 실시예로, 양측의 주입구(180)를 통해 제1유체를 내부 공간에 전체적으로 채운 후에 어느 하나의 주입구(180)를 통해 제1유체의 일부를 외부로 빼낸 후에 주입구(180)들을 폐쇄함으로써, 제1유체 및 제2유체가 하우징(1100의 내부 공간에 존재할 수 있다.
이하에서는 도 3a 및 도 5를 참조하여, 유체의 거동 및 그에 따른 샤프트의 이동에 대하여 살펴본다.
도 3a 및 도 3b는 멤브레인을 중심으로 한 제1 및 제2전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1전극체(150)와 제2전극체(160)는 각각, 제1 및 제2단자(153, 163)을 통해 전원부(200)와 전기적으로 연결된다. 전원부(200)가 공급하는 전압의 극성을 교번적으로 변경하여 공급함으로써, 물과 같은 액체의 이동 방향을 바꿀 수 있다.
일 실시예로, 은/산화은을 전기화학적 반응물질로 사용하고, 제1유체가 물을 포함하는 용액인 경우를 설명한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1전극체(150)가 산화전극이고 제2전극체(160)가 환원전극인 경우, 제1전극체(150)에서는 Ag(s) + H2O → Ag2O(s) + 2H++ 2e- 의 반응이 일어나고, 제2전극체(160)에서는 Ag2O(s) + 2H++ 2e- → Ag(s) + H2O 의 반응이 일어난다.
제1전극체(150)에서의 산화반응에 따라 생성된 양이온(Mn+, 예, 수소이온)은 전압차에 의해 멤브레인(140)을 지나 제2전극체(160)를 향해 이동하는데, 이 때 양이온과 함께 물(H2O)이 함께 이동하면서 소정의 압력이 발생할 수 있다.
이 후, 도 3b에 도시된 바와 같이 전원부(200)가 공급하는 전압의 극성을 반대로 바꾸면, 앞서 산화전극으로 사용될 때 소모되었던 전기화학적 반응물질이 환원전극으로 사용될 때 회복되며, 환원전극의 경우도 마찬가지로 회복되면서, 제1 및 제2전극체(150, 160)는 전원부(200)의 전압 공급에 따라 계속적으로 반응이 가능하다. 도 3a에서와 달리, 제1 및 제2전극체(150, 160)으로 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 4a 및 도 4b는 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다. 도 4a는 샤프트의 이동 전의 상태이고 도 4b는 샤프트의 이동 후의 상태이다. 도 4a는, 앞서 도 3a를 참조하여 설명한 전원부(200)에 의해 제1 및 제2전극체(150, 160)에 전압이 인가되기 전의 상태로 이해할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 하우징(110)의 내부 공간에는 물과 같은 액체의 제1유체가 존재하되, 내부 공간에 존재하는 제1유체의 체적은 내부 공간의 체적 보다 작다. 내부 공간 중에서 액체가 존재하지 않는 부분에는 공기와 같은 기체를 포함하는 제2유체가 존재한다.
예컨대, 제1 및 제2공간(S1, S2)에는 각각 제1유체가 존재하되, 제1공간(S1)에는 제1유체 및 제2유체 공존하면서, 제1공간(S1)에 존재하는 제1유체의 체적은 제1공간(S1)의 체적 보다 작을 수 있다. 제2공간(S2)에도 제1유체가 존재하지만, 제1공간(S1)과 달리 제2유체는 존재하지 않는다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 제1공간(S1) 중 액체인 제1유체가 존재하는 공간을 제1서브공간(SS1)이라 하고, 기체인 제2유체가 존재하는 공간을 제2서브공간(SS2)라 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 4a의 상태에서, 도 3a에서 설명한 바와 같이 전원부(200)가 제1 및 제2전극체(150, 160)에 전압을 공급하면, 도 3a를 참조하여 설명한 반응이 일어나면서 양이온(예, 수소이온)이 제1공간(S1)에서 제2공간(S2)을 향하는 제1방향(도 4에서의 -Z방향)을 따라 이동한다. 이 때, 양이온과 함께 제1공간(S1)의 제1유체(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 제1유체(예, H2O)가 제2공간(S2)로 이동하면서, 제1공간(S1)의 체적에 대한 제1서브공간(SS1)의 체적 비율은 감소하는 반면, 제1공간(S1) 중에서 제2서브공간(SS2)이 차지하는 비율은 증가한다.
반대로, 도 4b의 상태에서 도 3b에서 설명한 바와 같이 전원부(200)가 제1 및 제2전극체(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 4a에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 이동한다.
전원부(200)가 제1 및 제2전극체(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 제2유체가 존재하는 공간, 즉 제2서브공간(SS2)의 체적 비율에 따른 변화로 설명할 수 있다.
도 5는 샤프트의 왕복 운동에 따른 제1공간의 체적(VS1)에 대한 제2서브공간의 체적(VSS2)의 비율의 나타낸 그래프이다.
전원부(200)가 제1 및 제2전극체(150, 160)에 전압을 인가하기 전의 상태, 즉 펌프(100)의 구동 전의 상태에서의 제1공간(S1)의 체적에 대한 제2서브공간(SS2)의 체적의 비율(Ratio= VSS2/VS1)을 "A" 라 할 때, 샤프트(120)의 전진 행정시, 즉 제1방향으로의 이동시 비율(Ratio)은 "B"로 증가한다 (A <B, 단, A는 0 보다 크고 B는 1보다 작음).
전진했던 샤프트(120)가 제2방향으로 후퇴하는 행정에서, 전술한 비율(Ratio)은 B에서 A로 감소하나, 비율이 A 보다 더 작아지지는 않는다. 후퇴 행정시 비율(Ratio)이 A 보다 작아지는 경우, 샤프트(120)가 하우징(110)의 내측으로 더 들어오거나, 밀폐된 공간인 하우징(110)의 내부 공간의 밀폐가 해제되면서 유체가 누출되는 등의 문제가 발생될 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한 펌프(100)는, 피스톤(120)이 상대적으로 후퇴한 상태에서 각 구성요소들(본체, 실링재 등)을 조립한 것일 수 있다. 다른 실시예로, 펌프(100)는 피스톤(120)이 상대적으로 전진한 상태에서 각 구성요소들(본체, 실링재 등)을 조립한 것일 수 있다.
피스톤(120)이 전진하거나 후퇴하는 경우, 제2서브공간(SS2)에 존재하는 제2유체(예, 공기)는 약간(slightly) 압축되거나 약간 팽창할 수 있다. 제2유체의 압축이나 팽창에 따라 소정의 힘이 제2유체에 저장될 수 있으며, 이 힘은 피스톤(120)에 작용할 수 있다. 피스톤(120)의 전진 및 후퇴 행정의 정확한 제어는 펌프(100)가 사용되는 약물 주입 장치에서 약물의 주입량에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 피스톤(120)의 전진과 후퇴 행정은 예컨대 전술한 힘도 고려하여 설계될 수 있다. 또는, 피스톤(120)의 전진과 후퇴 행정의 정확한 제어를 위해, 제2유체에 저장되는 힘을 제거하는 방법을 사용할 수 있다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 본체(111)에 홀(111H)을 형성하고 통기성 필름(190)으로 외부와 펌프(100)의 내부를 분리할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 펌프의 단면도이다. 도 6에 도시된 펌프는 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 펌프와 유사한 구조를 가지되, 통기성 필름(190)을 더 포함할 수 있다.
본체(111)는 제1서브-본체(111A) 및 제2서브-본체(111B)를 포함한다. 제1 및 제2서브(111A, 111B)는 멤브레인(140)들을 사이에 개재한 채 결합하며, 이와 같은 구조는 앞서 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한 실시예에서도 동일하게 적용될 수 있다.
본체(111)는 홀(111H)을 포함할 수 있다. 홀(111H)은 멤브레인(140)을 가운데 두고 샤프트(120)를 수용하는 제2서브-본체(111B)의 반대편에 위치한다. 예컨대, 홀(111H)은 제1서브-본체(111A)에 형성될 수 있다.
홀(111H)은 통기성 필름(190)으로 커버된다. 따라서, 제2서브공간(SS2)은 통기성 필름(190)에 의해 외부 공간과 공간적으로 연결되지 않는다. 통기성 필름(190)은 제1공간(S1)의 중심과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 도 6에는 홀(111H)과 통기성 필름(190)이 한 쌍 구비된 것을 설명하였으나, 다른 실시예에서 홀(111H) 및 그와 대응하는 통기성 필름(190)이 복수의 쌍으로 구비될 수 있다. 또는, 복수의 홀(111H)에 대하여 하나의 통기성 필름(190)이 구비될 수 있으며, 이 경우 통기성 필름(190)은 제1서브-본체(111A)의 일 측면(도 6에서의 상면)을 전체적으로 커버할 수 있을 정도의 면적을 가질 수 있다.
통기성 필름(190)은 액체는 차단하고 기체를 통과시키는 막으로서, 펌프(100)의 제1유체(예, 물)은 통기성 필름(190)을 통과하지 않는다. 예컨대, 통기성 필름(190)은 예컨대, 듀폰사의 타이벡(tyvek®)을 사용할 수 있다. 반면, 펌프(100) 내부의 제2유체 또는 외부의 공기는 통기성 필름(190)을 통과할 수 있으며, 이 경우 전술한 피스톤(120)의 전진과 후퇴시 힘이 제2유체에 저장되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)의 구성, 작동원리 및 효과에 관하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 삼투압 펌프를 도시한 사시도이다. 도 8a 및 도 8b는 도 7의 X-X'선에 따른 단면도들이다. 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 멤브레인을 중심으로 한 제1, 2전극체에서의 반응을 나타낸 모식도이다. 도 10a 내지 도 10c는 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다.
도 5, 도 7 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)는 하우징(110), 샤프트(120), 멤브레인(140), 제1전극체(150), 제2전극체(160), 변형부(191), 제1유체를 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 10c 는 샤프트의 왕복 운동을 설명하는 단면도들이다. 도 4a는 샤프트의 이동 전의 상태이고 도 10b, 도 10c는 샤프트의 이동 후의 상태이다. 도 4a는, 앞서 도 9a를 참조하여 설명한 전원부(200)에 의해 제1 및 제2전극체(150, 160)에 전압이 인가되기 전의 상태로 이해할 수 있다.
도 4a를 참조하면, 하우징(110)의 내부 공간에는 물과 같은 액체의 제1유체가 존재하되, 내부 공간에 존재하는 제1유체의 체적은 내부 공간의 체적 보다 작다. 내부 공간 중에서 액체가 존재하지 않는 부분, 구체적으로 하우징(110)의 제1공간(S1) 및 변형부(191)의 내부 공간인 제3공간(S3)에는 공기와 같은 기체를 포함하는 제2유체가 존재한다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 제2유체는 제1공간(S1), 구체적으로 제2서브공간(SS2)와 연통되는 변형부(191)의 내부 공간인 제3공간(S3)에 존재할 수 있다.
도 10a의 상태에서, 도 9a에서 설명한 바와 같이 전원부(200)가 제1 및 제2전극체(150, 160)에 전압을 공급하면, 도 9a를 참조하여 설명한 반응이 일어나면서 양이온(예, 수소이온)이 제1공간(S1)에서 제2공간(S2)을 향하는 제1방향(도 10b에서의 -Z방향)을 따라 이동한다.
이 때, 양이온과 함께 제1공간(S1)의 제1유체(예, H2O)이 멤브레인(140)을 지나 제1방향(도 10b에서의 -Z방향)을 따라 이동하면서 압력이 생성되며, 압력에 의해 도 10b에 도시된 바와 같이 샤프트(120)가 제1방향을 따라 선형적으로 이동한다.
도 10a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형부(191)는 제1공간(S1)이 형성되는 하우징(110)의 일측(도 10a 기준 상측)에 연통되고, 변형부(191)와 마주보는 하우징(110)의 일면(도 10a 기준 상면)에 형성되는 홀(111H)을 통해서 제1공간(S1)과 변형부의 내부 공간인 제3공간(S3)이 연통될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 본체(111)는 제1서브-본체(111A) 및 제2서브-본체(111B)를 포함한다. 제1 및 제2서브-본체(111A, 111B)는 멤브레인(140)들을 사이에 개재한 채 결합할 수 있다.
본체(111), 구체적으로 홀(111H)은 제1서브-본체(111A)에 형성되며, 홀(111H)은 멤브레인(140)을 가운데 두고 샤프트(120)를 수용하는 제2서브-본체(111B)의 반대편에 위치한다.
도 10a, 도 10b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형부(191)의 일측에는 탄성 변형이 가능한 탄성부(192)가 형성될 수 있다. 탄성부(192)는 변형부(191)의 중앙부에 형성될 수 있으며, 변형부(191)의 외측 방향(도 10a 기준 상측 방향)에 대하여 오목하게 형성되거나, 볼록하게 형성될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 탄성부(192)의 형상이 변형됨에 따라 제3공간(S3)의 체적이 증가하거나 감소할 수 있다.
탄성부(192)는 변형부(191)의 내부 공간, 구체적으로 제3공간(S3)의 내부 압력에 따라 형상이 변형될 수 있다. 도 10a를 참조하면, 제3공간(S3)에는 음압(negative pressure)이 형성될 수 있다.
탄성부(192)는 변형부(191)의 외측 방향(도 10a 기준 상측 방향)에 대하여 볼록하게 형성되는 방향으로 탄성복원력을 가질 수 있다. 이로 인하여 도 10c와 같이 양이온과 함께 제1유체가 제2공간(S2)에서 제1공간(S1)으로 이동 시 공기와 같은 제2유체가 수용되는 공간이 제3공간(S3)만큼 확보되고, 샤프트(120)의 압축에 필요한 힘을 상대적으로 저감시킬 수 있으며, 압축이 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
제1공간(S1)의 제1유체(예, H2O)가 제2공간(S2)로 이동하면서, 제1공간(S1)의 체적에 대한 제1서브공간(SS1)의 체적 비율은 감소하는 반면, 제1공간(S1) 중에서 제2서브공간(SS2)이 차지하는 비율은 증가한다.
반대로, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 도 9b에서 설명한 바와 같이 전원부(200)가 제1 및 제2전극체(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 10a에 도시된 바와 같이 원래의 위치로 이동한다.
도 10c를 참조하면, 샤프트(120)가 제2방향(도 10c에서의 +Z방향)으로 이동하면서 양이온과 함께 제1유체가 제2방향으로 이동하고, 변형부(191), 구체적으로 탄성부(192)의 형상이 변형될 수 있다.
구체적으로 탄성부(192)가 변형부(191)의 외측 방향에 대하여 오목한 형상에서 볼록한 형상으로 변형되면서, 제3공간(S3)의 체적이 증가하고, 샤프트(120)의 이동 및 압축이 용이한 효과가 있다.
이에 더하여 제1공간(S1) 및 제3공간(S3)에 대한 압축이 일어나는 경우에, 변형부(191), 구체적으로 탄성부(192)는 볼록하게 형성되는 방향으로 탄성복원력을 가지게 되므로, 압축이 더욱 용이하게 이루어지는 효과가 있다.
이에 더하여 도 9a, 도 9b에서의 반응이 일어나면서 가스가 발생되는 경우에 상기 가스를 제3공간(S3)에서 수용할 수 있어 완충(buffer) 기능을 할 수 있는 효과가 있다.
전술한 바와 같이, 도 7, 도 8a, 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형부(191)는 제1공간(S1)이 형성되는 하우징(110)에 연통되는 것으로, 제1공간(S1)과 연결되는 내부 공간인 제3공간(S3)이 형성되고, 형상 변형이 가능하다. 변형부(191)는 실리콘 재질 등 탄성 변형이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
구체적으로 변형부(191)는 멤브레인(140)을 기준으로 샤프트(120)가 왕복 운동하는 하우징(110)의 일측(도 8a 기준 하측)에 대향되는 타측(도 8a 기준 상측)에 결합될 수 있다.
변형부(191)와 마주보는 하우징(110)의 일면(도 8a 기준 상면)에는 홀(111H)이 형성되고, 제1공간(S1)과 제3공간(S3)이 연통될 수 있다. 이로 인하여 제1공간(S1)만 형성되는 것에 비하여, 제1공간(S1)에서 제2유체에 저장되는 힘을 제거하여, 샤프트(120)의 전진과 후퇴 행정의 정확한 제어가 가능한 효과가 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 변형부(191)의 일측(도 10a 기준 상측)에는 탄성 변형이 가능한 탄성부(192)가 형성되고, 탄성부(192)가 탄성 변형됨에 따라 제3공간(S3)의 체적이 변형될 수 있다.
도 10a, 도 10b를 참조하면, 도 9a의 반응이 일어나기 전에 제3공간(S3)에는 음압이 형성되고, 탄성부(192)의 형상이 변형부(191)의 외측 방향을 기준으로 오목하게 형성될 수 있다.
도 10c와 같이 도 9b의 반응이 일어나면, 제1유체의 압력 등에 의하여 압력이 증가되고, 탄성부(192)가 변형부(191)의 외측 방향을 기준으로 볼록하게 형성되는 방향으로 탄성복원력을 가짐으로 인하여 제3공간(S3)의 체적이 증가하는 방향으로 형상 변형되고, 제2유체에 저장되는 힘을 제거하여, 샤프트(120)의 압축을 용이하게 하고, 샤프트(120)의 정확한 제어가 가능한 효과가 있다.
도 7, 도 8a, 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고정부재(195)는 하우징(110)과 변형부(191)에 각각 결합되는 것으로, 변형부(191)가 하우징(110) 상에 위치 고정될 수 있도록 한다.
이에 더하여 변형부(191)의 내부 공간인 제3공간(S3)으로부터 외부로 공기를 포함하는 제2유체가 유출되는 것을 차단할 수 있는 효과가 있다.
고정부재(195)는 변형부(191)의 외주면 둘레를 따라 밀착되며 하우징(110)에 설치될 수 있다.
도 7, 도 8a, 도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 변형부(191)와 마주보는 하우징(110)의 일면(도 8a의 상면)에는 외측 방향으로 돌출되며 변형부(191)의 내주면 둘레를 따라 밀착되는 실링벽(111W)이 돌출 형성될 수 있다.
실링벽(111W)으로 인하여 변형부(191)의 내주면은 실링벽(111W)과 밀착되고, 외주면은 고정부재(195)와 밀착되며, 제3공간(S3)에 수용되는 유체가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 8b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)의 단면도이다. 도 8b에 도시된 펌프는 앞서 도 5, 도 7, 도 8a, 도 9a를 참조하여 설명한 펌프와 유사한 구조를 가지되, 제1공간(S1)과 제3공간(S3)이 연통되도록 하우징(110)에 형성되는 홀(111H)을 커버하며 하우징(110)에 결합되는 통기성 필름(195)을 더 포함할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 홀(111H)은 통기성 필름(195)으로 커버될 수 있다. 따라서, 제2서브공간(SS2)은 통기성 필름(195)에 의해 외부 공간, 즉 변형부(191)의 내부 공간인 제3공간(S3)과 공간적으로 연결되지 않는다.
통기성 필름(195)은 액체는 차단하고 기체를 통과시키는 막으로서, 펌프(100)의 제1유체(예, 물)은 통기성 필름(195)을 통과하지 않는다.
반면, 펌프(100) 내부의 제2유체 또는 외부의 공기는 통기성 필름(195)을 통과할 수 있으며, 이 경우 제2유체 또는 외부의 공기는 변형부(191)의 내부 공간인 제3공간(S3)으로 유동되고, 전술한 샤프트(120)의 전진과 후퇴시 힘이 제2유체에 저장되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)는 변형부(191), 고정부재(193), 제3공간(S3)의 구성을 제외하고는 도 1 내지 도 6의 실시예들에 따른 펌프(100)와 구성, 작동원리 및 효과가 동일하므로, 이와 중복되는 범위에서 자세한 설명은 생략한다.
도 8a, 도 8b를 참조하면, 도 8a에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)의 홀(111H)의 직경(HD1)은 통기성 필름(195)이 없는 도 8b에 도시된 펌프(100)의 홀(111H)의 직경(HD2)보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다.
이로 인하여 도 8a에서 제1유체가 제3공간(S3)과 제1공간(S1) 사이를 이동 시 홀(111H)에 의하여 제1유체의 이동 저항이 발생되는 것을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
이에 더하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펌프(100)의 홀(111H)의 직경(HD1)은 실링벽(111W)의 직경과 동일하게 형성될 수 있으며, 제3공간(S3)과 제1공간(S1) 사이에서 제1유체가 원활하게 유동될 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 홀(111H)의 직경(HD1, HD2)의 크기는 다양하게 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 10c를 참조하여 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 펌프(100)는 인슐린과 같은 약물을 주입하는 장치에 사용되는 소형 펌프일 수 있다. 그러나, 전술한 설명에서와 같은 구조 및 메커니즘을 이용하여 샤프트(120)를 선형적으로 이동시키는 펌프라면, 그 용도를 특별히 제한할 것은 아니다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 전기 삼투압 펌프를 제공한다. 또한, 산업상 이용하는 환자의 혈당 변화에 적합하게 인슐린이 체내에 주입될 수 있도록 하는 인슐린 주입 장치 등에 본 발명의 실시예들을 적용할 수 있다.

Claims (11)

  1. 샤프트 홀을 구비하는 하우징;
    상기 샤프트 홀에서 멀어지는 방향으로 배치된 제1공간과 상기 샤프트 홀에 인접한 제2공간 사이에 배치되는 멤브레인;
    상기 멤브레인을 기준으로 양 측에 배치된 제1전극체 및 제2전극체;
    상기 샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외부로 연장된 샤프트; 및
    상기 하우징의 내부 공간에 구비되는 제1유체;
    를 포함하는, 전기 삼투압 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 제1공간에서 상기 제2공간을 향하는 제1방향 및 상기 제1방향의 반대인 제2방향을 따라 왕복 운동하는, 전기 삼투압 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체의 체적은 상기 내부 공간의 체적보다 작은, 전기 삼투압 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1유체는 상기 제1공간 및 상기 제2공간에 각각 구비되고,
    상기 제1공간에 존재하는 상기 제1유체의 체적은 상기 제1공간의 체적 보다 작은, 전기 삼투압 펌프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1공간은 상기 제1유체가 차지하는 제1서브공간 및 제2서브공간을 포함하고,
    상기 샤프트의 왕복 운동은 상기 제1공간 중에서 상기 제2서브공간이 차지하는 체적 비율에 따라 변하는, 전기 삼투압 펌프.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2서브공간에 존재하는 제2유체를 더 포함하고,
    상기 제1유체는 액체이고 상기 제2유체는 기체인, 전기 삼투압 펌프.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 제1공간과 연결된 홀을 포함하며, 상기 홀은 통기성 필름에 의해 상기 하우징의 외부 공간과 공간적으로 분리된, 전기 삼투압 펌프.
  8. 일측에 샤프트 홀을 포함하는 하우징;
    샤프트 홀을 통해 상기 하우징의 외부로 연장되는 샤프트;
    상기 하우징의 내측면과 상기 샤프트에 의해 정의된 내부 공간에 배치되는 멤브레인;
    상기 멤브레인의 제1측에 배치된 제1전극체;
    상기 제1측의 반대편인 상기 멤브레인의 제2측에 배치된 제2전극체; 및
    상기 내부 공간에 구비된 유체;를 포함하는, 전기 삼투압 펌프.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 내부 공간은 상기 멤브레인을 중심으로 양측에 위치하는 제1공간 및 제2공간을 포함하고,
    상기 유체는 상기 제1공간에 구비된 제1유체를 포함하되, 상기 제1공간에 구비된 상기 제1유체의 체적은 상기 제1공간의 체적 보다 작은, 전기 삼투압 펌프.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 샤프트는 상기 제1공간에서 상기 제2공간을 향하는 제1방향 및 상기 제1방향의 반대인 제2방향을 따라 왕복운동하며,
    상기 샤프트의 왕복운동은 상기 제1공간과 상기 제2공간을 이동하는 상기 유체의 흐름에 의존하는, 전기 삼투압 펌프.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1공간은 상기 멤브레인을 가운데 두고 상기 샤프트에서 먼 측에 위치하는, 전기 삼투압 펌프.
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