WO2022014862A1 - 박동형 유체 이송장치 - Google Patents

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WO2022014862A1
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rotating body
pulsating
unit
pulsatile
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권장순
김봉주
이재광
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한국원자력연구원
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    • 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
    • F04B43/12—Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having peristaltic action

Definitions

  • a pulsatile fluid delivery device is provided.
  • the artificial heart can be classified into a pulsatile blood pump and a non-pulsatile blood pump according to the generation of blood flow.
  • the pulsatile blood pump presses the blood bag or part containing blood, which functions as an artificial ventricle, from the outside to release the internal blood.
  • the non-pulsating blood pump causes the blood to be pushed out by the rotational force of the impeller in direct contact with the blood.
  • a device for inducing a pressure change in the artificial ventricle of a pulsatile blood pump can be classified into a pneumatic type that applies pressure with air, and a mechanical type that applies pressure with a solid type device.
  • the pneumatic pulsatile blood pump includes a vacuum pump and an air compressor, which presses the blood bag with compressed air and restores the blood bag with a vacuum.
  • the pneumatic pulsatile blood pump in which a vacuum pump and an air compressor are combined is difficult to use in places other than hospitals due to its large volume and heavy weight, thus restricting movement of the patient.
  • various valves are used to prevent the reverse flow of blood in the pump.
  • the pulsatile blood pump developed so far is limited to generating a normal pulsation rather than realizing a beat similar to a natural heart. Accordingly, there is a demand for the development of a blood pump capable of generating a beat similar to that of a natural heart.
  • US Patent No. 7,726,956 discloses "a peristaltic pump including an eccentric adjustment mechanism".
  • Patent Document 1 US Patent 7,726,956
  • One embodiment of the present invention is to provide a pulsatile fluid transport device capable of quantitatively transporting a fluid while generating a beating similar to a natural heart.
  • the embodiment according to the present invention may be used to achieve other problems not specifically mentioned.
  • the pulsatile fluid transport device is provided long in the longitudinal direction, and as an external force is transmitted, pressure deformation is generated, and the power of the pressurized part and the driving part for transporting the internal fluid in the longitudinal direction is transmitted and rotates, A rotating body whose outer circumferential surface is adjacent to the outer surface of the pressurized part is formed to protrude in a beating pressure shape along the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotating body, so that the fluid transfer waveform of the pressurized part maintains the beating waveform. includes wealth.
  • An embodiment of the present invention can simply implement a pulsatile fluid transport structure so that it can be miniaturized and lightweight, so it can be used portable, and similarly to a natural heart, the fluid transport amount can be implemented to generate a negative value, It can be applied to pumps for medical devices where transport is essential.
  • FIG. 1 is an exploded view illustrating a coupling relationship of a pulsatile fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an isolated view illustrating a coupling relationship between a part to be pressed and a housing.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the pulsating pressurizing unit is pressed by pressing the pressurized unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a pulsatile peristaltic motion.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a process of transforming a pulsating pressing unit provided on a plate into a cylindrical shape.
  • FIG. 6 is an exploded view illustrating a pulsatile fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an exploded view of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a view showing the compressed state of the tube in the direction of the rotation axis.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a state in which a fluid is transferred by an operation of a pulsatile fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a transfer flow rate of a pulsatile fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an isolated view showing a coupling relationship of a pulsatile fluid transport device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a separated view showing a coupling relationship between a pressurized part and a housing.
  • FIG. 3 is a view showing a state in which the pulsating pressurizing part is pressed by pressing the pressurized part
  • FIG. 4 is a view showing an example of pulsating-type peristaltic motion
  • FIG. is a diagram schematically showing 1 to 5
  • a pulsatile fluid transfer device includes a pressurized unit 120 , a rotating body 130 , and a pulsating pressurized unit 140 .
  • the rotating body 130 having the beating pressurizing unit 140 rotates to press the pressurized unit 120 , a beat similar to a natural heart is generated, and thus the fluid can be quantitatively transferred.
  • the pressurized portion 120 is provided long in the longitudinal direction, and as an external force is transmitted, a pressure deformation is generated to guide the transfer of the internal fluid.
  • the part to be pressed 120 may include a tube 122 .
  • the tube 122 has elasticity and may be deformed in shape according to a pressing force and maintain a circular shape according to a restoring force.
  • the pressurized part 120 is provided long in the longitudinal direction of the hollow housing, and one or more may be provided along the inner circumferential surface of the housing.
  • the part to be pressed 120 may include a fixing protrusion 124 .
  • the fixing protrusion 124 is provided in a convex protrusion shape along the longitudinal direction of the tube 122 from the outer surface of the tube 122, and guides the tube 122 to be coupled to the inner surface of the housing.
  • the fixing protrusion 124 may be integrally formed with the tube 122 .
  • the housing may include a guide groove in the shape of a concave groove into which the fixing protrusion 124 is inserted and fixed along the longitudinal direction of the housing at a position corresponding to the portion to be pressed 120 .
  • the housing is formed in a cylindrical shape, and may include a body 110 , a first cover 150 , and a second cover 160 .
  • the body 110 includes a guide groove along the longitudinal direction of the inner surface.
  • the first cover 150 is provided on one open side of the body 110 and includes an eleventh hole 152 through which the tube 122 passes.
  • the second cover 160 is provided on the other open side of the body 110 and includes a twelfth hole 162 through which the tube 122 passes.
  • the guide groove of the body 110 may include a first groove 112 and a second groove 114 .
  • the first groove 112 is formed in a concave shape corresponding to the outer shape of the tube 122 on the inner surface of the body 110 to support the seating of the tube 122 .
  • the second groove 114 is formed in a concave shape corresponding to the outer shape of the fixing projection 124 on the inner surface of the first groove 112 to support the coupling of the fixing projection 124 . Since the housing has a guide groove in the shape of a concave groove into which the part to be pressed 120 is inserted and fixed, the part to be pressed 120 may not deviate from a predetermined position in the housing when the rotating body 130 rotates. Referring to FIG.
  • the pressurized portion 120 positioned above the rotating body 130 may be compressed.
  • the depth of the guide groove provided in the main body 110 may be formed based on the thickness of the elastically pressed part 120 .
  • the inner surface of the main body 110 may be formed so that the rotation of the pulsating pressure unit 140 is not disturbed when the pressurized unit 120 is compressed.
  • the diameter of the pressurized portion 120, the size of the pulsating pressure portion 140, and the diameter of the rotating body 130 may be formed in various shapes to correspond to each other.
  • the tube 122 is positioned in the first groove 112 provided in the main body 110 , and the fixing protrusion 124 is fitted into the second groove 114 , and the pulsating pressure unit It can be prevented that the tube 122 is tilted in one direction when the 140 is rotated.
  • the pressurized part 120 does not deviate from the guide groove while the pressurized part 120 is compressed by the rotational operation of the pulsating pressurizing part 140. can be firmly fixed.
  • the hollow cylindrical housing may have a structure in which two are separated and coupled to facilitate assembly of the pulsatile fluid transfer device.
  • the body 110 of the housing may include a first body 110a and a second body 110b, and the first body 110a and the second body 110b may be separated and coupled to each other by hinged coupling.
  • the overall outer shape of the pulsatile fluid transfer device may be formed in a horizontal and cylindrical shape that is long in the longitudinal direction.
  • the pulsatile fluid transfer device may be formed in a vertical shape, a square column shape, or other various shapes.
  • the rotating body 130 is rotated by receiving the power of a separately provided driving unit, and the outer circumferential surface may be adjacent to the outer surface of the pressurized unit 120 .
  • the rotating body 130 may rotate by coupling the rotating shaft 132 to the housing.
  • the rotating body 130 may rotate by coupling the rotating shaft 132 to the driving unit.
  • One side of the rotation shaft 132 is connected to a driving unit, and the driving unit may include a motor having an appropriate rotation speed and torque.
  • a power transmission unit may be provided between the driving unit and the rotation shaft 132 .
  • the power transmission unit may include a gear, a pulley, and the like.
  • the rotating shaft 132 of the rotating body 130 may be respectively coupled to the first cover 150 and the second cover 160 of the housing via the bearing 134 .
  • the first cover 150 and the second cover 160 are provided with through-holes into which the rotating shaft 132 is inserted, and the bearings 134 may be fitted into the through-holes to be coupled to the rotating shaft 132 .
  • the through hole may include a first through hole 154 provided in the first cover 150 and a second through hole 164 provided in the second cover 160 .
  • One side of the first cover 150 or the second cover 160 may be fixedly connected to a driving unit or a separately provided support.
  • the pulse pressure unit 140 is formed to protrude in a beating pressure shape along the longitudinal direction on the outer circumferential surface of the rotating body 130 so that the fluid transfer waveform of the pressurized unit 120 maintains a heartbeat waveform (cardiac impulsing wave).
  • a pressing force may be transmitted to 120 .
  • the beating waveform refers to a waveform generated by repetition of contraction and expansion of the natural heart.
  • the volume change of the pressurized unit 120 generated according to the pressing force of the beating pressurizing unit 140 by the volume change of the pressurized unit 120 generated according to the pressing force of the beating pressurizing unit 140, the transfer flow of the fluid transferred through the pressurized unit 120 is implemented as a beating waveform.
  • the beating pressurizing unit 140 may include a plurality of pressurizing units having different beating pressurizing shapes corresponding to a plurality of different pressurizing sections.
  • the beating pressurizing unit 140 may be formed in a different beating pressurizing shape in a plurality of different pressurizing sections divided to correspond to the beating waveform.
  • the pulsating pressing unit 140 is formed in the first upward pressing section A to transmit the first upward pressing force.
  • the eleventh pressing unit 142 and the eleventh pressing unit are formed.
  • the beating pressurizing unit 140 is formed in a beating pressurizing shape to pressurize the pressurized unit 120 , thereby generating a beating similar to a natural heart, and quantitatively transferring the fluid.
  • the rising height of the first rising and pressing section A may be 75% or more of the total height of the pulsating pressing unit 140 .
  • the descending height of the first descending pressing section (B) may be 25% or less of the total height of the pulsating pressing unit 140 .
  • the rising height of the second upward pressing section (C) may be greater than the falling height of the first downward pressing section (B).
  • the descending height of the second downward pressing section (D) may be smaller than the rising height of the second upward pressing section (C).
  • the pulsatile fluid transfer device can generate a natural heartbeat phenomenon even by using only one beat pressure unit 140, and can implement a structure similar to a kind of linear pulsation pump.
  • the tube 122 should be completely compressed in only one beat pressing unit 140 .
  • the diameter of the beat pressure unit 140 should be relatively large.
  • the pulsatile fluid transport device may generate a linear peristaltic motion similar to the method of transporting the fluid by compressing the elastic tube 122 by a roller rotating like a peristaltic pump.
  • 4 is a diagram illustrating an example of a pulsatile peristaltic motion. Referring to FIG. 4 , when the beating pressure unit 140 having a beating pressure shape in a specific pressure section is provided, the fluid in the tube 122 according to the purpose can be transferred along the curve of the beating pressure unit 140 . have. The fluid in the tube 122 moves from left to right according to the shape of the beating pressure unit 140 .
  • the fluid in the tube 122 may move rapidly from left to right at the beginning of movement, then move in a reverse direction for a while, and then move again in a forward direction from left to right.
  • a flow rate curve according to time as shown in FIG. 4 can be obtained.
  • This flow curve may appear similar to the blood flow curve generated in the heart.
  • the shape of the pulsating pressure unit 140 may be substantially the same as the shape of the curve of the amount of movement of the fluid over time.
  • the start point of the pulse pressure unit 140 may contact again after the end point at which the contact with the tube 122 ends. For example, if the pulse pressure unit 140 is continuously disposed and passes through the tube 122 , the fluid in the tube 122 continuously moves from left to right while showing a heartbeat waveform.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a process of transforming a pulsating pressing unit provided on a plate into a cylindrical shape. 4 and 5, when the tube 122 rotates clockwise in a state in which the tube 122 is in close contact with the beating pressure unit 140 in parallel with the cylinder on one side, the fluid in the tube 122 is at the bottom Move to the top. At this time, the flow rate change can simulate a natural heartbeat pattern.
  • the pulsatile fluid transfer device can be reduced in size and weight while generating a heart-like beat.
  • the action of the heart is similar to that of a pump, so when the ventricles contract, blood is supplied to the arteries, and when the atria dilate, blood flows in from the veins.
  • the valves that allow blood flow in only one direction are sequentially opened and closed, preventing the backflow of blood, so that blood circulation is smoothly repeated.
  • This repetition of contraction and expansion of the heart is called beating (cardiac impulsing), and the atria and the ventricles beat in different rhythms, respectively.
  • Heart rate also depends on a person's health, age, and gender. However, when in a steady state, an individual's beat is almost constant, and the standard beat for an adult is 60 to 80 beats.
  • Such a pulsatile fluid transfer device may be implemented as a pulsatile blood pump that implements a natural heartbeat waveform. And it is possible to control the cycle of the beat while maintaining the beat waveform.
  • a portable pulsatile blood pump can be provided.
  • quantitative fluid transfer such as the heart, is possible.
  • an anti-contamination type blood pump in which blood does not contact the pump driving device and only the tube 122 is in contact.
  • the conventional pulsatile blood pump unlike the conventional pulsatile blood pump, it can be developed as a portable blood pump, and the cost can be reduced through a simple structure.
  • it since it is highly useful as a semen injection device, it can be applied as a dialysis device and a pump for medical devices that require quantitative transfer in addition to a blood supply device.
  • the pulsatile fluid transfer device 200 includes one pressurized unit, two rotating bodies, and two pulsating pressurized units.
  • the two rotating bodies equipped with a beating pressure unit are arranged in a symmetrical structure to each other, generate a beating similar to a natural heart, and quantitatively transfer the fluid.
  • the pressurized part ( 120) is different from the pulsatile fluid transfer device that compresses.
  • the rotating body may be provided with a plurality of parts to be pressed therebetween.
  • the rotating body may include a first rotating body 230 provided on one side with the part to be pressed therebetween, and a second rotating body 230a provided on the other side to correspond to the first rotating body 230 .
  • the beating pressure unit may include a first beating pressure unit 240 provided on the outer circumferential surface of the first rotating body 230 and a second beating pressure pressing unit 240a provided on the outer circumferential surface of the second rotating body 230a.
  • a portion to be pressed with elasticity may be positioned between the symmetrical first pulsating pressing unit 240 and the second pulsating pressing unit 240a.
  • the part to be pressed may include a tube 220 and a protrusion 222 in the shape of a tube tongue.
  • the tube 220 has elasticity and is deformed in shape according to a pressing force, and maintains a circular shape according to a restoring force.
  • the protrusion 222 is formed to be elongated along the longitudinal direction of the tube 220 on the inner surface of the tube 220, and is formed to protrude toward the center of the tube 220 at positions opposite to each other.
  • the material of the protrusion 222 may be formed of an elastic material such as the tube 220 .
  • the pressurized portion is a first beating pressurizing region 224 that is pressed in response to the pressing force of the first beating pressing unit 240 and a second beating pressing region 226 that is pressurized in response to the pressing force of the second beating pressing unit 240a.
  • the outer shape of the tube 220 positioned between the two rotating bodies may be formed in a circular cross-sectional shape having a constant thickness when cut in a direction perpendicular to the longitudinal direction. As shown in FIG. 8 , in a state in which the protrusion 222 is provided inside the tube 220 , the tube 220 is compressed by the first beating pressing unit 240 and the second beating pressing unit 240a on both sides. In this case, the inside of the tube 220 may be in a completely closed state.
  • the pulsatile fluid transfer device 200 may include an inlet chamber 250 and an outlet chamber 260 .
  • the inlet chamber 250 is provided on one open side of the tube 220 , and includes an inlet 252 communicating with the tube 220 to form a fluid inlet path.
  • the discharge chamber 260 is provided on the other open side of the tube 220 , and includes an outlet 262 communicating with the tube 220 to form a fluid discharge path. Both ends of the tube 220 may be coupled to an inlet chamber 250 including an inlet 252 and an outlet chamber 260 including an outlet 262 .
  • the pulsatile fluid transfer device may include a case capable of fixing the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 .
  • the case of the pulsatile fluid transfer device may be fixed by connecting the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 to each other or fixed to a separate support.
  • the case of the pulsatile fluid transfer device may be formed in various shapes such as an oval, a square, etc., and may be formed in a horizontal or vertical shape depending on the purpose of use.
  • the pulsatile fluid conveying device 200 may include a power transmitting unit that transmits the power of the driving unit to the rotating body.
  • the first rotating body 230 and the second rotating body 230a may rotate in opposite directions.
  • the first rotating body 230 may rotate in a clockwise direction while the second rotating body 230a may rotate in a counterclockwise direction. Therefore, the first beating pressure unit 240 and the second beating pressure unit 240a face each other, and even during rotation, the end surfaces of the first beating pressure unit 240 and the second beating pressure unit 240a are always the most located close
  • the distance between the end surfaces of the pulsating pressure part symmetrical to each other may be related to the sum of the thicknesses of the tube 220 .
  • the rotation of each rotating body is preferably transmitted in a gear manner.
  • the power transmission unit is provided on one side of the worm gear 270 and the worm gear 270 which rotate by receiving power from the driving unit to transmit the power of the worm gear 270 to the first rotating body 230 ( ). 280), and a second worm wheel 280a provided on the other side of the worm gear 270 to transmit the power of the worm gear 270 to the second rotating body 230a.
  • the driving unit may include a motor, and the worm gear 270 may be connected to the motor to rotate counterclockwise.
  • the first worm wheel 280 and the second worm wheel 280a located on the left and right of the worm gear 270 may rotate with a low gear ratio. 6 and 7, a first worm wheel 280 and a second worm wheel 280a are connected to the left and right of the worm gear 270, and the first worm wheel 280 and the second worm wheel 280a are opposite to each other. direction can be rotated.
  • the first worm wheel 280 may be connected to the first rotation shaft 232 to rotate the first rotation body 230 provided with the first beating pressure unit 240 .
  • the second worm wheel 280a may be connected to the second rotation shaft 232a to rotate the second rotation body 230a provided with the second beating pressure unit 240a. Accordingly, the first rotating body 230 and the second rotating body 230a may rotate in opposite directions to each other. For example, the first beat pressure unit 240 and the second beat pressure unit 240a rotates, and the tube 220 is positioned between the first beat pressure unit 240 and the second beat pressure unit 240a. can be compressed. Accordingly, since the position of the compressed portion of the tube 220 is changed by the rotation direction and the beating pressure shape of the first beating pressure unit 240 and the second beating pressure unit 240a, the fluid can be transferred.
  • the pulsatile fluid transfer device 200 may include a bearing 234 so that each of the rotating bodies axially coupled to the first rotating body 230 and the second rotating body 230a rotates smoothly.
  • Bearings 234 may be fixed to the left and right of the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 .
  • the first rotating shaft 232 of the first rotating body 230 may be respectively coupled to the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 via a bearing 234 .
  • the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 include first through-holes 254 and 264 into which the first rotation shaft 232 is inserted, and the bearing 234 is fitted into the first through-holes 254 and 264.
  • the first through-holes 254 and 264 and the first rotation shaft 232 may be coupled to each other.
  • the second rotating shaft 232a of the second rotating body 230a may also be coupled to the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 via the bearing 234 , respectively.
  • the inlet chamber 250 and the outlet chamber 260 include second through-holes 256 and 266 into which the second rotation shaft 232a is inserted, and the bearing 234 is fitted into the second through-holes 256 and 266, , the second through-holes 256 and 266 and the second rotation shaft 232a may be coupled to each other.
  • a pulsatile fluid transfer device 200 has a pair of rotation shafts, a pair of rotating bodies, a pair of pulsating pressure units, an inlet chamber 250, and an outlet chamber 260 with a pressurized part interposed therebetween.
  • a power transmission unit including one worm gear 270 and two worm wheels.
  • One side of the worm gear 270 may be connected to a motor that is a driving unit, and a gear ratio may be adjusted to correspond to a heartbeat cycle.
  • the rotation speed and torque of the driving unit may be adjusted in consideration of the fact that the heart rate of a normal adult is 60 to 80 beats per minute.
  • the power transmission unit may be connected to various reduction devices such as a spur gear set, a bevel gear, a planetary gear, and a pulley instead of the worm gear 270 .
  • the power transmission unit rotates by receiving the power of the driving unit, and a first gear that transmits the power of the driving unit to the first rotating body 230, and the first gear is engaged and rotated, and the power of the first gear is generated.
  • It may include a second gear for transmitting to the second rotating body (230a).
  • the first gear and the second gear may be spur gears.
  • a pair of rotating bodies may be combined to rotate in opposite directions to each other.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a transfer flow rate of a pulsatile fluid transfer device according to an embodiment of the present invention.
  • the transfer flow generally moves from the bottom to the top. While the pulse pressure part rotates, the tube 220 always maintains a compressed state at any one location. The fluid is transferred through the change in the compression position, and the transferred flow rate may be expressed as shown in FIG. 10 .
  • a pulsatile blood transfer that occurs in a natural heart may be implemented. The natural heart does not always maintain a positive value of the flow rate as shown in FIG. 10, but instantaneously shows a negative value of the flow rate, and this characteristic is repeated.
  • the pulsatile fluid transfer device 200 according to the embodiment of the present invention may be implemented such that the blood flow rate generates a negative value similar to a natural heart.

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Abstract

본 발명의 한 실시예는 자연 심장과 유사한 박동을 발생시키며 유체를 정량적으로 이송할 수 있는 박동형 유체 이송장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치는 길이방향으로 길게 구비되어 외력이 전달됨에 따라 압력 변형이 발생되어 내부 유체를 길이방향으로 이송하는 피가압부, 구동부의 동력이 전달되어 회전하며, 피가압부의 외면에 외주면이 인접하는 회전체, 회전체의 외주면에 길이방향을 따라 박동 가압 형상으로 돌출 형성되어 피가압부의 유체 이송 파형이 박동 파형을 유지하도록 피가압부에 가압력을 전달하는 박동 가압부를 포함한다.

Description

박동형 유체 이송장치
박동형 유체 이송장치가 제공된다.
인공심장은 혈류의 발생 방식에 따라 박동성 혈액 펌프와 비박동성 혈액 펌프로 분류될 수 있다. 박동성 혈액 펌프는 인공심실의 기능을 하는 혈액주머니 또는 혈액이 들어 있는 부분을 외부에서 눌러서 내부의 혈액이 방출되도록 한다. 비박동 혈액 펌프는 혈액과 직접 접촉하는 임펠러의 회전력에 의해 혈액이 밀려나가도록 한다.
박동성 혈액 펌프의 인공 심실에 압력 변화를 유발하는 장치는 공기로 압력을 가하는 공압식과 고체 형태의 기구로 압박하는 기계식으로 분류될 수 있다. 공압식 박동성 혈액 펌프는 진공펌프와 공기 압축기를 포함하며, 압축 공기로 혈액 주머니를 누르고 진공으로 혈액 주머니를 복원시킨다. 그러나, 진공펌프와 공기 압축기를 조합한 공압식 박동성 혈액 펌프는 그 부피가 크고 무게가 무거워 병원 이외의 장소에서 사용되기 어려우며, 이에 따라 환자의 이동을 제한한다. 한편, 종래의 박동식 및 로터리식 혈액 펌프에는 펌프내 혈액의 역류를 방지하기 위하여 각종 밸브가 사용된다. 이때 사용되는 밸브가 손상되면 혈액이 역류하여 혈액의 순환이 원활하지 못하게 된다. 또한, 현재까지 개발된 박동형 혈액 펌프는 자연 심장과 유사한 박동을 구현하기 보다는 일반 맥동을 발생시키는 것에 머무르고 있다. 이에 따라, 자연 심장과 유사한 박동을 발생시킬 수 있는 혈액 펌프의 개발이 요구되고 있다.
관련 선행문헌으로 미국등록특허 7,726,956는 "편심 조정기구를 포함하는 연동 펌프"을 개시한다.
(특허문헌 1) 미국등록특허 7,726,956
본 발명의 한 실시예는 자연 심장과 유사한 박동을 발생시키며 유체를 정량적으로 이송할 수 있는 박동형 유체 이송장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치는 길이방향으로 길게 구비되어 외력이 전달됨에 따라 압력 변형이 발생되어 내부 유체를 길이방향으로 이송하는 피가압부, 구동부의 동력이 전달되어 회전하며, 피가압부의 외면에 외주면이 인접하는 회전체, 회전체의 외주면에 길이방향을 따라 박동 가압 형상으로 돌출 형성되어 피가압부의 유체 이송 파형이 박동 파형을 유지하도록 피가압부에 가압력을 전달하는 박동 가압부를 포함한다.
본 발명의 한 실시예는 박동형 유체 이송구조를 간단하게 구현할 수 있어 소형화 및 경량화가 가능하여 휴대용으로 이용될 수 있고, 자연 심장과 유사하게 유체 이송량이 음의 값을 발생하도록 구현될 수 있으며, 정량 이송이 필수적인 의료기기용 펌프에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 결합관계를 도시한 분리 도면이다.
도 2는 피가압부와 하우징의 결합관계를 도시한 분리 도면이다.
도 3은 박동 가압부가 피가압부를 가압하여 압착된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 박동형 연동운동의 예를 도시한 도면이다.
도 5는 판상에 구비된 박동 가압부를 원통형으로 변형되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치를 도시한 분리 도면이다.
도 7은 도 6의 분리 도면이다.
도 8은 튜브의 압착된 상태를 회전축 방향으로 바라본 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 동작으로 유체가 이송되는 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 이송 유량을 도시한 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 박동형 유체 이송장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 결합관계를 도시한 분리 도면이며, 도 2는 피가압부와 하우징의 결합관계를 도시한 분리 도면이다. 그리고 도 3은 박동 가압부가 피가압부를 가압하여 압착된 상태를 도시한 도면이며, 도 4는 박동형 연동운동의 예를 도시한 도면이고, 도 5는 판상에 구비된 박동 가압부를 원통형으로 변형되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치는 피가압부(120), 회전체(130), 그리고 박동 가압부(140)를 포함한다. 박동 가압부(140)를 가진 회전체(130)가 회전하여 피가압부(120)를 가압함에 따라 자연 심장과 유사한 박동이 발생되며 이에 따라 유체가 정량적으로 이송될 수 있다.
피가압부(120)는 길이방향으로 길게 구비되어 외력이 전달됨에 따라 압력 변형이 발생되어 내부 유체의 이송을 안내할 수 있다. 피가압부(120)는 튜브(122)를 포함할 수 있다. 튜브(122)는 탄성을 갖고 가압력에 따라 형상이 변형되고 복원력에 따라 원형을 유지할 수 있다. 피가압부(120)는 중공형으로 형성되는 하우징의 길이방향으로 길게 구비되며, 하우징의 내부 원주면을 따라 1개 이상 구비될 수 있다. 피가압부(120)는 고정 돌기(124)를 포함할 수 있다. 고정 돌기(124)는 튜브(122)의 외면에서 튜브(122)의 길이방향을 따라 볼록한 돌출 형상으로 구비되어, 튜브(122)가 하우징의 내면에 결합되도록 안내한다. 고정 돌기(124)는 튜브(122)와 일체로 형성될 수 있다.
하우징은 피가압부(120)와 대응하는 위치에서 하우징의 길이방향을 따라 고정 돌기(124)가 삽입 고정되는 오목한 홈 형상의 가이드 홈을 포함할 수 있다. 하우징은 원통형상으로 형성되며, 본체(110), 제1 커버(150), 그리고 제2 커버(160)를 포함할 수 있다. 본체(110)는 내면의 길이방향을 따라 가이드 홈을 포함한다. 제1 커버(150)는 본체(110)의 개구된 일측에 구비되며, 튜브(122)가 관통되는 제11 홀(152)을 포함한다. 제2 커버(160)는 본체(110)의 개구된 타측에 구비되며, 튜브(122)가 관통되는 제12 홀(162)을 포함한다. 본체(110)의 가이드 홈은 제1 홈(112)과 제2 홈(114)을 포함할 수 있다. 제1 홈(112)은 본체(110)의 내면에서 튜브(122)의 외형에 대응하여 오목한 형상으로 형성되어 튜브(122)의 안착을 지지한다. 제2 홈(114)은 제1 홈(112)의 내면에서 고정 돌기(124)의 외형에 대응하여 오목한 형상으로 형성되어 고정 돌기(124)의 결합을 지지한다. 하우징은 피가압부(120)가 삽입 고정되는 오목한 홈 형상의 가이드 홈을 구비하기 때문에, 회전체(130)의 회전시 피가압부(120)가 하우징 내 정해진 위치에서 벗어나지 않을 수 있다. 도 3을 참조하면, 회전축(132)이 시계 반대방향으로 회전할 경우, 회전체(130)의 상부에 위치된 피가압부(120)는 압착될 수 있다. 본체(110)에 구비되는 가이드 홈의 깊이는 탄성을 갖는 피가압부(120)의 두께에 기초하여 형성될 수 있다. 본체(110)의 내면은 피가압부(120)가 압착될 때 박동 가압부(140)의 회전이 방해되지 않도록 형성될 수 있다. 이때, 피가압부(120)의 지름, 박동 가압부(140)의 크기, 그리고 회전체(130)의 지름은 서로 대응하도록 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본체(110)에 구비된 제1 홈(112)에 튜브(122)가 위치하고, 제2 홈(114)에 고정 돌기(124)가 끼워지게 되어, 박동 가압부(140)의 회전시에 튜브(122)가 한쪽 방향으로 쏠리는 것이 방지될 수 있다. 가이드 홈에 의해 피가압부(120)를 고정함으로써, 박동 가압부(140)의 회전동작에 의한 피가압부(120)의 압착이 진행되는 동안 피가압부(120)가 가이드 홈에서 벗어나지 않도록 견고하게 고정될 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 중공형의 원통형상인 하우징은 박동형 유체 이송장치의 조립을 용이하게 하도록 2개로 분리 결합되는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 하우징의 본체(110)는 제1 본체(110a)와 제2 본체(110b)를 포함하며, 제1 본체(110a)와 제2 본체(110b)가 상호 힌지 결합으로 분리 결합될 수 있다. 박동형 유체 이송장치의 전체적인 외형은 길이방향으로 길게 형성되는 횡형이면서 원기둥형상으로 형성될 수 있다. 이외에도, 박동형 유체 이송장치는 입형, 사각기둥형상, 또는 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
회전체(130)는 별도로 구비되는 구동부의 동력이 전달되어 회전하며, 피가압부(120)의 외면에 외주면이 인접될 수 있다. 회전체(130)는 하우징에 회전축(132)이 축결합되어 회전할 수 있다. 예를 들어, 회전체(130)는 구동부에 회전축(132)이 축결합되어 회전할 수 있다. 회전축(132)의 일측은 구동부와 연결되고, 구동부는 적합한 회전수와 토크를 갖는 모터를 포함할 수 있다. 그리고 필요에 따라 구동부와 회전축(132) 사이에 동력 전달부가 구비될 수 있다. 동력 전달부는 기어, 풀리(pulley) 등을 포함할 수 있다. 회전체(130)의 회전축(132)은 베어링(134)을 매개로 하우징의 제1 커버(150)와 제2 커버(160)에 각각 결합될 수 있다. 제1 커버(150)와 제2 커버(160)에는 회전축(132)이 삽입되는 관통홀이 구비되며, 관통홀은 각각 베어링(134)이 끼워져 회전축(132)과 결합될 수 있다. 여기서, 관통홀은 제1 커버(150)에 구비되는 제1 관통홀(154), 그리고 제2 커버(160)에 구비되는 제2 관통홀(164)을 포함할 수 있다. 제1 커버(150) 또는 제2 커버(160)의 일측은 구동부 또는 별도로 구비되는 지지대와 연결되어 고정될 수 있다.
박동 가압부(140)는 회전체(130)의 외주면에 길이방향을 따라 박동 가압 형상으로 돌출 형성되어 피가압부(120)의 유체 이송 파형이 박동 파형(cardiac impulsing wave)을 유지하도록 피가압부(120)에 가압력을 전달할 수 있다. 여기서, 박동 파형은 자연 심장의 수축과 팽창의 반복으로 발생되는 파형을 말한다. 본 발명의 실시예에서 박동 가압부(140)의 가압력에 따라 발생되는 피가압부(120)의 체적변화에 의해, 피가압부(120)를 통해 이송되는 유체의 이송 흐름이 박동 파형으로 구현될 수 있다. 박동 가압부(140)는 서로 다른 복수의 가압구간에 대응하여 서로 다른 박동 가압 형상을 갖는 복수의 가압부를 포함할 수 있다. 박동 가압부(140)는 박동 파형에 대응하도록 구분된 서로 다른 복수의 가압구간에서 각각 서로 다른 박동 가압 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 도 5를 참조하면, 박동 가압부(140)는 제1 상승 가압구간(A)에 형성되어 제1 상승 가압력을 전달하는 제11 가압부(142), 제11 가압부(142)에 연장 형성되며, 제1 하강 가압구간(B)에 형성되어 제1 하강 가압력을 전달하는 제21 가압부(144), 제21 가압부(144)에 연장 형성되며, 제2 상승 가압구간(C)에 형성되어 제2 상승 가압력을 전달하는 제12 가압부(146), 그리고 제12 가압부(146)에 연장 형성되며, 제2 하강 가압구간(D)에 형성되어 제2 하강 가압력을 전달하는 제22 가압부(148)를 포함할 수 있다. 박동 가압부(140)는 박동 가압 형상으로 형성되어 피가압부(120)를 가압함으로써 자연 심장과 유사한 박동을 발생시키며 유체를 정량적으로 이송할 수 있다.
예를 들어, 제1 상승 가압구간(A)의 상승 높이는 박동 가압부(140)의 전체 높이의 75% 이상일 수 있다. 제1 하강 가압구간(B)의 하강 높이는 박동 가압부(140)의 전체 높이의 25% 이하일 수 있다. 제2 상승 가압구간(C)의 상승 높이는 제1 하강 가압구간(B)의 하강 높이보다 클 수 있다. 제2 하강 가압구간(D)의 하강 높이는 제2 상승 가압구간(C)의 상승 높이보다 작을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치는 1개의 박동 가압부(140)만을 사용하여도 자연 심장 박동 현상을 발생시킬 수 있으며, 일종의 선형 맥동펌프와 유사한 구조를 구현할 수 있다. 예를 들어, 1개의 박동 가압부(140)에서만 튜브(122)가 완전히 압착되어야 한다. 1개의 박동 가압부(140)를 사용함에 따라 박동 가압부(140)의 지름이 상대적으로 커야 한다.
박동형 유체 이송장치는 연동펌프처럼 회전하는 롤러에 의해 탄성을 가진 튜브(122)를 압착하여 유체를 이송하는 방법과 마찬가지로 선형 연동운동을 발생시킬 수 있다. 도 4는 박동형 연동운동의 예를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 특정의 가압구간에서 박동 가압 형상을 갖는 박동 가압부(140)가 구비될 경우, 박동 가압부(140)의 곡선을 따라 목적에 따른 튜브(122) 내 유체를 이송할 수 있다. 박동 가압부(140)의 형태에 따라 튜브(122) 내 유체는 좌측에서 우측으로 이동한다. 튜브(122) 내 유체는 이동 초기에는 좌측에서 우측으로 급격하게 이동하다가 잠시 역방향으로 이동한 후, 다시 좌측에서 우측의 정방향으로 이동할 수 있다. 이러한 시간에 따른 유체의 이동량(Volume)을 미분하면, 도 4에 도시된 바와 같은 시간에 따른 유량(Flowrate) 곡선을 얻을 수 있다. 이러한 유량곡선은 심장에서 발생되는 혈류량 곡선과 유사하게 나타날 수 있다. 또한, 시간에 따른 유량 곡선을 적분하면, 시간에 따른 유체의 이동량 곡선을 얻을 수 있다. 이에 따라, 박동 가압부(140)의 형상은 시간에 따른 유체의 이동량 곡선의 형상과 실질적으로 동일할 수 있다. 박동 가압부(140)가 튜브(122)를 지나면서 튜브(122)와 접촉이 끝나는 끝점 이후에 박동 가압부(140)의 시작점이 다시 접촉할 수 있다. 예를 들어, 박동 가압부(140)가 연속적으로 배치하여 튜브(122)를 지나가면, 튜브(122) 내 유체는 심장 박동 파형을 보이면서 연속적으로 좌측에서 우측으로 이동한다.
도 5는 판상에 구비된 박동 가압부를 원통형으로 변형되는 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 일측의 원통과 평행하게 튜브(122)가 박동 가압부(140)와 밀착 접촉되어 있는 상태에서 원통이 시계 방향으로 회전하면, 튜브(122) 내 유체는 하단에서 상단으로 이동한다. 이때 유량변화는 자연 심장 박동형을 모사할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치는 심장과 유사한 박동을 발생시키면서 소형화 및 경량화가 가능하다. 심장의 동작은 펌프와 비슷해서 심실의 수축시 혈액을 동맥으로 공급하고, 심방의 확장시 정맥으로부터 혈액 유입된다. 이때, 일방향으로만 혈류를 허용하는 판막의 개폐가 순차적으로 이루어지며 혈액의 역류를 방지하여 혈액순환이 원활하게 반복된다. 이와 같은 심장의 수축 및 팽창의 반복을 박동(cardiac impulsing)이라 하고, 심방과 심실은 각각 다른 리듬으로 박동한다. 심장 박동수는 개인의 건강 상태, 연령 및 성별에 따라서도 다르다. 그러나, 안정상태에 있을 때 한 개체의 박동수는 거의 일정하며, 성인의 표준 박동수는 60∼80회이다.
이러한 박동형 유체 이송장치는 자연 심장 박동 파형을 구현하는 박동형 혈액 펌프로 구현될 수 있다. 그리고 박동 파형을 유지하면서도 박동의 주기 조절이 가능하다. 또한, 기존 박동형 혈액 펌프에 비해 간단한 구조로 형성할 수 있으므로, 소형화와 경량화가 가능하여 휴대용 박동형 혈액 펌프가 제공될 수 있다. 또한, 심장과 같이 정량적인 유체 이송이 가능하다. 또한, 일반 연동펌프와 마찬가지로 펌프 구동장치와 접촉하지 않으며 혈액이 튜브(122)만 접촉하는 오염 방지형 혈액 펌프가 제공될 수 있다. 예를 들어, 종래의 박동형 혈액 펌프와는 달리 휴대용 혈액 펌프로서의 개발이 가능하며, 간단한 구조를 통해 원가절감이 가능하다. 또한, 정액주입장치로서 활용도가 높기 때문에 혈액공급장치 외에 투석장치와 정량 이송이 필수적인 의료기기용 펌프로 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치를 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 분리 도면이다. 도 8은 튜브의 압착된 상태를 회전축 방향으로 바라본 도면이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 동작으로 유체가 이송되는 상태를 도시한 도면이다. 도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치(200)는 1개의 피가압부, 2개의 회전체, 2개의 박동 가압부를 포함한다. 박동 가압부가 장착된 2개의 회전체는 서로 대칭구조로 배치되어, 자연 심장과 유사한 박동을 발생시키며 유체를 정량적으로 이송할 수 있다. 박동형 유체 이송장치(200)에서 피가압부의 압착이 2개의 회전체와 2개의 박동 가압부에 의해 이루어지는 점에서 1개의 회전체(130)와 1개의 박동 가압부(140)에 의해 피가압부(120)를 압착하는 박동형 유체 이송장치와 차이점이 있다.
회전체는 피가압부를 사이에 두고 복수로 구비될 수 있다. 예를 들어, 회전체는 피가압부를 사이에 두고 일측에 구비되는 제1 회전체(230), 그리고 제1 회전체(230)와 대응하도록 타측에 구비되는 제2 회전체(230a)를 포함할 수 있다.
박동 가압부는 제1 회전체(230)의 외주면에 구비되는 제1 박동 가압부(240), 그리고 제2 회전체(230a)의 외주면에 구비되는 제2 박동 가압부(240a)를 포함할 수 있다. 서로 대칭하는 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)의 사이에는 탄성을 가진 피가압부가 위치할 수 있다.
피가압부는 튜브(220), 그리고 튜브 텅(tube tongue) 형상의 돌기부(222)를 포함할 수 있다. 튜브(220)는 탄성을 갖고 가압력에 따라 형상이 변형되고 복원력에 따라 원형을 유지한다. 돌기부(222)는 튜브(220)의 내면에서 튜브(220)의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 서로 대향되는 위치에서 튜브(220)의 중심방향으로 돌출 형성된다. 이때 돌기부(222)의 재질은 튜브(220)와 같은 탄성체로 형성될 수 있다. 피가압부는 제1 박동 가압부(240)의 가압력에 대응하여 가압되는 제1 박동 가압영역(224)과 제2 박동 가압부(240a)의 가압력에 대응하여 가압되는 제2 박동 가압영역(226)을 형성할 수 있다. 2개의 회전체 사이에 위치하는 튜브(220)의 외형은 길이방향과 수직한 방향으로 절단하였을 때 단면 형상이 일정한 두께를 갖는 원형으로 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 튜브(220) 내부에 돌기부(222)가 구비된 상태에서 양측의 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)에 의해 튜브(220)가 압착될 경우, 튜브(220) 내부는 완전히 닫힌 상태가 될 수 있다.
그러나, 돌기부(222)가 구비되지 않은 튜브가 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)에 의해 압착된 경우, 유체 이송이 어려울 수 있다. 예를 들어, 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)에 의해 돌기부(222)가 없는 튜브가 압착되었을 경우, 튜브가 압착된 상태임에도 불구하고, 튜브 내부에 가압부분 이외의 부분에서 빈 공간이 발생할 수 있다. 이러한 빈 공간으로 인하여, 박동 가압부가 회전한다고 하더라도, 유입구(252)와 배출구(262)가 튜브의 빈 공간과 연통하기 때문에, 유체가 이송될 수 없다.
박동형 유체 이송장치(200)는 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)를 포함할 수 있다. 유입 챔버(250)는 튜브(220)의 개구된 일측에 구비되며, 튜브(220)와 연통하는 유입구(252)를 포함하여 유체 유입경로를 형성한다. 배출 챔버(260)는 튜브(220)의 개구된 타측에 구비되며, 튜브(220)와 연통하는 배출구(262)를 포함하여 유체 배출경로를 형성한다. 튜브(220)의 양단은 유입구(252)를 포함하는 유입 챔버(250)와 배출구(262)를 포함하는 배출 챔버(260)에 결합될 수 있다. 박동형 유체 이송장치는 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)를 고정할 수 있는 케이스를 포함할 수 있다. 박동형 유체 이송장치의 케이스는 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)를 서로 연결하여 고정하거나 별도의 지지대에 고정될 수 있다. 박동형 유체 이송장치의 케이스는 타원형, 사각형 등 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 사용 목적에 따라 횡형 또는 입형으로 형성될 수도 있다.
박동형 유체 이송장치(200)는 구동부의 동력을 회전체에 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다. 제1 회전체(230)와 제2 회전체(230a)의 회전방향은 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제1 회전체(230)는 시계 방향으로 회전하는 반면 제2 회전체(230a)는 시계 반대방향으로 회전할 수 있다. 따라서 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)는 서로 마주보게 되어, 회전하는 동안에도 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)의 끝면은 항상 가장 가깝게 위치한다. 예를 들어, 서로 대칭되는 박동 가압부의 끝면들의 거리는 튜브(220)의 두께의 합과 연관될 수 있다. 박동 가압부가 회전하는 동안, 박동 가압부의 끝면이 지속적으로 동일한 거리를 유지하기 위해서, 회전체가 정확하게 서로 반대방향으로 회전하여야 하기 때문에, 각 회전체의 회전은 기어방식으로 동력을 전달하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 동력 전달부는 구동부의 동력을 전달받아 회전하는 웜기어(270), 웜기어(270)의 일측에 구비되어 웜기어(270)의 동력을 제1 회전체(230)로 전달하는 제1 웜휠(280), 그리고 웜기어(270)의 타측에 구비되어 웜기어(270)의 동력을 제2 회전체(230a)로 전달하는 제2 웜휠(280a)을 포함할 수 있다.
구동부는 모터를 포함할 수 있으며, 웜기어(270)는 모터와 연결되어 시계 반대방향으로 회전할 수 있다. 구동부의 회전에 따라 웜기어(270)가 시계 반대방향으로 회전하면, 웜기어(270)의 좌우에 위치한 제1 웜휠(280)과 제2 웜휠(280a)은 낮은 기어비를 가지며 회전할 수 있다. 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 웜기어(270)의 좌우에는 제1 웜휠(280)과 제2 웜휠(280a)이 연결되고, 제1 웜휠(280)과 제2 웜휠(280a)은 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 제1 웜휠(280)은 제1 회전축(232)과 연결되어 제1 박동 가압부(240)가 구비된 제1 회전체(230)를 회전시킬 수 있다. 제2 웜휠(280a)은 제2 회전축(232a)과 연결되어 제2 박동 가압부(240a)가 구비된 제2 회전체(230a)를 회전시킬 수 있다. 이에 따라 제1 회전체(230)와 제2 회전체(230a)는 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 예를 들어, 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)가 회전하고, 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a) 사이에 위치하고 있는 튜브(220)는 압착될 수 있다. 이에 따라, 제1 박동 가압부(240)와 제2 박동 가압부(240a)의 회전방향과 박동 가압 형상에 의해 튜브(220)의 압착된 부위의 위치가 변화되므로, 유체가 이송될 수 있다.
박동형 유체 이송장치(200)는 제1 회전체(230)와 제2 회전체(230a)에 축결합하는 각각의 회전체가 회전이 원활하도록 베어링(234)을 포함할 수 있다. 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)의 좌우에는 베어링(234)이 고정될 수 있다. 예를 들어, 제1 회전체(230)의 제1 회전축(232)은 베어링(234)을 매개로 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)에 각각 결합될 수 있다. 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)는 제1 회전축(232)이 삽입되는 제1 관통홀(254, 264)을 포함하며, 제1 관통홀(254, 264)에 베어링(234)이 끼워져, 제1 관통홀(254, 264)과 제1 회전축(232)이 서로 결합될 수 있다. 제2 회전체(230a)의 제2 회전축(232a)도 베어링(234)을 매개로 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)에 각각 결합될 수 있다. 유입 챔버(250)와 배출 챔버(260)는 제2 회전축(232a)이 삽입되는 제2 관통홀(256, 266)을 포함하며, 제2 관통홀(256, 266)에 베어링(234)이 끼워져, 제2 관통홀(256, 266)과 제2 회전축(232a)이 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치(200)는 피가압부를 사이에 두고 1쌍의 회전축, 1쌍의 회전체, 1쌍의 박동 가압부, 유입 챔버(250), 배출 챔버(260), 그리고 1개의 웜기어(270)와 2개의 웜휠(worm wheel)을 포함하는 동력 전달부를 포함할 수 있다. 웜기어(270)의 일측은 구동부인 모터와 연결될 수 있으며, 심장 박동 주기와 대응할 수 있도록 기어비가 조절될 수 있다. 예를 들어, 구동부의 회전수와 토크는 일반 성인의 심장 박동이 분당 60~80회인 점을 고려하여 기어비가 조절될 수 있다.
동력 전달부는 웜기어(270)를 대신하여 평기어 세트, 베벨기어, 유성기어, 풀리(pulley) 등 다양한 감속장치와 연결될 수 있다. 예를 들어, 동력 전달부는 구동부의 동력을 전달받아 회전하며, 구동부의 동력을 제1 회전체(230)로 전달하는 제1 기어, 그리고 제1 기어와 맞물려 회전되며, 제1 기어의 동력을 제2 회전체(230a)로 전달하는 제2 기어를 포함할 수 있다. 제1 기어와 제2 기어는 평기어일 수 있다. 이러한 경우, 1쌍의 회전체는 서로 역방향으로 회전할 수 있도록 조합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치의 이송 유량을 도시한 도면이다. 도 10을 참조하면 이송 유량은 전반적으로 아래쪽에서 위쪽으로 이동한다. 박동 가압부가 회전하는 동안 튜브(220)는 어느 한 부위에서 반드시 압착된 상태를 유지한다. 이러한 압착 위치의 변화를 통해 유체가 이송하며, 이송되는 유량은 도 10에 도시된 바와 같이 표현될 수 있다. 예를 들어, 자연 심장에서 발생되는 박동형 혈액이송이 구현될 수 있다. 자연 심장은 도 10에서와 같이 항상 유속이 양의 값만을 유지하는 것이 아니라 순간적으로 유속이 음의 값을 보여주며 이러한 특성이 반복된다. 본 발명의 실시예에 따른 박동형 유체 이송장치(200)는 자연 심장과 유사하게 혈류량이 음의 값을 발생되도록 구현될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 길이방향으로 길게 구비되어 외력이 전달됨에 따라 압력 변형이 발생되어 내부 유체를 상기 길이방향으로 이송하는 피가압부,
    구동부의 동력이 전달되어 회전하며, 상기 피가압부의 외면에 외주면이 인접하는 회전체, 그리고
    상기 회전체의 외주면에 길이방향을 따라 박동 가압 형상으로 돌출 형성되어 상기 피가압부의 유체 이송 파형이 박동 파형을 유지하도록 상기 피가압부에 가압력을 전달하는 박동 가압부
    를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  2. 제1항에서,
    상기 박동 가압부는 상기 박동 파형에 대응하도록 구분된 서로 다른 복수의 가압구간에서 각각 서로 다른 박동 가압 형상으로 형성되는 박동형 유체 이송장치.
  3. 제2항에서,
    상기 박동 가압부는 서로 다른 복수의 가압구간에 대응하여 서로 다른 박동 가압 형상을 갖는 복수의 가압부를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  4. 제1항에서,
    상기 피가압부는 탄성을 갖고 가압력에 따라 형상이 변형되고 복원력에 따라 원형을 유지하는 튜브를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  5. 제4항에서,
    상기 피가압부는 중공형으로 형성되는 하우징의 길이방향으로 길게 구비되며, 상기 하우징의 내부 원주면을 따라 1개 이상 구비되는 박동형 유체 이송장치.
  6. 제4항에서,
    상기 피가압부는 중공형으로 형성되는 하우징의 길이방향으로 길게 구비되며, 상기 튜브의 외면에서 상기 튜브의 길이방향을 따라 볼록한 돌출 형상으로 구비되어 상기 튜브가 상기 하우징의 내면에 결합되도록 안내하는 고정 돌기를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  7. 제6항에서,
    상기 고정 돌기는 상기 튜브와 일체로 형성되는 박동형 유체 이송장치.
  8. 제6항에서,
    상기 하우징은 상기 피가압부와 대응하는 위치에서 상기 하우징의 길이방향을 따라 상기 고정 돌기가 삽입 고정되는 오목한 홈 형상의 가이드 홈을 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  9. 제8항에서,
    상기 하우징은,
    원통형상으로 형성되며, 내면의 길이방향을 따라 상기 가이드 홈을 포함하는 본체,
    상기 본체의 개구된 일측에 구비되며, 상기 튜브가 관통되는 제11 홀을 포함하는 제1 커버, 그리고
    상기 본체의 개구된 타측에 구비되며, 상기 튜브가 관통되는 제12 홀을 포함하는 제2 커버
    를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  10. 제9항에서,
    상기 가이드 홈은,
    상기 본체의 내면에서 상기 튜브의 외형에 대응하여 오목한 형상으로 형성되어 상기 튜브의 안착을 지지하는 제1 홈, 그리고
    상기 제1 홈의 내면에서 상기 고정 돌기의 외형에 대응하여 오목한 형상으로 형성되어 상기 고정 돌기의 결합을 지지하는 제2 홈
    을 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  11. 제1항에서,
    상기 회전체는 상기 피가압부를 사이에 두고 복수로 구비되는 박동형 유체 이송장치.
  12. 제11항에서,
    상기 회전체는,
    상기 피가압부를 사이에 두고 일측에 구비되는 제1 회전체, 그리고
    상기 제1 회전체와 대응하도록 타측에 구비되는 제2 회전체를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  13. 제12항에서,
    상기 박동 가압부는,
    상기 제1 회전체의 외주면에 구비되는 제1 박동 가압부, 그리고
    상기 제2 회전체의 외주면에 구비되는 제2 박동 가압부를 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  14. 제13항에서,
    상기 피가압부는,
    탄성을 갖고 가압력에 따라 형상이 변형되고 복원력에 따라 원형을 유지하는 튜브, 그리고
    상기 튜브의 내면에서 상기 튜브의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 서로 대향되는 위치에서 상기 튜브의 중심방향으로 돌출 형성되는 돌기부
    를 포함하며,
    상기 피가압부는 상기 제1 박동 가압부의 가압력에 대응하여 가압되는 제1 박동 가압영역과 상기 제2 박동 가압부의 가압력에 대응하여 가압되는 제2 박동 가압영역을 형성하는 박동형 유체 이송장치.
  15. 제1항에서,
    상기 튜브의 개구된 일측에 구비되며, 상기 튜브와 연통되는 유입구를 구비하여 유체 유입경로를 형성하는 유입 챔버, 그리고
    상기 튜브의 개구된 타측에 구비되며, 상기 튜브와 연통되는 배출구를 구비하여 유체 배출경로를 형성하는 배출 챔버
    를 더 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  16. 제12항에서,
    상기 구동부의 동력을 상기 회전체에 전달하는 동력 전달부를 더 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  17. 제16항에서,
    상기 동력 전달부는,
    상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하는 웜기어,
    상기 웜기어의 일측에 구비되어 상기 웜기어의 동력을 상기 제1 회전체로 전달하는 제1 웜휠, 그리고
    상기 웜기어의 타측에 구비되어 상기 웜기어의 동력을 상기 제2 회전체로 전달하는 제2 웜휠
    을 포함하는 박동형 유체 이송장치.
  18. 제16항에서,
    상기 동력 전달부는,
    상기 구동부의 동력을 전달받아 회전하며, 상기 구동부의 동력을 상기 제1 회전체로 전달하는 제1 기어, 그리고
    상기 제1 기어와 맞물려 회전하며, 상기 제1 기어의 동력을 상기 제2 회전체로 전달하는 제2 기어를 포함하는 박동형 유체 이송장치
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