WO2024063275A1 - 전기 삼투 펌프 - Google Patents

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WO2024063275A1
WO2024063275A1 PCT/KR2023/009519 KR2023009519W WO2024063275A1 WO 2024063275 A1 WO2024063275 A1 WO 2024063275A1 KR 2023009519 W KR2023009519 W KR 2023009519W WO 2024063275 A1 WO2024063275 A1 WO 2024063275A1
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WO
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housing
space
membrane assembly
terminal
membrane
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/009519
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤광식
정준혁
Original Assignee
이오플로우㈜
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Publication date
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    • A61M2005/14513—Pressure infusion, e.g. using pumps using pressurised reservoirs, e.g. pressurised by means of pistons with secondary fluid driving or regulating the infusion

Definitions

  • the present invention relates to electroosmotic pumps.
  • a drug injection device for example, an insulin injection device, is used to inject a drug solution into a patient.
  • These chemical injection devices are sometimes used by professional medical staff such as doctors and nurses, but in most cases, they are used by the general public, such as patients themselves or their guardians.
  • the drug injection device is being developed in the form of a patch that can be easily used by attaching it to the patient for a certain period of time. It can be provided in an attached state.
  • the chemical solution injection device may be provided with a driving means such as an electroosmotic pump to actively inject the chemical solution at low power.
  • An electroosmotic pump is a pump that utilizes the fluid movement phenomenon that occurs when voltage is applied to both ends of a capillary tube or porous membrane.
  • an electro-osmotic pump may include a housing that forms the exterior and a membrane assembly that is installed in the space inside the housing and divides the space inside the housing.
  • the membrane assembly includes a membrane with a porous structure and electrode bodies provided on both sides of the membrane, and can cause pressure action by allowing fluid and ions to pass through the membrane inside the housing using redox reactions that occur in the electrode body.
  • such an electro-osmotic pump can be manufactured by providing a housing with a plurality of parts, such as a lower part and an upper part, installing a membrane assembly inside the housing, and then combining the housings using an adhesive or the like.
  • the adhesive may flow into the inside of the housing due to the fluidity of the adhesive, which may cause a problem that reduces the yield of manufacturing the electro-osmotic pump.
  • the present invention is intended to provide a pump structure that can improve yield in the manufacturing process of an electro-osmotic pump for driving a chemical injection device.
  • these tasks are illustrative and do not limit the scope of the present invention.
  • an electro-osmotic pump includes a first housing and a second housing that are coupled to each other to provide an internal space in which fluid is received, and an interior of the second housing.
  • a membrane assembly attached to the side and dividing the internal space into a first space and a second space, a piston movable by fluid passing through the membrane assembly and flowing between the first space and the second space, and the first space.
  • a first terminal connected from the outside to the membrane assembly in the first space through a first penetration part penetrating the housing, and from the outside to the membrane assembly in the second space through a second penetration part penetrating the second housing. It may include a second terminal to be connected.
  • the present invention in the process of manufacturing an electro-osmotic pump, it is possible to prevent the adhesive from flowing outside the housing during the process of using the adhesive. Accordingly, the manufacturing yield of the electro-osmotic pump can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electroosmotic pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line a-a′ of FIG. 1.
  • Figure 3 is an exploded perspective view of the membrane assembly of Figure 2.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the movement of fluid according to the reaction in the first electrode body and the second electrode body centered on the membrane assembly of FIG. 2.
  • Figure 5 is a diagram for explaining the movement of fluid in the opposite direction to Figure 4.
  • Figure 6 is a perspective view of the membrane assembly of Figure 2;
  • FIG. 7 is a perspective view showing the inner side of the first housing of FIG. 2.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the inner side of the second housing of FIG. 2.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along b-b′ before the terminal in FIG. 1 is mounted.
  • FIG. 10 is a diagram showing a state in which the terminal in FIG. 9 is mounted.
  • an electro-osmotic pump includes a first housing and a second housing that are coupled to each other to provide an internal space in which fluid is received, and an interior of the second housing.
  • a membrane assembly attached to the side and dividing the internal space into a first space and a second space, a piston movable by fluid passing through the membrane assembly and flowing between the first space and the second space, and the first space.
  • a first terminal connected from the outside to the membrane assembly in the first space through a first penetration part penetrating the housing, and from the outside to the membrane assembly in the second space through a second penetration part penetrating the second housing. It may include a second terminal to be connected.
  • the membrane assembly includes a porous membrane, a first electrode body and a second electrode body disposed on both sides of the membrane, and a first casing and the second electrode body disposed at an edge of the first electrode body. It may include a second casing disposed at an edge of the electrode body, and the second casing may be adhered to an inner surface of the second housing.
  • the first casing includes an annular first body portion and a first wing portion extending from one side of an inner peripheral surface of the first body portion toward the first space
  • the second casing includes an annular second body portion. and a second wing extending from one side of an inner peripheral surface of the second body toward the second space, and the second body may be attached to an inner surface of the second housing.
  • the first terminal may be screwed to a first female thread formed in the first wing
  • the second terminal may be screwed to a second female thread formed in the second wing.
  • first housing and the second housing may be coupled to each other by epoxy adhesive.
  • first and second are used not in a limiting sense but for the purpose of distinguishing one component from another component.
  • Figure 1 is a perspective view of an electro-osmotic pump 100 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a cross-sectional view taken along line a-a' of Figure 1.
  • the electro-osmotic pump 100 (hereinafter referred to as 'pump 100') can move the piston 150 by using the fluid movement phenomenon that occurs when voltage is applied to both sides of the membrane assembly 130. It can be arranged so that
  • the pump 100 may include a housing 110, a piston 150, a membrane assembly 130, and a terminal 170.
  • the housing 110 may be formed as one piece, but may include a first housing 111 and a second housing 112 that can be coupled to each other for convenience in manufacturing the pump 100.
  • the first housing 111 and the second housing 112 may be coupled to each other using an epoxy adhesive or further using ultrasonic waves.
  • the housing 110 forms the exterior of the pump 100 and may provide an internal space in which various components forming the pump 100 are accommodated.
  • components such as fluid, membrane assembly 130, and piston 150 may be accommodated/installed in the internal space.
  • the fluid accommodated in the internal space may include a first fluid and a second fluid having different phases.
  • the first fluid may include a liquid such as water
  • the second fluid may include a gas such as air.
  • the first fluid accommodated in the internal space may not completely fill the internal space. That is, the volume of the internal space may be larger than the volume of the first fluid existing in the internal space.
  • the second fluid may exist in a portion of the internal space where the first fluid does not exist.
  • Fluid may be injected into the internal space through an injection port provided separately on one side of the housing 110.
  • an injection port provided separately on one side of the housing 110.
  • a portion of the first fluid is withdrawn to the outside through the injection port, and then the injection port is closed, so that the first fluid and the second fluid are in the housing 110. It can be accommodated in the interior space.
  • the internal space may be divided into a first space (S1) and a second space (S2) by the membrane assembly 130 disposed in the internal space.
  • the internal space of the pump 100 may be divided into a first space (S1) located at the top and a second space (S2) located at the bottom.
  • Fluid accommodated in the internal space may pass through the membrane assembly 130 in the thickness direction and move from the first space S1 to the second space S2 or vice versa.
  • the membrane assembly 130 may be tightly fixed to the housing 110 to prevent fluid contained in the internal space from passing between the membrane assembly 130 and the housing 110.
  • the first space S1 and the second space S2 may be distinguished while the edge of the membrane assembly 130 is adhered to the inner surface of the housing 110.
  • a piston insertion portion 113 may be provided on one side of the housing 110.
  • the piston insertion portion 113 is provided in a form that protrudes and extends outward from one side of the housing 110, and may provide a space within which at least a portion of the piston 150 can be accommodated.
  • the piston 150 inserted into the piston insertion portion 113 may include a plunger 151 and a shaft 152.
  • the plunger 151 has an outer diameter corresponding to the inner diameter of the piston insertion portion 113, and can move while contacting the inner surface of the piston insertion portion 113.
  • the plunger 151 may slide in the piston insertion portion 113 according to pressure changes caused by the movement of fluid accommodated in the internal space of the housing 110.
  • a sealing material is installed on the outer surface of the plunger 151. can be prepared.
  • the sealing material may be formed of an O-ring-shaped silicon material disposed on the outer peripheral surface of the plunger 151.
  • the sealing material can prevent the fluid contained in the inner space of the housing 110 from leaking to the outside between the outer side of the plunger 151 and the inner side of the piston insertion portion 113.
  • the shaft 152 has a predetermined length and may extend along the piston insertion portion 113 on one side of the plunger 151. And, the end of the shaft 152 may protrude out of the piston insertion portion 113 through an opening formed at the end of the piston insertion portion 113. The length of the end of the shaft 152 protruding to the outside of the piston insertion portion 113 may vary according to the movement of the plunger 151 according to pressure changes in the internal space. The shaft 152 moves together with the plunger 151 and can transmit power according to pressure changes in the internal space to the outside.
  • the diameter of the piston insertion portion 113 may be reduced at the end.
  • the piston insertion portion 113 may have an inner diameter at the end smaller than the outer diameter of the plunger 151.
  • a terminal 170 may be provided on one side of the housing 110.
  • the terminal 170 may include a first terminal 171 and a second terminal 172.
  • the first terminal 171 is connected to the membrane assembly 130 in the first space S1 from the outside through a first penetration part penetrating the first housing 111
  • the second terminal 172 is connected to the second housing ( 112) may be connected from the outside to the membrane assembly 130 in the second space S2 through the second penetration part.
  • the first terminal 171 and the second terminal 172 are electrically connected to the power supply unit 200 to provide voltages of different polarities to the membrane assembly 130.
  • the power supply unit 200 alternately changes the polarity of voltage and supplies it to the first electrode body and the second electrode body of the membrane assembly 130 through the first terminal 171 and the second terminal 172.
  • the fluid accommodated in the internal space can pass through the membrane assembly 130 and move from the first space (S1) to the second space (S2) or from the second space (S2) to the first space (S1).
  • a pressure change occurs in the first space (S1) and the second space (S2) due to the movement of fluid moving between the first space (S1) and the second space (S2), and the piston 150 is inserted into the piston.
  • the unit 113 can be moved back and forth by sliding.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the membrane assembly 130 of FIG. 2.
  • the membrane assembly 130 includes a porous membrane 131, a first electrode body 1321 and a second electrode body 1322 disposed on both sides of the membrane 131, and a first electrode body 1321 and a second electrode body 1322. It may include a first casing 1331 and a second casing 1332 respectively disposed at the edges of the electrode body 1322. Additionally, the first casing 1331, the first electrode body 1321, the membrane 131, the second electrode body 1322, and the second casing 1332 may be sequentially stacked to form one another.
  • the membrane 131 may have a porous structure that allows movement of fluid and ions.
  • the membrane 131 may be, for example, a frit-type membrane 131 manufactured by calcining spherical silica with heat.
  • the spherical silica used to form the membrane 131 may, for example, have a diameter of about 20 nm to about 500 nm, and specifically may have a diameter of about 30 nm to about 300 nm, and further Specifically, it may have a diameter of about 40 nm to about 200 nm.
  • the membrane 131 includes spherical silica, the membrane 131 is not limited thereto.
  • the type of the membrane 131 is not limited as long as it is a material that can cause an electrokinetic phenomenon due to zeta potential, such as porous silica or porous alumina.
  • the membrane 131 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. You can have it.
  • a first electrode body 1321 and a second electrode body 1322 may be disposed on both sides of the membrane 131, respectively.
  • the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322 may be arranged in a plate shape so as to contact main surfaces on both sides of the membrane 131, respectively.
  • the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322 can effectively move fluid and ions through their porous structure.
  • the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322 may have a structure in which an electrochemical reactive material is formed in a porous base layer.
  • the electrochemically reactive material may be formed by electrodepositing or coating the porous base layer through methods such as electroless plating, vacuum deposition, coating, and sol-gel process.
  • the porous base layer may be an insulator.
  • the porous base layer may include one or more selected from non-conductive ceramic, non-conductive polymer resin, non-conductive glass, and combinations thereof.
  • Non-conductive ceramics may include, for example, one or more selected from the group consisting of rock wool, gypsum, ceramics, 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 to this.
  • Non-conductive polymer resins include, for example, synthetic fibers 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 the bones of living organisms; And it may include one or more selected from the group consisting of combinations thereof, but is not limited thereto.
  • Non-conductive glass may include, but is not limited to, one or more selected from the group consisting of glass wool, glass frit, porous glass, and combinations thereof.
  • the porous base layer may have a pore size of about 0.1 ⁇ m to about 500 ⁇ m, specifically about 5 ⁇ m to about 300 ⁇ m, more specifically about 10 ⁇ m to about 200 ⁇ m pores. It can have any size.
  • the electrochemical reaction material forms a pair of reactions in which the oxidizing electrode and the reducing electrode exchange positive ions, such as hydrogen ions, during the reaction of the electrode body 132 of the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322. and at the same time may contain materials capable of forming a reversible electrochemical reaction.
  • Electrochemical reactive substances include, for example, silver/silver oxide, silver/silver chloride, MnO(OH), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polythionine, and quinone-based polymers. based polymer) and combinations thereof.
  • the first casing 1331 and the second casing 1332 may be disposed at the edges of the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322, respectively, and the first terminal provided on one side of the housing 110 It may be connected to (171) and the second terminal 172.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the movement of fluid according to the reaction of the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322 centered on the membrane assembly 130 of FIG. 2, and FIG. This is a drawing to explain the movement of fluid in the opposite direction.
  • the first casing 1331 and the second casing 1332 may be connected to the first terminal 171 and the second terminal 172 that penetrate the housing 110, respectively.
  • the first casing 1331 and the second casing 1332 may be made of a conductive material such as silver or copper and may be electrically connected to the first terminal 171 and the second terminal 172.
  • the movement of the fluid passing through the membrane assembly 130 according to power supply is as follows. I can explain.
  • Cations (Mn+, e.g., hydrogen ions) generated by the oxidation reaction in the first electrode body 1321 pass through the membrane 131 and move toward the second electrode body 1322 due to the voltage difference. At this time, the positive ions and As water (H2O) moves together, a certain pressure may be generated.
  • the first electrode body 1321 and the second electrode body 1322 can continuously react according to the voltage supplied by the power supply unit 200.
  • FIG. 6 is a perspective view of the membrane assembly 130 of FIG. 2
  • FIG. 7 is a perspective view showing the inner side of the first housing 111 of FIG. 2
  • FIG. 8 is a perspective view showing the inner side of the second housing 112 of FIG. 2. It is a perspective view
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along b-b' before the terminal is mounted in FIG. 1
  • FIG. 10 is a view showing a state in which the terminal is mounted in FIG. 9.
  • the membrane assembly 130 includes a first casing 1331, a first electrode body 1321, a membrane 131, a second electrode body 1322, and a second casing 1332 that are sequentially assembled. You can.
  • the membrane assembly 130 may be formed with rounded corners, but it is not limited to this and the shape of the corners can be changed in various ways.
  • the first casing 1331 and the second casing 1332 may be arranged to surround the edge of a structure in which the first electrode body 1321, the membrane 131, and the second electrode body 1322 are stacked.
  • the casing 133 may include an annular body portion and wing portions extending in a direction intersecting the body portion.
  • the first casing 1331 includes an annular first body portion 1331a and a first wing portion 1331b extending from one side of the inner peripheral surface of the first body portion 1331a to be disposed toward the first space S1.
  • the second casing 1332 may include a second body portion 1332a and a second wing portion 1332b extending from one side of the inner peripheral surface of the second body portion 1332a to be disposed toward the second space S2. You can.
  • the annular first body portion 1331a and the second body portion 1332a allow fluid to flow into an area defined by the inner peripheral surface, so that the fluid flows through the first electrode body 1321, the second electrode body 1322, and the membrane. (131) can be passed.
  • the first wing portion 1331b which extends from the inner peripheral surface of the first body portion 1331a in a direction intersecting the first body portion 1331a, is disposed in the first space S1 and is located in the second body portion 1332a.
  • the second wing portion 1332b extending from the inner peripheral surface in a direction intersecting the second body portion 1332a may be disposed in the second space S2.
  • the first wing 1331b disposed in the first space S1 and the second wing 1332b disposed in the second space S2 are electrically connected to the first terminal 171 and the second terminal 172, respectively. It can be connected to .
  • the first wing portion 1331b may have a first female thread portion formed through the first wing portion 1331b.
  • the first terminal 171 may be screwed to the first female thread formed on the first wing 1331b.
  • the first female thread portion may extend in a direction through which the first wing portion 1331b passes, and may include a first flange portion 1331c in which a thread is formed on the inner peripheral surface.
  • the first flange portion 1331c expands the contact area with the first terminal 171, thereby achieving stable coupling between the first wing portion 1331b and the first terminal 171.
  • the second wing portion 1332b may have a second female thread portion formed through the second wing portion 1332b.
  • the second terminal 172 may be screwed to the second female thread formed on the second wing 1332b.
  • the second female thread portion may extend in a direction through which the second wing portion 1332b passes, and may include a second flange portion 1332c having a thread formed on the inner peripheral surface. The second flange portion 1332c expands the contact area with the second terminal 172, thereby achieving stable coupling between the second wing portion 1332b and the second terminal 172.
  • the first housing 111 includes a first base 111a and a first side wall 111b extending from the edge of the first base 111a in a direction intersecting the first base 111a. can do. And, the first housing 111 may provide a first space 1110, a first receiving part 1111, a first penetrating part 1112, and a first coupling part 1113.
  • the first space 1110 may be formed by the first base 111a and the first side wall 111b of the first housing 111 to provide a first space S1.
  • the first accommodating part 1111 may provide a space where the first wing part 1331b of the first casing 1331 can be placed.
  • the first receiving portion 1111 may be formed as a groove on the inner surface of the first base 111a.
  • the first wing portion 1331b and the first flange portion 1331c of the membrane assembly 130 are formed in a complementary form to the first wing portion 1331b and the first flange portion 1331c and are disposed in the internal space. ) may be inserted into the first receiving portion 1111.
  • the first penetration part 1112 may provide a space in which the first terminal 171 can be disposed from the outside to the inside of the first housing 111.
  • the first penetration portion 1112 may be formed to penetrate the first side wall 111b.
  • the first penetrating part 1112 is formed through penetrating from the outside of the first housing 111 toward the first receiving part 1111, and the end of the first terminal 171 disposed in the first penetrating part 1112 is the first penetrating part 1112. It can be combined with the first wing portion 1331b disposed in the receiving portion 1111. At this time, the first terminal 171 and the first wing portion 1331b may be screwed together.
  • the first coupling portion 1113 may be formed to have a predetermined area where adhesive can be applied to the first side wall 111b.
  • the second housing 112 includes a second base 112a and a second side wall 112b extending from the edge of the second base 112a in a direction intersecting the second base 112a. can do. And, the second housing 112 may provide a second space 1120, a second receiving part 1121, a second penetrating part 1122, a second coupling part 1123, and a seating part 1124. there is.
  • the second space 1120 may be formed by the second base 112a and the second side wall 112b of the second housing 112 to provide a second space S2.
  • the second accommodating part 1121 may provide a space where the second wing part 1332b of the second casing 1332 can be placed.
  • the second receiving portion 1121 may be formed as a groove on the inner surface of the second base 112a.
  • the second wing portion 1332b and the second flange portion 1332c of the membrane assembly 130 are formed in a complementary form to the second wing portion 1332b and the second flange portion 1332c and are disposed in the internal space. ) may be inserted into the second receiving portion 1121.
  • the second penetration portion 1122 may provide a space in which the second terminal 172 can be disposed from the outside to the inside of the second housing 112.
  • the second penetration portion 1122 may be formed to penetrate the second side wall 112b.
  • the second penetrating part 1122 is formed to penetrate from the outside of the second housing 112 toward the second receiving part 1121, and the end of the second terminal 172 disposed in the second penetrating part 1122 is the second penetrating part 1122. It can be combined with the second wing portion 1332b disposed in the receiving portion 1121. At this time, the second terminal 172 and the second wing portion 1332b may be screwed together.
  • the second coupling portion 1123 may be formed to have a predetermined area on which the adhesive can be applied to the second side wall 112b.
  • the first coupling portion 1113 and the second coupling portion 1123 may be coupled to each other using an adhesive.
  • the first coupling portion 1113 and the second coupling portion 1123 may be coupled to each other by epoxy adhesive.
  • the first housing 111 and the second housing 112 can be joined by applying ultrasonic vibration to at least one of the first housing 111 and the second housing 112 using an ultrasonic generator to harden the epoxy adhesive. .
  • the seating portion 1124 may provide an area where the membrane assembly 130 can be stably positioned on the inner side of the housing 110.
  • the seating portion 1124 may be formed in a shape complementary to one side of the second body portion 1332a so as to make surface contact with the second body portion 1332a of the second casing 1332. there is.
  • the seating portion 1124 forms one continuous area with no disconnections, so that the second space S2 is sealed while the second casing 1332 is adhered to the second body portion 1332a. can be maintained.
  • the seating portion 1124 is located between the second receiving portion 1121 and the second coupling portion 1123, so that when the first housing 111 and the second housing 112 are coupled to each other, the first coupling portion The adhesive applied between the portion 1113 and the second coupling portion 1123 can be prevented from flowing into the second receiving portion 1121.
  • the membrane assembly 130 may be installed in the internal space provided by combining the first housing 111 and the second housing 112.
  • the membrane assembly 130 may be installed on the inner surface of the second housing 112 to divide the internal space into a first space and a second space.
  • the second body portion 1332a of the second casing 1332 may be adhesively fixed to an area provided inside the second housing 112 using an adhesive member 134.
  • the adhesive member 134 may be, for example, a thin adhesive film containing a resin made of urethane resin, acrylic resin, epoxy resin, silicone resin, or a combination thereof.
  • the adhesive area between the membrane assembly 130 and the housing 110 prevents the adhesive used for joining the first housing 111 and the second housing 112 from flowing into the internal space of the housing or the penetration part provided in the housing. You can.
  • the adhesive area of the inner surface of the second housing 112 and the membrane assembly 130 is connected to the first housing 111 and The second area can be sealed with respect to the coupling portion of the second housing 112. Accordingly, when applying an adhesive between the first coupling portion 1113 of the first housing 111 and the second coupling portion 1123 of the second housing 112 and coupling them together, the The adhesive area between the inner surface and the membrane assembly 130 is such that the adhesive between the first coupling portion 1113 and the second coupling portion 1123 flows along the inner surface of the second housing 112 due to its own weight and forms a second space ( It is possible to prevent it from flowing into the interior through S2) or the second penetration part 1122.
  • the adhesive used in the assembly process of the first housing 111 and the second housing 112 Adhesive may flow into the second penetrating portion 1122, preventing the second terminal 172 from being joined, or fluid may leak from the coupling portion of the second terminal 172.
  • the second terminal 172 must be fastened before the first housing 111 and the second housing 112 are combined, which may make the pump manufacturing process cumbersome. Therefore, the configuration of the membrane assembly 130 and housing 110 as described above can improve the yield of pump manufacturing.
  • first housing 111, the second housing 112, and the membrane assembly 130 when the first housing 111, the second housing 112, and the membrane assembly 130 are combined, fluid flows into the first space through the first penetration part 1112 communicating with the first space. After injecting the fluid into the second space through the second penetration part 1122 communicating with the second space, the first terminal 171 and the second terminal 172 can be simultaneously fastened to the housing, The manufacturing process of the pump can be simplified.
  • the first terminal 171 may be coupled through the first through portion 1112, and the second terminal 172 may be coupled through the second through portion 1122.
  • the end of the first wing portion 1331b of the first casing 1331 is disposed in the first receiving portion 1111 and is electrically connected to the end of the first terminal 171 through the first penetration portion 1112. can be achieved.
  • the end of the second wing portion 1332b of the second casing 1332 is disposed in the second receiving portion 1121 and is coupled to the end of the second terminal 172 through the second penetration portion 1122. An electrical connection can be made.
  • an electro-osmotic pump is provided. Additionally, the present invention can be applied to electroosmotic pumps used industrially.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 펌프는, 상호 결합하여 유체가 수용되는 내부공간을 제공하는 제1 하우징 및 제2 하우징, 상기 제2 하우징의 내측면에 접착되어 상기 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구분하는 멤브레인 어셈블리, 상기 멤브레인 어셈블리를 통과하여 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 사이를 유동하는 유체에 의해 이동 가능한 피스톤, 및 상기 제1 하우징을 관통하는 제1 관통부를 통하여 외부에서 상기 제1 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 하우징을 관통하는 제2 관통부를 통하여 외부에서 상기 제2 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제2 단자를 포함할 수 있다.

Description

전기 삼투 펌프
본 발명은 전기 삼투 펌프에 관한 것이다.
약액 주입 장치, 예를 들어 인슐린 주입 장치는 환자에게 약액을 주입하기 위해 사용된다. 이러한 약액 주입 장치는 의사나 간호사와 같은 전문 의료진에 의해 사용되기도 하지만, 대부분의 경우 환자 자신 또는 보호자와 같은 일반인에 의해 사용되고 있다.
약액 주입 장치는, 일반인의 사용의 편의성을 위하여 일정한 기간 동안 환자에 부착하여 간편하게 사용할 수 있는 패치 형태로 개발되고 있으며, 환자의 복부 또는 허리 등과 같은 환자 신체의 소정의 위치에 일정한 기간 동안 패치 형태로 부착한 상태로 제공될 수 있다.
약액 주입 장치는 환자에 부착된 상태로 사용되도록 소형화가 요구되며 저전력으로 구동될 필요성이 있다. 따라서, 약액 주입 장치에는 저전력으로 능동적으로 약액을 주입하기 위하여, 전기 삼투 펌프와 같은 구동 수단이 제공될 수 있다.
전기 삼투 펌프는 모세관 또는 다공성 분리막의 양단에 전압을 가하였을 때 발생하는 유체의 이동 현상을 이용하는 펌프이다.
일반적으로, 전기 삼투 펌프는 외관을 형성하는 하우징 및 하우징 내부의 공간에 설치되어 하우징 내부의 공간을 구분하는 멤브레인 어셈블리를 포함할 수 있다. 멤브레인 어셈블리는 다공성 구조의 멤브레인과 멤브레인의 양 측에 제공되는 전극체를 포함하고, 전극체에서 일어나는 산화환원반응을 이용하여 하우징 내부에서 유체와 이온이 멤브레인을 통과하도록 함으로써 압력작용을 일으킬 수 있다.
이러한 전기 삼투 펌프는 제조의 편의성을 위하여 하우징을 하부와 상부 등 복수의 파트로 마련하고, 멤브레인 어셈블리를 하우징의 내측에 설치한 후, 접착제 등을 이용하여 하우징을 결합하는 방식으로 제조될 수 있다. 이와 같이 전기 삼투 펌프를 제조할 때 하우징을 결합하는 과정에서, 접착제의 유동성에 의해 접착제가 하우징 내측으로 흘러 들어 전기 삼투 펌프 제조의 수율을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 약액 주입 장치의 구동을 위한 전기 삼투 펌프의 제조 공정에서 수율을 향상시킬 수 있는 펌프 구조를 제공하기 위한 것이다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의한 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 펌프는, 상호 결합하여 유체가 수용되는 내부공간을 제공하는 제1 하우징 및 제2 하우징, 상기 제2 하우징의 내측면에 접착되어 상기 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구분하는 멤브레인 어셈블리, 상기 멤브레인 어셈블리를 통과하여 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 사이를 유동하는 유체에 의해 이동 가능한 피스톤, 및 상기 제1 하우징을 관통하는 제1 관통부를 통하여 외부에서 상기 제1 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 하우징을 관통하는 제2 관통부를 통하여 외부에서 상기 제2 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제2 단자를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 전기 삼투 펌프를 제조하는 공정에 있어서, 접착제를 사용하는 과정에서 접착제가 하우징 외부로 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이에, 전기 삼투 펌프의 제조 수율이 향상될 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 a-a`에 대한 단면도이다.
도 3은 도 2의 멤브레인 어셈블리의 분해사시도이다.
도 4는 도 2의 멤브레인 어셈블리를 중심으로 하는 제1 전극체 및 제2 전극체에서의 반응에 따른 유체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 4와 반대방향에 대한 유체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 멤브레인 어셈블리의 사시도이다.
도 7는 도 2의 제1 하우징 내측면을 도시하는 사시도이다.
도 8은 도 2의 제2 하우징 내측면을 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 1에서 단자가 장착되기 전의 b-b`에 대한 단면도이다.
도 10은 도 9에서 단자가 장착된 상태를 도시하는 도면이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 펌프는, 상호 결합하여 유체가 수용되는 내부공간을 제공하는 제1 하우징 및 제2 하우징, 상기 제2 하우징의 내측면에 접착되어 상기 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구분하는 멤브레인 어셈블리, 상기 멤브레인 어셈블리를 통과하여 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 사이를 유동하는 유체에 의해 이동 가능한 피스톤, 및 상기 제1 하우징을 관통하는 제1 관통부를 통하여 외부에서 상기 제1 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 하우징을 관통하는 제2 관통부를 통하여 외부에서 상기 제2 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제2 단자를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 멤브레인 어셈블리는, 다공성 구조의 멤브레인, 상기 멤브레인 양 측면에 배치되는 제1 전극체와 제2 전극체, 및 상기 제1 전극체의 가장자리에 배치되는 제1 케이싱과 상기 제2 전극체의 가장자리에 배치되는 제2 케이싱을 포함하고, 상기 제2 케이싱이 상기 제2 하우징의 내측면에 접착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 케이싱은 환형의 제1 바디부와 상기 제1 바디부의 내주면의 일측에서 상기 제1 공간 측으로 연장되는 제1 날개부를 포함하고, 상기 제2 케이싱은 환형의 제2 바디부와 상기 제2 바디부의 내주면의 일측에서 상기 제2 공간 측으로 연장되는 제2 날개부를 포함하고, 상기 제2 바디부가 상기 제2 하우징의 내측면에 접착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 단자는 상기 제1 날개부에 형성된 제1 암나사부에 나사결합되고, 상기 제2 단자는 상기 제2 날개부에 형성된 제2 암나사부에 나사결합될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징은 에폭시 접착에 의해 상호 결합될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
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 구별하기 위한 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. 예를 들어, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 이하의 실시예는 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하의 실시예에서, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결되는 경우뿐만 아니라 영역, 구성요소들 중간에 다른 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결되는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 삼투 펌프(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 a-a`에 대한 단면도이다.
전기 삼투압 펌프(100)(이하, ‘펌프(100)’라 함)는 멤브레인 어셈블리(130) 양 측에 전압을 가하였을 때 발생하는 유체의 이동 현상을 이용하여, 피스톤(150)을 이동시킬 수 있도록 마련될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 펌프(100)는 하우징(110), 피스톤(150), 멤브레인 어셈블리(130) 및 단자(170)를 포함할 수 있다.
하우징(110)은 일체로 형성될 수 있지만, 펌프(100) 제조의 편의성을 위하여 상호 결합 가능한 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)은 에폭시 접착제를 이용하거나 초음파를 더 이용하여 상호 결합될 수 있다.
하우징(110)은 펌프(100)의 외관을 형성하고, 내부에 펌프(100)를 형성하는 여러 구성들이 수용되는 내부공간을 제공할 수 있다. 일 실시예로, 내부공간에는 유체, 멤브레인 어셈블리(130) 및 피스톤(150)과 같은 구성이 수용/장착될 수 있다.
내부공간에 수용되는 유체는 서로 다른 상(phase)을 갖는 제1 유체 및 제2 유체를 포함할 수 있다. 제1 유체는 물과 같은 액체를 포함하고, 제2 유체는 공기와 같은 기체를 포함할 수 있다.
내부공간에 수용되는 제1 유체는 내부공간을 전체적으로 채우지 않을 수 있다. 즉, 내부공간의 체적은 내부공간에 존재하는 제1 유체의 체적보다 클 수 있다. 내부공간 중에서 제1 유체가 존재하지 않는 부분에는 제2 유체가 존재할 수 있다.
유체는 하우징(110) 일측에 별도로 마련되는 주입구를 통하여 내부공간으로 주입될 수 있다. 일 실시예로, 주입구를 통하여 제1 유체를 내부공간에 전체적으로 채운 후에, 주입구를 통하여 제1 유체의 일부를 외부로 빼낸 후에 주입구를 폐쇄함으로써, 제1 유체 및 제2 유체가 하우징(110)의 내부공간에 수용될 수 있다.
내부공간은 내부공간에 배치되는 멤브레인 어셈블리(130)에 의해 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)으로 구분될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서와 같이 펌프(100)는 상부에 위치하는 제1 공간(S1)과 하부에 위치하는 제2 공간(S2)으로 내부공간이 구분될 수 있다.
내부공간에 수용되는 유체는 멤브레인 어셈블리(130)를 두께 방향으로 통과하여 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2) 또는 그 역방향으로 이동할 수 있다. 내부공간에 수용되는 유체가 멤브레인 어셈블리(130)와 하우징(110) 사이를 통과하지 못하도록, 멤브레인 어셈블리(130)는 하우징(110)에 밀착 고정될 수 있다. 예를 들어, 멤브레인 어셈블리(130)의 가장자리가 하우징(110) 내측면에 접착된 상태로 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 구분할 수 있다.
하우징(110)의 일측에는 피스톤 삽입부(113)가 마련될 수 있다. 일 실시예로, 피스톤 삽입부(113)는 하우징(110)의 일측에서 외측으로 돌출 연장되는 형태로 마련되고, 내부에 피스톤(150)의 적어도 일부가 수용될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
피스톤 삽입부(113)에 삽입되는 피스톤(150)은 플런저(151)와 샤프트(152)를 포함할 수 있다.
플런저(151)는 외경이 피스톤 삽입부(113)의 내경에 대응하여, 피스톤 삽입부(113)의 내측면과 접촉하며 이동할 수 있다. 예를 들어, 플런저(151)는 하우징(110)의 내부공간에 수용되는 유체의 이동에 따른 압력 변화에 따라 피스톤 삽입부(113) 슬라이딩 이동할 수 있다.
플런저(151)와 피스톤 삽입부(113) 사이에서 내부공간에 수용되는 유체가 누출되지 않도록, 플런저(151)와 피스톤 삽입부(113) 사이의 밀폐력 향상을 위하여 플런저(151)의 외측면에는 실링재가 마련될 수 있다.
일 실시예로, 실링재는 플런저(151)의 외주면에 배치되는 O-링 형태의 실리콘 재질로 형성될 수 있다. 실링재는 플런저(151)의 외측과 피스톤 삽입부(113)의 내측면 사이에서 하우징(110) 내부공간에 수용된 유체가 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
샤프트(152)는 소정의 길이를 갖고, 플런저(151)의 일측에서 피스톤 삽입부(113)를 따라 연장될 수 있다. 그리고, 샤프트(152)의 단부는 피스톤 삽입부(113)의 단부에 형성된 개구를 통하여 피스톤 삽입부(113)의 외측으로 돌출될 수 있다. 피스톤 삽입부(113)의 외측으로 돌출되는 샤프트(152)의 단부의 길이는 내부공간의 압력 변화에 따른 플런저(151)의 이동에 따라 가변될 수 있다. 샤프트(152)는 플런저(151)와 함께 이동하며, 내부공간의 압력 변화에 따른 동력을 외부로 전달할 수 있다.
피스톤(150)의 왕복 운동 시 플런저(151)가 피스톤 삽입부(113)에서 외부로 이탈되지 않도록, 피스톤 삽입부(113)는 단부에서 직경이 줄어들 수 있다. 예를 들어, 피스톤 삽입부(113)은 단부에서의 내경이 플런저(151)의 외경보다 작게 형성될 수 있다.
하우징(110)의 일측에는 단자(170)가 마련될 수 있다. 단자(170)는 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)를 포함할 수 있다. 제1 단자(171)는 제1 하우징(111)을 관통하는 제1 관통부를 통하여 외부에서 제1 공간(S1)의 멤브레인 어셈블리(130) 측으로 연결되고, 제2 단자(172)는 제2 하우징(112)을 관통하는 제2 관통부를 통하여 외부에서 제2 공간(S2)의 멤브레인 어셈블리(130) 측으로 연결될 수 있다.
제1 단자(171) 및 제2 단자(172)는 전원부(200)와 전기적으로 연결되어 서로 다른 극성의 전압을 멤브레인 어셈블리(130) 측에 제공할 수 있다. 예를 들어, 전원부(200)가 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)를 통하여 멤브레인 어셈블리(130)의 제1 전극체 및 제2 전극체에 전압의 극성을 교번적으로 변경하며 공급함으로써, 내부공간에 수용되는 유체가 멤브레인 어셈블리(130)를 통과하여 제1 공간(S1)에서 제2 공간(S2)으로 또는 제2 공간(S2)에서 제1 공간(S1)으로 이동할 수 있다. 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2) 사이에서 이동하는 유체의 이동에 의해 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)에서 압력 변화가 발생하고, 이에 피스톤(150)이 피스톤 삽입부(113)를 슬라이딩 왕복 이동할 수 있다.
도 3은 도 2의 멤브레인 어셈블리(130)의 분해사시도이다.
멤브레인 어셈블리(130)는 다공성 구조의 멤브레인(131), 멤브레인(131) 양 측면에 배치되는 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322), 그리고 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)의 가장자리에 각각 배치되는 제1 케이싱(1331) 및 제2 케이싱(1332)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 케이싱(1331), 제1 전극체(1321), 멤브레인(131), 제2 전극체(1322) 및 제2 케이싱(1332)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다.
멤브레인(131)은 유체와 이온의 이동이 가능한 다공성 구조를 가질 수 있다. 멤브레인(131)은, 예를 들어 구형 실리카를 열로 소성하여 제조한 프릿형 멤브레인(131)일 수 있다. 멤브레인(131)의 형성에 사용하는 구형 실리카는, 예를 들어 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.
구형 실리카의 직경이 전술한 범위를 만족하는 경우, 멤브레인(131)을 통과하는 유체에 의한 압력, 즉 피스톤(150)을 이동시키기에 충분한 압력을 발생시킬 수 있다.
전술한 실시예에서 멤브레인(131)이 구형 실리카를 포함하는 것을 설명하였으나, 멤브레인(131)이 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예로, 멤브레인(131)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(131)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(131)의 양측에는 제1 전극체(1321)와 제2 전극체(1322)가 각각 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)는 플레이트 형태로 각각 멤브레인(131)의 양측 주면(main surface)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)는 다공 구조를 통해 유체와 이온을 효과적으로 이동시킬 수 있다.
제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)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 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)의 전극체(132) 반응 시에 산화 전극과 환원 전극이 양이온, 예컨대 수소이온을 주고받는 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 케이싱(1331) 및 제2 케이싱(1332)은 각각 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)의 가장자리에 배치될 수 있으며, 하우징(110)의 일측에 제공되는 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)와 연결될 수 있다.
도 4는 도 2의 멤브레인 어셈블리(130)를 중심으로 하는 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)의 반응에 따른 유체의 이동을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4와 반대방향에 대한 유체의 이동을 설명하기 위한 도면이다.
제1 케이싱(1331) 및 제2 케이싱(1332)은 각각 하우징(110)을 관통하는 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)와 연결될 수 있다. 제1 케이싱(1331) 및 제2 케이싱(1332)은 은, 구리 등과 같은 도전성 재질을 포함하여 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예로, 은/산화은을 전기화학적 반응물질로 사용하고, 제1 유체가 물을 포함하는 용액인 경우에 있어서, 전원 공급에 따라 멤브레인 어셈블리(130)를 통과하는 유체의 이동을 다음과 같이 설명할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극체(1321)가 산화전극이고 제2 전극체(1322)가 환원전극인 경우, 제1 전극체(1321)에서는 Ag(s) + H2O → Ag2O(s) + 2H++ 2e-의 반응이 일어나고, 제2 전극체(1322)에서는 Ag2O(s) + 2H++ 2e- → Ag(s) + H2O 의 반응이 일어날 수 있다.
제1 전극체(1321)에서의 산화반응에 따라 생성된 양이온(Mn+, 예, 수소이온)은 전압차에 의해 멤브레인(131)을 지나 제2 전극체(1322)를 향해 이동하는데, 이때 양이온과 함께 물(H2O)이 함께 이동하면서 소정의 압력이 발생할 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이 전원부(200)가 공급하는 전압의 극성을 반대로 바꾸면, 앞서 산화전극으로 사용될 때 소모되었던 전기화학적 반응물질이 환원전극으로 사용되면서 회복되고, 환원전극의 경우도 마찬가지로 회복될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 비교하여, 제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)로 공급되는 전압의 극성이 바뀌면, 도 5에 도시된 바와 같이 양이온(Mn+, 예, 수소이온)과 물(H2O)이 제2 공간(S2)에서 제1 공간(S1)으로 다시 이동할 수 있다. 이때, 양이온과 함께 물(H2O)이 함께 이동하면서, 도 4의 경우와 반대방향으로 소정의 압력이 발생할 수 있다.
제1 전극체(1321) 및 제2 전극체(1322)는 전원부(200)의 전압 공급에 따라 계속적인 반응이 가능하다.
도 6은 도 2의 멤브레인 어셈블리(130)의 사시도이고, 도 7은 도 2의 제1 하우징(111) 내측면을 도시하는 사시도이며, 도 8은 도2의 제2 하우징(112) 내측면을 도시하는 사시도이고, 도 9는 도 1에서 단자가 장착되기 전의 b-b’에 대한 단면도이며, 도 10은 도 9에서 단자가 장착된 상태를 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 멤브레인 어셈블리(130)는 제1 케이싱(1331), 제1 전극체(1321), 멤브레인(131), 제2 전극체(1322) 및 제2 케이싱(1332)이 차례로 조립될 수 있다. 멤브레인 어셈블리(130)는 모서리가 라운드지게 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 모서리부의 형태 변화는 다양하게 가능하다.
제1 케이싱(1331) 및 제2 케이싱(1332)이 제1 전극체(1321), 멤브레인(131) 및 제2 전극체(1322)가 적층 형성된 구조물의 가장자리를 감싸듯이 배치될 수 있다.
일 실시예로, 케이싱(133)은 환형의 바디부 및 바디부와 교차하는 방향으로 연장되는 날개부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 케이싱(1331)은 환형의 제1 바디부(1331a)와 제1 바디부(1331a)의 내주면의 일측에서 제1 공간(S1)측으로 배치되도록 연장되는 제1 날개부(1331b)를 포함할 수 있다. 그리고, 제2 케이싱(1332)은 제2 바디부(1332a)와 제2 바디부(1332a)의 내주면의 일측에서 제2 공간(S2)측으로 배치되도록 연장되는 제2 날개부(1332b)를 포함할 수 있다.
환형의 제1 바디부(1331a)와 제2 바디부(1332a)는 내주면에 의해 규정되는 영역으로 유체를 유동을 허용함으로써 유체가 제1 전극체(1321), 제2 전극체(1322) 및 멤브레인(131)을 통과하도록 할 수 있다.
제1 바디부(1331a)의 내주면에서 제1 바디부(1331a)와 교차하는 방향으로 연장되는 제1 날개부(1331b)는 제1 공간(S1)에 배치되고, 제2 바디부(1332a)의 내주면에서 제2 바디부(1332a)와 교차하는 방향으로 연장되는 제2 날개부(1332b)는 제2 공간(S2)에 배치될 수 있다. 제1 공간(S1)에 배치되는 제1 날개부(1331b) 및 제2 공간(S2)에 배치되는 제2 날개부(1332b)는 각각 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 날개부(1331b)는 제1 날개부(1331b)를 관통하여 형성되는 제1 암나사부가 형성될 수 있다. 제1 단자(171)는 제1 날개부(1331b)에 형성된 제1 암나사부와 나사결합될 수 있다. 이때, 제1 암나사부는 제1 날개부(1331b)가 관통되는 방향으로 연장형성되고, 내주면에 나사산이 형성되는 제1 플랜지부(1331c)를 포함할 수 있다. 제1 플랜지부(1331c)는 제1 단자(171)와의 접촉 면적이 확장되도록 하여, 제1 날개부(1331b)와 제1 단자(171)와의 안정적인 결합을 이룰 수 있다.
그리고, 제2 날개부(1332b)는 제2 날개부(1332b)를 관통하여 형성되는 제2 암나사부가 형성될 수 있다. 제2 단자(172)는 제2 날개부(1332b)에 형성된 제2 암나사부와 나사결합될 수 있다. 이때, 제2 암나사부는 제2 날개부(1332b)가 관통되는 방향으로 연장형성되고, 내주면에 나사산이 형성되는 제2 플랜지부(1332c)를 포함할 수 있다. 제2 플랜지부(1332c)는 제2 단자(172)와의 접촉 면적이 확장되도록 하여, 제2 날개부(1332b)와 제2 단자(172)와의 안정적인 결합을 이룰 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 하우징(111)은 제1 베이스(111a) 및 제1 베이스(111a)의 가장자리에서 제1 베이스(111a)와 교차하는 방향으로 연장되는 제1 측벽(111b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 하우징(111)은 제1 공간부(1110), 제1 수용부(1111), 제1 관통부(1112) 및 제1 결합부(1113)를 제공할 수 있다.
제1 공간부(1110)는 제1 하우징(111)의 제1 베이스(111a) 및 제1 측벽(111b)에 의해 형성되어 제1 공간(S1)을 제공할 수 있다.
제1 수용부(1111)는 제1 케이싱(1331)의 제1 날개부(1331b)가 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 수용부(1111)는 제1 베이스(111a) 내측면에 홈으로 형성될 수 있다. 그리고, 제1 날개부(1331b) 및 제1 플랜지부(1331c)와 상보적인 형태로 형성되어, 내부공간에 배치된 멤브레인 어셈블리(130)의 제1 날개부(1331b) 및 제1 플랜지부(1331c)가 제1 수용부(1111)에 삽입될 수 있다.
제1 관통부(1112)는 제1 단자(171)가 제1 하우징(111)의 외측에서 내측으로 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 관통부(1112)는 제1 측벽(111b)을 관통하여 형성될 수 있다.
제1 관통부(1112)는 제1 하우징(111)의 외측에서 제1 수용부(1111) 측으로 관통 형성되고, 제1 관통부(1112)에 배치되는 제1 단자(171)의 단부가 제1 수용부(1111)에 배치되는 제1 날개부(1331b)와 결합을 이룰 수 있다. 이때, 제1 단자(171)와 제1 날개부(1331b)는 나사결합을 이룰 수 있다.
제1 결합부(1113)는 제1 측벽(111b)에 접착제가 도포될 수 있는 소정의 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 하우징(112)은 제2 베이스(112a) 및 제2 베이스(112a)의 가장자리에서 제2 베이스(112a)와 교차하는 방향으로 연장되는 제2 측벽(112b)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 하우징(112)은 제2 공간부(1120), 제2 수용부(1121), 제2 관통부(1122), 제2 결합부(1123) 및 안착부(1124)를 제공할 수 있다.
제2 공간부(1120)는 제2 하우징(112)의 제2 베이스(112a) 및 제2 측벽(112b)에 의해 형성되어 제2 공간(S2)을 제공할 수 있다.
제2 수용부(1121)는 제2 케이싱(1332)의 제2 날개부(1332b)가 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 수용부(1121)는 제2 베이스(112a) 내측면에 홈으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 날개부(1332b) 및 제2 플랜지부(1332c)와 상보적인 형태로 형성되어, 내부공간에 배치된 멤브레인 어셈블리(130)의 제2 날개부(1332b) 및 제2 플랜지부(1332c)가 제2 수용부(1121)에 삽입될 수 있다.
제2 관통부(1122)는 제2 단자(172)가 제2 하우징(112)의 외측에서 내측으로 배치될 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제2 관통부(1122)는 제2 측벽(112b)을 관통하여 형성될 수 있다.
제2 관통부(1122)는 제2 하우징(112)의 외측에서 제2 수용부(1121) 측으로 관통 형성되고, 제2 관통부(1122)에 배치되는 제2 단자(172)의 단부가 제2 수용부(1121)에 배치되는 제2 날개부(1332b)와 결합을 이룰 수 있다. 이때, 제2 단자(172)와 제2 날개부(1332b)는 나사결합을 이룰 수 있다.
제2 결합부(1123)는 제2 측벽(112b)에 접착제가 도포될 수 있는 소정의 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
제1 결합부(1113)와 제2 결합부(1123)는 서로 맞닿은 상태로 접착제에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 제1 결합부(1113)와 제2 결합부(1123)는 에폭시 접착에 의해 상호 결합될 수 있다. 이때, 초음파 발생기로 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112) 중에서 적어도 한 곳에 초음파 진동을 인가하여 에폭시 접착제를 경화시킴으로써 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)을 결합시킬 수 있다.
안착부(1124)는 멤브레인 어셈블리(130)가 하우징(110) 내측면에서 안정적으로 자리 잡을 수 있는 영역을 제공할 수 있다. 예를 들어, 안착부(1124)는 제2 케이싱(1332)의 제2 바디부(1332a)와 면접촉을 이룰 수 있도록, 제2 바디부(1332a)의 일측면과 상보적인 형상으로 형성될 수 있다.
안착부(1124)는 단절되는 부분이 없는 하나의 연속되는 영역을 형성하여, 제2 케이싱(1332)이 제2 바디부(1332a)에 접착된 상태에서, 제2 공간(S2)을 밀폐된 상태로 유지시킬 수 있다. 그리고, 안착부(1124)는 제2 수용부(1121)와 제2 결합부(1123) 사이에 위치함으로써, 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)을 상호 결합할 때, 제1 결합부(1113)와 제2 결합부(1123) 사이에 도포되는 접착제가 제2 수용부(1121)로 흐르는 것을 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)이 결합되어 마련되는 내부공간에 멤브레인 어셈블리(130)가 설치될 수 있다.
멤브레인 어셈블리(130)는 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구분하도록, 제2 하우징(112)의 내측면에 설치될 수 있다.
일 실시예로, 제2 케이싱(1332)의 제2 바디부(1332a)가 제2 하우징(112)의 내측에 마련되는 영역에 접착부재(134)를 이용하여 접착 고정될 수 있다. 이때, 접착부재(134)는, 예를 들어 우레탄 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 이들의 조합으로 이루어지는 수지를 포함하는 박막의 접착필름일 수 있다.
멤브레인 어셈블리(130)와 하우징(110)의 접착 영역은 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)의 결합에 사용되는 접착제가 하우징의 내부공간 또는 하우징에 마련되는 관통부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예로, 제2 하우징(112)의 내측면에 멤브레인 어셈블리(130)가 접착되면, 제2 하우징(112)의 내측면과 멤브레인 어셈블리(130)의 접착 영역은 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)의 결합 부분에 대하여 제2 영역을 밀폐할 수 있다. 이에, 제1 하우징(111)의 제1 결합부(1113)와 제2 하우징(112)의 제2 결합부(1123) 사이에 접착재를 도포하고 이들을 상호 결합시킬 때, 제2 하우징(112)의 내측면과 멤브레인 어셈블리(130)의 접착 영역은 제1 결합부(1113)와 제2 결합부(1123) 사이의 접착재가 자중에 의해 제2 하우징(112)의 내측면을 타고 흘러 제2 공간(S2)이나 제2 관통부(1122)로 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
만약, 제2 하우징(112)의 내측면과 멤브레인 어셈블리(130)의 접착 영역이 제2 영역을 밀폐하지 않도록 구성되면, 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)의 조립과정에서 사용되는 접착제가 제2 관통부(1122)로 유입되어, 제2 단자(172)를 결합하지 못하거나 제2 단자(172)의 결합부위에서 유체의 누설이 발생될 수 있다. 결국, 제1 하우징(111) 및 제2 하우징(112)의 결합 전에 제2 단자(172)의 체결이 선행되어야 하는데, 이는 펌프 제조 공정을 번거롭게 할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 멤브레인 어셈블리(130)와 하우징(110)에 대한 구성은 펌프 제조의 수율을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 하우징(111), 제2 하우징(112) 및 멤브레인 어셈블리(130)가 결합된 상태에서, 제1 공간과 연통하는 제1 관통부(1112)를 통하여 제1 공간으로 유체를 주입하고, 제2 공간과 연통하는 제2 관통부(1122)를 통하여 제2 공간으로 유체를 주입한 후, 제1 단자(171) 및 제2 단자(172)를 하우징에 동시에 체결할 수 있으므로, 펌프의 제조 공정이 단순화될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 관통부(1112)를 통하여 제1 단자(171)가 결합되고, 제2 관통부(1122)를 통하여 제2 단자(172)가 결합될 수 있다.
제1 케이싱(1331)의 제1 날개부(1331b)의 단부는 제1 수용부(1111)에 배치되어, 제1 관통부(1112)를 통하는 제1 단자(171)의 단부와 결합되어 전기적 연결을 이룰 수 있다. 그리고, 제2 케이싱(1332)의 제2 날개부(1332b)의 단부는 제2 수용부(1121)에 배치되어, 제2 관통부(1122)를 통하는 제2 단자(172)의 단부와 결합되어 전기적 연결을 이룰 수 있다.
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 발명의 일 실시예에 따르면 전기 삼투 펌프를 제공한다. 또한, 본 발명은 산업상 이용하는 전기 삼투 펌프에 본 발명의 실시예를 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 상호 결합하여 유체가 수용되는 내부공간을 제공하는 제1 하우징 및 제2 하우징;
    상기 제2 하우징의 내측면에 접착되어 상기 내부공간을 제1 공간 및 제2 공간으로 구분하는 멤브레인 어셈블리;
    상기 멤브레인 어셈블리를 통과하여 상기 제1 공간 및 상기 제2 공간 사이를 유동하는 유체에 의해 이동 가능한 피스톤; 및
    상기 제1 하우징을 관통하는 제1 관통부를 통하여 외부에서 상기 제1 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제1 단자 및 상기 제2 하우징을 관통하는 제2 관통부를 통하여 외부에서 상기 제2 공간의 상기 멤브레인 어셈블리 측으로 연결되는 제2 단자;를 포함하는,
    전기 삼투 펌프.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 멤브레인 어셈블리는,
    다공성 구조의 멤브레인;
    상기 멤브레인 양 측면에 배치되는 제1 전극체와 제2 전극체; 및
    상기 제1 전극체의 가장자리에 배치되는 제1 케이싱과 상기 제2 전극체의 가장자리에 배치되는 제2 케이싱;을 포함하고,
    상기 제2 케이싱이 상기 제2 하우징의 내측면에 접착되는,
    전기 삼투 펌프.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 케이싱은 환형의 제1 바디부와 상기 제1 바디부의 내주면의 일측에서 상기 제1 공간 측으로 연장되는 제1 날개부를 포함하고,
    상기 제2 케이싱은 환형의 제2 바디부와 상기 제2 바디부의 내주면의 일측에서 상기 제2 공간 측으로 연장되는 제2 날개부를 포함하고,
    상기 제2 바디부가 상기 제2 하우징의 내측면에 접착되는,
    전기 삼투 펌프.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 단자는 상기 제1 날개부에 형성된 제1 암나사부에 나사결합되고,
    상기 제2 단자는 상기 제2 날개부에 형성된 제2 암나사부에 나사결합되는,
    전기 삼투 펌프.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징은 에폭시 접착에 의해 상호 결합되는,
    전기 삼투 펌프.
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