KR100489554B1 - 맥동 감소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이어프램 펌프나 왕복동 펌프와 같이 흡입 및 토출이 단속적으로 일어나는 펌프에서 토출액의 맥동 현상을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 맥동 감소장치에 관한 것으로,

본 발명에 따른 맥동 감소장치는, 원통형의 공기 주입구가 형성되어 있는 자루 형상의 탄성 에어백과; 상기 공기 주입구에 삽입되어 상기 에어백에 주입되는 공기의 통로가 되는 공기 주입관과; 상기 공기 주입관에 설치되는 공기 주입밸브와; 펌프로부터 토출되는 유체가 유입되는 유체 유입구와, 유체 유입구로 유입된 유체가 배출되는 유체 배출구가 형성되어 있고, 내부에 상기 에어백이 내장되며, 상기 에어백의 공기 주입구가 외부로 관통되어 밀봉 고정되는 유체 챔버와; 상기 에어백의 팽창을 제한하여 상기 유체 유입구와 상기 유체 배출구 사이의 유체 통로를 막지 않도록 함과 동시에, 다수의 유체 통과공이 형성되어 있어 유체의 압력이 상기 에어백의 표면에 작용할 수 있도록 하는 팽창 제한부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 바,

본 발명에 따른 맥동 감소장치는 소형 경량으로 탁월한 맥동 감소 효과를 발휘할 수 있으며, 그 설치가 용이하고 설치 후 관로에 발생하는 진동을 최소시킬 수 있게 된다.

Description

맥동 감소장치{Pulsation Reducing Device}

본 발명은 맥동 감소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이어프램 펌프나 왕복동 펌프와 같이 흡입 및 토출이 단속적으로 일어나는 펌프에서 토출액의 맥동 현상을 효과적으로 방지할 수 있도록 한 맥동 감소장치에 관한 것이다.

다이어프램 펌프나 왕복동 펌프는 맥동형 펌프로 회전 운동을 다이어프램이나 실린더의 직선 왕복 운동으로 변환시킴으로서 유체를 펌핑하는 장치로, 액상의 화학 약품이나 약제 등을 정량 공급하기 위한 정량 펌프로서 널리 사용되고 있다.

상기한 다이어프램 펌프나 왕복동 펌프는 장시간으로 볼 때는 평균적인 토출량이 거의 일정하다는 장점이 있으나, 펌핑 작용이 흡입행정 및 토출 행정으로 구분되어 단속적으로 이루어지므로, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 토출되는 유량에 바람직하지 못한 맥동 현상이 발생한다는 근본적인 문제점을 안고 있으며, 따라서 이들 펌프를 맥동형 펌프(pulsating pump)라 칭하기도 한다.

따라서, 토출 유량의 맥동을 방지하기 위한 것으로, 펌프를 두개 이상 병렬로 연결하여 그 행정을 달리함으로서 맥동을 감소시키는 방식이나(도2 참조), 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 유체 관로 중간에 에어 챔버(102)를 설치하여, 펌프(101)의 토출 행정 중에는 에어 챔버(102) 내부의 공기가 압축됨으로 인해 토출 배관(103)측으로의 토출량을 감소시키고, 펌프(101)의 흡입 행정 중에는 에어 챔버(102)의 내부에 압축되어 있던 공기의 팽창력에 의해 에어 챔버(101)에 저장되었던 유체가 토출 배관(103)측으로 토출되도록 하는 방식이 사용되고 있다.

그러나, 펌프를 병렬로 연결하는 방식은 장치비나 설치비용이 급격히 상승하는데 비해 맥동의 감소 효과는 미비하다는 문제점이 있었다.

유체 관로 중간에 에어 챔버를 설치하는 방식의 경우, 챔버 내부의 공기가 유체와 함께 배출되지 않고 에어 챔버 내에서 압축 및 팽창될 수 있도록 하기 위해서는, 에어 챔버가 배관의 최상부에 설치되어야 하며, 유체의 유입 및 압축공기에 의한 유체의 배출이 에어 챔버 하부의 유체 통로(102a) 하나를 통해 이루지게 되는 바, 에어 챔버의 설치 작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 펌프의 커넥터 및 유체 관로가 합성수지 재질로 구성되는 경우, 펌프 작동 중 에어 챔버의 진동에 의해 그 연결부가 파손되는 경우가 빈번하여 적용 자체가 곤란하였다.

또한, 시간이 경과함에 따라, 챔버 상부에 수용되어 있는 압축 공기가 유체에 용해되어 압력이 저하됨으로서 맥동 감소 효과가 저하된다는 문제점이 있었다.

압축 공기의 용해 현상을 방지하기 위한 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 챔버(105)를 가로질러 가소성 격막(106)을 설치하여, 격막(106)의 상부에는 개폐 밸브(107)를 통해 투입된 공기가 수용되도록 하고, 격막의 하부에는 유체 통로(105a)를 통해 유체가 유입 또는 배출되도록 한 맥동 감소장치가 제안된 바 있다.

도 4의 맥동 감소장치에 의하면, 압축 공기가 토출 유체에 용해되는 현상을 방지할 수 있어 장시간 안정적으로 사용할 수 있다는 장점이 있으나, 유체의 유입 및 배출이 장치 하부의 유체 통로(105a) 하나를 통해 이루지므로, 즉, 배관의 최상부에 설치하여야 하므로, 설치 작업이 용이하지 않고 진동에 의해 관로가 불안정하다는 종래 에어 챔버의 문제점을 그대로 안고 있었다.

또한, 수압 면적(가소성 격막의 면적)이 작아 유체의 압력 변동에 따른 응답성이 좋지 못하였으며, 어느 정도 이상의 압력으로 공기를 주입하는 경우, 펌프의 흡입 행정시 공기의 압력에 의해 팽창되는 가소성 격막이 유체 통로(105a)를 막아 맥동 감소 작용이 효율적으로 이루어지지 못하게 되므로 주입 공기의 압력을 펌프의 작동 압력에 맞는 최적의 압력으로 맞추기가 곤란하였으며, 가소성 격막의 반복적인 변형이 타부분에 비해 챔버(105)와 결합부에 더욱 집중되어 발생하므로 이 부분에서 가소성 격막이 파열되는 경우가 빈번 하였다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 맥동 감소장치의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소형 경량으로 용이하게 제작될 수 있으며, 배관의 최상부에 설치하지 않고도 펌프의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있는 맥동 감소장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 토출 유체의 압력 변화에 최적의 조건으로 또한 신속하게 반응하여 유량 변동을 최소화 시킬 수 있는 맥동 감소 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내구성이 우수하며, 장시간 압력의 변동 없이 안정적으로 사용될 수 있는 맥동 감소장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 맥동 감소장치는, 원통형의 공기 주입구가 형성되어 있는 자루 형상의 탄성 에어백과; 상기 공기 주입구에 삽입되어 상기 에어백에 주입되는 공기의 통로가 되는 공기 주입관과; 상기 공기 주입관에 설치되는 공기 주입밸브와; 펌프로부터 토출되는 유체가 유입되는 유체 유입구와, 유체 유입구로 유입된 유체가 배출되는 유체 배출구가 형성되어 있고, 내부에 상기 에어백이 내장되며, 상기 에어백의 공기 주입구가 외부로 관통되어 밀봉 고정되는 유체 챔버와; 상기 에어백의 팽창을 제한하여 상기 유체 유입구와 상기 유체 배출구 사이의 유체 통로를 막지 않도록 함과 동시에, 다수의 유체 통과공이 형성되어 있어 유체의 압력이 상기 에어백의 표면에 작용할 수 있도록 하는 팽창 제한부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 바,

본 발명에 의하면, 펌프의 토출 행정시 챔버의 유체 유입구를 통해 유입되는 유체의 압력이 에어백 전 표면에 즉시 작용하여 에어백을 신속히 압축하게 되며, 유체 챔버 내부에 팽창 제한부재가 설치되어 있어 챔버내 유체의 유동 통로를 막지 않으면서도 에어백에 높은 압력의 공기를 채워 넣을 수 있으므로, 펌프의 토출 압력이 제로가 되는 흡입 행정시에도, 에어백 내 고압 공기의 압력에 의해 챔버의 유체 배출구를 통해 토출되는 유체의 압력과 유량은 토출 행정시와 크게 차이가 없게 된다.

또한, 본 발명의 맥동 감소장치는 배관의 최상부에 설치하지 않고도 펌프의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있어 지상에 확고히 지지시킬 수 있으므로, 그 설치 작업을 용이하게 할 수 있으며, 설치 후 진동에 의한 관로 파손 등의 우려가 없으므로, 화학약품의 이송에 일반적으로 사용되는 합성수지 관로에 용이하게 적용할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 맥동 감소장치는, 에어백내 공기의 압력을 펌프의 사양에 따른 토출 유체의 압력 변화에 대응되는 최적의 조건으로 조절하여 사용할 수 있으며, 유량이나 압력의 변화에 신속하게 반응하여 유량 변동을 최소화 시킬 수 있으므로, 소형 경량으로 우수한 맥동 감소 효과를 나타낼 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 따른 맥동 감소장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 내지 도 7은 본발명의 일 실시예를 나타내는 도면으로, 도 5는 전체 구성을 나타내는 종단면도, 도 6은 유체 챔버와 에어백의 연결부의 일례를 나타내는 상세도, 도 7은 에어백의 압축 및 팽창에 따른 맥동 감소 작용을 설명하기 위한 작동 설명도를 각각 나타낸다.

본 발명의 맥동감소장치는, 원통형의 공기 주입구(11)가 형성되어 있는 자루 형상의 탄성 에어백(10)과, 공기 주입구(11)에 삽입되어 에어백(10)에 주입되는 공기의 통로가 되는 공기 주입관(20)과, 공기 주입관(20)에 설치되는 공기 주입밸브(30)와, 펌프로부터 토출되는 유체가 유입되는 유체 유입구(41)와, 유체 유입구(41)를 통해 유입된 유체가 배출되는 유체 배출구(42)가 형성되어 있고, 내부에 에어백(10)이 내장되며, 에어백의 공기 주입구(10)가 외부로 관통되어 밀봉 고정되는 유체 챔버(40) 및 에어백의 팽창을 제한하여 유체 유입구(41)와 유체 배출구(42) 사이의 유체 통로를 막지 않도록 함과 동시에 다수의 유체 통과공(51)이 형성되어 있어 유체의 압력이 상기 에어백의 표면에 작용할 수 있도록 하는 팽창 제한부재(50)로 구성된다.

에어백(10)은 내약품성이 있는 고무를 자루 또는 풍선 형태로 성형함으로서 손쉽게 제작될 수 있는 데, 상품명 바이튼(Viton) 재질의 고무를 사용하여 제작 시험해본 결과, 내약품성 및 탄성이 우수하여 장시간 우수한 맥동 감소 효과를 나타냄을 알 수 있었다.

에어백의 공기 주입구(11)에는 공기 주입관(20)이 삽입되어, 유체 챔버(10)의 벽을 관통하여 고정 설치되는 데, 본 실시예의 경우, 공기 주입관(20)의 중간부에 돌출턱(21)을 형성하고, 돌출턱의 하부 외주에는 약간의 테이퍼부(22)를 형성함으로서, 유체 챔버의 에버백 설치공(43) 외측의 나사부(43a)에 너트(45)를 체결하면, 돌출턱(21) 및 테이퍼부(22)에 의해 공기 주입구의 단부 및 주벽 자체가 실링 작용을하며 에어백 설치공(43) 내부에 확실하게 밀착 고정되도록 구성하고 있다.

공기 주입밸브(30)로는 일반적인 개폐 밸브를 설치하는 것도 가능하나, 본 실시예와 같이 일방향 밸브 즉, 체크 밸브를 설치하는 것이 공기의 주입과정 중 에어백 내부 공기압의 세팅에 보다 용이하다.

본 실시예의 경우 원판상의 밸브체(31)가 스프링(32)에 의해 탄성 지지되어 있는 형식의 체크 밸브가 적용되었으나, 볼 타입이나 기타 형식의 체크 밸브가 사용될 수 있음은 물론이다.

공기 주입관(20)에는 공기 주입밸브(30) 외에 압력계(35)를 설치하여 에어백 내부의 압력 변동을 외부에서 체크할 수 있도록 함으로서, 에어백 내부의 압력을 최적의 압력 조건으로 세팅할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

에어백(10)은 유체 챔버 내부에 팽창 및 수축이 자유롭게 설치되나, 유체의 압력이 작용하지 않는 자유 상태에서 대기압 이상으로 유지되어야 펌프의 흡입 행정시 팽창에 의한 토출 작용을 원활하게 할 수 있게 되는 데, 내부 공기압에 의해 에어백(10)이 팽창하여 유체 챔버(40)에 형성되어 있는 유체 유입구(41)와 유체 배출구(42) 사이의 유체 통로를 막지 않도록 하기 위해 팽창 제한부재(50)가 설치된다.

팽창 제한부재(50)는 에어백의 팽창은 방지하면서 유체가 통과할 수 있는 것이면 어느 형태라도 무방하며, 본 실시예의 경우, 다수의 유체 통과공(51)이 형성되어 있는 원판상의 팽창 제한부재(50)를 유체 챔버(40)의 내벽에 용접한 예를 들고 있으나, 팽창 제한부재를 망상으로 형성하거나, 유체 챔버(40)의 내벽에 걸림턱을 형성하고 팽창 제한부재를 걸림턱 상부에 유동가능하게 설치하는 것도 가능하다.

유체 챔버(40)는 하나의 유체 통로가 형성되어 있는 종래의 에어 챔버와는 달리 유체 유입구(41)와 유체배출구(42)가 형성되어 있어 유체 통로의 역할과 함께, 에어백(10)의 팽창 및 수축 공간을 제공하는 역할을 하는 것으로, 내부에 밀봉공간을 형성할 수 있는 형태이면 어느 형태라도 무방하다.

본 실시예의 경우, 상부 및 하부가 페쇄되어 있는 대략 원통형의 상하 몸체를 패킹(46)을 개재시켜 나사 체결함으로서, 장치의 유지 및 보수를 용이하게 한 실시예를 나타내고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 맥동 감소장치에 따르면, 도 7a에 도시된 바와 같이, 펌프의 토출 행정시에는 챔버의 유체 유입구(41)를 통해 유입되는 유체의 압력이 에어백 전 표면에 즉시 작용하여 에어백(10)을 신속히 압축하면서 펌프로부터 토출되는 유체중 일부만이 유체 배출구(42)를 통해 토출되며, 펌프로부터 유체가 토출되지 않는 흡입 행정중에는 도 7b에 도시된 바와 같이, 에어백(10) 내부의 고압 공기의 압력에 의해 에어백이 팽창하면서 유체 챔버 내부의 유체를 유체 배출구(42)를 통해 밀어내게 된다.

펌프의 흡입 행정중 유체 유입구(41)측의 유로는 펌프에 설치되어 있는 볼 밸브 등에 의해 폐쇄되어 있으므로, 에어백의 팽창에 의한 유체의 유동은 유체 배출구(42)를 통해서만 이루어지게 된다.

전술하였듯이, 에어백(10) 내부에는 펌프의 작동 조건에 가장 적합한 압력의 공기가 주입되어야 최적의 맥동 감소 효과를 얻을 수 있게 된다.

이를 위해, 시중에 판매되고 있는 압력 조절장치 부착 고압질소 공급탱크의 공급노즐을 체크 밸브(30)의 주입구에 삽입한 후, 압력계(35)에 나타나는 에어백 내부의 압력 변동을 체크하며 압력 조절 장치의 압력을 서서히 높여가다, 압력계의 압력 변동이 최소화 되는 시점 즉, 맥동 감소효과가 최적인 시점에서 질소의 공급을 중지하는 간단한 조작으로 에어백 내부를 최적의 압력으로 세팅할 수 있게 된다.

이상 설명에서, 공기 또는 에어라는 용어는 광의의 공기 즉, 기체를 의미하는 것으로 설명이나 기술의 편의상 기체라는 용어대신 사용하였으며, 에어백 내에는 공기나 질소 등 안정성 있는 기체는 어느 것이나 사용될 수 있음은 물론이다.

도 8a 및 도 8b는 본발명의 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 유체 챔버(40)를 펌프의 측벽에 일체로 설치한 실시예를 나타낸다.

즉, 펌프(60)의 토출구(61)가 유체 챔버(40)의 내부와 연통되어, 유체 챔버의 유체 유입공 역할을 하게 되며, 에어백(10)의 공기 주입구(11)는 유체 챔버의 외측벽(46)에 고정되고, 팽창 제한부재는 유체챔버의 내벽에 형성되어 있는 설치홈(47)에 삽입 고정된다.

미설명 부호 48은 유체 배출구(42)에 결합되는 토출측 커넥터, 49는 유체 챔버의 외측벽(46)이 결합되는 나사공을 각각 나타낸다.

본 실시예에 따르면, 현장에서 맥동 감소장치를 설치하는 번거로운 작업 없이 펌프를 설치할 수 있고, 펌프 배관계를 컴팩트하게 구성할 수 있으며, 배관계의 진동을 최소화시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 맥동 방지장치에 의하면, 에어백의 전 표면에 유체의 압력이 즉시 작용하여 에어백을 신속히 압축하게 되며, 유체 챔버 내부에 팽창 제한부재가 설치되어 있어 챔버내 유체의 유동 통로를 막지 않으면서도 에어백에 높은 압력의 공기를 채워 넣을 수 있으므로, 펌프의 맥동을 최소한으로 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 맥동 감소장치는 배관의 최상부에 설치되지 않고도 펌프의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있어 지상에 확고히 지지시킬 수 있으므로, 그 설치 작업을 용이하게 할 수 있으며, 설치 후 진동에 의한 관로의 파손 등의 우려가 없으므로, 화학약품의 이송에 일반적으로 사용되는 합성수지 관로에 용이하게 적용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 맥동 장치를 펌프에 일체로 설치하는 경우 에어 챔버를 설치하기 위한 별도의 배관 작업을 하지 않고도 맥동을 효과적으로 방지할 수 있으며, 배관 계통을 콤팩트하게 구성할 수 있고, 배관 계통에 발생하는 진동을 최소화시킬 수 있게 된다.

도 1은 맥동형 펌프의 토출 유량을 나타내는 그래프.

도 2는 두개의 맥동형 펌프를 병렬로 연결한 경우의 토출 유량을 나타내는 그래프.

도 3은 종래의 에어 챔버 설치 구성도.

도 4는 가소성 격막이 설치되어 있는 종래의 맥동 감소장치의 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 맥동 감소장치의 종단면도.

도 6은 도 5의 공기 주입구 설치부 상세 단면도.

도 7a 및 도7b는 본 발명에 따른 맥동 감소장치의 작동 설명도.

도 8a는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.

도 8b는 도 8a의 A-A선 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 에어백 20 : 공기 주입관

30 : 공기 주입밸브 40 : 유체 챔버

50 : 팽창 제한부재

Claims (3)

1. 삭제
2. 원통형의 공기 주입구가 형성되어 있는 자루 형상의 탄성 에어백과;

   상기 공기 주입구에 삽입되어 상기 에어백에 주입되는 공기의 통로가 되는 공기 주입관과;

   상기 공기 주입관에 설치되는 공기 주입밸브와;

   펌프로부터 토출되는 유체가 유입되는 유체 유입구와, 유체 유입구로 유입된 유체가 배출되는 유체 배출구가 형성되어 있고, 내부에 상기 에어백이 내장되며, 상기 에어백의 공기 주입구가 외부로 관통되어 밀봉 고정되는 유체 챔버와;

   상기 에어백의 팽창을 제한하여 상기 유체 유입구와 상기 유체 배출구 사이의 유체 통로를 막지 않도록 함과 동시에, 다수의 유체 통과공이 형성되어 있어 유체의 압력이 상기 에어백의 표면에 작용할 수 있도록 하는 팽창 제한부재;를 구비하되,

   상기 유체 챔버는 펌프의 측벽에 일체로 형성되어, 펌프의 토출구가 상기 유체 챔버의 유체 유입구 역할을 하는 것을 특징으로 하는 맥동 감소장치.
3. 삭제