KR100539024B1 - 저맥동 왕복동 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토출 압력의 고저에 관계없이 토출 유량의 맥동 현상을 안정적으로 감소시킬 수 있는 저맥동 왕복동 펌프에 관한 것으로,

본 발명에 따르면, 관로에 별도의 장치를 설치하지 않고도 펌프 자체 내에서 토출 유량의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 장비의 설치 작업을 단순화시킴과 동시에 관로의 파손을 확실하게 방지할 수 있고, 전체적인 설비 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 토출압 조정실 내부의 고압 가스와 균압 토출실을 통과하는 토출 유체가 탄성 격막에 의해 서로 격리되어 있는 상태로 상호 압력을 작용하게 되므로, 고압 가스가 토출 유체에 용해될 염려가 없으며, 따라서 펌프를 장시간 가동시키는 경우에도 맥동을 안정적으로 감소시킬 수 있게 된다.

Description

저맥동 왕복동 펌프{Low Pulsation Reciprocating Pump}

본 발명은, 왕복동 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 토출 압력의 고저에 관계없이 토출 유량의 맥동 현상을 안정적으로 감소시킬 수 있는 저맥동 왕복동 펌프에 관한 것이다.

왕복동 펌프(Reciprocating Pump)는 모터의 회전 운동을 캠이나 크랭크축을 이용하여 다이어프램이나 피스톤 등과 같은 펌핑 수단의 왕복운동으로 변환시킴으로서 유체를 펌핑하는 장치로, 일정 기간 동안 토출되는 유량의 변동이 적기 때문에 화학 약품이나 약제 등의 정량 주입 등에 널리 사용되고 있다.

도 1a 및 도 1b는 왕복동 펌프의 일종인 다이어프램 펌프의 작동 원리를 설명하기 위한 개략적인 도면으로, 펌프 헤드(100)의 개구부에는 다이어프램(110)이 설치되어 펌핑실(120)을 형성하게 되며, 다이어프램(110)의 후진시 개방되어 유체의 흡입통로가 되고 다이어프램(110)의 전진시 폐쇄되는 흡입 밸브(130)와 다이어프램(110)의 전진시 개방되어 흡입밸브(130)를 통해 흡입되어 있는 유체의 토출 통로가 되고 다이어 프램(110)의 후진시 폐쇄되는 토출 밸브(140)가 펌프실(120)의 측벽에 설치되어 구성된다.

펌프를 구동시키기 위해 모터(미도시)를 구동시키면, 모터의 회전운동이 편심캠 등의 기구에 의해 다이어프램 샤프트(111)의 왕복운동으로 바뀌게 되어, 다이어프램(110)이 전후진 작동하면서 흡입 밸브(130)를 통한 유체의 흡입 행정 및 토출 밸브(140)를 통한 유체의 토출 행정이 교호로 반복되는 바, 도 1a는 다이어프램이 후진 작동되어 있는 상태 즉, 흡입 행정을 나타내며, 도 1b는 다이어프램이 전진 작동되어 있는 상태 즉, 토출 행정을 나타내고 있다.

상기한 바와 같이 다이어프램이나 피스톤의 왕복운동에 의해 유체의 흡입 및 토출 행정이 반복되는 왕복동형 펌프는, 장시간으로 볼 때는 평균적인 토출량이 거의 일정하다는 장점이 있으나, 작동 원리상, 펌핑 작용이 흡입 행정 및 토출 행정으로 구분되어 단속적으로 일어나기 때문에, 도 2a에 도시된 바와 같이, 토출되는 유량에 맥동 현상이 발생한다는 근본적인 문제점이 있었다.

이와 같은 토출 유량의 맥동 현상을 방지하기 위한 것으로, 펌프를 2개 이상 병렬로 연결하여 그 행정을 달리함으로서 맥동을 줄이는 방식(도 2b 참조)이나, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 유체 관로 중에 에어 챔버(150)를 설치하여, 토출 행정 중에는 에어 챔버(150) 내부의 공기(151)가 압축됨으로서 토출 배관(160)측으로의 토출 유량을 감소시키고, 흡입 행정 중에는 압축되었던 공기(151)의 압력에 의해 토출 행정 중 에어 챔버(150)에 저장되었던 유체가 토출 배관(160) 측으로 토출되도록 하는 방식이 일반적으로 사용되고 있다.

그러나, 펌프를 두개 이상 병렬로 연결하는 방식은 맥동 감소 효과가 미비할 뿐 만 아니라, 장치 비용이 급격이 상승한다는 문제점이 있으며,

유체 관로 중에 에어 챔버를 설치하는 방식의 경우, 에어 챔버를 배관 상단부에 설치해야 하므로, 설치 작업이 용이하지 않을 뿐만 아니라, 배관 압력이 변동하는 경우 챔버 내부의 압력을 배관 압력에 맞게 적절히 조절하기가 어려웠으며,

펌핑 수단의 왕복 운동에 의해 발생하는 진동이, 관로를 통해, 외팔보 구조의 단부에 다량의 유체가 채워진 상태로 지지되어 있는 에어 챔버에 전달됨에 따라, 에어 챔버가 심하게 진동하게 되며, 이를 방지하기 위해 에어 챔버의 진동을 적절히 감쇄하도록 지지 구조를 설치해야 했으므로 설치 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 에어 챔버의 진동을 적절히 감쇄하지 못해 진동 피로 현상에 의해 연결부가 파손되는 경우가 빈번히 발생하였다.

이에 따라, 본 발명자는, 자체 내에 맥동 방지 수단을 일체로 형성한 펌프를 개발하여, 대한민국 특허 제10-291161호로 등록 받은 바 있다.

도 4a 및 도 4b는 상기 펌프의 전체적인 구성을 나타내는 도면으로, 도 4a는 종단면도, 도 4b는 도 4a의 A-A선 단면도를 나타내는 바, 원통형의 몸체(211)는 분할벽(212)에 의해 좌우로 분할되어 제1 펌프실(213)과 제2 펌프실(214)을 형성하며, 분할벽(212)에는 제1 펌프실(213)과 제2 펌프실(214)를 연통시키는 토출유체 공급공(217)이 형성되어 있다.

제1 펌프실(213)에는 다이어프램(210), 흡입 밸브(230) 및 토출 밸브(240)가 설치되고, 제2 펌프실(214)의 개구부에는 커버플레이트(215)가 결합되며, 제2 펌프실(214)의 내부에는 하부에 개구부(222)가 형성되어 있는 원통형 격판(221)이 설치되어, 펌핑 동작시, 관로 및 제2 펌프실 내부에 있던 공기가 원통형 격판(221)의 외부를 통해 밀려오는 유체에 의해 원통형 격판(221)의 내부에 압축된 상태로 저장되어 균압실(223)을 형성하게 된다.

따라서, 펌핑 동작 초기에 관로 및 펌프 내에 있던 공기가 제2 펌프실(214) 내부에 설치되어 있는 원통형 격판(221) 내부의 상부 공간에 압축 상태로 채워져 균압실(223)을 형성함으로서, 토출 행정시에는 균압실(223)의 공기가 더욱 압축되며 원통형 격판(221) 내부의 유체의 수위가 상승함으로서 토출유체 공급공(217)를 통해 제2 펌프실(214) 내부로 유입되는 유체 전체가 토출구(218)를 통해 토출되는 것이 아니고, 그 중 일부는 격판(221) 내부에 있는 유체의 수위상승 및 공기의 압력 증가에 기여하게 되므로 토출 유량의 급격한 변동이 방지되며, 이어지는 흡입 행정시에는 토출 행정시 압축되었던 균압실(223) 내의 공기압에 의해 제2 펌프실(214) 내부의 유체가 토출구(218)를 통해 지속적으로 토출되어 토출 유량은 급격히 감소되지 않고 토출 행정시와 거의 균등하게 된다.

이와 같이 구성되는 펌프는 다이어프램의 왕복운동에 의해 펌핑 작용이 흡입 행정 및 토출 행정으로 구분되어 이루어지는 것은 종래와 같으나, 토출 유량의 맥동을 펌프 자체 내에서 감소시킬 수 있으므로, 관로에 별도의 에어 챔버나 이의 진동을 방지하기 위한 지지 구조를 설치할 필요가 없으며, 따라서 장비의 설치 작업을 단순화시킴과 동시에 전체적인 설비 비용을 절감시킬 수 있다는 장점이 있었다.

그러나, 펌프가 장시간 작동하는 경우, 균압실 내부의 압축 공기가 점차적으로 토출 유체에 용해되어 압력이 낮아짐으로서 맥동 감소 효과가 저하된다는 단점이 있었으며, 또한, 압축 공기의 압력을 인위적으로 조절할 수 없기 때문에, 맥동을 최소화시킬 수 있는 최적의 압력으로 압축 공기의 압력을 세팅할 수 없으며, 특히 토출압이 고압인 경우 맥동 감소효과가 현저히 저하된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 왕복동 펌프의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 소형 경량으로 용이하게 제작할 수 있으며, 관로에 별도의 장치를 설치하지 않고도 자체 내에서 토출 유량의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있는 저맥동 왕복동 펌프를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저압에서 고압에 이르는 넓은 범위의 토출 압력에 대해 안정적으로 토출 유량의 맥동을 감소시킬 수 있는 저맥동 왕복동형 펌프를 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저맥동 왕복동 펌프는, 왕복 운동하는 펌핑 수단과, 상기 펌핑 수단의 후진시 개방되어 유체의 흡입통로가 되고 상기 펌핑 수단의 전진시 폐쇄되는 흡입 밸브 및 상기 펌핑 수단의 전진시 개방되어 상기 흡입밸브를 통해 흡입된 유체의 토출 통로가 되고 상기 펌핑 수단의 후진시 폐쇄되는 토출 밸브를 구비하여, 유체의 흡입-토출 동작이 반복적으로 이루어지는 왕복동 펌프에 있어서, 일측 개구부에 상기 펌핑 수단이 결합되는 제1 몸체와; 상기 펌핑 수단과 흡입밸브 및 토출 밸브가 설치되어 유체의 흡입 토출 작용이 발생하는 펌핑실과, 상기 토출 밸브를 통과한 유체가 공급되며 공급된 유체가 외부로 토출되는 토출구가 형성되어 있는 균압 토출실로 구분되도록 상기 제1 몸체의 내부를 구획하되, 상기 토출 밸브를 통과한 유체가 상기 균압 토출실로 공급될 수 있도록 하기 위한 토출유체 공급공이 형성되어 있는 분할벽과; 상기 균압 토출실의 개구부에 결합되는 탄성 격벽과; 상기 탄성 격벽을 사이에 두고 상기 제1 몸체에 결합되며, 고압 가스를 충진하기 위한 충진 밸브가 설치되어 있어서, 상기 충진 밸브를 통해 충진된 고압 가스에 의해 상기 탄성 격벽의 일측면에 대해 압력을 가하는 토출압 조정실을 형성하는 제2 몸체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 바,

토출 행정시에는 토출유체 공급공을 통해 일차적으로 균압 토출실로 공급되는 유체의 압력에 의해 탄성 격벽이 토출압 조정실 내부의 고압 가스를 더욱 압축하며 탄성 변형됨으로서 공급된 유체 중 일부만이 토출구를 통해 외부로 토출되고, 흡입 행정시에는 토출 행정시 변형되었던 탄성 격벽의 탄성 복원력 및 토출압 조정실 내부의 고압 가스의 압력에 의해 균압 토출실 내부에 저장되어 있는 유체가 토출구를 통해 지속적으로 토출된다.

본 발명의 이러한 특징에 따르면, 관로에 별도의 장치를 설치하지 않고도 펌프 자체 내에서 토출 유량의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 장비의 설치 작업을 단순화시킴과 동시에 관로의 파손을 확실하게 방지할 수 있고, 전체적인 설비 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 토출압 조정실 내부의 고압 가스와 균압 토출실을 통과하는 토출 유체가 탄성 격막에 의해 서로 격리되어 있는 상태로 상호 압력을 작용하게 되므로, 고압 가스가 토출 유체에 용해될 염려가 없으며, 따라서 펌프를 장시간 가동시키는 경우에도 맥동을 안정적으로 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 배관의 상황에 따라 토출 압력이 변화되는 경우, 충진 밸브를 통해 균압 토출실 배부 고압 가스의 압력을 맥동을 최소화시킬 수 있는 최적의 압력으로 세팅하는 것이 가능하므로 저압에서 고압에 이르는 넓은 범위의 토출 압력에 대해 안정적으로 토출 유량의 맥동을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 본원 발명에 대한 장시간의 시험 결과에 따르면, 탄성 격벽이 제1 몸체와 제2 몸체에 의해 밀착 되게 설치되는 경우, 유지 보수를 위해 펌프를 분해할 때, 토출압 조정실 내부의 고압 가스를 먼저 배출 시킨 후 펌프를 분해하고, 조립 후 재 가동을 위해 고압 가스를 다시 적정압으로 채워 넣어야 한다는 번거로움이 있으며, 작업자가 이를 간과하고 작업하다 안전 사고가 발생하는 경우가 발생함을 알 수 있었다.

이를 개선하기 위한 것으로, 탄성 격벽을 상기 제2 몸체에 일체로 결합하여 별도의 토출압 조정 유닛으로 형성한 후, 상기 토출압 조정 유닛을 제1 몸체의 개구부에 결합하는 것이 바람직하다.

탄성 격벽은 원주 방향으로 다수의 굴곡부가 형성되어 있는 원판형으로 형성하는 것이 바람직한 바, 이와 같은 구성에 의하면, 탄성 격벽이 낮은 토출 압력에 대해서도 응답성이 좋게 탄성 변형 및 복원될 뿐만 아니라 내구성이 향상될 수 있게 된다.

탄성 격벽의 탄성 변형 및 복원이 동일 형태로 안정적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해, 상기 탄성 격벽의 중앙에 가이드 봉을 설치하고, 상기 가이드 봉을 슬라이드 가능하게 지지하는 가이드 공과 상기 토출압 조정실 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공이 형성되어 있는 가이드 플레이트를 상기 제2 몸체의 내부에 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 맥동 감소 작용은 탄성 격막의 탄성력과 고압 가스의 압축 탄성력에 의해 이해 이루어지는 데, 탄성 격막에 작용하는 탄성력이 저압 영역에서는 작게 고압 영역에서는 크게 되도록 하면, 토출압 조정실의 부피를 최소화하면서 저압에서 고압에 이르는 토출 압력에 대해 안정적으로 맥동 감소 효과를 얻을 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 제2 몸체의 단부 벽체에는 길이를 달리하는 적어도 한 개 이상의 스프링을 고정 설치하고, 상기 가이드 봉에는 상기 가이드 플레이트의 외측으로 연장되어 배치되는 스프링 접속 플레이트를 결합하여, 상기 탄성 격벽이 변형됨에 따라 상기 스프링이 상기 스프링 접속 플레이트와 접촉함으로서, 상기 탄성 격벽에 대해 부가적인 탄성력이 단계적으로 가해지도록 하는 것이 가능하다.

탄성 격벽에 단계적인 탄성력을 가하는 또 다른 방식으로, 상기 토출압 조정실 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공이 형성되어 있는 탄성 보조격벽을 상기 제2 몸체의 상기 토출압 조정실 내부에 상기 탄성 격벽과 일정 거리를 두고 설치하여, 상기 탄성 격벽이 변형됨에 따라 상기 탄성 보조격벽이 상기 탄성 격벽과 접촉하여 상기 탄성 격벽에 대해 탄성력을 가하도록 하는 것도 가능하다.

한편, 토출압 조정실 내 고압 가스의 압력을 토출 압력에 맞는 최적치로 세팅하기 위해서는, 토출압 조정실에 압력계를 설치하고, 압력계에 나타나는 압력 변동이 최소가 되는 값이 되도록 가스 압력을 세팅하는 데, 이를 위해 충진 밸브를 통해 가스의 주입 배출을 반복하는 방법은 최적의 압력으로 정밀하게 가스압을 조절하기가 몹시 어려웠으며, 조절 작업에 시간이 많이 소요되었다.

따라서, 상기 토출압 조정실의 부피를 가변하여 상기 토출압 조정실 내부에 수용되어 있는 가스의 압력을 미세하게 조절할 수 있도록 하는 가스압 미세조절 수단을 구비하는 바람직한 바, 상기 가스압 미세조절 수단은 오링 등을 매개로 상기 토출압 조정실의 벽체에 밀봉 가능하게 체결되어 토출압 조정실 내부에 돌출되는 부피를 가감시킬 수 있는 플러그와 같이 토출압 조정실 내부의 부피를 가감시킬 수 있는 것이면 어느 것이나 가능하나, 상기 제2 몸체의 단부에 결합되는 탄성 플레이트와 상기 탄성 플레이트의 외측에 결합되어 상기 탄성 플레이트를 변형시키는 탄성플레이트 변형수단에 의해 가스압 미세조절 수단을 구성하게 되면, 탄성 플레이트 자체가 토출압 조정실의 밀봉 작용과 함께 변형에 의한 부피 조정 작용을 수행할 수 있으므로 더욱 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동 펌프를 나타내는 도면으로, 도 5는 주요 부품의 분해 사시도, 도 6은 조립상태 종단면도를 나타내는 바, 이하 설명에서, 종래와 동일한 구성으로서 본 발명을 이해하는 데 있어서 중요하지 않은 사항은 그 설명을 생략하기로 한다.

본 실시예의 왕복동 펌프는 펌핑 수단으로 다이어프램이 적용된 펌프로, 원통형의 제1 몸체(10)는 분할벽(20)에 의해 좌우로 분할되어, 펌핑실(A)과 균압 토출실(B)을 형성하며, 균압 토출실(B)의 개구부에는 탄성 격벽(30)이 결합되며, 고압 가스가 충진되는 토출압 조정실(C)을 형성하는 제2 몸체(40)가 탄성 격벽(30)을 사이에 두고 제1 몸체(10)에 결합된다.

펌핑실(A)은 유체의 흡입 및 토출 작용이 발생하는 곳으로, 펌핑실(A)의 개구부에는 다이어프램(50)이 작동로드(51)를 안내하는 안내 부재(32)에 의해 밀착 설치되며, 펌핑실(A)의 일측벽에는 흡입공(61)이 형성되고, 흡입공(61)의 단부에 결합되는 흡입 커넥터(62)의 내측에는 밸브바디(63), 체크볼(64), 밸브시트(65)로 구성되는 흡입 밸브(60)가 배치된다.

분할벽(20)에는 펌핑실(A)과 균압 토출실(B)를 연통시키는 토출유체 공급공이(71)이 형성되고, 토출유체 공급공(71)의 중간에는 토출밸브 설치부(72)가 형성되며, 토출밸브 설치부(72)의 내부에는 밸브바디(73), 체크볼(74), 밸브시트(75)로 구성되는 토출 밸브(70)가 배치되는 바, 토출 밸브의 밸브바디(73)의 상부에는 돌출부(73a)가 형성되어 있어서, 토출밸브 설치부(72)의 개구부에 캡(76)을 결합하면, 캡(76)의 하부면에 의해 돌출부(73a)가 눌려짐으로서 밸브바디(73)가 토출밸브 설치부(72)내에 확실하게 고정되며, 돌출부(73a) 주위의 공간이 토출유체 공급공(71)의 일부를 형성함으로서, 토출 밸브(70)를 통과한 유체가 균압 토출실(B)로 공급될 수 있게 된다.

균압 토출실(B)의 상부에는 토출 밸브(70)를 통해 공급된 유체가 외부로 토출되는 토출구(81)가 형성되어 있어서, 이곳에 토출 커넥터(82)가 결합되며, 균압 토출실(B)의 개구부에 결합되는 대략 원판형의 탄성 격벽(30)은 그 외측에 결합되는 제2 몸체(40)에 의해 밀착 고정되어 별도의 밀봉 수단 없이 자체적으로 균압 토출실(B) 내부의 유체 및 토출압 조정실(C)에 충진된 고압 가스의 밀봉 작용을 수행하게 된다.

전술하였듯이, 제2 몸체는 탄성 격벽(30)을 사이에 두고 제1 몸체(10)에 결합되는 것으로, 고압 가스를 충진하기 위한 충진 밸브(41) 및 압력계(42)가 설치되어 있어서, 충진 밸브(41)를 통해 충진된 고압 가스에 의해 탄성 격벽(30)의 일측면에 대해 압력을 가하는 토출압 조정실(C)을 형성하게 되는 바, 본 실시예에 따르면, 결합 볼트(91)의 끝단부에 형성된 나사부가 다이어프램 작동로드를 안내하는 안내부재(32)에 형성된 나사공(32a)에 결합됨으로서, 안내부재(32), 제1 몸체(10) 및 제2 몸체(40)가 일체로 결합된다.

상기 실시예와 같이 구성된 본 발명의 왕복동 펌프에 따르면, 토출 행정시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 토출유체 공급공(71)을 통해 일차적으로 균압 토출실(B)로 공급되는 유체의 압력에 의해 탄성 격벽이 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스를 더욱 압축하며 탄성 변형됨으로서, 공급된 유체 중 일부만이 토출구(81)를 통해 외부로 토출되고, 흡입 행정시에는 토출 행정시 변형되었던 탄성 격벽(30)의 탄성 복원력 및 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스의 압력에 의해, 균압 토출실(B) 내부에 저장되어 있는 유체가 토출구(81)를 통해 지속적으로 토출됨으로서, 관로에 별도의 장치를 설치하지 않고도 펌프 자체 내에서 토출 유량의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있게 된다.

토출압 조정실(C) 내 고압 가스의 압력을 토출 압력에 맞는 최적치로 세팅하기 위해서는, 펌프가 정상적으로 작동하는 상태에서 토출압 조정실에 설치된 압력계(42)를 보면서, 압력계에 나타나는 압력 변동이 최소가 되는 값이 되도록 충진 밸브(41)를 통해 가스를 주입하여 압력을 세팅하게 되며, 일단 세팅이 끝나면 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스와 균압 토출실(B)을 통과하는 토출 유체가 탄성 격막(30)에 의해 서로 격리되어 있는 상태로 상호 압력을 작용하게 되어, 고압 가스가 토출 유체에 용해될 염려가 없으므로, 관로의 상태가 변하여 토출압이 변하지 않는 한, 펌프를 재가동할 때마다 고압 가스의 압력을 조절할 필요가 없게 된다

본 실시예의 경우, 결합 볼트(91)를 안내 부재(32)에 체결하는 것에 의해 안내 부재(32), 제1 몸체(10) 및 제2 몸체(40)가 일체로 결합됨과 동시에, 탄성 격벽(30) 역시 제1 몸체와 제2 몸체(40)이 사이에 밀착 고정되는 것을 나타내고 있으나, 이러한 구성에 의하면, 유지 보수를 위해 펌프를 분해할 때, 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스를 먼저 배출시킨 후 펌프를 분해하고, 조립 후 재 가동을 위해 고압 가스를 다시 적정압으로 세팅해야하는 번거로움이 있으며, 작업자가 이를 간과하고 작업하다 안전사고가 발생할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 탄성 격벽(30)을 제2 몸체(40)에 일체로 결합하여 별도의 토출압 조정 유닛(43)으로 형성한 후, 상기 토출압 조정 유닛(43)을 제1 몸체(10)의 개구부에 결합한 실시예를 나타내는 도면으로, 도 7a는 토출압 조정 유닛의 분해 사시도, 도 7b는 토출압 조정 유닛의 결합상태 사시도, 도 7c는 토출압 조정 유닛이 제1 몸체의 결합되어 있는 상태로 볼트공 및 나사공을 따라 절단한 단면도를 각각 나타낸다.

제2 몸체(40)의 개구부측에 원판형의 탄성 격벽(30)이 안착되는 제1 단차부(44) 및 탄성 격벽을 고정시키는 링 형의 고정판(45)이 안착되는 제2 단차부(46)가 단계적으로 형성되어 있으며, 제2 단차부(46)에는 결합 볼트(91)가 통과하는 볼트공(92)과 고정판 체결용 나사(49)가 체결되는 나사공(47)이 원주 방향을 따라 교호로 형성되어 있고, 고정판(45)에는 볼트공(92)과 나사공(47)에 각각 대응되는 위치에 볼트공(93) 및 나사 결합공(48)이 형성되어 있어서, 제1 단차부(44)에 탄성 격벽(30)을 안착시킨 후, 고정판(45)을 체결용 나사(49)를 이용해 제 2 단차부(46)에 체결함으로서, 탄성 격벽의 외주 근방 부분이 제1 단차부(44)와 고정판(45) 사이에 밀착 상태로 고정되어 토출압 조정 유닛(43)을 구성하게 된다.

이와 같이 구성된 토출압 조정 유닛(43)을, 도 7c에 도시된 바와 같이, 결합 볼트(91)를 이용해 체결함으로서, 토출압 조정 유닛(43), 제1 본체(10) 및 안내부재(32)가 일체로 결합되게 되는 데, 균압 토출실(B) 내부의 유체가 누출되는 것을 방지하기 위해, 고정판(45)과 제1 몸체(10)의 결합부에는 오링(11) 등의 기밀 부재를 설치한다.

한편, 도 7c는 원주 방향으로 다수의 굴곡부(31)가 형성되어 있는 원판형의 탄성 격벽(30)이 적용된 본 발명의 또 다른 실시예도 함께 나타내는 바, 이와 같은 구성에 의하면, 탄성 격벽이 낮은 토출 압력에 대해서도 응답성이 좋게 탄성 변형 및 복원될 뿐만 아니라 내구성이 향상될 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 탄성 격벽(30)의 탄성 변형 및 복원이 동일 형태로 안정적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해, 탄성 격벽(30)의 중앙에 가이드 봉(32)을 설치하고, 가이드 봉(30)을 슬라이드 가능하게 지지하는 가이드 공(33)과 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공(34)이 형성되어 있는 가이드 플레이트(35)를 제2 몸체(40)의 내부에 일체로 형성한 실시예를 나타낸다.

미설명 부호 36은 가이드 봉이 탄성 격벽에 견고히 고정된 상태로 유지되도록 하는 지지 플레이트를 나타낸다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 탄성 격벽에 작용하는 탄성력이 저압 토출의 경우에는 작게, 고압 토출의 경우에는 크게 작용하도록 하여, 토출압 조정실의 부피를 최소화하면서 저압에서 고압에 이르는 토출 압력에 대해 안정적으로 맥동 감소 효과를 얻을 수 있도록 한 실시예를 나타내는 바,

제2 몸체(40)의 단부 벽체에는 길이를 달리하는 적어도 한 개 이상의 스프링(38a, 38b)이 고정 설치되고, 가이드 봉(32)에는 가이드 플레이트(35)의 외측으로 연장되도록 스프링 접속 플레이트(39)가 결합되어 있어서, 탄성 격벽(30)의 변형 정도에 따라 스프링(38a, 38b)이 스프링 접속 플레이트(39)와 순차적으로 접촉함으로서, 토출 압력이 낮아 탄성 격벽의 변형이 작은 경우에는 탄성 격벽의 탄성력 및 고압 기체의 압력에 의해 맥동 감소 작용이 이루어지고, 토출 압력이 높아 탄성 격벽의 변형이 큰 경우에는 스프링(38a, 38b)에 의한 부가적인 탄성력이 탄성 격벽(30)에 단계적으로 가해지게 된다.

도 10은 탄성 격벽에 단계적인 탄성력을 가하는 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 토출압 조정실(C) 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공(94a)이 형성되어 있는 탄성 보조격벽(94)이 제2 몸체(40)의 토출압 조정실(C) 내부에 배치되도록 간격유지부재(95)를 매개로 탄성 격벽(30)과 일정 거리를 두고 설치되어 있어서, 탄성 격벽(30)의 변형 정도에 따라 탄성 보조격벽(94)이 탄성 격벽(30)과 접촉됨으로서 탄성 격벽에 대해 탄성력을 가하도록 한 실시예를 나타낸다.

한편, 앞서의 설명에서, 토출압 조정실 내 고압 가스의 압력을 토출 압력에 맞는 최적치로 세팅하기 위해, 충진 밸브를 통해 가스의 주입 및 배출을 반복함으로서 가스 주입량을 미세 조절하는 방법을 설명하였으나, 이 방법에 의하면 최적의 압력으로 정밀하게 가스압을 조절하기가 몹시 어려우며, 조절 작업에 많은 시간이 소요된다.

도 11은 토출압 조정실(C) 자체의 부피를 가변하여 토출압 조정실 내부에 수용되어 있는 가스의 압력을 미세하게 조절할 수 있도록 하는 가스압 미세조절 수단을 구비한, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 바, 제2 몸체(40)의 단부에는 탄성 플레이트(96)가 조절 하우징(97)에 의해 그 외주 부분이 밀착 결합되어 있으며, 조절하우징(97)에는, 그 일측면이 탄성 플레이트(96)의 외측면에 밀착되는 조절 부재(98)가 수평이동 가능하게 나사 결합되어 있어서, 조절 하우징(97)에 대해 조절 부재(98)의 나사 결합 위치를 조정하여, 탄성 플레이트(96)의 변형량을 미세하게 조절함으로서 토출압 조정실 내부에 수용되어 있는 가스의 압력을 미세하게 조절할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 저맥동 왕복동 펌프에 따르면, 관로에 별도의 장치를 설치하지 않고도 펌프 자체 내에서 토출 유량의 맥동을 효과적으로 감소시킬 수 있으므로, 장비의 설치 작업을 단순화시킴과 동시에 관로의 파손을 확실하게 방지할 수 있고, 전체적인 설비 비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 토출압 조정실 내부의 고압 가스와 균압 토출실을 통과하는 토출 유체가 탄성 격막에 의해 서로 격리되어 있는 상태로 상호 압력을 작용하게 되므로, 고압 가스가 토출 유체에 용해될 염려가 없으며, 따라서 펌프를 장시간 가동시키는 경우에도 맥동을 안정적으로 감소시킬 수 있게 된다.

배관의 상황에 따라 토출 압력이 변화되는 경우, 충진 밸브를 통해 균압 토출실 배부 고압 가스의 압력을 맥동을 최소화시킬 수 있는 최적의 압력으로 정밀하게 세팅하는 것이 가능하므로 저압에서 고압에 이르는 넓은 범위의 토출 압력에 대해 안정적으로 토출 유량의 맥동을 감소시킬 수 있게 된다.

본 발명은 설명의 편의상 특정 형식의 다이어프램 펌프를 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 흡입 및 토출 작동이 단속적으로 이루어짐으로서 유량의 맥동 현상이 발생하는 다양한 종류의 왕복동 펌프에 적용될 수 있음은 당연하다.

또한, 상기한 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예에 불과하므로, 청구범위에 명기된 본 발명의 정신과 범주에서 벗어남이 없이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 수정 및 변경이 가능하다.

도 1a 및 도 1b는 왕복동 펌프의 일종인 다이어프램 펌프의 작동 원리를 설명하기 위한 개략적인 단면도로, 도 1a는 흡입 행정, 도 1b는 토출 행정을 나타내는 도면.

도 2a는 왕복동 펌프의 토출 유량을 나타내는 그래프.

도 2b는 두개의 왕복동 펌프를 병렬로 사용하는 경우의 토출 유량을 나타내는 그래프.

도 3은 종래의 에어 챔버 설치 구성도.

도 4a 및 도 4b는 자체 내에 맥동 감지 수단을 설치한 종래의 왕복동 펌프의 원리를 설명하기 위한 도면으로, 도 4a는 종단면도, 도 4b는 도 4a의 A-A선 단면도. 도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 왕복동 펌프를 나타내는 도면으로, 도 5는 주요 부품의 분해 사시도, 도 6은 조립상태 종단면도.

도 7a 내지 도 7c는 토출압 조정 유닛을 설명하기 위한 도면으로, 도 7a는 토출압 조정 유닛의 분해 사시도, 도 7b는 토출압 조정 유닛의 결합상태 사시도, 도 7c는 토출압 조정 유닛이 제1 몸체의 결합되어 있는 상태로 볼트공 및 나사공을 따라 절단한 단면도.

도 8은 탄성 격벽의 변형 및 복원이 안정적으로 이루어지도록 형성된, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 주요부 단면도.

도 9는 탄성 격벽에 단계적인 탄성력을 가하도록 형성된, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 주요부 단면도.

도 10은 탄성 격벽에 단계적인 탄성력을 가하도록 형성된, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 주요부 단면도.

도 11은 가스압 미세조절 수단을 구비하는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 주요부 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1 몸체 20 : 분할벽

30 : 탄성 격벽 40 : 제2 몸체

A : 펌핑실 B : 균압 토출실

C : 토출압 조정실

Claims (8)

1. 왕복 운동하는 펌핑 수단과, 상기 펌핑 수단의 후진시 개방되어 유체의 흡입통로가 되고 상기 펌핑 수단의 전진시 폐쇄되는 흡입 밸브 및 상기 펌핑 수단의 전진시 개방되어 상기 흡입밸브를 통해 흡입된 유체의 토출 통로가 되고 상기 펌핑 수단의 후진시 폐쇄되는 토출 밸브를 구비하여, 유체의 흡입-토출 동작이 반복적으로 이루어지는 왕복동 펌프에 있어서,

   일측 개구부에 상기 펌핑 수단이 결합되는 제1 몸체와;

   상기 펌핑 수단과 흡입밸브 및 토출 밸브가 설치되어 유체의 흡입 토출 작용이 발생하는 펌핑실과, 상기 토출 밸브를 통과한 유체가 공급되며 공급된 유체가 외부로 토출되는 토출구가 형성되어 있는 균압 토출실로 구분되도록 상기 제1 몸체의 내부를 구획하되, 상기 토출 밸브를 통과한 유체가 상기 균압 토출실로 공급될 수 있도록 하기 위한 토출유체 공급공이 형성되어 있는 분할벽과;

   상기 균압 토출실의 개구부에 결합되는 탄성 격벽과;

   상기 탄성 격벽을 사이에 두고 상기 제1 몸체에 결합되며, 고압 가스를 충진하기 위한 충진 밸브가 설치되어 있어서, 상기 충진 밸브를 통해 충진된 고압 가스에 의해 상기 탄성 격벽의 일측면에 대해 압력을 가하는 토출압 조정실을 형성하는 제2 몸체;를 구비하는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 격벽이 상기 제2 몸체에 일체로 결합되어 별도의 토출압 조정 유닛으로 형성된 후, 상기 토출압 조정 유닛이 제1 몸체의 개구부에 결합되는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성 격벽은 원주 방향으로 다수의 굴곡부가 형성되어 있는 원판형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 탄성 격벽의 중앙에는 가이드 봉이 설치되어 있으며, 상기 가이드 봉을 슬라이드 가능하게 지지하는 가이드 공과 상기 토출압 조정실 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공이 형성되어 있는 가이드 플레이트가 상기 제2 몸체의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제2 몸체의 단부 벽체에는 길이를 달리하는 적어도 한 개 이상의 스프링이 고정 설치되며, 상기 가이드 봉에는 상기 가이드 플레이트의 외측으로 연장되어 배치되는 스프링 접속 플레이트가 결합되어 있어서, 상기 탄성 격벽이 변형됨에 따라 상기 스프링이 상기 스프링 접속 플레이트와 접촉하여 상기 탄성 격벽에 대해 탄성력을 가하는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2 몸체의 상기 토출압 조정실 내부에는 상기 토출압 조정실 내부의 고압 가스가 유동될 수 있도록 다수의 통공이 형성되어 있는 탄성 보조격벽이 상기 탄성 격벽과 일정 거리를 두고 설치되어 있어서, 상기 탄성 격벽이 변형됨에 따라 상기 탄성 보조격벽이 상기 탄성 격벽과 접촉하여 상기 탄성 격벽에 대해 탄성력을 가하는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 토출압 조정실의 부피를 가변하여 상기 토출압 조정실 내부에 수용되어 있는 가스의 압력을 미세하게 조절할 수 있도록 하는 가스압 미세조절 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 가스압 미세조절 수단은,

   상기 제2 몸체의 단부에 결합되는 탄성 플레이트와 상기 탄성 플레이트의 외측에 결합되어 상기 탄성 플레이트를 변형시키는 탄성플레이트 변형수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 저맥동 왕복동 펌프.