KR100687036B1 - 중력 수압펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력 수압펌프에 관한 것으로 중력 수압펌프는, 복수개의 피스톤 펌프가 일열로 배치되어 하나의 피스톤 로드로 연결된 피스톤 펌프기구와, 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아내는 무게의 변동에 의하여 승강동작을 하면서 중력으로 발생되는 수압 에너지를 출력하는 구동실린더기구와, 대향된 구동실린더기구의 서로 짝을 이룬 수압실린더 간에 연결되어 구동실린더기구의 승강동작을 교호로 이루어지도록 제어하는 제어밸브가 구비된 연결관으로 구성되어, 구동실린더기구의 물탱크의 무게변화에 따라 시소(see-saw)처럼 번갈아 승강 작동되면서 물의 중량에 의하여 발생된 수압에너지로 피스톤 펌프기구를 왕복으로 작동시키어 양수(揚水)하는 것이다.

구동실린더기구, 물탱크, 수압실린더, 연결관, 제어밸브, 피스톤 펌프.

Description

중력 수압펌프{GRAVITATION HYDRAULIC PUMP}

도1은 본 발명의 중력 수압펌프의 좌측열 구동실린더기구가 하강작동되고 우측열 구동실린더기구가 상승작동된 정면 예시도

도2는 본 발명의 중력 수압펌프의 우측열 구동실린더기구가 하강작동되고 좌측열 구동실린더기구가 상승작동된 정면 예시도

도3는 본 발명의 중력 수압펌프의 일측열의 구동실린더기구가 가장자리의 펌프에 도관이 연관된 상태를 보인 측면 예시도

[도면중 중요한 부분의 대한 부호설명]

S : 구동실린더기구 D : 연결관 cv : 제어벨브 F : 지지체 P : 펌프기구

as,bs : 수압실린더 ap, bp : 피스톤 at,bt : 물탱크

pm : 피스톤펌프 ps : 펌프실린더 pt : 펌프 피스톤 rd : 피스톤 로드

본 발명은 중력 수압펌프에 관한 것이다.

일반적으로 수원의 수량은 풍부하여도 낙차가 낮은 곳에서는 수차나 터빈을 가동할 수 없기 때문에 에너지로 이용하기 어렵고 따라서 관개수로에 물을 양수하 는 경우에는 모터 펌프나 엔진펌프를 사용하고 있는 실정이다.

자연 유수의 에너지를 이용하는 것으로는 수격펌프가 있으나 일의 효율이 매우 낮아 별로 사용되고 있지 않다.

본 발명자가 특허를 받은 공개특허 제1997-0075347호(1997.12. 10 공개) '부력펌프'는 수위를 상하로 가변하게 된 부력실에 상기 부력실의 수위 변동에 따라 승강되는 상당한 무게를 가진 펌프 작동기구와 상기 작동기구의 하강중력으로 펌핑작동되는 펌프기구를 상하로 결합되게 설치하여, 부력실의 수위가 교호로 변동함에 따라 펌프작동기구의 부력과 중력 에너지에 의하여 펌프를 가동하게 된 것이다.

상기 부력펌프는 별도의 상용(商用) 에너지를 사용하지 않고 수원의 물을 이용하여 펌핑할 수 있는 이점이 있다. 한편 펌프기구에 복수개의 펌프작동기구를 설치할 수 없는 단점과, 부력에너지는 펌프의 복귀 작동에만 이용되고 펌프동작에는 사용되지 못하기 때문에 동작 싸이클 수가 낮아서 에너지 효율이 높지 못한 미비점이 있었다.

본 발명의 목적은 수원의 수량은 풍부하나 낙차가 낮아 수차나 터빈을 가동할 수 없는 지역에서 물의 중력으로 구동되는 수압펌프를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 복수개의 피스톤 펌프가 하나의 피스톤 로드로 직결된 피스톤 펌프기구와, 물의 무게에 의하여 승강동작을 하는 구동실린더기구와, 대향된 구동실린더기구의 서로 짝을 이룬 수압실린더 간에 연결되어 구동실린더기구의 승강동작을 번갈아 이루어지도록 제어하는 제어밸브가 구비된 연결관으로 구성되어 외부의 상용 에너지를 사용함이 없이 구동실린더기구의 물탱크의 중력으로 발생된 수압에 의하여 피스톤 펌프를 가동하여 양수할 수 있는 "중력수압펌프"를 제공려는데 있다.

본 발명의 중력 수압펌프는, 복수개의 피스톤 펌프가 일열로 배치되어 각 펌프의 피스톤이 하나의 로드로 직결되어 동시적인 왕복작동으로 양수되는 펌프기구와, 상기 피스톤 펌프기구의 좌우 양측에 나란히 배치되어 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아내는 무게의 변동에 의하여 승강동작을 하면서 수압에너지를 출력하는 구동실린더기구와, 대향된 구동실린더기구가 서로 짝을 이룬 수압실린더간에 연결되어 구동실린더기구의 상하동작을 제어하는 제어밸브가 구비된 연결관으로 구성되어, 좌우 양측 열의 구동실린더기구가 물탱크의 무게변동에 의하여 번갈아 상하동작을 반복하면서 물의 중력에 의해 얻어진 수압 에너지를 피스톤 펌프에 공급하여 피스톤 펌프를 가동하여 양수할 수 있게 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 구동실린더기구는 복수개의 피스톤 펌프기구가 직열로 배치되어 각 피스톤 로드가 서로 직결되어 있고 펌프의 흡입관은 저위수조에 연관되며 토출관은 고위수조에 연관되어 상기 피스톤의 왕복동작에 의해서 저위 수조의 물을 고위수조에 번갈아 토출관으로 양수하게 되어 있다.

상기 피스톤 펌프기구의 좌우 양측에는 복수개의 수압실린더기구가 열을 지어 배치되고 양측 열의 대향된 구동실린더기구의 서로 짝을 이룬 수압실린더 간에 제어밸브가 구비된 연결관이 연관되어 있다.

각 구동실린더기구는 구조가 모두 동일하며, 소정의 높이를 가진 수압실린더 와, 상기 수압실린더에 삽입된 피스톤 로드와, 로드의 상단부에 형성된 물을 채워 무게를 갖게하는 물탱크로 구성되어 있으며 양측열의 구동실린더기구의 각 수압실린더의 수압도관은 가장자리의 피스톤 펌프에 각각 공동으로 연관되어 수압실린더에서 출력되는 수압에 의하여 상기 펌프의 피스톤이 전후로 왕복동작하여 양수하게 되어 있다.

물탱크의 저면에는 물을 쏟아낼 때 열리는 개폐밸브가 형성되어 있고 상기 물탱크는 상기 피스톤 로드의 수직 행정거리(높이)로 승강되며 상승위치에서 수원의 물이 급수관에 의하여 채워지게 되어 있다.

물탱크는 그 중량과 부피를 고려하여 지지대에 안전하게 지지되는 동시 가이드 레일을 따라 적은 마찰 저항으로 용이하게 수직 승강작동할 수 있는 롤러와 같은 접동수단이 부가(附加)되어 있다.

또한 각 도관마다 흡입밸브와 배출밸브가 구비되어 별도의 설명 없어도 순방향으로만 물이 진행하는 것으로 이해하면 된다.

이러한 구성으로 된 본 발명의 중력 수압펌프는, 어느 일측 열의 구동실린더기구의 물탱크에 수원의 물이 급수관을 통하여 채워져 물의 중력을 갖게 되는 동안, 타측 열의 구동실린더기구는 그 물탱크의 물이 쏟아져서 가볍게 되며, 이때 연결관의 제어밸브가 닫혀 있어, 보다 큰 중력을 가진 측의 구동실린더기구는 수압실린더의 피스톤 하방의 유체의 유동이 제지되기 때문에 피스톤은 하강동작되지 않으며 또한 보다 가벼운 측의 구동실린더기구도 유체의 압력전달이 없기 때문에 상승작동되지 않고 하강된 상태로 있다. 일측 열의 물탱크에 물이 채워지고 타측 열의 물탱크에 물이 쏟아지는 동작이 종료되면, 감지수단의 신호에 따라 제어밸브가 열리는 순간에 큰 중력을 가진측의 구동실린더기구가 하강동작을 하는 동시. 하강동작에 따른 수압실린더의 피스톤 압력이 유체에 의하여 타측 열의 구동실린더기구의 피스톤에 작용하여 타측 열의 구동실린더기구는 상승 동작되고 이때 수압실린더의 상부측 수압이 가장자리의 펌프에 공급되어 로드로 연결된 모든 펌프의 피스톤이 일측으로 작동된다.

일측 열의 구동실린더기구가 하강동작되는 동시 타측 열의 구동실린더기구가 상승동작을 완료하면 감지수단의 신호에 의하여 연결관의 제어밸브가 다시 닫히어, 구동실린더기구의 작동을 정지상태로 유지시킨다. 이때 비어 있는 물탱크에는 수원의 물이 급수관을 통하여 채워지고 하강된 물탱크의 물은 쏟아져서 저위 수조에 담긴다.

물탱크에 물이 채워지거나 쏟아진 동작을 감지한 감지신호에 따라 연결관의 제어밸브가 다시 열리면서 큰 중력을 가진측의 구동실린더기구는 다시 하강동작을 하는 중에 수압실린더의 피스톤의 압력이 유체에 의하여 타측 열의 구동실린더기구의 피스톤을 가압상승시키어 상승되는 수압실린더의 수압이 가장자리의 펌프에 공급되어 로드로 연결된 모든 펌프의 피스톤이 타측으로 작동되어 양수된다.

이와 같이 양측 열의 구동실린더기구가 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아지는 무게의 변화에 따라 시소(see-saw)와 같이 번갈아 승강동작이 반복되고 그 때마다 수압실린더에서 출력되는 수압에너지에 의하여 펌프기구가 가동되어 저위수조의 물을 고위수조에 양수하는 것이다.

본 발명의 중력 수압펌프는 실린더와 피스톤으로 이루어지는 구동실린더기구로 구성되어 있기 때문에 구조가 간단하고 제작이 용이하며 취급이 간편하다.

또 수원의 물이 풍부하고 낙차가 낮은 곳에서 물을 이용하여 구동에너지를 용이하게 얻을 수 있으며, 좌우 양측에 배치된 구동실린더기구가 번갈아 작동되는 승강동작에 의하여 수압 에너지가 출력됨으로 동작 싸이클수가 종래의 부력 펌프에 비하여 높기 때문에 물의 중력으로부터 보다 큰 양의 에너지를 얻을 수 있다.

또한 복수개의 펌프기구에 복수개의 실린더의 수압 에너지를 집중으로 가할 수 있어 큰 힘으로 펌프의 가동이 가능하여 양수 뿐 아니라 각종 용도로 사용할 수 있는 동력을 얻을 수 있고 종래의 수격펌프나 부력펌프에 비하여 일의 효용성이 보다 향상되는 이점이 있다.

본 발명의 중력 수압펌프는, 도1에 표시된 바와 같이 복수개의 피스톤 펌프가 일열로 배치되어 각 펌프의 피스톤이 하나의 로드로 직결되어 동시적인 왕복작동으로 양수되는 펌프기구(P)와, 상기 피스톤 펌프기구(P)의 좌우 양측에 나란히 배치되어 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아내는 무게의 변동에 의하여 승강동작을 하면서 중력으로 발생되는 수압에너지를 출력하는 구동실린더기구(S)와, 대향된 구동실린더기구(S)가 서로 짝을 이룬 수압실린더 간에 연결되어 구동실린더기구의 상하동작을 제어하는 제어밸브(cv)가 구비된 연결관(D)으로 구성되어, 좌우 양측 열의 구동실린더기구가 물탱크의 무게변동에 의하여 번갈아 상하동작을 반복하면서 중력으로 발생되는 수압 에너지를 피스톤 펌프에 공급하여 가동할 수 있게 구성되어 있다.

피스톤 펌프기구(P)는 통상의 복수개의 피스톤 펌프(pm)가 직열로 배치되어 있고 각 펌프실린더(ps)의 피스톤(pt)은 하나의 로드(rd)로 직결되어 동시적으로 피스톤이 왕복작동하게 되어 있다. 각 피스톤 펌프(pm)의 복수개의 흡입관(d)(d')은 저위수조(W1)에 연관되고 복수개의 토출관(u)(u')은 고위수조(W2)에 연관되어 각 피스톤(pt)의 왕복동작에 따라 저위수조(W1)의 물을 고위수조(W2)에 양수하게 되어 있다.

상기 피스톤 펌프기구(P)의 좌우 양측에는 도1및 도2에 표시된 바와 같이, 복수개의 구동실린더기구(S)가 서로 마주 보고 일렬로 나란히 배치되어 있고 서로 마주 본 일측 열(A)(이하 A열이라 함)의 구동실린더기구(S)와 타측 열(B)(이하 B열이라 함)의 구동실린더기구(S)의 수압실린더(as)(bs)간에 2개씩 짝을 이루어 양측 의 A열과 B열의 각 수압실린더(as)(bs)의 하단부간에 제어밸브(cv)가 구비된 연결관(D)이 각각 관접되어 한쪽 열의 구동실린더의 수압을 타측 열의 구동실린더측에 서로 전달하여 번갈아 승강동작 하거나 동작의 정지상태를 유지할 수 있게 되어 있다.

구동실린더기구(S)는 소정의 승강거리(h)를 가진 수직으로 나란히 배치된 복수개의 수압실린더(as)(bs)와, 그 피스톤(ap)(bp)의 로드(ar)(br)의 상단부에 형성된 중력을 발생하는 소정크기의 물탱크(at)(bt)로 각각 구성되어 있다. 각 물탱크(at)(bt)의 저면에는 물을 하방으로 쏟아 낼 때 개방되는 밸브(av)(bv)가 구비되어 있고 각 물탱크(at)(bt)는 지지체(F)에 의하여 지지되는 동시 승강작동시의 마찰저항을 적게하는 롤러와 가이드레일과 같은 적절한 접동수단이 부가되어 있다.

양측 열(A)(B)의 구동실린더기구(S)의 각 수압실린더(as)(bs)의 흡입관(au)(bu)은 저위수조(W1)에 연관되어 물을 흡입하고 각 실린더(as)(bs)의 수압도관(ad)(bd)은 피스톤 펌프기구(P)의 가장자리의 피스톤 펌프(pa)(pb)에 각각 관접되어 수압도관(ad)(bd)으로 수압을 공급하여 모든 펌프(pm)의 피스톤(pt)이 동시적으로 왕복동작으로 양수하게 되어 있다.

또한 연결관(D)의 제어밸브(cv)는 전자적으로 동작되며 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아진 상태는 시간의 설정이나 중량감지기, 또는 수위감지기등의 적절한 감지수단(도시되지 않음)에 의하여 감지되고 그 감지신호에 따라 제어밸브(cv)가 제어동작되며 각 도관에는 흡입밸브(va)와 유출밸브작(vb)가 각각 관접되어 각각의 밸브동작을 설명하지 않아도 물이 순방향으로 진행하는 것으로 보면 된다.

본 발명의 중력 수압펌프의 동작은 다음과 같다.

도1에서 B열의 복수개의 구동실린더기구(S)의 물탱크(bt)는 상승위치에서 급수관(sp)에 의하여 수원(Wo)의 물이 채워지는 상태이고 일측 A열의 복수개의 중력실린더기구(S)의 물탱크(at)는 하강위치에서 밸브(av)가 개방되어 물탱크(at)에 담긴 물이 저위수조(W1)에 쏟아지고 있는 상태를 보인다. 이때 연결관(D)의 제어밸브(cv)는 닫혀 있고, 연결관(D)내부의 유체(fo)가 유동되지 않으므로 A열과 B열의 구동실린더(S)는 상하의 각 위치에서 정지상태를 유지하고 있다.

B열의 구동실린더기구(S)의 물탱크(bt)에 물이 채워지면 급수관(sp)의 밸브가 닫혀 지수(止水)되고 A열의 구동실린더기구(S)의 물탱크(at)는 그 밸브(av)가 열리어 물이 모두 쏟아져 가벼운 상태로 된다. 이때, 감지수단(도시되지 않음)의 감지신호에 의하여 연결관(D)의 제어밸브(cv)가 열린다. 제어밸브(cv)가 열리면, B열의 구동실린더기구(S)의 물탱크(bt)는 채워진 물의 무게에 의하여 피스톤(bp)과 함께 실린더(bs)에서 하강되며, 하강되는 피스톤(bp)의 압력에 의하여 B열의 수압실린더(bs)에 유입된 유체(fo)는 연결관(D)을 통하여 A열의 구동실린더기구(S)의 수압실린더(as)의 피스톤(ap)을 가압하여 상승시키고 동 실린더(bs)에는 흡입관(bu)을 통하여 저위수조(W1)의 물이 유입된다.

A열의 수압실린더(as)의 피스톤(ap)이 상승되는 과정에서 수압실린더(as)의 상부측에 유입된 물의 수압이 피스톤(ap)의 압력에 의하여 수압도관(ad)을 통하여 피스톤 펌프기구(P)의 가장자리에 위치한 피스톤 펌프(pa)에 유입되어 그 피스톤 펌프(pa)의 피스톤(pt)이 타측으로 작동된다. 펌프기구(P)의 각 피스톤(pt)은 하나의 로드(rd)에 연결되어 있기 때문에 모든 펌프(pm)의 피스톤(pt)은 동시적으로 작동된다. 이 작동에 의하여 각 펌프(pm)의 실린더(ps)에 유입된 저위수조(W1)의 물은 일측 토출관(u)을 통하여 고위수조(W2)로 양수되는 동시 저위수조(W1)의 물은 타측 흡입관(d)을 통하여 펌프 실린더(ps)에 흡입된다.

도2에 표시된 바와 같이 A열의 구동실린더기구(S)가 상승작동되고 B열의 구동실린더기구(S)가 하강작동이 종료되면 감지수단의 신호에 따라 열렸던 연결관(D)의 제어밸브(cv)가 닫혀 승강상태를 그대로 유지시킨다. 그 사이에 상승위치의 A열의 구동실린더기구(S)의 물탱크(at)에 수원(Wo)의 물이 급수관(sp)을 통하여 채워지고 B열의 구동실린더기구(S)의 물탱크(bt)의 밸브(bv)가 열리면서 탱크의 물이 저위수조(W1)에 쏟아져 가볍게 된다. 이어서 감지수단의 신호에 의하여 연결관(D)의 제어밸브(cv)가 열리면, A열의 구동실린더기구(S)가 채워진 물의 중력으로 피스톤(ap)과 함께 수압실린더(as)에서 하강작동되는 동시 B열의 구동실린더기구(S)는 상승작동된다. 물탱크(at)의 무게에 의하여 하강되는 A열의 수압실린더(as)의 피스톤(ap)의 압력에 의하여 동 수압실린더(as)의 하부측 유체(fo)는 연결관(D)을 통하여 B열 구동실린더기구(S)의 수압실린더(bs)의 피스톤(bp)을 가압하여 상승시키며 이때 동 수압실린더(bs)의 상부측 수압이 수압도관(bd)을 통하여 가장자리의 펌프(pb)에 가압되어 로드(rd)로 연결된 모든 피스톤(pt)이 타측으로 작동된다. 이 동작에 의해서 펌프 실린더(ps)에 유입된 물이 펌프의 타측 토출관(u')을 통하여 고위 수조(W2)로 양수되는 동시 일측 흡입관(d')을 통하여 저위수조(W1)의 물이 펌프로 흡입된다.

이와 같이 A열의 구동실린더기구(S)와 B열의 구동실린더기구(S)가 번갈아 시소처럼 승강동작을 반복하여 복수개의 피스톤 펌프기구를 왕복 구동시키어 연속적으로 양수하는 것이다.

본 발명에 의한 중력 수압펌프는 양측 열의 구동실린더기구가 번갈아 승강동작에 의하여 물의 무게에 의해 발생된 수압에너지에 의하여 피스톤 펌프기구를 왕복작동시키어 양수하기 때문에 피스톤의 왕복동작 싸이클 수가 보다 많게 되어 종래의 부력펌프에 비하여 다량의 물을 양수 할 수 있다.

본 발명에서 하나의 물탱크의 중력으로 복수개의 펌프를 가동하기 어려우나 복수개의 구동실린더기구의 중력으로 가장자리의 피스톤 펌프에 공동으로 집중 공급하여 총량적으로 큰 중력으로 발생된 수압 에너지에 의하여 복수개의 피스톤 펌프를 가동할 수 있다.

따라서 종래의 수격펌프나 부력펌프는 하나의 펌프에 복수의 구동에너지를 총합적으로 사용할 수 없었으나 본 발명에서는 이러한 문제가 해소되어, 목적에 따라 큰 중력에 의해 발생되는 수압에너지를 얻어 각종 용도에 이용할 수 있다.

본 발명의 중력 수압펌프는 실린더와 피스톤으로 이루어지는 구동실린더기구로 구성되어 있기 때문에 구조가 가단하고 제작이 용이하며 취급이 간편하다.

또 수원의 물이 풍부하고 낙차가 낮은 곳에서 물을 이용하여 에너지를 용이하게 얻을 수 있으며, 좌우 양측에 배치된 구동실린더기구가 번갈아 승강동작하여 물의 무게에 의해 발생되는 수압 에너지가 연속적으로 출력됨으로 동작 싸이클 수가 종래의 부력 펌프에 비하여 높고 물의 양수량이 보다 크게 된다.

또한 복수개의 펌프기구에 복수개의 구동실린더에서 발생된 수압 에너지를 집중으로 가할 수 있어 큰 힘으로 펌프의 가동이 가능하여 종래의 수격펌프나 부력펌프에 비하여 물의 중력 에너지에 의한 일의 효용성이 보다 향상되고 각종 용도의 중력에너지를 제공할 수 있는 등의 여러가지 효과가 있다.

Claims (3)

1. 복수개의 피스톤 펌프가 일열로 배치되어 각 펌프의 피스톤이 하나의 로드로 직결되어 동시적인 왕복작동으로 양수되는 펌프기구(P)와, 상기 피스톤 펌프기구(P)의 좌우 양측에 나란히 배치되어 물탱크에 물이 채워지거나 쏟아내는 무게의 변동에 의하여 승강동작을 하면서 수압에너지를 출력하는 구동실린더기구(S)와, 대향된 구동실린더기구(S)가 서로 짝을 이룬 수압실린더 간에 연결되어 구동실린더기구의 상하동작을 제어하는 제어밸브(cv)가 구비된 연결관(D)으로 결합, 구성된 것을 특징으로 하는 중력 수압펌프.
2. 제1항에 있어서 좌우 양측 열의 동일한 구조를 가진 각 구동실린더기구(S)는 소정의 높이(h)를 가진 수압실린더(as)(bs)와, 동 피스톤(ap)(bp)의 로드(ar)(br)의 상단부에 형성된 물을 채워 무게를 갖게하는 물탱크(at)(bt)로 구성된 것을 특징으로 하는 중력 수압펌프
3. 제1항에 있어서 피스톤 펌프기구(P)는 복수개의 피스톤 펌프(pm)가 일열로 배치되고 각 펌프의 피스톤(pt)은 하나의 로드(rd)로 직결되며 가장자리의 피스톤 펌프(pa)(pb)에 A열과 B열의 구동실린더기구(S)의 각 수압도관(ad)(bd)이 각각 공동으로 관접되어 구성된 것을 특징으로 하는 중력 수력펌프.

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