KR100946770B1 - 왕복펌프용 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 왕복펌프용 실린더에 관한 것으로, 각각의 실린더실이 구비된 상부체 및 하부체와, 이 상ㆍ하부체 사이에 개재되어 유체를 실린더실로 유도하거나 실린더실에서 배출하는 유동로가 형성된 중간체와, 상기 상ㆍ하부체와 중간체가 연접되는 각 면에 배치되어 피스톤의 이동에 따라 각 실린더실에 유체가 교번으로 유입 및 배출되도록 유동로를 개폐하는 플랩밸브와, 상기 실린더실에 기밀 배치된 각 피스톤이 체결되면서 중간체를 관통하는 피스톤 로드가 포함되어 이루어진다.

이로 인해, 교번으로 유입 및 배출되는 다수의 실린더실이 하나의 실린더에 형성되면서 실린더실에 배치된 피스톤의 두께가 얇아져 종래와 동일한 크기의 실린더일지라도 실린더실의 부피가 증가되어 유체의 공급량이 상승되고, 종래와 실린더실의 부피가 동일할지라도 안정된 유체압이 제공되면서 동일한 유체의 공급량에 대해 공급 시간이 단축되며, 일정한 유체의 공급 용량에 대해 종래보다 소형으로 제작될 수 있도록 된 것이다.

왕복펌프, 실린더, 플랩밸브

Description

왕복펌프용 실린더{Cylinder for reciprocating pump}

본 발명은 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 실린더에 다수의 실린더실이 형성되고, 이들 실린더실에 유체가 교번으로 유입 및 배출되도록 이루어 진 왕복펌프용 실린더에 관한 것이다.

일반적으로 왕복펌프는 모터의 회전 운동이 캠과 피스톤 로드에 의해 다이어프램이나 피스톤 등과 같은 펌핑 수단의 왕복 운동으로 전환됨으로써 유체를 펌핑하는 장치로, 일정 기간 동안 토출되는 유량의 변동이 적기 때문에 화학 약품이나 약제 등의 정량 주입 또는 공기를 포함한 기체나 물을 포함한 유체 등을 안정되게 공급하기 위한 환경에 널리 사용되고 있다.

이러한 종래의 왕복펌프의 실린더는 하나의 실린더실이 형성되었고, 이 실린더실에 피스톤이 기밀 설치되었으며, 이 피스톤이 피스톤 로드의 일단부에 체결되도록 이루어졌으며, 이러한 실린더가 장착된 왕복펌프는 상기 피스톤에 체결된 피스톤 로드이 모터에 의해 편심 회전되는 캠을 통해 왕복 운동하도록 이루어졌었다.

따라서, 왕복펌프 중 일 예의 에어 펌프를 보면, 상기 모터가 회전되면 캠의 편심 회전에 의해 피스톤 로드이 직선으로 왕복 이동하였고, 이 피스톤 로드이 왕 복 이동하면서 피스톤을 이동시켜 실린더실에 공기가 유입 또는 배출되었다.

좀 더 자세히 설명하면, 상기 피스톤이 전진되면 실린더실의 공기가 배출되었고, 상기 피스톤이 후진되면 실린더실에 공기가 유입되었으며, 이러한 운동의 반복으로 일정한 공기량이 특정 장소에 안정되게 공급되었다.

그러나, 상기 왕복펌프는 하나의 실린더실에 하나의 피스톤이 하나의 피스톤 로드에 의해 왕복 이동되도록 설계되었으므로, 상기 피스톤 로드의 1회 왕복 이동에 의해 피스톤이 1회 왕복 이동되었고, 이때 유체는 실린더실로 한 번의 유입 및 배출이 이루어졌기 때문에 대량의 유체 공급량이 요구되거나 유체 공급량을 증가시키기 위해서는 실린더실의 내부 부피가 큰 대용량 왕복펌프를 사용하거나 왕복펌프를 추가로 설치해야했고, 이는 설치비 및 유지비가 상승하는 등의 문제점이 있었다.

상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 다수의 실린더실과, 이 실린더실에 각각 기밀 배치된 얇은 두께의 피스톤과, 이 피스톤의 이동에 따른 압력에 따라 각 실린더실에 유체가 교번으로 유입 및 배출되도록 개폐되는 플랩밸브가 포함되어 이루어짐으로써, 하나의 실린더에 다수의 실린더실이 형성됨과 더불어 피스톤이 받는 압력의 감소로 피스톤의 두께가 얇아져 실린더실의 기밀되는 체적이 증가되므로 유체의 공급량이 상승되고, 공급되는 유체는 일정압으로 신속하게 공급될 수 있으며, 요구되는 유체의 공급 용량에 비해 종래보다 소형화되도록 된 왕복펌프용 실린더를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 왕복펌프는, 피스톤의 왕복으로 실린더에 유체가 유ㆍ출입되도록 이루어진 펌프에 있어서, 상기 실린더는 각각의 피스톤이 기밀 설치된 다수의 실린더실과, 이들 각 실린더실에 대해 유체가 교번으로 유입 및 배출되도록 상기 피스톤의 이동으로 발생된 유체압에 의해 탄성적으로 경사 회동되게 돌출되어 유체의 유동을 선택적으로 차단하는 개폐부를 갖는 다수의 플랩밸브가 포함되어 이루어진다.

상기 실린더는 각각의 실린더실을 갖는 상부체 및 하부체와, 이 상ㆍ하부체에 개재되면서 상ㆍ하부체와 연접된 각 면에 플랩밸브가 각각 배치되는 중간체가 상호 결합되어 이루어지고, 각 실린더실의 피스톤이 체결되어 중간체를 관통하면서 왕복 이동되게 설치된 피스톤 로드가 더 포함되어 이루어진다.

여기서, 상기 중간체는 유체의 유입 및 배출을 위해 형성된 유입구 및 배출구, 상기 유입구 및 배출구와 각각의 실린더실이 상호 연통되도록 설치되면서 실린더실과의 연접부위에 배치된 플랩밸브의 개폐부에 의해 개폐되는 다수의 유입 안내구 및 배출 안내구가 포함되어 이루어지고, 상기 배출 안내구에는 개폐부의 과도한 경사 회동을 제한하기 위한 걸림턱이 형성된다.

또한, 상기 상부체 및 하부체는 상기 유입 및 배출 안내구와 실린더실이 연통되도록 형성된 유입 연통구와 배출 연통구가 더 포함되어 이루어지고, 상기 유입 연통구에는 개폐부의 과도한 경사 회동을 제한하기 위한 걸림턱이 형성된다.

상기 개폐부가 경사 회동하는 방향에 위치된 유입 연통구 및 배출 안내구는 배출 연통구 및 유입 안내구보다 직경이 더 크게 형성되고, 상기 개폐부는 유입 및 배출 안내구를 유체압에 의해 개폐하도록 테두리부에서 상호 대향되게 연장되도록 돌출형성된다.

한편, 상기 플랩밸브는 대략 상ㆍ하부체 및 중간체의 외형과 유사하면서 중공인 형상이고, 그 테두리부로부터 중심을 향하는 방향으로 대향하여 각각 연장형성되면서 자유단이 유체압에 의해 경사 회동되도록 된 한 쌍의 개폐부가 형성된다.

상기 유입 안내구 및 배출 연통구의 직경은 상기 개폐부가 경사 회동하면 개방될 수 있을 정도의 크기이고, 상기 유입 연통구 및 배출 안내구의 직경은 상기 개폐부에 의해 폐쇄될 수 있을 정도의 크기이다.

상기 실린더실은 일면이 개방되어 실린더실 내부의 피스톤 왕복 이동이 자연 스러울 수 있도록 하고, 또 개방된 일면은 피스톤의 왕복 이동에 의해 유체가 실린더실에 유입 및 배출에 방해되지 않는 면이여야 한다.

이러한 실린더실의 형상은 공기 또는 액체 등의 공급을 위한 펌프에서는 일반적이다.

또한, 상기 피스톤 로드가 관통되는 중간체에는 피스톤 로드의 왕복 이동을 원활하게 하면서 피스톤 로드의 중심이 항상 유지되도록 로드 패킹이 설치되는 것이 좋다.

상기 피스톤이 실린더실에 기밀 배치되기 위해 상기 피스톤의 둘레에 장착되면서 그 외면이 실린더실 벽과 밀착되는 씰링(sealing)부재가 장착된다.

상기된 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 하나의 실린더에 유체가 교번으로 유입 및 배출되는 다수의 실린더실이 형성됨과 더불어 실린더실에 배치된 피스톤의 두께가 얇아져 종래와 동일한 크기의 실린더일지라도 기밀되는 실린더실의 부피가 증가되어 유체의 공급량이 상승되고, 종래와 실린더실의 부피가 동일할지라도 안정된 유체압이 제공되면서 동일한 유체의 공급량에 대해 공급 시간이 단축되며, 일정한 유체의 공급 용량에 대해 종래보다 소형화되어 협소하면서도 대량의 유체 공급이 요구되는 장소에 적합하는 등의 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 왕복펌프용 실린더를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 왕복펌프용 실린더가 개략적으로 도시된 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실린더의 측면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 실린더의 분리 사시도이며, 도 4는 도 1에 도시된 실린더의 측단면도이고, 도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 실린더가 사용된 왕복펌프의 작동 상태가 도시된 측단면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 왕복펌프용 실린더(100)는 각각에 실린더실(112,122)이 구비된 상부체(110) 및 하부체(120)와, 이 상ㆍ하부체(110,120) 사이에 개재된 중간체(130)와, 상기 상ㆍ하부체(110,120)와 중간체(130)가 연접되는 각 면에 배치된 플랩밸브(140)와, 상기 실린더실(112,122)에 기밀 배치된 각 피스톤(114,124)이 체결되면서 중간체(130)를 관통하는 피스톤 로드(150)가 포함되어 이루어진다.

상기 중간체(130)는 공기 또는 액체 등을 포함하는 외부의 유체의 유입을 위한 유입구(132)와, 이 유입구(132)가 형성된 반대 측면에 실린더실(112,122)에서 배출되는 유체의 배출을 위한 배출구(134)와, 상기 유입구(132) 및 배출구(134)가 실린더실(112,122)에 연통되도록 형성된 유입 안내구(136) 및 배출 안내구(138)와, 상기 피스톤 로드(150)가 관통되기 위한 관통구(139)가 포함되어 이루어진다.

또한, 상기 피스톤 로드(150)가 중간체(130)를 관통한 상태에서 왕복 이동이 원활하면서 중심축이 유지하기 위한 로드 패킹(160)이 상기 피스톤 로드(150)와 중간체(130) 사이에 설치됨이 좋고, 이 보조부재(160)는 중간체(130)의 관통구에 일부 또는 전부가 삽입되도록 배치됨이 좋다.

상기 상ㆍ하부체(110,120)에 형성된 실린더실(112,122)은 중간체(130)와 대향되는 일면이 개방되도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 상ㆍ하부체(110,120)와 중간체(130)는 볼트가 관통되어 체결되도록 하기 위해 볼트 체결을 위한 다수의 볼트공(미도시)이 형성되고, 피스톤 로드(150)가 관통되는 관통구가 형성된다.

상기 상ㆍ하부체(110,120)에는 실린더실(112,122)에 유체가 유입되거나 배출되도록 하기 위해 상기 중간체(130)의 유입 안내구(136) 및 배출 안내구(138)와 연통되는 유입 연통구(116,126) 및 배출 연통구(118,128)가 형성된다.

한편, 상기 피스톤(114,124)은 실린더실(112,122)에 기밀 배치되기 위해 피스톤(114,124)의 테두리에 씰링부재(114a,124a)가 장착된다.

또한, 상기 피스톤(114,124)은 얇은 두께로 제작되어 실린더실(112,122)의 기밀되는 내부 부피가 최대한으로 활용될 수 있게 된다.

한편, 상기 상ㆍ하부체(110,120)와 중간체(130)의 연접된 각 면에 배치되는 플랩밸브(140)는 상ㆍ하부체(110,120)와 중간체(130)에 형성된 홈에 삽입되어 기밀되도록 설치됨이 바람직하고, 상ㆍ하부체(110,120)와 중간체(130)의 각면에 삽입되지 않으면서 기밀되도록 설치될 수도 있다.

또한, 상기 플랩밸브(140)에는 중공이 형성된 상태에서 유입 안내구(136) 및 유입 연통구(116,126), 배출 안내구(138) 및 배출 연통구(118,128)를 유체압에 의해 탄성적으로 경사 회동하여 각각 개폐할 수 있는 개폐부(142)가 구비되고, 이 개폐부(142)는 테두리부에서 중심을 향하는 방향으로 각각 연장형성되어 유체압에 의해 탄성적으로 경사 회동이 가능하도록 이루어진다.

상기 개폐부(142)는 유체압에 의해 유입 연통구(116,126) 및 배출 안내구(138)로 회전되어 유입 안내구(136) 및 배출 연통구(118,128)와 연통되도록 함으로써, 상기 유체가 유입 안내구(136)에서 유입 연통구(116,126)를 통해 실린더실(112,122)로 유입되며, 실린더실(112,122)에서 배출 연통구(118,128)와 배출 안내구(138)를 통해 배출된다.

또한 도 5 및 도 6을 자세히 보면, 상기 유입 연통구(116,126) 및 배출 안내구(138)의 직경이 유입 안내구(136)와 배출 연통구(118,128)보다 더 크게 형성되도록 하고, 상기 유입 연통구(116,126) 및 배출 안내구(138)의 직경은 개폐부(142)가 회전하면 개방될 정도로 크게 형성되고, 상기 유입 안내구(136)와 배출 연통구(118,128)의 직경은 개폐부(142)의 회전을 제한하여 개폐부(142)에 의해 완전 폐쇄될 수 있을 정도로 작게 형성된다.

또한, 상기 유입 연통구(116,126)와 배출 안내구(138)에는 개폐부(142)의 과도한 회전을 제한하기 위한 걸림턱(미도시)이 형성된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 왕복펌프용 실린더를 도 5 및 도 6을 참조하여 간략히 설명한다.

여기서, 본 발명에 따른 실린더의 작동은 일반적으로 이용되는 모터 및 캠에 의해 피스톤이 왕복 이동되는 것을 기본으로 한다.

먼저, 모터(170)가 회전되어 캠(180)이 편심 회전되면서 하부 피스톤(124)에 체결된 크랭크축(182)이 직선 왕복 이동하게 되고, 상기 하부 피스톤(124)과 더불어 피스톤 로드(150)를 통해 상부 피스톤(114)이 왕복 이동되면서 각 실린더(100)에서 유체의 유입과 배출이 교번으로 발생된다.

이를 좀 더 자세히 설명하면, 상부 피스톤(114)이 하향 이동되면서 상부 실린더실(112)의 유체가 배출 연통구(118,128)를 통해 유동되면서 플랩밸브(140)의 제1개폐부(142a)를 하향 회전시켜 개방되도록 한 다음 계속해서 배출 안내구(138)를 통해 중간체(130)의 배출구(134)로 토출된다.

이때, 상기 배출 안내구(138)에 유입된 유체는 이 유체압에 의해 플랩밸브(140)의 제2개폐부(142b)가 하부 배출 연통구(118,128)를 폐쇄시킴으로써 하부 실린더실(122)에 유입되는 현상이 방지된다.

또한, 상부 피스톤(114)이 하향 이동되는 동시에 하부 피스톤(124) 역시 하향 이동되면서 상기 중간체(130)의 유입구(132)를 지나 유입 안내구(136)로 유입된 유체가 플랩밸브(140)의 제3개폐부(142c)를 하향 회전시켜 개방되도록 한 다음 계속해서 유입 연통구(116,126)를 통해 하부 실린더실(122)에 유입된다.

이때, 상기 유입 안내구(136)에 유입된 유체는 이 유체압에 의해 플랩밸브(140)의 제4개폐부(142d)가 상부 유입 연통구(116,126)를 폐쇄시킴으로써 상부 실린더실(112)에 유입되는 현상이 방지된다.

한편, 상기 상ㆍ하부 피스톤(124)이 상향으로 이동되면 하향 이동시 작동과는 반대로 작동하게 된다.

따라서, 상기 유체는 상ㆍ하부 피스톤(124)이 하향 이동되면 상부 실린더 실(112)에서 배출되면서 하부 실린더실(122)로 유입되고, 상기 상ㆍ하부 피스톤(124)이 상향 이동되면 상부 실린더실(112)에 유입되면서 하부 실린더실(122)에서 배출된다.

한편, 상기 개폐부(142)의 회전은 유입 연통구(116,126)와 배출 안내구(138)에 형성된 걸림턱에 의해 제한되어 과도한 회전으로 그 탄성력이 상실되는 현상을 방지하게 된다.

여기서, 상기 유체는 공기 또는 액체가 될 수 있고, 만약 공기일 경우, 소형 에어펌프로 제작이 가능하다.

또한, 상기 유입구(132)에는 별도의 소음기(S)가 장착되어 피스톤(114,124)의 왕복 운동 등의 실린더 작동에 따른 소음이 감소되게 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 왕복펌프용 실린더가 개략적으로 도시된 사시도이고,

도 2는 도 1에 도시된 실린더의 측면도이고,

도 3은 도 1에 도시된 실린더의 분리 사시도이며,

도 4는 도 1에 도시된 실린더의 측단면도이고,

도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 실린더가 사용된 왕복펌프의 작동 상태가 도시된 측단면도이다.

< 도면의 주요 부위에 대한 참조부호의 간단한 설명 >

100...실린더 110...상부체,

112...상부 실린더실 114...피스톤,

120...하부체 122...하부 실린더실,

116,126...유입 연통구, 118,128...배출 연통구,

130...중간체 132...유입구,

134...배출구 136...유입 안내구,

138...배출 안내구 140...플랩밸브

142...개폐부.

Claims (8)

1. 피스톤의 왕복으로 실린더에 유체가 유ㆍ출입되도록 이루어진 펌프에 있어서,

   상기 실린더는 각각의 피스톤이 기밀 설치된 다수의 실린더실과, 이들 각 실린더실에 대해 유체가 교번으로 유입 및 배출되도록 상기 피스톤의 이동으로 발생된 유체압에 의해 탄성적으로 경사 회동되게 돌출되어 유체의 유동을 선택적으로 차단하는 개폐부를 갖는 다수의 플랩밸브가 포함되고,

   상기 실린더는 각각의 실린더실을 갖는 상부체 및 하부체와, 이 상ㆍ하부체에 개재되면서 상ㆍ하부체와 연접된 각 면에 플랩밸브가 각각 배치된 중간체가 상호 결합되며,

   상기 실린더는 각 실린더실의 피스톤이 체결되어 중간체를 관통하면서 왕복 이동되게 설치된 피스톤 로드가 포함되고,

   상기 중간체는 유체의 유입 및 배출을 위해 형성된 유입구 및 배출구, 상기 유입구 및 배출구와 각각의 실린더실이 상호 연통되도록 설치되면서 플랩밸브의 개폐부에 의해 개폐되는 다수의 유입 안내구 및 배출 안내구가 포함되며,

   상기 상부체 및 하부체는 중간체에서 유동된 유체가 실린더실에 유입 또는 배출되도록 하기 위해 상기 유입 및 배출 안내구와 연통되게 형성된 유입 연통구와 배출 연통구가 포함되고,

   상기 개폐부가 경사 회동하는 방향에 위치된 유입 연통구 및 배출 안내구는 배출 연통구 및 유입 안내구보다 직경이 더 크게 형성되고, 유입 연통구 및 배출 안내구는 개폐부의 경사 회동이 가능한 직경을 갖고, 배출 연통구 및 유입 안내구는 개폐부에 의해 페쇄되는 직경을 가지며,

   상기 유입 연통구 및 배출 안내구에는 개폐부의 과도한 경사 회동을 제한하기 위한 걸림턱이 형성되며,

   상기 플랩밸브의 개폐부는 유입 및 배출 안내구를 유체압에 의해 개폐하도록 테두리부로부터 중심을 향하는 방향으로 상호 대향되게 각각 연장형성된 것을 특징으로 하는 왕복펌프용 실린더.
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