KR100987540B1 - 스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프 - Google Patents

스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"를 제공하는데, 여기에는, 상부 후드(upper hood) 상의 물 출구 포트(water exit port)의 벽에 연결되는 공기 배출 조립체(air discharge assembly)가 포함된다. 상기 공기 배출 조립체에는 플런저 본체(plunger body)와, 플런저 본체 내부에 배치된 압축 스프링이 있으며, 물 출구 포트의 벽에는 공기 통로(air passage)가 뚫려 있고, 공기 배출 조립체의 중심 상부면에는 플런저 본체와 통하기 위한 공기 배출 오리피스(air discharge orifice)가 뚫려 있다. 압축수 내에 공기가 혼합되어 있을 때에는, 압축 스프링의 탄성력이 압축수의 수압보다 크기 때문에, 압축 스프링의 탄성력이 플런저 본체의 플런저 배플을 제1 공기 배출 실린더 내로 밀어서 관통 기공이 제1 공기 배출 실린더 내로 이동될 것이며, 이로써, 압축수 내에 혼합된 공기는 공기 통로로 들어와 관통 기공을 거쳐 플런저 본체의 플런저 개구부를 통과하여, 최종적으로 공기 배출 조립체의 공기 배출 오리피스를 거쳐 상부 후드 외부로 방출되게 된다. 따라서, 물에 혼합된 공기가 자동적으로 축출되어 수압이 항상 안정적으로 조절되며, 내부 구성 요소들이 단순화되어 작동이 원활하고 사용 수명이 연장될 수 있다.
압축 다이어프램 펌프, 공기 배출 조립체, 공기 배출 오리피스, 상부 후드

Description

스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프{Compressing diaphragm pump having automatic air expelling and pressure abnormal-preventing features for spray use}
본 발명은 작동 중에 이상 압력(abnormal pressure)이 발생하지 않고 안정된 수압을 연속적으로 공급하고, 특히 스프레이 세척 효과를 향상시키는 이점이 있는 스프레이 사용을 위한 압축수 세척 장치에 장착된 압축 다이어프램 펌프(diaphragm pump)에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 현재 시판되는 종래의 차량 스프레이 및 세차용 압축 세척 장치는 물 스프레이어(water sprayer)(1), 휴대용 탱크(portable tank)(2) 및 압축 다이어프램 펌프(compressing diaphragm pump)(10)를 포함한다. 본 장치의 특징은 소형 압축 다이어프램 펌프(10)가 휴대용 탱크(2) 내에 삽입될 수 있고, 전원이 차량의 시가-라이터(cigar-lighter)의 현존하는 24 볼트 DC로부터 인출될 수 있고, 휴대용 탱크(2)에 물을 공급하기 위한 물 공급원이 어느 장소에서든지 이용 가능하기 때문에, 차량을 스프레이 세차하기 위해 옥외로 이동할 수 있다는 것이다. 이러한 종래의 압축 다이어프램 펌프(10)의 작동을 위해, 수돗물(tap water)(W)이 물 흡입 도관(water intake conduit)(3)을 경유하여 압축 다이어프램 펌프(10)의 상부 후드(hood)(60) 상의 물 입구 오리피스(61)를 거쳐 흡입되는데, 여기서 수돗물은 압축수로 변환되고, 이어서 스프레이 적용을 위해 물 연통 도관(4)을 거쳐 물 스프레이어(1)로 보내진다. 따라서, 압축 다이어프램 펌프(10)의 기능은 주로 이러한 세척 장치의 출력수의 작동 및 압력 안정성에 영향을 줄 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 세척 장치의 작동 절차에는 2개의 결점이 존재한다. A. 잔류 기포(residual air bubbles): 물이 고갈될 때 물은 재충전을 위해 휴대용 탱크(2) 내로 주입되고, 잔류 공기가 이러한 압축 다이어프램 펌프(10)의 일부 부품, 특히 물 흡입 도관(3)에 남아 있게 된다. 다음 작동 중에, 잔류 공기는 기포로서 물과 혼합될 수 있고 이러한 압축 다이어프램 펌프(10)의 작동 부품, 특히 상부 후드(60)에 진입하여 총 기능에 악영향, 즉 부품의 덜컹거리는 진동(jerking vibration) 및 수압의 간헐적인 불안정성을 주고, 이는 장기간 작동을 위한 사용 수명(service lifetime)을 단축시키면서 전체 장치에 유해한 부하를 초래한다. 따라서, 물을 재충전하는 동안에 물에 혼합하는 잔류 기포를 어떠한 방법으로 축출하는지가 이러한 장치의 중대한 문제점이 되고 있다.
B. 이상 압력(abnormal pressure): 이상 압력의 현상은 이러한 압축 다이어프램 펌프(10)의 작동 시간 및 주파수의 증가와 관련하여 발생할 수 있다. 이상 압력의 원인을 이해하기 위해, 압축 다이어프램 펌프(10) 내의 각각의 구성 요소의 구조적 및 작동 기능을 이하와 같이 이해해야 한다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 종래의 압축 다이어프램 펌프(10)는 모터(motor)(11)와, 상기 모터(11)의 출력 샤프트(output shaft)(도면에는 도시되어 있지 않음)의 상부를 따라 배치되고 복수의 나사 보어들(screw bores)(13)이 외부 가장자리부에 형성되어 있는 상부 후드 섀시(upper hood chassis)(12)와, 상기 상부 후드 섀시(12)를 덮고 있는 다이어프램(20)과, 상기 다이어프램(20) 내에 삽입된 피스톤 밸브(piston valve)(30)와, 상기 피스톤 밸브(30) 상에 제각기 밀착하여 고정되는 3개의 피스톤 슬라이스들(piston slices)(50) 및 역류 방지 플라스틱 가스켓(anti-backflow plastic gasket)(40)과, 외부 가장자리부에 복수의 천공된 보어들(perforated bores)(63)이 형성되어 있는 상부 후드(upper hood)(60)를 포함하며, 상기 상부 후드 섀시(12) 상에는 다수의 요동 휠들(wobble wheels)(14)이 피봇 설치되어, 상기 모터(11)의 출력 샤프트에 의해 축방향 왕복 요동 운동(axial reciprocating wobbling movement)으로 구동되어 펌핑 작용을 수행한다. 상기 상부 후드 섀시(12) 상의 나사 보어들(13) 및 상기 상부 후드(60) 상의 천공된 보어들(63)를 통해 볼트(5)를 조임으로써, 전체 압축 다이어프램 펌프(10)가 완전히 일체화된다(도 4에 도시된 바와 같이).
상기 다이어프램(20)에는, 가스켓 홈(gasket groove)(21)이 다이어프램(20) 상부 주연 가장자리부 상에 구성되고, 편심 피스톤 추진기들(eccentric piston pushers)(23)이 각각 적층되어 있는 3개의 볼록 험프들(convex humps)(22)이 상기 3개의 요동 휠들(14)과 대응하여 다이어프램(20) 상부에 배치된다. 각 볼록 험프(22) 상의 천공된 보어(221)와 대응하는 피스톤 추진기(23) 상의 천공된 보어(231)를 통해 조여지는 각각의 나사(24)에 의해, 각 피스톤 추진기(23) 및 볼록 험프(22)는 다이어프램(20)과 함께, 대응하는 각 요동 휠(14) 상에 견고하게 나사 결합되어(도 4에 도시된 바와 같이), 모든 이들 구성 요소는 소정의 변위로 동시에 축방향 왕복 요동 운동을 하게된다(도 4에 점선으로 도시된 바와 같이).
도 2 및 도 4 내지 도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 밸브(30)는 주로 반구형 물 배출 기부(hemispherical water discharge base)(31)와 3개의 물 입구 포트들(water inlet ports)(35)을 포함하는데, 상기 반구형 물 배출 기부(31)는 피스톤 밸브(30)의 중심 구역에서 상부 후드(60)를 향해 상향으로 매립되어 있고, 상기 3개의 물 입구 포트들(35)는 각각 서로 120°의 경사각의 균등한 간격으로 상기 물 배출 기부(31)의 하부에 배치되어 있다. 여기서, 상기 물 배출 기부(31)는 물 배출 기부(31)의 중심에 형성되어 있는 배향 구멍(orientating hole)(32) 및 3개의 분리 홈들(separating grooves)(33)에 의해 구성되는데, 상기 3개의 분리 홈들(33)은 서로 120°의 경사각의 균등한 간격을 지니고 반경방향으로 분할되어 있으며, 3개의 분리 홈들(33) 사이에는 복수의 물 배출구 슬롯들(water discharge slots)(34)을 가지는 3개의 격리된 구역들이 형성된다. 상기 물 입구 포트(35)는 복수의 물 입구 슬롯들(water inlet slots)(37) 및 배향 구멍(36)에 의해 구성된다. 역류 방지 플라스틱 가스켓(anti-backflow plastic gasket)(40)은 연성 탄성 재료(soft elastic material)로써 중공의 반편구(hollow hemi-spheroid)로 일체 성형되는데, 중심에 있는 하향 배향 스템(downwards orientating stem)(41)과, 서로 120°의 경사각만큼 균등하게 이격되어 있는 3개의 반경방향 분리 리브 패널들(separating rib panels)(42)과, 역류 방지 플라스틱 가스켓(40)의 외측으로 연장된 3개의 돌출 패널들(projecting panels)(43)을 포함한다. 상기 배향 스템(41)을 대응되는 배향 구멍(32) 내로 고정시키고 동시에 각 돌출 패널(43)을 물 배출 기부(31) 상의 각 대응되는 분리 홈(33) 내로 삽입함으로써, 물 배출 기부(31)의 3개의 격리된 구역 내에 있는 모든 물 배출 슬롯들(34)은 역류 방지 플라스틱 가스켓(40)에 의해 원주방향 가장자리부 둘레에 밀폐 밀봉 방식으로 완전히 차단된다(도 4에 도시된 바와 같이). 상향으로 형성된 강성의(rigid) 중심 배향 스템(51)을 갖는 피스톤 슬라이스(50) 각각은 연성 탄성 재료로써 볼록 아치형 외부면(convex arched outer surface) 및 오목 만곡형 내부면(concave curved inner surface)을 갖는 반전된 플레어 형상(inverted flare shape)으로 일체 성형된다. 상기 배향 스템(51)을 물 입구 포트(35) 상의 대응되는 배향 구멍(36) 내로 삽입함으로써, 모든 물 입구 슬롯들(37)은 피스톤 슬라이스(50)에 의해 원주방향 가장자리부 둘레에 밀폐 밀봉 방식으로 완전히 차단된다(도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이). 여기서, 상기 피스톤 밸브(30)의 각 물 입구 포트(35)에 있는 피스톤 슬라이스(50)의 오목 만곡형 내부면과 다이어프램(20) 상의 대응되는 피스톤 추진기(23) 사이에는 복수의 저압 챔버(6)가 형성되고, 저압 챔버(6)의 일 단부가 대응되는 물 입구 슬롯(37)에 연결되어 있다(도 4에 도시된 바와 같이).
도 1 및 도 2 내지 도 4에 추가로 도시된 바와 같이, 복수의 천공된 보어(63)가 주연 가장자리부 상에 형성된 상부 후드(60)는 주로, 외부 가장자리부 상의 물 입구 오리피스(water inlet orifice)(61)와, 내부에 내부 물 출구 오리피스(internal water outlet orifice)(62)를 갖는 중심 상부의 물 출구 포트(water exit port)(64) 및 현재 시장에서 판매되는 압력 스위치(P)를 장착하기 위해 상부에 연결된 외부 압력 스위치 용기(65)를 포함한다. 여기서, 상부 후드(60)의 저부 측면에 경사 홈(ramp groove)(66)이 구성되어, 경사 홈(66)의 주연 가장자리부가 피스톤 밸브(30)를 밀착 포위하여 상기 다이어프램(20)의 가스켓 홈(21) 상에 정합 방식으로 견고하게 고정되고, 상기 경사 홈(66)의 내부에는 중심 환형 홈(central annular groove)(67)이 하향으로 구성되어 피스톤 밸브(30)의 물 배출 기부(31)와 정합 방식으로 밀착 고정되어서, 중심 환형 홈(67)과 물 배출 기부(31) 사이에 압축 챔버(7)를 형성하게 된다(도 4에 도시된 바와 같이).
실제 작동에서, 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 요동 휠(14)에 의해 구동되는 피스톤 추진기(23)의 축방향 왕복 요동 운동에 기인하여, 휴대용 탱크(2)로부터 물 흡입 도관(3)을 거쳐 상부 후드(60)의 물 입구 오리피스(61) 내로 진입하는 물(W)(도 7에 화살표에 의해 도시된 바와 같이)은 펌핑 작용의 교번적인 흡입력 및 추진력을 받게 되는데, 즉 피스톤 추진기(23)가 피스톤 슬라이스(50)로부터 멀리 하향으로 요동하는 경우, 피스톤 슬라이스(50)는 흡입력에 의해 동시에 물 입구 포트(35)로부터 멀리 하향으로 견인되어, 물(W)을 흡입하며, 물(W)은 물 입구 오리피스(61) 및 물 입구 슬롯(37)을 차례대로 거쳐(도 7에 각각의 화살표에 의해 도시되는 바와 같이), 1차로 중간압의 물(W)로 압축되는 저압 챔버(6) 내로 진입된다. 피스톤 추진기(23)가 피스톤 슬라이스(50)를 향해 상향으로 요동하면, 피스톤 슬라이스(50)는 추진력에 의해 동시에 물 입구 포트(35)를 향해 상향으로 압박되어, 저압 챔버 내의 물(W)을 추진시키며, 물(W)은 물 배출 슬롯들(34)을 거쳐(도 8에 각각의 화살표에 의해 도시되는 바와 같이) 2차로 고압의 물(W)로 압축되는 압축 챔버(7) 내로 진입된다. 이러한 펌핑 작용의 교번적인 흡입력 및 추진력을 반복함으로써, 압축 챔버(7) 내의 물(W)의 압력은 552 kPa 내지 689 kPa(80 psi 내지 100 psi)까지 상승하여, 물 출구 오리피스(62) 및 상부 후드(60)의 물 출구 포트(64)와 물 출구 포트(64)에 연결된 물 연통 도관(4)을 차례로 거쳐 물 스프레이어(water sprayer)(1) 내로 들어와 실용적인 스프레이용 및 세척용으로 사용되며 또는 여타 다른 작업용으로 사용될 수 있다.
그러나, 역류 방지 플라스틱 가스켓(40) 디자인에는 압축 다이어프램 펌프(10)의 작동에 부적당한 효과를 발생시키는 심각한 결점이 존재한다. 앞에서 설명되고 도 5에 도시된 바와 같이, 역류 방지 플라스틱 가스켓(40)은 피스톤 밸브(30)의 모든 물 배출 슬롯들(34)을 덮는데 사용되도록 연성 탄성 재료로써 중공의 반편구로 일체 성형되는데, 물 입구 포트(35) 및 피스톤 슬라이스(50)와 연계되어, 제한된 변위를 지닌 펌핑 작용의 교번적인 흡입 및 추진력을 위한 피스톤 추진기(23)의 축방향 왕복 요동 운동에 의해 구동된다. 그런데 역류 방지 플라스틱 가스켓(40) 재료의 가요성 및 불균일한 반구 형상 때문에, 펌핑 작용의 제한된 변위에 의해 물 배출의 효과가 감소하고, 흡입 작용 시의 밀봉 효과가 만족스럽지 못하게 된다. 이로 인해, 출력되는 물의 양 및 압력 모두가 감소하게 된다. 이러한 역류 방지 플라스틱 가스켓(40)의 바람직하지 않은 밀봉 효과의 결함은, 변형(δ)을 더 커지게 하는 재료의 노후화로 인해 더 악화되고, 결과적으로 "이상 압력"의 문제점을 초래하게 된다(도 6에 도시된 바와 같이).
역류 방지 플라스틱 가스켓(40)의 변형으로부터 발생하는 전술된 이상 압력 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 발명자는 디자인을 개선하여 미국 특허 출원번호 제11/258,027호(미국 특허 출원 공개 제2006/0090642호로 공개됨)로 2005년 10월 26일 미국 특허청에 특허를 출원하였다. 도 9 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 개선된 압축 다이어프램 펌프(10)의 구조는 역류 방지 플라스틱 가스켓(80) 및 이와 연관된 물 배출 포트(71) 모두를 원래의 반구 형상 대신에 평면형 형태로 변형시킨 것이다. 피스톤 밸브(70)의 물 배출 포트(71)의 이러한 평면형 전환과 조화되게끔 배향 구멍(73)을 갖는 배향 럼프(orientating lump)(72)가 물 배출 포트(71)의 중심에 형성된다. 상기 배향 럼프(72)를 중심으로 하여 서로 120°의 경사각의 균등한 간격으로 복수의 물 배출 구멍들(74)을 갖는 3개의 격리된 구역들이 형성된다. 3개의 격리된 구역들에 대한 주연 가장자리부에는 3개의 물 입구 포트들(75)이 상기 물 배출 포트(71)의 하부에 각각 배치되는데, 물 입구 포트(75)에는 중심 배향 구멍(76) 및 복수의 물 입구 슬롯들(77)이 있다. 한편, 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)은 물 배출 포트(71)를 완전히 덮게끔, 서로 120°의 경사각으로 균등하게 이격되어 있는 3개의 반경방향 세장형 간극들(rifts)(81)과 함께 3개의 평면형의 판형 블레이드 형상(valvular blade shape)으로 구성되어 있는데, 각 판형 블레이드는 물 배출 포트(71) 상의 대응되는 물 배출 구멍들(74) 상에 정확하게 부착되어 이를 폐쇄할 수 있다. 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)의 중심에는, 하부에 배향 림(orientating rim)(83)이 있는 배향 구멍(82)이 형성된다(도 10에 도시된 바와 같이).
실제 조립에 있어서, 도 10 및 도 11에 추가로 도시된 바와 같이, 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)의 배향 림(83)을 정렬시켜, 먼저 배향 구멍(82)에 피스톤 밸브(70)의 배향 럼프(72)를 삽입하고, 이어서 피스톤 밸브(70)의 배향 구멍(73) 내로 T형 배향 스템(90)을 삽입하여, 역류 방지 플라스틱 가스켓(80) 및 피스톤 밸브(70)를 견고하게 결합한다.
도 12를 참조하면, 개조된 피스톤 밸브(70) 및 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)에 대한 장기간 시험 사용 결과, "이상 압력" 문제점이 상당히 개선되었고, 변형 관련 문제도 상당히 완화되었다. 그러나, 시험 사용 기간 동안, 다음과 같은 신규 문제점이 발견되었다. A. T형 배향 스템(90)에 의해 결합된 피스톤 밸브(70)와 역류 방지 플라스틱 가스켓(80) 사이의 결합성이 느슨해진다. B. 판형 블레이드의 강도가 다소 약해진다. C. 피스톤 슬라이스(50)의 노화에 기인하는 약간의 변형이 여전히 존재한다. 따라서, 본 발명의 발명자는 전술된 압축 다이어프램 펌프(10)의 기능을 개선하고 남아있는 문제점을 해결하기 위해 계속 연구하고 열심히 탐구하였다.
본 발명의 주 목적은 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"를 제공하는 것인데, 여기서 상부에 있는 상부 후드 상의 물 출구 포트의 벽에 연결되는 중공의 관형 공기 배출 조립체(hollow tubular air discharge assembly)에는, 플런저 본체(plunger body)와, 플런저 본체 내부에 배치된 압축 스프링이 있으며, 물 출구 포트의 벽에는 공기 통로(air passage)가 뚫려 있고, 공기 배출 조립체의 중심 상부면에는 플런저 본체와 통하기 위한 공기 배출 오리피스(air discharge orifice)가 뚫려 있다. 압축수 내에 공기가 혼합되어 있을 때에는, 압축 스프링의 탄성력이 압축수의 수압보다 크기 때문에, 압축 스프링의 탄성력이 플런저 본체의 플런저 배플을 제1 공기 배출 실린더 내로 밀어서 관통 기공이 제1 공기 배출 실린더 내로 이동될 것이며, 이로써, 압축수 내에 혼합된 공기는 공기 통로로 들어와 관통 기공을 거쳐 플런저 본체의 플런저 개구부를 통과하여, 최종적으로 공기 배출 조립체의 공기 배출 오리피스를 거쳐 상부 후드 외부로 방출되게 된다. 따라서, 물에 혼합된 공기가 자동적으로 축출되어 수압이 항상 안정적으로 조절되며, 내부 구성 요소들이 단순화되어 작동이 원활하고 사용 수명이 연장될 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"를 제공하는 것인데, 여기서 물 배출 포트의 상부면은 물 배출 포트의 상부면(top surface)은 배향 구멍의 중심을 최저점으로 하는 하향 캠버 오목부(downwards camber concave)로 설계되고, 3개의 물 입구 포트들 각각의 저부면(bottom surface)은 배향 구멍의 중심을 최저점으로 하는 상향 캠버 오목부(upwards camber concave)로 설계된다. 조립 후에는, 역류 방지 플라스틱 가스켓의 편평한 저부면과 물 배출 포트의 하향 캠버 오목부 사이에 갭(gap)이 형성되고, 이와 유사하게, 피스톤 슬라이스의 편평한 상부면과 물 입구 슬롯의 상향 캠버 오목부 사이에 갭이 형성된다. 상기에 언급된 갭들에 의해, 피스톤 추진기의 축방향 요동 운동과 연계된 펌핑 작동에서 역류 방지 플라스틱 가스켓 및 피스톤 슬라이스에서의 흡입력이 상당히 증가하고, 물을 가압하는 효과가 상당히 증진된다. 또한, 역류 방지 플라스틱 가스켓 및 피스톤 슬라이스의 중심 두께가 가장자리 두께보다 두꺼운 특별한 설계로 인하여, 동일한 두께를 비교할 때, 강도가 종래의 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)의 편평한 설계의 강도보다 더 좋아지고, 물 배출 구멍 및 물 입구 슬롯에서의 개방 및 폐쇄 작용 사이의 전환 중에 밀봉 효과도 개선된다. 이에 의해, "이상 압력" 문제점은 완전히 제거된다.
본 발명에 따르면, 물 내에 혼합된 공기가 자동적으로 축출되어 수압을 항상 안정적으로 조절할 수 있고, 내부 구성 요소가 단순화 되어 작동이 원활해지며, 사용 수명이 연장될 수 있다. 또한, 본 발명의 역류 방지 플라스틱 가스켓의 강도가 종래의 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)의 편평한 설계의 강도보다 더 좋아지고, 물 배출 구멍 및 물 입구 슬롯에서의 개방 및 폐쇄 작용 사이의 전환 중에 밀봉 효과도 개선되며, 이에 의해, "이상 압력" 문제점이 완전히 제거된다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"의 제1 실시예는 공기 배출 조립체(100) 및 플런저 본체(200)를 포함하고 있다.
상기 공기 배출 조립체(100)는, 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프(10)의 상부 후드(60) 상에 있는 물 출구 포트(64)의 벽에 연결되는 중공 튜브(hollow tube)로 되어 있으며, 공기 배출 조립체(100)의 상부 섹션(upper section) 및 하부 섹션(lower section) 상에 배치되어 서로 자유롭게 통해 있는 한 쌍의 제1 공기 배출 실린더(101) 및 제2 공기 배출 실린더(102)를 지니고 있고, 제1 공기 배출 실린더(101)의 직경이 제2 공기 배출 실린더(102)의 직경보다 크며, 제1 공기 배출 실린더(101)와 상부 후드(60)의 물 출구 포트(64) 사이의 벽에는 공기 통로(103)가 뚫려 있고, 공기 배출 조립체(100)의 중심 상부면에는 공기 배출 오리피스(104)가 제2 공기 배출 실린더(102)쪽을 향해 뚫려 있다.
상기 플런저 본체(200)는 상부의 플런저 개구부(plunger opening)(201)와 저부의 플런저 배플(plunger baffle)(202)을 지닌 중공 튜브(hollow tube)이고, 플런저 개구부(201)의 외경이 플런저 배플(202)의 외경보다 작으며, 플런저 본체(200)에는, 플런저 본체(200) 내부에 플런저 개구부(201)로부터 안쪽을 향해 배치되는 압축 스프링(203)과, 플런저 배플(202) 근처에서 플런저 본체(200)의 벽에 뚫려 있는 관통 기공(through pore)(204)과, 관통 기공(204)과 플런저 배플(202) 사이에서 플런저 본체(200) 주변부를 둘러싸는 O-링 가스켓(205)이 있으며, 플런저 개구부(201) 및 플런저 배플(202)는 제각기 공기 배출 조립체(100)의 제2 공기 배출 실린더(102) 및 제1 공기 배출 실린더(101) 내에 삽입된다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 상부 후드(60)의 압축 챔버(7)의 압축수(W') 내에 공기가 혼합되어 있지 않을 때에는, 물 출구 포트(64)를 통과하는 압축수(W')는 동시에 공기 통로(103)를 거쳐 공기 배출 조립체(100)의 제1 공기 배출 실린더(101) 내로 유입되어, 플런저 본체(200)의 플런저 배플(202)에 후방으로 힘을 가하게 될 것이고, 압축수(W')의 수압이 압축 스프링(203)의 탄성력보다 크기 때문에 플런저 본체(200) 전체가 제2 공기 배출 실린더(102) 내로 밀려 들어가게 된다. 한편, 플런저 본체(200) 상의 관통 기공(204)도 제2 공기 배출 실린더(102) 내에 완전히 삽입되어, O-링 가스켓(205)이 제2 공기 배출 실린더(102)를 방수식으로 밀폐하게 되고, 제1 공기 배출 실린더(101)의 모든 압축수(W')는 물 출구 포트(64) 밖으로 유도되게 된다(도 15에 도시된 화살표와 같이). 이러한 작동 모드는 물을 정상적으로 압축하고 배출하는 상태이다. 압축수(W') 내에 공기가 혼합되어 있을 때에는, 압축 스프링(203)의 탄성력이 압축수(W')의 수압보다 커지기 때문에, 압축 스프링(203)의 탄성력이 플런저 본체(200)의 플런저 배플(202)을 제1 공기 배출 실린더(101) 내로 밀어서 관통 기공(204)이 제1 공기 배출 실린더(101) 내로 이동될 것이다. 이로써, 압축수(W') 내에 혼합된 공기는 공기 통로(103)를 거쳐 제1 공기 배출 실린더(101) 내로 들어오게 되고, 이어서 관통 기공(204)을 거쳐 플런저 본체(200)의 플런저 개구부(201)를 통과하여, 최종적으로 공기 배출 조립체(100)의 공기 배출 오리피스(104)를 거쳐 상부 후드(60) 외부로 방출되게 된다(도 16에 도시된 점선 화살표와 같이). 이리하여 공기 방출 기능이 이루어진다. 모든 공기가 상부 후드(60) 외부로 방출되면, 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프(10)는 정상 압축 작동 상태로 재개될 것이고, 공기 배출 조립체(100) 내의 플런저 본체(200)는 정상적인 물 압축 및 배출 위치로 재차 복귀될 것이다(도 15에 도시된 바와 같이).
도 17 및 도 18에 추가로 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 예시적인 실시예인 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 조절 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"에서, 공기 배출 조립체(100) 및 상부 후드(60)는, 공기 배출 조립체(100)의 저부에 형성된 피팅 커넥터(fitting connector)(300)를 가짐으로써, 영구적으로 결합되는 대신에 서로 분리가 될 수 있게끔 설계되는데, 상기 피팅 커넥터(300) 내부에는 공기 통로(302)를 거쳐 제1 공기 배출 실린더(100)에 연결되는 내부 단차형 보어(301)가 있으며, 피팅 커넥터(300)의 각 단부(end)에는 나사 유니온(threaded union)(303)이 제각기 형성되어, 상부 후드(60)의 물 출구 포트(64) 및 물 연통 도관(4)을 각각 견고하게 나사 결합할 수 있다(도 18에 도시된 바와 같이). 이리하여, 공기 배출 조립체(100)는 제1 실시예와 동일하게 공기 축출 및 압력 조절 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 제3 예시적인 실시예인 "스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 조절 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프"를 보여주는 도 19 내지 도 22에 추가로 도시된 바와 같이, 물 배출 포트(401)의 상부면은 배향 구멍(402)의 중심을 최저점으로 하는 하향 캠버 오목부(407)로 설계되고(도 21에 도시된 바와 같이), 3개의 물 입구 포트들(404) 각각의 저부면은 배향 구멍(405)의 중심을 최저점으로 하는 상향 캠버 오목부(408)로 설계된다(도 21에 도시된 바와 같이). 물 배출 포트(401) 장치와 조화되게끔, 역류 방지 플라스틱 가스켓(500)은, 중심부 두께(t1)가 가장자리부 두께(t2)보다 두꺼운, 상향 아치형 볼록 상부면 및 편평한 저부면으로 설계되고(도 20의 a-a 도면 및 도 21에 도시된 바와 같이), 역류 방지 플라스틱 가스켓(500) 및 하향으로 돌출된 중심 배향 스템(501) 모두는 동일한 연성 탄성 재료로써 일체 성형된다. 물 입구 포트(404) 장치와 조화되게끔, 3개의 피스톤 슬라이스들(600) 또한 중심부 두께(t3)가 가장자리부 두께(t4)보다 두꺼운 하향 아치형 볼록 저부면 및 편평한 상부면으로 설계된다(도 20의 b-b 도면 및 도 21에 도시된 바와 같이).
도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이 조립 후에는, 역류 방지 플라스틱 가스켓(500)의 편평한 저부면과 물 배출 포트(401)의 하향 캠버 오목부(407) 사이에 갭(G1)이 형성되고(도 22에 도시된 바와 같이), 이와 유사하게, 피스톤 슬라이스(600)의 편평한 상부면과 물 입구 슬롯(406)의 상향 캠버 오목부(408) 사이에 갭(G2)이 형성된다(도 22에 도시된 바와 같이). 상기 갭들(G1, G2)에 의해, 피스톤 추진기(23)의 축방향 요동 운동과 연계된 펌핑 작동에서, 역류 방지 플라스틱 가스켓(500) 및 피스톤 슬라이스(600)에서의 흡입력이 상당히 증가하고, 물을 가압하는 효과가 상당히 증진된다. 또한, 역류 방지 플라스틱 가스켓(500) 상의 균일하지 않은 두께(t1 및 t2)와, 피스톤 슬라이스(600) 상의 균일하지 않은 두께(t3 및 t4)의 특별한 설계로 인하여, 동일한 두께를 비교할 때, 강도가 종래의 역류 방지 플라스틱 가스켓(80)의 편평한 설계의 강도보다 더 좋아지고, 물 배출 구멍(403) 및 물 입구 슬롯(406)에서의 개방 및 폐쇄 작용 사이의 전환 중에 밀봉 효과가 개선된다(도 23 및 도 24에 도시된 바와 같이). 이에 의해, "이상 압력" 문제점이 완전히 제거된다. 또한, 역류 방지 플라스틱 가스켓(500)이 일체로 성형되기 때문에 조립 절차가 보다 빨라지고, 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 종래의 압축 세척 장치를 도시하는 도면.
도 2는 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 분해 사시도.
도 3은 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 상부 후드를 도시하는 사시도.
도 4는 도 3의 선 A-A를 따라 취한 단면도.
도 5는 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 피스톤 밸브를 도시하는 사시도.
도 6은 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프 내의 역류 방지 플라스틱 가스켓의 변형을 도시하는 사시도.
도 7은 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 작동을 도시하는 제1 도면.
도 8은 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 작동을 도시하는 제2 도면.
도 9는 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프 내의 다른 피스톤 밸브 및 역류 방지 플라스틱 가스켓을 도시하는 사시도.
도 10은 도 9의 평면 분해를 도시하는 단면도.
도 11은 도 10의 평면 조립을 도시하는 단면도.
도 12는 종래의 스프레이 사용을 위한 압축 다이어프램 펌프의 평면 조립을 도시하는 단면도.
도 13은 본 발명의 제1 예시적인 실시예의 사시도.
도 14는 도 13의 선 B-B를 따라 취한 단면도.
도 15는 본 발명의 제1 예시적인 실시예의 작동을 도시하는 제1 도면.
도 16은 본 발명의 제1 예시적인 실시예의 작동을 도시하는 제2 도면.
도 17은 본 발명의 제2 예시적인 실시예의 평면 분해를 도시하는 단면도.
도 18은 본 발명의 제2 예시적인 실시예의 평면 조립을 도시하는 단면도.
도 19는 본 발명의 제3 예시적인 실시예의 분해 사시도를 도시하는 제1 도면.
도 20은 본 발명의 제3 예시적인 실시예의 피스톤 밸브의 분해 사시도를 도시하는 제2 도면.
도 21은 본 발명의 제3 예시적인 실시예에 대한 피스톤 밸브의 평면 분해를 도시하는 단면도.
도 22는 본 발명의 제3 예시적인 실시예에 대한 피스톤 밸브의 평면 조립을 도시하는 단면도.
도 23은 본 발명의 제3 예시적인 실시예의 작동을 도시하는 제1 도면.
도 24는 본 발명의 제3 예시적인 실시예의 작동을 도시하는 제2 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 물 스프레이어 2: 휴대용 탱크
3: 물 흡입 도관 4: 물 연통 도관
5: 볼트 6: 저압 챔버
7: 압축 챔버 10: 압축 다이어프램 펌프
11: 모터 12: 상부 후드 섀시
13: 나사 보어 14: 요동 휠
20: 다이어프램 21: 가스켓 홈
22: 볼록 험프 23: 피스톤 추진기
24: 나사 30: 피스톤 밸브
31: 물 배출 기부 32: 배향 구멍
33: 분리 홈 34: 물 배출 슬롯
35: 물 입구 포트 36: 배향 구멍
37: 물 입구 슬롯 40: 역류 방지 플라스틱 가스켓
41. 배향 스템 42: 반경 방향 분리 리브 패널
43: 돌출 패널 50: 피스톤 슬라이스
51: 배향 스템 60: 상부 후드
61: 물 입구 오리피스
62: 물 출구 오리피스 63: 천공된 보어
64: 물 출구 포트 65: 압력 스위치 용기
66: 경사 홈 67: 중심 환형 홈
70: 피스톤 밸브 71: 물 배출 포트
72: 배향 럼프 73: 배향 구멍
74: 물 배출 구멍 75: 물 입구 포트
76: 중심 배향 구멍 77: 물 입구 슬롯
80: 역류 방지 플라스틱 가스켓 81: 반경 방향 세장형 간극
82: 배향 구멍 83: 배향 림
90: T형 배향 스템
100: 공기 배출 조립체 101: 제1 공기 배출 실린더
102: 제2 공기 배출 실린더 103: 공기 통로
104: 공기 배출 오리피스 200: 플런저 본체
201: 플런저 개구부 202: 플런저 배플
203: 압축 스프링 204: 관통 기공
205: O-링 가스켓 221: 대응 천공된 보어
231: 천공된 보어 300: 피팅 커넥터
301: 내부 단차형 보어 302: 공기 통로
303: 나사 유니온
401: 물 배출 포트 402: 배향 구멍
403: 물 배출 구멍
404: 물 입구 포트 405: 배향 구멍
406: 물 입구 슬롯 407: 하향 캠버 오목부
408: 상향 캠버 오목부 500: 역류 방지 플라스틱 가스켓
501: 중심 배향스템
600: 피스톤 슬라이스 W: 물
W': 압축수 P: 압력 스위치
t3: 중심부 두께 t4: 가장자리부 두께
G1: 갭 G2: 갭

Claims (3)

  1. 모터(motor)와, 상부 후드 섀시(upper hood chassis)와, 상기 상부 후드 섀시를 덮고 있는 다이어프램(diaphragm)과, 상기 다이어프램에 삽입된 피스톤 밸브(piston valve)와, 상기 피스톤 밸브 상에 제각기 밀착 고정되는 역류 방지 플라스틱 가스켓(anti-backflow plastic gasket) 및 세 개의 피스톤 슬라이스들(piston slices)과, 상부 후드(upper hood)를 포함하며, 상기 상부 후드 섀시는 상기 모터의 출력 샤프트(output shaft)의 상부를 따라 배치되고, 상기 상부 후드 섀시의 외부 가장자리부 상에는 복수의 나사 보어들(screw bores)이 형성되어 있으며, 상기 상부 후드 섀시 상에는 다수의 요동 휠들(wobble wheels)이 피봇 설치되어, 상기 모터의 출력 샤프트에 의해 구동되어 축방향 왕복 요동 운동으로 펌핑 작용을 수행하는, 스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프에 있어서,
    상기 상부 후드의 물 출구 포트(water exit port)의 벽에는 공기 배출 조립체(air discharge assembly) 및 플런저 본체(plunger body)가 배치되며,
    상기 공기 배출 조립체는 중공의 튜브(hollow tube)로서, 제1 공기 배출 실린더 및 제2 공기 배출 실린더를 지니고, 상기 제1 공기 배출 실린더 및 제2 공기 배출 실린더는 상기 공기 배출 조립체의 상부 섹션(upper section) 및 하부 섹션(lower section)에 배치되어 서로 자유롭게 통해 있고, 상기 제1 공기 배출 실린더의 직경이 상기 제2 공기 배출 실린더의 직경보다 크고, 상기 제1 공기 배출 실린더와 상기 상부 후드의 물 출구 포트 사이의 벽에는 공기 통로(air passage)가 뚫려 있고, 상기 공기 배출 조립체의 중심 상부면에는 공기 배출 오리피스(air discharge orifice)가 상기 제2 공기 배출 실린더쪽을 향해 뚫려 있으며,
    상기 플런저 본체는, 상부에 플런저 개구부(plunger opening) 및 저부에 플런저 배플(plunger baffle)을 지닌 중공의 튜브로서, 상기 플런저 개구부의 외경이 상기 플런저 배플의 외경보다 작고, 상기 플런저 본체 내에는 압축 스프링 (compressed spring)이 상기 플런저 개구부로부터 안쪽을 향해 배치되어 있고, 상기 플런저 배플 근처의 상기 플런저 본체의 벽에는 관통 기공(through pore)이 뚫려 있고, 상기 관통 기공과 상기 플런저 배플 사이에는 O-링 가스켓(O-ring gasket)이 플런저 본체의 주변을 둘러싸고 있고, 상기 플런저 개구부 및 상기 플런저 배플은 제각기 상기 공기 배출 조립체의 제2 공기 배출 실린더 및 제1 공기 배출 실린더 내에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는,
    스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 배출 조립체 및 상기 상부 후드는, 상기 공기 배출 조립체의 저부에 형성된 피팅 커넥터(fitting connector)를 가짐으로써, 서로 영구적으로 결합되는 대신에 서로 분리가 될 수 있게끔 결합되며, 상기 피팅 커넥터 내에는 상기 공기 통로를 통해 상기 제1 공기 배출 실린더에 연결되는 내부 단차형 보어(internal tiered bore)가 있으며, 상기 피팅 커넥터의 각 단부에는 나사 유니온(threaded union)이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프.
  3. 모터(motor)와, 상부 후드 섀시(upper hood chassis)와, 상기 상부 후드 섀시를 덮고 있는 다이어프램(diaphragm)과, 상기 다이어프램에 삽입된 피스톤 밸브(piston valve)와, 상기 피스톤 밸브 상에 제각기 밀착 고정되는 역류 방지 플라스틱 가스켓(anti-backflow plastic gasket) 및 세 개의 피스톤 슬라이스들(piston slices)과, 상부 후드(upper hood)를 포함하며, 상기 상부 후드 섀시는 상기 모터의 출력 샤프트(output shaft)의 상부를 따라 배치되고, 상기 상부 후드 섀시의 외부 가장자리부 상에는 복수의 나사 보어들(screw bores)이 형성되어 있으며, 상기 상부 후드 섀시 상에는 다수의 요동 휠들(wobble wheels)이 피봇 설치되어, 상기 모터의 출력 샤프트에 의해 구동되어 축방향 왕복 요동 운동으로 펌핑 작용을 수행하는, 스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프에 있어서,
    물 배출 포트(water discharge port)의 상부면(top surface)은 배향 구멍(orientating hole)의 중심을 최저점으로 하는 하향 캠버 오목부(downwards camber concave)로 설계되고, 세 개의 물 입구 포트들(water inlet ports) 각각의 저부면(bottom surface)은 배향 구멍의 중심을 최저점으로 하는 상향 캠버 오목부(upwards camber concave)로 설계되며;
    상기 역류 방지 플라스틱 가스켓은 상향 아치형 볼록 상부면(upward arched convex top surface) 및 편평한 저부면(flat bottom surface)을 지닌, 중심부 두께가 가장자리부 두께보다 두꺼운 평면형 볼록 형상(plano-convex shape)으로 설계되고, 상기 역류 방지 플라스틱 가스켓 및 하향으로 돌출된 중심 배향 스템(central orientating stem) 모두는 동일한 연성 탄성 재료(soft elastic material)로써 일체로 성형되며;
    세 개의 피스톤 슬라이스들 각각은 하향 아치형 볼록 하부면(downward arched convex bottom surface) 및 편평한 상부면(flat top surface)을 지닌, 중심부 두께가 가장자리부 두께보다 두꺼운 평면형 볼록 형상으로 설계되는 것을 특징으로 하는,
    스프레이 사용을 위한 자동 공기 축출 및 압력 이상 방지 특징을 갖는 압축 다이어프램 펌프.
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