KR101149794B1

KR101149794B1 - 수격펌프

Info

Publication number: KR101149794B1
Application number: KR1020100109391A
Authority: KR
Inventors: 김용택
Original assignee: 김용택
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-06-11
Also published as: KR20120048747A

Abstract

본 발명에 따른 수격펌프는, 외부에서 유입된 물이 흘러가는 유수관과, 상기 유수관의 선단에 결합되고 일정 공간부를 가지며, 상부면에 유출구가 형성되는 펌프헤드와, 상기 펌프헤드의 내부에 설치되어, 회동에 의하여 상기 펌프헤드의 유출구를 개폐하는 작동부 및 상기 유수관의 일측면과 연결되고, 제1체크밸브가 내설된 제1공급관;을 포함하여 구성되되, 상기 작동부는, 일단이 각각 펌프헤드의 바닥면에 힌지결합되는 한쌍의 측면부와, 상기 측면부의 각 선단에 연장되어 형성되는 개폐부와, 하부는 상기 측면부의 내측면에 각각 고정결합되고, 상부는 유수관의 방향으로 절곡되어 형성되는 탄성패널과, 상기 측면부와 펌프헤드에 양단이 결합되는 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 별도의 동력공급 없이도 작동부의 개폐가 반복적으로 일어나 높은 위치의 저장탱크로 물을 펌핑할 수 있게 된다.

Description

수격펌프{A PUMP USING WATER HAMMERING EFFECT}

본 발명은 수격펌프에 관한 것으로서, 추가적인 동력 없이도 작동부의 반복적인 움직임에 의하여 물의 유속에 따른 운동에너지를 이용하여 물을 높은 곳으로 양수하는 수격펌프에 관한 것이다.

농작물을 경작하는데 있어서는, 많은 물이 필요하다. 물이 많이 필요한 논농사의 경우에는 물을 쉽게 하천 등으로부터 쉽게 공급받을 수 있는 곳에 위치하게 되며, 비교적 물이 적게 필요한 밭농사의 경우에는 하천보다 높고 물을 쉽게 공급받지 못하는 곳에서 이루어진다.

물이 풍부한 하천보다 높은 곳에 위치하여 물의 공급이 쉽지 않은 경작지에 물을 공급하기 위하여는 일반적으로 동력펌프를 이용하여 물을 높은 곳으로 끌어올려 사용한다. 그러나 이러한 동력펌프의 경우에는 전기 또는 열기관에 의해 동력을 전달받아 작동하기 때문에 계속적인 유지비용이 들고, 펌브를 구입하는 비용도 많이 들게 된다.

추가적인 에너지비용을 절감하기 위하여 태양열, 풍력에 의해 펌프로 전력을 공급하는 경우도 실시되고 있으나, 이 또한, 추가적인 비용이 많이 드는 문제가 있다.

또한, 수격작용을 이용한 수격펌프가 개시된 바가 있으나, 구조가 복잡하고 제작에 많은 비용이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 물이 사계절 풍부한 하천에 흐르는 물의 운동에너지를 이용하여, 유수관 내부로 흐르는 물을 순간적으로 차단할 때 생기는 수격작용에 의하여 유수관 내부에 발생하는 높은 압력을 이용하여 추가적인 동력비용 없이도 물을 높을 곳으로 지속적으로 펌핑하는 수격펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 수격펌프는, 외부에서 유입된 물이 흘러가는 유수관과, 상기 유수관의 선단에 결합되고 일정 공간부를 가지며, 상부면에 유출구가 형성되는 펌프헤드와, 상기 펌프헤드의 내부에 설치되어, 회동에 의하여 상기 펌프헤드의 유출구를 개폐하는 작동부 및 상기 유수관의 일측면과 연결되고, 제1체크밸브가 내설된 제1공급관;을 포함하여 구성되되,

상기 작동부는, 일단이 각각 펌프헤드의 바닥면에 힌지결합되는 한쌍의 측면부와, 상기 측면부의 각 선단에 연장되어 형성되는 개폐부와, 하부는 상기 측면부의 내측면에 각각 고정결합되고, 상부는 유수관의 방향으로 절곡되어 형성되는 탄성패널과, 상기 측면부와 펌프헤드에 양단이 결합되는 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 경우, 상기 제1공급관에 내설된 제1체크밸브보다 상부에서 제1공급관과 연결되고, 하부에는 상부피스톤이 내설되며, 제2체크밸브가 내설되는 제2공급관과, 상기 유수관의 일측면에 연결되고 하부피스톤과 피스톤복원스프링이 내설되는 펌핑실린더를 더 포함하여 구성되되, 상기 하부피스톤과 상부피스톤이 피스톤로드에 의해 연결되어 연동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유수관의 일단이 연결되고, 타단은 상기 제2체크밸브의 하부에서 제2공급관과 연결되며, 제3체크밸브가 내설되는 보충공급관을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 펌프헤드의 유출구에 결합되는 탄성재질의 패킹과, 상기 패킹을 고정하는 덮개를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유수관의 유입구에 결합되고, 유수관으로의 이물질 유입을 막는 유입망이 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 유수관 내부의 물의 흐름이 일정 이상의 속도로 빨라지면 탄성패널이 물의 저항력을 받아 변형되어 작동부의 개방된 입구를 막아 작동부가 후퇴하면서 펌핑헤드의 유출구를 순간적으로 폐쇄하여 펌프내부의 압력이 순간적으로 높아지게 되어 물을 높은 곳으로 양수하게 된다. 작동부는 스프링에 의해 복원되어 추가적인 동력의 제공없이 반복적인 양수작용을 하는 효과가 있다. 따라서 동력비용 없이도 물을 높은 곳으로 양수할 수 있는 장점이 있다. 또한, 표면적이 다른 피스톤을 연결하여 더 높은 압력을 유발함으로써 더 높은 곳까지 물을 양수할 수 있는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수격펌프의 세로방향 단면도.
도2a는 본 발명에 따른 수격펌프의 작동부가 개방된 상태의 부분단면도.
도2b는 본 발명에 따른 수격펌프의 탄성패널이 유수에 의해 닫혀진 상태의 부분단면도.
도2c 본 발명에 따른 수격펌프의 작동부가 폐쇄된 상태의 부분단면도.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수격펌프의 사시도.
도4는 본 발명에 따른 수격펌프의 펌프헤드가 넓게 형성된 경우의 부분사시도.
도5는 본 발명에 따른 수격펌프의 작동부의 사시도.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 말하는 실시예에 한정되지 않는다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 수격펌프(100)에 대하여 도1 내지 도5를 참고하여 설명한다.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 수격펌프는, 유수관(10), 펌프헤드(20), 작동부(30), 제1공급관(40), 제2공급관(50), 펌핑실린더(61), 유입망(70)을 포함하여 구성된다.

유수관(10)은 수격펌프의 용도에 따라 그 단면적을 적절하게 조절하여 제작한다. 물의 양이 많은 유수지에서는 단면적을 넓게하여 용량이 큰 수격펌프를 설계할 수 있다. 도면에서는 유수관(10)을 수평으로 도시하였으나, 물의 낙차를 이용하여 더 빠른 유속을 유도하기 위하여 펌프헤드(20)가 하방에 위치하도록 기울어지게 설치할 수 있다. 유수관(10)은 물에 잠기도록 설치하므로, PVC, 스테인리스 스틸 등 산화에 의한 부식이 되지 않는 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 물이 관내로 흐르면 저항이 적어 유속이 빨라질 수 있다.

유수관(10)의 입구에는 유입망(70)이 설치된다. 유입망(70)은 유수관(10)으로 이물질이 유입되어 수격펌프가 오작동하는 것을 방지하는 것으로 외부에서 물이 충분히 유입되도록 넓은 표면적을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한, 물의 흐름을 방해하지 않으면서 넓은 표면적을 갖도록 하기 위하여 도3에 도시된 바와 같이 유수관(10)의 상하좌우로 돌출부(71)가 형성되어 단면적이 십자형을 이루도록 설계할 수 있다. 또한, 유입망(70)의 전방은 유선형을 이루도록 설계되는 것이 바람직하다.

유수관(10)으로 유입된 물은 펌프헤드(20)로 이동한다. 펌프헤드(20)는 일정한 공간부를 가지도록 형성되며, 일측면에는 펌프헤드(20)로 유입된 물이 유출되는 유출구(21)가 형성된다. 펌프헤드(20)의 내부에는 유출구(21)를 개폐하는 작동부(30)가 설치되는데, 도1에 도시된 바와 같이 작동부(30)가 유수에 의해 충분한 회전력을 받을 수 있도록 바닥면과 상부면이 충분한 거리를 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 펌프헤드(20)는 작동부(30)에 의해 밀폐되는 시간을 단축시키기 위하여 유출구(21)를 폭(작동부 운동방향의 직각방향)을 줄이고 길이를 길게하여 설계할 수 있다. 즉 펌프헤드(20)의 폭이 유수관(10)의 폭보다 넓게 설계될 수 있다. 도4에 도시된 펌프헤드(20)가 바람직한 일 실시예이다.

유출구(21)에는 작동부(30)에 의한 밀폐력을 높이기 위하여 탄성재질의 패킹(22)이 설치된다. 패킹(22)은 유출구(21)의 둘레를 따라 끼움결합되는 것이 바람직하다. 패킹(22)에도 물이 빠져나갈수 있는 출구가 형성되어야 한다. 패킹(22)의 상부에는 패킹(22)이 유출구(21)로부터 이탈하지 않도록 덮개(23)가 결합된다. 패킹(22)은 작동부(30)와의 반복적인 마찰로 닳게 되므로 패킹(22)을 갈아 끼울 수 있도록 덮개(23)는 고정볼트(23) 등에 의하여 펌프헤드(20)와 착탈이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.

펌프헤드(20)의 내부에는 작동부(30)가 설치된다. 작동부(30)는 한 쌍의 측면부(31)와 측면부(31)의 각 상단에 연장되어 결합되는 개폐부(32), 측면부(31)의 내측면에 하부(33a)가 결합되고, 상부(33b)는 가압시 변형되는 탄성재질의 탄성패널(33)을 포함하여 구성된다. 작동부(30)의 측면부(31) 하단은 펌프헤드(20)의 바닥면에 회동가능하도록 힌지에 의해 결합되고, 작동부(30)의 위치를 복원시키는 스프링(37)이 작동부(30)와 펌프헤드(20) 사이에 설치된다. 작동부(30)의 상부에는 탄성패널(33)의 변형을 제한하는 걸림턱(34)이 더 구비된다. 탄성패드는 물의 저항을 받되 물의 유속이 일정 이상 빨라지지 않는 경우에는 변형이 크게 일어나지 않도록 유수관(10)의 방향으로 굽어지게 형성된다. 유수관(10) 내부에 흐르는 물이 일정이상 빨라지게 되면 탄성패드의 상부가 작동부(30)의 내부로 변형되어 작동부(30)로 통과하는 물을 차단하게 되고, 작동부(30)에 힘을 가하여 작동부(30)가 힌지를 중심으로 회전력을 받아 후방으로 회전하여 펌프헤드(20)의 상부에 형성된 유출구(21)를 밀폐하게 되어 펌프 내부의 압력을 상승시킨다.

유수관(10)의 일측면에는 제1공급관(40)이 연결되고, 제1공급관(40)의 내부에는 제1체크밸브(41)가 내설된다. 체크밸브는 유체가 한 방향으로만 흐르게 하고 반대방향의 흐름을 차단하는 밸브이다. 제1체크밸브(41)는 위쪽 방향으로의 물의 흐름은 허용하고 하방으로의 흐름은 차단하도록 설치된다.

수격펌프에 의한 양수효과를 증대시키기 위하여 유수관(10)의 일칙면에는 펌핑실린더(61)가 연결된다. 펌핑실린더(61)의 내부에는 하부피스톤(62)이 내설되고 하부피스톤(62)의 상부에는 피스톤복원스프링(63))이 삽입된다. 피스톤복원스프링(63))은 수압에 의해 상승된 하부피스톤(62)을 원위치로 복원하는 역할을 한다. 다만, 하부피스톤(62)이 상승시 지나치게 탄성에 의한 저항력을 가하지 않도록 탄성력이 충분히 약하도록 설계되는 것이 바람직하다. 하부피스톤(62)은 피스톤로드(64)에 의해 상부피스톤(65)과 결합된다. 상부피스톤(65)은 제2공급관(50)의 내부 또는 제2공급관(50)과 연결된 실린더의 내부에 설치되며, 제2공급관(50)의 물을 상방으로 밀어 올린다. 제2공급관(50)은 제1공급관(40)과 연결되되, 제1체크밸브(41)의 상부에 연결되는 것이 바람직하다. 제2공급관(50)에는 제2체크밸브(52)가 내설된다. 1체크밸브와 마찬가지로 상방향으로의 흐름만을 허용한다. 제2공급관(50)의 상부실린더와 제2체크밸브(52) 사이에는 보충공급관(51)의 일측이 연결된다. 보충공급관(51)의 다른 일측은 유수관(10)과 연결되며 내부에는 제3체크밸브(53)가 내설된다.. 보충공급관(51)은 상부실린더가 하강시 필요한 물을 보충해주는 역할을 한다.

도1 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 수격펌프의 작동원리에 대하여 설명한다. 먼저 유입망(70)으로 물이 유입되면 유수관(10)을 통해 물이 흘러간다. 유입망(70)에 의해 유수에 포함된 이물질이 걸러진다. 유수관(10)을 통하여 흘러들어간 물은 낙차에 의해 속도가 빨라지게 되는데 일정 이상의 속도를 가지게 되면, 탄성패널(33)의 상부(33a)가 변형되어 작동부(30)의 내부로 들어가게 된다. 작동부(30)의 하부는 탄성패널의 하부(33b)에 의해서 밀폐되어 있으므로, 탄성패널의 상부(33a)가 작동부(30)로 들어와 작동부(30)를 밀폐하게 되면, 작동부(30)가 유수에 의해 힘을 받게 되고, 힌지를 중심으로 회전하여 후방으로 밀려난다. 작동부는 관성에 의해 계속 밀려나고 작동부(30)에 의해 유출구(21)가 완전히 밀폐되면 빠른 속도의 물이 갑자기 정지하게 되어 펌프내부의 압력이 순간적으로 상승하게 된다. 이는 베르누이 정리에 의해서 쉽게 설명될 수 있다. 펌프 내부의 압력이 상승하게 되면 제1공급관(40)의 체크밸브가 개방되어 물이 상방향으로 펌핑된다. 동시에 하부실린더가 상승하여 상부실린더를 밀어올리고 제2공급관(50)의 체크밸브가 개방되어 물이 상방향으로 개방된다. 순간적으로 높아진 압력에 의해 물이 펌핑된 후 물의 흐름이 멈춘 상태에서 수압이 낮아지면, 스프링(37)에 의해 작동부(30)가 원위치로 회복된다. 하부피스톤(62)이 회복되면 제3체크밸브(53)가 개방되어 제2공급관으로 물이 보충된다. 탄성패널(33)이 복원력에 의해 원위치로 회복되고 물이 흐를 수 있는 공간이 형성되면 다시 물이 유출구(21)를 통해 흘러가고 유속이 점점 빨라지게 되며 일정이상의 속도를 가지게 되면 상기에 설명한 원리에 의해 물이 상부로 펌핑되는 과정이 반복된다.

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10 : 유수관
20 : 펌프헤드
21 : 유출구
22 : 패킹
23 : 덮개
24 : 고정볼트
30 : 작동부
31 : 측면부
32 : 개폐부
33 : 탄성패널
34 : 걸림턱
36 : 힌지
37 : 스프링
40 : 제1공급관
41 : 제1체크밸브
50 : 제2공급관
51 : 보충공급관
52 : 제2체크밸브
53 : 제3체크밸브
61 : 실린더
62 : 하부피스톤
63 : 피스톤 복원 스프링
64 : 피스톤로드
70 : 유입망
100 : 수격펌프

Claims

외부에서 유입된 물이 흘러가는 유수관;
상기 유수관의 선단에 결합되고 일정 공간부를 가지며, 상부면에 유출구가 형성되는 펌프헤드;
상기 펌프헤드의 내부에 설치되어, 회동에 의하여 상기 펌프헤드의 유출구를 개폐하는 작동부; 및
상기 유수관의 일측면과 연결되고, 제1체크밸브가 내설된 제1공급관;을 포함하여 구성되되,
상기 작동부는, 일단이 각각 펌프헤드의 바닥면에 힌지결합되는 한쌍의 측면부와, 상기 측면부의 각 선단에 연장되어 형성되는 개폐부와, 하부는 상기 측면부의 내측면에 각각 고정결합되고, 상부는 유수관의 방향으로 절곡되어 형성되는 탄성패널과, 상기 측면부와 펌프헤드에 양단이 결합되는 스프링으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수격 펌프.
제 1항에 있어서,
상기 제1공급관에 내설된 제1체크밸브보다 상부에서 제1공급관과 연결되고, 하부에는 상부피스톤이 내설되며, 제2체크밸브가 내설되는 제2공급관과,
상기 유수관의 일측면에 연결되고 하부피스톤과 피스톤복원스프링이 내설되는 펌핑실린더를 더 포함하여 구성되되,
상기 하부피스톤과 상부피스톤이 피스톤로드에 의해 연결되어 연동되는 것을 특징으로 하는 수격 펌프.
제 2항에 있어서,
상기 유수관의 일단이 연결되고, 타단은 상기 제2체크밸브의 하부에서 제2공급관과 연결되며, 제3체크밸브가 내설되는 보충공급관을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수격 펌프.
제1항에 있어서,
상기 펌프헤드의 유출구에 결합되는 탄성재질의 패킹과, 상기 패킹을 고정하는 덮개를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수격 펌프.
제1항에 있어서,
상기 유수관의 유입구에 결합되고, 유수관으로의 이물질 유입을 막는 유입망이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 수격펌프.