KR101302958B1 - 개선된 구조의 서브하우징을 구비한 퓨얼제트펌프 - Google Patents

Abstract

항공기, 차량 등 액체연료를 사용하는 대부분의 수송기계에 적용될 수 있는 밸브포핏 개폐 방식의 연료이송용 제트 펌프가 개시된다. 본 발명은 노즐하우징을 교체 가능한 구조로 설계하였으며 그 과정에서 짧은 길이의 노즐하우징으로 인해 구동유체의 유동회복이 늦어지는 단점을 앞뒤가 뾰족한 물방울 모양의 포핏 밸브부 구성으로 극복하였다.
본 발명에 따르면 조립성과 호환성이 개선된 노즐하우징은 완성된 펌프 유닛의 운용유지 과정에서 다양한 운전조건의 변화에 적응할 수 있으며 길다란 유동회복경로로 설계된 종래의 제트펌프와 비교하여 성능은 동등하게 유지하고 설계 및 운용상의 가변성은 극대화시키고 있다.
또한 본 발명은 높은 조립자유도와 함께 높은 정밀도와 견고한 결합강도가 동시에 확보되도록 설계되어 노즐하우징을 비롯한 핵심 유동경로의 축선 비틀림이 적고, 포핏의 누적 충격에 의한 하우징 간 핵심 결합면의 피로파괴 가능성이 적은 효과가 있다.

Description

개선된 구조의 서브하우징을 구비한 퓨얼제트펌프{Fuel jet pump which has structural improvement of sub housing}

본 발명은 항공기, 차량 등 액체연료를 사용하는 대부분의 수송기계에 적용될 수 있는 밸브포핏 개폐 방식의 연료이송용 제트 펌프에 관한 것이다.

(가) 제트펌프(jet pump)는, 고속의 구동유체로 저속 또는 정지상태의 유체를 빨아들여 혼합 배출하는 장치로서 장치내의 유체를 장치 내에서 빨아내어 배출하는 것으로서 보통 이젝터(ejector) 또는 인젝터(injector)로 불리운다.

그 원리를 간단히 소개하면 다음과 같다. 먼저 노즐로부터 제1유체를 고속으로 분출시키면 제1유체는 흡인실내의 제2유체를 동반하면서 디퓨저(diffuser)의 단면축소부(혼합실)로 들어간다. 이 때문에 흡인실의 압력이 낮아지고, 그 결과 제2유체를 빨아들이게 되며 제1유체와 제2유체는 단면축소부에서 혼합되어 단면확대부에서 분출된다.

즉 노즐로부터 고속으로 분출된 제1유체가 흡인실 내의 제2유체를 빨아들이면서 디퓨저의 혼합실과 확산부를 지나서 중간압력, 중간속도 상태로 혼합 분출되는 유동구조이며, 만약 제2유체가 정지되어 있다면 양 유체가 혼합할 때 제1유체가 가지고 있던 운동에너지는 혼합유체 전체의 운동에너지로 되고 이어서 배출구의 단면 확대부에서 속도가 저하됨에 따라 운동에너지의 일부가 다시 압력에너지로 전환된다.

따라서 제2유체는 최초 자신이 머무르던 흡인실에서의 압력보다 높은 압력을 얻게 되고 흡인실 또는 제2유체가 존재하는 장소의 압력보다 고압의 장소로 용이하게 배출될 수 있다.

이처럼 제트펌프는 고속의 구동유체가 저속의 유체를 끌어당겨 구동하기 때문에 높은 활용도를 갖고 있다. 또한 기계적으로 간단하고 작동이 쉬우며 펌프 전체를 내식성 재료로 구성할 수 있으므로 부식성 유체의 처리가 요구되거나 내구수명의 확보가 요구되는 분야에 매우 적합하다는 장점이 있다. 반면 충돌과 유체혼합 과정에서 일어나는 에너지 손실이 매우 커서 일반펌프의 10~30%에 불과한 저효율의 펌프라는 한계점도 있다.

산업용으로 널리 사용되는 제트펌프로는 제1유체로서 수증기를 사용하고 제2유체로서 장치 내부의 공기를 흡인하여 진공을 얻도록 한 수증기 이젝터가 있으며, 이와 유사하게 제1유체로는 고압수증기를 사용하고 수송되는 제2유체는 물인 워터 인젝터가 있다. 이젝터와 인젝터의 용어상 차이를 굳이 나눠 보자면, 이젝터가 주로 배기 또는 배출을 목적으로 하여 설계 사용되는데 비해 인젝터는 제2유체의 승압 수송을 목적으로 한다.

전형적인 개방형 고정식 구조의 제트펌프는 노즐과 혼합부 및 디퓨저의 구조가 모두 서로 연통된 개방 구조이며 단지 제1유체탱크의 밸브를 열고 닫으면서 원하는 유체수송을 만들어낸다. 이것은 통상 수증기와 공기, 수증기와 물의 혼합 배출을 목적으로 하며 특정 유동상태에서 장시간 고정 유지되면서 원하는 작동을 수행하게 되므로 제2유체가 자신이 저장된 탱크에서 제1유체 탱크 쪽으로 역류할 우려는 없다.

따라서 상술한 제트펌프는 펌프 내에 구동유체의 개폐구조를 도입하지 않아도 되므로 구조가 간단하고 고장이 거의 없으며 가동부가 없어 윤활이 필요 없고 조작이 간편하며 유지보수가 쉽다.

물론 설치도 용이할 뿐 아니라 설계, 제작에 대한 용량 제한이 없는 장점이 있다.

본 출원서에서 소개한 선행기술문헌(1)의 미국특허공보 US 8,047,806 B2를 참조하면 전형적인 고정식 개방 노즐타입으로 설계된 산업용 제트펌프의 구조를 볼 수 있다.

(나) 자동차와 항공기 등 석유를 정제한 액체연료를 사용하는 모든 운송수단에는 연료탱크와 연료펌프가 구비되며, 이때 연료펌프가 위치한 탱크 구획의 수위를 항상 만수위 상태로 충만 유지되도록 하는 데에 제트펌프가 필수적으로 이용된다. 선행기술문헌(2)의 한국등록실용신안공보 20-0417811는, 제트펌프를 이용하여 저수위측 연료탱크 구획에서 연료를 흡입하여 연료펌프가 위치한 쪽의 연료탱크 구획을 고수위로 유지하는 연료공급용 제트펌프의 전형적 설계구조를 보여준다.

한편 항공기는 자동차와는 또 다르게 고도 변화에 따라 온도와 압력 등 주변 환경의 변화가 매우 급격하고, 한바퀴 이상의 피치와 롤이 가해지는 격한 비행동작(급강하, 급선회 등)이 있을 수 있어 자동차의 연료수위 유지용 제트펌프보다 훨씬 더 엄격한 조건을 만족하는 제트펌프가 사용될 필요가 있다. 얇은 날개에 여러 개로 구획된 탱크들을 만들어 연료를 분산 적재하고 이들로부터 연료를 흡입하여 연료펌프가 배치된 동체의 메인탱크로 공급해야만 하는 항공기의 경우, 연료펌프가 배치된 해당 연료탱크는 항공기의 기체 자세와 중력가속도 작용방향에 무관하게 항상 만수위로 유지되는 데에 필요한 만큼의 연료를 나머지 연료탱크들로부터 확실하게 흡입해야 한다.

이때 가장 적합한 만수위 유지장치는 탱크 내 설치된 자체연료순환 펌프와 여기에 연동되는 개폐식 구동노즐을 갖춘 제트펌프의 결합구성이다.

(다) 상술한 개폐가능 방식의 구동노즐은 보통 포핏(poppet)이라 불리우는 니들밸브 부품에 의해서 개폐된다.

한편 포핏을 이용한 니들밸브구조에서 포핏과 포핏안착면 사이의 좁은 공간은 유체의 압력손실이 가장 크게 발생하는 지점으로 이 부분의 설계는 전체 제트펌프의 성능에 큰 영향을 준다.

선행기술문헌(3)의 한국등록특허공보 10-0421783을 참조하면 원추형 파이로트 포핏과 돔 형 포핏 안착부를 이용하여 개폐과정에서 압력손실을 최소화 하는 압력제어밸브의 설계를 살펴볼 수 있다.

보통은 포핏과 포핏 안착부 사이의 지점에서 매우 큰 유동에너지 손실이 발생하며 이는 다시 긴 관로를 두어 회복시키는 경우가 일반적이다. 이 과정에서 포핏 이후에 뒤따르는 노즐하우징이나 노즐의 길이(유동경로)는 만족한 유동회복을 위해 그 길이가 상당히 길어지는 경향이 있다.

(1) 미국등록특허 US 8,047,806 B2 JET WELL PUMP (2) 한국등록실용신안 20-0417811호 차량용 연료공급장치 (3) 한국등록특허 10-0421783호 파이로트 포펫형 압력제어밸브

제트펌프, 그 중에서도 항공기의 탱크간 연료이송에 사용되는 transfer jet pump는 구동유체(motive flow)와 흡입유체(induced flow)로 지칭될 수 있는 사용유체(연료)의 성질과 사용목적에 따라서 설계가 결정되므로 적용 기체의 운용조건과 매우 밀접한 관련이 있다. 결국 많은 항공기의 시험자료가 축적되어 있어야만 효과적인 제트펌프를 설계할 수 있다는 뜻이다. 기술축적의 역사가 긴 외국 선진메이커의 경우 제트펌프 자체에 대한 학술적인 연구나 시험보다는 그간의 연구결과를 바탕으로 하여 특정 항공기에 바로 상용화하여 적용할 수 있도록 방대한 시험데이터를 바탕으로 하는 종합 설계 툴을 구축하고 있으며 이 툴을 이용하여 항공기 전체 시스템과 유기적으로 설계, 제작 및 시험이 가능한 장점이 있다. 반면 국내(한국)의 경우, 이 분야에 대한 이론적 자료와 실험 데이터가 미비하여 수입에 의존하는 경향이 있고 기본 설계데이터로 이용되는 제트펌프의 자료도 매우 오래된 구식자료에 의존하고 있다. 따라서 설계의 정밀도나 효율은 필연적으로 저하될 수 밖에 없으며 이는 곧 완성품의 성능저하로 이어진다.

이 같은 어려움을 극복하는 방법 중 유력한 하나는 가장 큰 성능저하가 발생되는 지점의 설계를 선택적으로 보강하는 것이며 또 다른 하나는 부품단계에서 이미 완성된 상태의 제트펌프라 하여도 조립 중에 또는 사용 중에 유동효율을 향상시킬 수 있는 미소한 기하학적 조정이 쉽게 가해질 수 있도록 제트펌프를 설계하는 것이다.

위와 같은 설계요구에 가장 부응하는 것은 핵심 부품들, 그 중에서도 특히 노즐하우징을 교체 가능한 구조로 설계하는 것이며 교체과정에서 다양한 유동조건의 변화를 이끌어 낼 수 있어야 한다.

조립성과 호환성이 개선된 노즐하우징은 완성된 펌프 유닛의 운용유지 과정에서 다양한 운전조건의 변화에 적응할 수 있다.

도 1은 현재 사용중인 전형적인 항공용 퓨얼제트펌프 2종을 종래기술로서 도시하고 있다. 도 1의 두 가지 종래 제트펌프 단면도를 살펴보면, 메인하우징 뒤편에 구동유체유입구가 형성된 서브하우징이 결합되면서 그 사이에 몸체가 기다랗게 연장된 노즐하우징이 중간 삽입되어 체결되는 구조를 공통적으로 갖고 있다. 물론 이 같은 구조는 노즐하우징의 교체시 당연히 그에 맞는 서브하우징을 같이 설계하여 교체하여야 한다.

반면 도 1 아래쪽의 본 발명 제트펌프 단면도를 살펴보면,서브하우징과 메인하우징이 직접 결합되어 있고, 서브하우징의 내부에 짧은 길이의 노즐하우징이 결합되어 있는 것을 볼 수 있다. 이는 조립분해에 매우 효과적인 구조임은 지극히 당연하다.

그러나 이 같은 본 발명의 서브하우징 구조는 짧은 길이의 노즐하우징을 채택하는 데에 따른 유동학적 단점을 반드시 극복하여야 한다. 그것은 바로 노즐하우징의 길이가 짧아지면서 포핏에서 발생한 구동유체의 유동에너지 손실을 단 거리에 회복하기가 어렵다는 점이다.

종래 노즐하우징은 메인하우징과 서브하우징 사이에서 내주면과 외주면이 동시에 압착되면서 넓은 면적에 걸쳐 매우 강하게 결합되어 있다. 이는 유동회복을 위해 길고 얇은 형태의 노즐하우징을 채택하여도 노즐 축선의 틀어짐이 적게 되는 효과가 있다.

반면 본 발명과 같이 서브하우징 내주면에만 결합된 노즐하우징은 그 길이가 짧아 애초 유동회복이 덜 되기도 하지만 노즐하우징의 길이를 길게 한다 하여도, 노즐하우징이 마치 오무려지면서 뽑히는 듯한 힘을 받게 된다.

따라서 노즐 축선의 틀어짐이 쉽게 발생하고 체결부에 충격적인 스트레스가 누적되므로 결과적으로 제트펌프 전체의 수명단축과 성능저하로 이어지게 된다.

그러므로 본 발명과 같이 서브하우징 내주면에 간단히 체결되는 구조의 노즐하우징은 적정 강성과 사용수명을 확보하려면 짧고 뭉툭하게 설계되어야만 한다.

본 발명의 기술적 핵심은 조립분해 및 부품교체의 용이성을 위해 시도한 짧은 노즐하우징으로 인한 유동학적 단점을 어떻게 극복하느냐에 있으며, 이하에 기재된 본 발명의 상세한 구성들은 서브하우징(20)에만 결합되는 구조를 가진 짧은 노즐하우징(30)을 채택하고도 포핏 밸브 영역에서의 유동에너지 손실을 극소화 하는 서브하우징 내부의 유동구조를 창의적이면서도 논리적으로 상세히 기술하고 있다.

본 발명은 기존 제트펌프에서 구동노즐이 배치되는 구조를 매우 짧고 컴팩트하게 구성하여 쉽게 탈착 가능한 구조로 설계하였음에도 불구하고 포핏부의 유동형상을 이상적으로 설계하여 짧은 유동경로로 인한 구동유체의 운동에너지 손실을 최소화한 효과가 있으며 궁극적으로 길다란 유동경로(유동손실 회복경로)의 노즐하우징을 갖춘 종래의 제트펌프와 비교하여 성능은 동등하게 유지하고 설계 및 운용상의 가변성은 극대화시킨 효과가 있다.

또한 본 발명은 높은 조립자유도를 갖도록 설계되면서도 한편으로는 높은 정밀도와 견고한 결합강도가 동시에 확보되도록 설계되어 노즐하우징을 비롯한 핵심 유동경로의 축선 비틀림이 적고, 포핏의 누적 충격에 의한 하우징 간 핵심 결합면의 피로파괴 가능성이 줄어드는 효과가 있다.

마지막으로 본 발명은 위와 같은 조립 분해 구조로 인해 구동유체의 흡입, 압출, 혼합배출에 걸친 유동상태를 전반적으로 정밀하게 유지하고 사용 중에도 최적 상태를 찾아 미소하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 제트펌프를 종래 제트펌프와 비교한 대비도면.
도 2는 본 발명 제트펌프의 외형사시도.
도 3은 본 발명 제트펌프의 분해사시도.
도 4는 본 발명 제트펌프의 부품도.
도 5, 도 6은 본 발명 제트펌프에서 서브하우징 모듈을 메인하우징에 결합하기 전의 조립도 및 조립절개도.
도 7는 본 발명 제트펌프의 절개사시도.
도 8은 본 발명 제트펌프의 포핏 개폐상태에 따른 작동을 나타낸 전체 단면도.
도 9는 본 발명의 핵심 구성인 서브하우징과 노즐하우징의 세부 구조를 나타낸 핵심부품도.
도 10은 본 발명 제트펌프에서 하우징 간 결합관로의 유동저항이 극소화되는 포핏 부근 유동 실루엣을 나타낸 부분 단면도.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 실시예에서 특정 전문용어로 표현되는 구성요소들과 그 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

먼저 본 발명의 상세 구조를 설명하기에 앞서 본 발명 제트펌프의 기본 유동혼합 분사구조를 살펴본다.

고압의 구동유체가 구동유체 유입구(21)와 포핏(40)을 거쳐 구동노즐(50)을 통해 혼합실(12) 내로 분출되면 이로 인해 생성된 국부적인 저압은 흡입구(11)를 통해 흡입유체를 흡입한다.

참고로 본 발명에서 구동유체와 흡입유체는 액체상태의 연료로 서로 동일하며 단지 각각의 속도와 압력만 다르다.

구동유체와 흡입유체는 혼합실을 통과하는 동안 에너지 교환을 하며 서로 혼합되고 혼합유체는 확산부(13)를 거치면서 속도에너지의 일부가 압력에너지로 전환되며 배출구(14)를 통해 토출된다.

이때 제트펌프의 전체적인 성능을 결정짓는 기하학적 설계인자들 중 중요한 것을 꼽아보면 다음과 같다.

펌프관로의 유동 단면적에 속하는 설계인자로서 구동노즐 직경, 혼합실 직경, 확산부 직경 등 직경(Diameter)과 각 직경간 비율이 있고, 다음으로 펌프관로의 유동길이 측면의 설계인자로서 구동노즐의 출구위치, 혼합실의 입구위치, 혼합실의 길이, 확산부의 확산각 등 제트펌프의 유동경로를 따라 결정되는 거리 및 거리비율이 있다.

이 중에서 양 유체의 혼합비를 결정하는 가장 뚜렷한 설계인자는 구동노즐 출구와 혼합실 입구간 거리(L1)를 들 수 있다. 이 거리는 양 유체의 성질과 원하는 토출유량 및 토출압력에 따라 최적으로 조절되어야 한다.

또한 본 발명 특유의 설계인자로서, 포핏테일 포핏테일과 구동노즐 입구 간 거리인 L2와, 구동유체 유입확산부와 구동노즐 입구 간 거리인 L3가 있다. 이 거리 인자들은 유동저항에 문제가 없다면 짧을수록 좋으나 사실상 그렇게 하는 것이 어려웠기 때문에 종래 기술들은 도 1과 같이 대부분 길게 형성하여 발생된 유동저항을 서서히 회복시키고 있었다.

그러나 본 발명에서는 L3의 길이를 포핏길이와 동등하게 하였고, L2 길이는 포핏이 개방되었을 때 거의 0에 가깝게 설정하였다. 이는 포핏을 채용한 개폐구조에서 이론적으로 가장 최소로 할 수 있는 길이이다. 이것이 가능한 이유는 이후 설명할 것이지만 구동유체의 유동손실이 일어나는 포핏과 그 주변 유동경로의 형상을 뾰족한 물방울 구조로 극히 짧으면서도 이상적으로 설계하였기 때문이다. (도 9, 10 참조)

다음으로 상기 L1,L2,L3에서 본 발명만이 보여주는 특이점을 염두에 두면서 도 2 ~ 도 7을 참조하여 본 발명 제트펌프의 각부 구성과 그 결합구조를 살펴본다.

전체적으로는 메인하우징(10)과 서브하우징(20)의 간단한 2 모듈 결합구조을 기본으로 하며, 메인하우징에는 흡입구(11), 혼합실(12), 확산부(13)와 배출구(14)가 형성되고 연료탱크 고정용 결합플랜지(15)가 추가 형성될 수 있다.

그리고 서브하우징(20)은 메인하우징 고정용 결합플랜지(23)에 의해 메인하우징에 결합되며 내측면에는 노즐하우징 결합면(24)과 포핏가이드 고정턱(26)이 형성되어 있어 포핏가이드(44)와 포핏(40) 그리고 노즐하우징(30)을 동시에 고정 지지할 수 있다.

메인하우징 내 수납을 위해 서브하우징보다 더욱 짧은 길이로 설계될 필요가 있는 노즐하우징(30)은 메인하우징(10) 내부 공간에 배치되는 구동노즐(50=길고 짧은 것을 필요에 따라 교체식으로 사용할 수 있다)을 고정 지지하는 역할을 하며 이 과정에서 상기 노즐하우징(30) 및 상기 구동노즐(50)은 상기 메인하우징(10)의 내측면과 전혀 접촉하지 않도록 상기 서브하우징(20) 내측의 노즐하우징 결합면(24)에 결합 고정된다.

결국 위와 같은 구조에 의하면 노즐하우징(30)과 구동노즐(50)은 상기 메인하우징(10)에 상기 서브하우징(20)을 결합하거나 또는 분리하는 것 만으로 상기 메인하우징(10)에 결합되거나 또는 분리될 수 있도록 구성되는 것이며 이는 높은 설계자유도를 보장하고 제트펌프의 전체 성능을 결정하는 핵심설계요소 중 하나인 L1, 즉 구동노즐 출구와 혼합실 입구 간 거리를 간편하게 조절할 수 있는 원동력이 된다.

한편 서브하우징(30)의 내측면에는 노즐하우징 결합면(24)과 포핏가이드 고정턱(26)외에도 구동유체 유입확산부(22), 포핏헤드 안착면(25)이 한꺼번에 형성되어 있다. 그리고 노즐하우징(30) 내측면에는 포핏가이드 고정면(31), 구동유체 유입수축부(32), 구동노즐 결합면(33) 및 서브하우징 결합면(34)이 역시 한꺼번에 형성되어 있다. 이 또한 전체적으로 서브하우징과 노즐하우징이 짧은 길이와 체적에 비해 넉넉한 두께를 가졌기에 가능한 것이다. 서브하우징의 복잡한 단턱과 결합면 가공은 한 번의 CNC 가공공정으로 완료 가능하며 이에 따라 누적 가공공차를 전혀 생기지 않게 할 수 있으며, 동시에 조립공차 역시 극히 작게 유지할 수 있다. (도 9 참조)

위와 같이 하나의 부품에 하나의 가공 공정으로 정밀하게 가공형성될 수 있는 서브하우징 내외부의 다종 다양한 결합 안내면은 조립의 간편함을 보장하고 짧고 뭉툭한 노즐하우징과 결합되었을 때에도 조립정밀도와 유동축선 정밀도는 높은 수준으로 유지할 수 있다.

높은 정밀도를 도와주는 또 하나의 구체적 예를 들 수 있다. 포핏(40)을 수납하고 안내하는 포핏가이드(44)의 고정결합 지지구조에 있어서도, 서브하우징(20)의 포핏가이드 고정턱(26)과 노즐하우징(30)의 포핏가이드 고정면(31) 사이에 포핏가이드(44)가 단순 배치되는 것 만으로 상기 서브하우징(20)과 상기 노즐하우징(30) 간의 결합에 의해 단단히 고정될 수 있다.

이 같은 구조는 그 결합 정밀도를 크게 향상시킬 뿐 아니라 조립 후 사용 중에 있어서 간단한 오버홀 작업으로 제트펌프 내부의 유동상태를 쉽게 조정할 수 있게 한다.

또한 위와 같은 구성에 의하면 상기 핵심 설계요소인 L1은 상기 구동노즐(50), 상기 노즐하우징(30), 상기 포핏가이드(44) 중 어느 하나 이상을 교체하여 간단히 조절 가능할 수 있다.

도 8 ~ 도 10은 도 1 ~ 도7에 도시된 전체 구성에서 세부 구조의 기술적 의미를 이해하는 데에 도움이 되는 도면이다.

본 발명 제트펌프의 포핏 개폐상태에 따른 작동을 나타낸 전체 단면도인 도 8을 참조하면, 서브하우징(20)보다 길이가 짧게 (작고 뭉툭하게) 형성된 노즐하우징(30)의 형상이 구동노즐(50)의 (교체를 통한) L1 길이조절이 가능한 공간을 제공하는 데에 큰 역할을 담당하고 있음을 알 수 있다.

또한 이같이 짧아진 서브하우징, 노즐하우징, 구동노즐 조립체는 같은 전장을 갖는 제트펌프에서 메인하우징의 길이, 즉 혼합실(12)과 확산부(13)의 길이를 길게 할 수 있어 더욱 안정된 유동혼합을 가져오는 추가적인 효과도 있다.

도 9는 노즐하우징이 어떻게 메인하우징과 격리되어 조립가능한지, 그리고 노즐하우징을 움켜쥐고 있는 서브하우징에는 어떤 구조로 노즐하우징과 포핏을 동시에 움켜쥐고 있는지 잘 보여주는 핵심 부품도이다.

도 10은 본 발명 제트펌프에서 하우징 간 결합관로의 유동저항이 극소화되는 포핏 부근 유동 실루엣을 나타낸 부분 단면도이다.이를 참조하면 짧아진 노즐하우징으로 인해 유입된 구동유체의 유동손실 회복이 더딜 수 있는 단점을 극복하기 위한 이상적인 (앞이 짧고 뒤가 긴 뾰족 물방울 모양) 포핏 구조를 나타내고 있다.

포핏가이드(44)에는 포핏헤드(41)와 포핏테일(42)로 이루어진 포핏(40)이 포핏스프링(43)에 의해 탄성 지지되도록 삽입 결합되고,

한편 상기 구동유체 유입확산부(22)의 출구와 구동노즐(50)의 입구 간 거리 L3는 상기 포핏(40) 길이와 대략 같도록 설정된다.(구체적으로 L3는 포핏길이의 0.9~1.1배 범위로 설정될 수 있다.)

또한 포핏(40)이 완전히 개방되었을 때 포핏테일(42)과 구동노즐(50)의 입구 간 변위 L2는 거의 0에 가깝게 설정된다. (역시 구체적으로는 상기 L3의 - 0.1배~ + 0.1배 범위로 설정될 수 있다.)

참고로 구동노즐(50)과 노즐하우징(30)에 공통적으로 형성된 유동안정홈(35)은 나사체결에 필요한 조임홈의 역할도 하지만 아래쪽 흡입구(11)에서 올라오는 제2유체가 노즐하우징과 노즐을 따라 원형 회돌이하면서 유동혼합분사를 저해하는 것을 막아주는 역할도 한다.

도 10에서 포핏의 형상 측면을 살펴보면 포핏헤드(41)와 상기 포핏가이드(44)의 몸체 내측 안내면, 그리고 상기 포핏테일(42)이 이루는 유동면은 앞뒤가 표족한 물방울 모양으로 형성된다.

다시 말해 상기 포핏헤드(41)와 상기 포핏가이드(44)의 내측 안내면, 그리고 상기 포핏테일(42)이 이루는 유동 실루엣(굵은 빨간선 모양)은 극히 일부의 패인 부분(유체역학적으로 무시할 수 있다)을 제외하고는 전체적으로 앞뒤가 표족한 물방울 모양이 되어 가장 유체저항이 적은 이상적인 모양이 된다.

또한 서브하우징(20)에 형성된 구동유체 유입확산부(22)와 노즐하우징(30)에 형성된 구동유체 유입수축부(32)의 유동면 형상, 즉 구동유체의 출구와 입구 사이의 유동 실루엣 또한 상술한 포핏 부분의 유동 실루엣과 동일하게 앞뒤가 뾰족한 물방울 모양으로 형성되며 이것은 안쪽의 유동실루엣을 단지 확대한 모양으로서 하나의 이상적인 도넛형 관이 형성됨을 알 수 있다.

앞뒤가 뾰족한 물방울 모양(앞이 크고 짧으며 뒤가 작고 긴 물방울 모양)은 유체역학 상 가장 저항이 작은 이상적인 형상이며 이 같은 형상에 의해 유동손실은 적고 유동회복은 빠르므로 본 발명에서 주요 유동손실 구간을 의미하는 L3는 단지 포핏길이에 육박하는 짧은 길이를 가질 수 있다.

물론 그에 따라 노즐하우징(30) 역시 조립강도와 축선정밀도 유지를 위해 단거리의 구동유체 유입수축부(32)를 갖도록 짧고 뭉툭하게 형성되어도 원하는 만큼 회복된 유동상태로 구동유체를 노즐 분사할 수 있다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 발명이 내포하고 있는 기술사상을 활용하여 필요에 따라 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 또는 간단 확장 사례를 구현할 수도 있겠으나, 그 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 같은 액체상태의 연료유체 혼합을 목적으로 하는 모든 종류의 연료 이젝터에는 물론 서로 다른 기액 상태의 이종유체 혼합을 통한 흡입장치 또는 분사장치에도 충분히 응용가능하며, 특히 고가의 분해 수리비가 소요되는 확산기 부분의 메인하우징을 그대로 두고 후방 구조만을 절단하는 방식에 의하여 기존에 설치되었던 산업용 제트펌프의 수명연장 기술로도 폭넓게 활용 가능하다.

또한 가변조정을 위하여 조립분해가 쉬운 구조이면서도 그 결합 완료된 상태는 구조적으로 매우 명쾌하여 작동의 신뢰성과 내구성이 확보되므로 내열성 내압성을 요구하거나 고도의 진공이 요구되는 분야에도 폭넓게 활용될 수 있다.

10: 메인하우징
11: 흡입구 12: 혼합실
13: 확산부 14: 배출구
15: 결합플랜지
20: 서브하우징
21: 구동유체 유입구 22: 구동유체 유입확산부
23: 결합플랜지 24: 노즐하우징 결합면
25: 포핏헤드 안착면 26: 포핏가이드 고정턱
30: 노즐하우징
31: 포핏가이드 고정면 32: 구동유체 유입수축부
33: 구동노즐 결합면 34: 서브하우징 결합면
35: 유동안정홈
40: 포핏
41: 포핏헤드 42: 포핏테일
43: 포핏스프링 44: 포핏가이드
50: 구동노즐 (long 또는 short 타입)
L1: 구동노즐 출구와 혼합실 입구 간 거리
L2: 포핏테일과 구동노즐 입구 간 거리
L3: 구동유체 유입확산부와 구동노즐 입구 간 거리 (포핏 길이와 대략 같음)

Claims (6)

1. 삭제
2. 흡입구(11)와 혼합실(12) 및 확산부(13)가 형성된 메인하우징(10)과;
   상기 메인하우징(10) 내부 공간에 배치되는 구동노즐(50)과;
   상기 구동노즐(50)을 고정 지지하는 노즐하우징(30)과;
   상기 노즐하우징(30)을 고정 지지하면서 상기 메인하우징(10)에 결합되는 서브하우징(20);을 포함하여 구성되고,
   상기 노즐하우징(30) 및 상기 구동노즐(50)은 상기 메인하우징(10)의 내측면과 전혀 접촉하지 않도록 상기 서브하우징(20) 내측의 노즐하우징 결합면(24)에 결합 고정되어 상기 메인하우징(10)에 상기 서브하우징(20)을 결합하거나 또는 분리하는 것 만으로 상기 메인하우징(10)에 결합되거나 또는 분리될 수 있도록 구성되며,
   상기 서브하우징(20) 내측면에는 구동유체 유입확산부(22), 노즐하우징 결합면(24), 포핏헤드 안착면(25) 및 포핏가이드 고정턱(26)이 더 형성되고,
   상기 노즐하우징(30) 내측면에는 포핏가이드 고정면(31), 구동유체 유입수축부(32), 구동노즐 결합면(33) 및 서브하우징 결합면(34)이 더 형성되며,
   상기 포핏가이드 고정턱(26)과 상기 포핏가이드 고정면(31) 사이에는 포핏가이드(44)가 배치되어 상기 서브하우징(20)과 상기 노즐하우징(30) 간의 결합에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 제트펌프.
3. 제2항에 있어서,
   상기 노즐하우징(30)의 길이는 상기 서브하우징(20)의 길이보다 짧게 형성된 것을 특징으로 하는 제트펌프.
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동노즐(50)의 출구와 상기 혼합실(12)의 입구 간 거리 L1은 상기 구동노즐(50), 상기 노즐하우징(30), 상기 포핏가이드(44) 중 어느 하나 이상을 교체하여 조절 가능한 것을 특징으로 하는 제트펌프.
5. 제4항에 있어서,
   상기 포핏가이드(44)에는 포핏헤드(41)와 포핏테일(42)로 이루어진 포핏(40)이 포핏스프링(43)에 의해 탄성 지지되도록 삽입 결합되고,
   상기 구동유체 유입확산부(22)의 출구와 상기 구동노즐(50)의 입구 간 거리 L3는 상기 포핏(40) 길이의 0.9~1.1배 범위로 설정되며,
   상기 포핏(40)이 완전히 개방되었을 때 상기 포핏테일(42)과 상기 구동노즐(50)의 입구 간 변위 L2는 상기 L3의 - 0.1배~ + 0.1배 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 제트펌프.
6. 제5항에 있어서,
   상기 포핏헤드(41)와 상기 포핏가이드(44)의 몸체 내측 안내면, 그리고 상기 포핏테일(42)이 이루는 유동면은 앞뒤가 표족한 물방울 모양으로 형성되고,
   상기 구동유체 유입확산부(22)의 출구와 상기 구동노즐(50)의 입구 사이의 유동면 역시 상기 앞뒤가 뾰족한 물방울 모양을 동일하게 확대한 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제트펌프.

Images