KR101651260B1 - 유체 전달 시스템 - Google Patents

Abstract

사용시 유체를 저장 용기(1)로부터 끌어올려 분배관(4)을 통해 분배하도록 배치되고, 피스톤(22)이 왕복하여 이동가능한 실린더(21)를 구비한 펌프; 상기 실린더 내부로 형성된 유입구; 상기 유입구를 통한 흐름을 제어하기 위한 일방향 유입 밸브(17); 상기 실린더 외부로 형성되고 상기 분배관으로 이어진 유출구; 및 상기 유출구의 흐름을 제어하는 유출 밸브(27)를 포함하고, 상기 피스톤은 하강 행정의 최초 부분 동안 유출 밸브를 개방 상태로 유지하고, 하강 행정의 나머지 부분 동안 유출 밸브를 폐쇄 상태로 해제시키기 위해 유출 밸브와 선택적으로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.

Description

유체 전달 시스템{A FLUID DELIVERY SYSTEM}

본 발명은 유체 전달 시스템에 관한 것이다.

유체 전달 시스템은 가사 환경에서 사용하기 위한 자동 비누 디스펜서에 사용하기 위해 특별하게 설계되어 왔다. 비누 디스펜서는 베이스 유닛 위의 거꾸로 뒤집힌 배열체에 배치되는 비누 등의 교체 가능한 저장 용기를 구비한 배터리 구동방식의 장치이다. 저장 용기는, 상기 저장 용기로부터 유체의 누설을 방지하는 상기 저장용기의 하단에 밸브를 구비한 유출구를 갖는다. 베이스 유닛은 밸브를 개방하여 유체가 베이스 유닛 내로 흐르도록 하기 위해 유출구에 삽입되는 수도 꼭지를 구비한다.

베이스 유닛은 배터리 컴파트먼트(compartment), 모터, 펌프 시스템, 분배관 및 센서를 구비한다. 사용자의 손이 센서에 의해 감지된 경우, 모터는 펌프를 작동시켜 분배관으로부터 유체를 분배하도록 활성화된다.

본 발명은 분배관으로부터의 원치 않은 낙수를 방지하거나 크게 감소시킬 수 있는 베이스 유닛에 사용하기 위한 유체 전달 시스템에 관한 것이다.

비록 유체 전달 시스템이 상기한 분야에서 사용하기 위해 설계되었지만, 이 유체 전달 시스템은 낙수를 방지하거나 줄일 필요가 있는 분배관을 통해 유체를 분배하기 위한 어떠한 유체 전달 시스템에도 폭 넓게 적용될 수 있다.

이것을 이룰 수 있는 하나의 디스펜서가 EP 1 604 600에 개시되어 있다. 이는 체크 밸브의 하류에 작동하여, 피스톤의 하강 행정시, 보조 피스톤이 보조 실린더 내부로 유체를 유입하는 보조 피스톤 및 실린더의 가능성(possibility)을 개시하고 있다. 또한 EP 1 604 600은 여러 크기의 실린더들 내에서 왕복 운동하도록 배열된 한 쌍의 환형의 플랙시블(flexible)한 디스크들을 갖는 피스톤을 개시하고 있다. 피스톤의 하향 이동은 2 개의 디스크들 사이의 챔버의 크기를 증대시키고, 그로부터 낙수를 줄이거나 방지하기 위해 분배물의 일부를 재흡입하는 흡입력을 발생시킨다.

본 발명은 분배관으로부터의 원치 않은 낙수를 방지하거나 크게 감소시킬 수 있는 유체 전달 시스템에 관한 것이다.

본원발명의 제1 실시예에 따르면,

사용시 저장 용기로부터 유체를 끌어올려 분배관을 통해 유체를 분배하도록 배치되고, 피스톤이 왕복하여 이동가능한 실린더를 포함하는 펌프;

상기 실린더 안으로의 유입구;

상기 유입구를 통한 흐름을 제어하기 위한 일방향 유입 밸브;

상기 실린더에서 상기 분배관으로 이어진 유출구; 및

상기 유출구를 통한 흐름을 제어하는 유출 밸브를 포함하고,

상기 피스톤은 하강 행정의 초기 부분 동안 유출밸브가 개방 상태로 유지되고, 하강 행정의 나머지 부분 동안 유출밸브가 폐쇄 상태를 이루도록, 상기 유출 밸브와 선택적으로 접촉되도록 배치되는 유체 전달 시스템을 제공한다.

피스톤은 하강 행정의 초기 부분 동안 유출 밸브를 개방 상태로 유지하기 때문에, 유체가 유출구를 통해 재흡입된다. 이에 따라 유체는 분배관을 따라 재흡입되고, 낙수가 방지되거나 감소된다. 이와 같이 하기 위해 기존 부품들, 즉 피스톤과 유출 밸브를 사용함으로써, 본 발명은 부가적인 수단들을 채용하거나, 또는 복잡한 구조의 부품들을 특별히 만들 필요가 없는 해결책을 제공한다.

유출 밸브는 실린더의 상부 벽에 위치되고 유출밸브가 피스톤과 함께 하방으로 이동하도록 배치될 수 있으며, 일단 피스톤이 상사점(top dead centre) 아래의 설정거리 이상 이동하면, 오직 유출구와 연통되는 오리피스를 구비한다. 그러나, 더욱 바람직하게는, 유출 밸브는 실린더의 측벽에서 오리피스 내에 위치되고 밸브부재가 상기 실린더로 돌출하는 폐쇄위치로 치우친 밸브 부재를 포함하며, 상기 밸브 부재는 실린더 내에서 유출 밸브 부재를 지나서 이동하고, 탄성 바이어싱력(resilient biasing force)의 작동에 대응하여 실린더로부터 밸브 부재의 돌출부를 가압하는 피스톤에 의해 개방되도록 배열된다. 상기 유입 밸브 부재는 치우친 자세를 유지할 수 있다. 그러나, 유압 밸브 부재는 바람직하게는 플로팅 밸브 부재(floationg valve element)이다.

분배관은, 피스톤에 의해 발생된 흡입이 분배관 내의 유체를 어느 정도 유지시키는 역압(back pressure)을 발생시킬 것이므로 어떠한 형상도 가질 수 있다. 바람직하게 분배관은 피스톤으로부터 벗어나 연장하여 구부러진 전이부분을 이루는 상향부분을 포함하며, 상기 구부러진 전이부분은 전체적으로 아래쪽을 향하는 유출구에 이른다. 바람직하게는, 피스톤은 유체를 한 지점으로 재흡입하도록 구성되며, 이 지점은 유체가 중력하에서 유출구로부터 흐를 수 있는 지점을 넘어 후방에 있다.

본 발명은 바람직하게는, 교체가능한 유체 저장용기, 유출구로부터의 흐름을 제어하는 저장용기 유출밸브, 상기 저장용기 유출밸브를 개방시키기 위해 저장용기 내 유출구와 결합된 수도 꼭지를 구비한 베이스 유닛을 갖는 비누 및 그와 같은 유체를 위한 디스펜서로 확장된다. 여기서 상기 저장 용기는 하단부에 출구 오리피스를 가지고, 상기 베이스 유닛은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 유체 전달 시스템을 구비하고, 일방향 유입 밸브는 상기 수도 꼭지를 통한 상기 실린더 내부로의 유체의 흐름을 제어하도록 배치된다.

디스펜서는 피스톤이 수동 레버 기구에 의해 이동하며 수동으로 작동될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 상기 베이스 유닛은 모터, 제어회로 및 분배관의 근처에서 이동의 존재를 감지하기 위한 센서를 구비하고, 상기 제어회로는 이동이 감지되는 경우 상기 피스톤을 이동시키기 위해 모터를 구동하도록 배치된다. 디스펜서는 벽걸이 형태의 유닛이거나 주변 유닛 내부에 일체로 설치되는 것일 수 있다. 그러나, 바람직하게 단독 유닛이며, 이 경우 베이스 유닛은 바람직하게는 배터리 컴파트먼트를 더 포함한다.

피스톤은 하강 행정의 초기 부분 동안 유출 밸브를 개방 상태로 고정하기 때문에, 유체가 유출구를 통해 재흡입된다. 이에 따라 유체는 분배관을 따라 재흡입되고, 낙수가 방지되거나 감소된다. 이와 같이 하기 위해 기존 부품들, 즉 피스톤과 유출 밸브를 사용함으로써, 본 발명은 부가적인 수단들을 채용하거나, 또는 복잡한 구조의 부품들을 특별히 만들 필요가 없는 해결책을 제공한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 유체 전달 시스템의 일 예를 설명한다.
도 1은 유체 전달 시스템의 주요 구성을 나타내는 디스펜서의 단면도; 및
도 2a 내지 도 2k는 다양한 작동 단계를 보여주는 유체 전달 시스템의 예시도이다.

디스펜서는 일반적으로 가사용으로 적합한 핸즈 프리 디스펜서(hands-free dispenser)이다. 디스펜서는 주로 액상 비누를 분배하는 것이지만, 예를 들면 핸드 크림, 바디 로션, 수분제공 크림(moisturiser), 얼굴 크림, 샴푸, 샤워 젤, 손 세정제, 면도 크림, 주방용 세제, 치약, 또는 알콜 젤과 같은 살균제 등의 다른 유체 또는 반 액상 제품(이상적으로 물보다 더 큰 점도를 갖는)들을 분배하는데 이용될 수도 있다.

디스펜서는 2개의 주요부, 즉 리필 유닛(1)과 베이스 유닛(2)을 포함하여 구성된다. 리필 유닛(1)은 분배될 유체의 저장 용기를 제공하고, 이하에서 설명되는 바와 같이 베이스 유닛(2)에 끼워 맞추어진다.

베이스 유닛은 나머지 도면들을 참조하여 설명된 바와 같이, 리필 유닛으로부터 유체가 분배되는 접속부(interface)를 갖는다. 접속부는 분배관(4)과 유체의 연통이 이루어지도록 되어 있다. 이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명된 바와 같이, 모터(5)를 구비한 하기의 펌프는 분배관(4)을 따라 분배 헤드(6)의 외부로 정량의 유체가 펌핑되도록 선택적으로 작동가능하다.

베이스 유닛은 디스펜서 부근에 사용자의 손이 존재하는지를 감지하기 위해 창(8)을 통해 수신기(7B)로 적외선 빔을 전송하는 적외선 전송기(7A)를 구비한다. 제어회로는 근접 센서로부터의 신호에 반응하여 펌프를 작동시킨다. 예시된 센서는 브레이크 빔 센서(break beam sensor)지만, 또한 반사 센서(reflective sensor)일 수도 있다. 비록 적외선 센서가 도시되었지만, 정전 용량형 센서(capcitive sensor)와 같은 공지의 근접 센서가 이용될 수도 있다.

이 장치는 주전원 또는 베터리 전원방식일 수 있다. 대안적으로, 이 장치는 사용자가 레버를 밀어 제품을 교체하는 수동 조작식 펌프 장치일 수도 있다.

베이스 유닛(2)은 리필 유닛을 보호 및 지지하기 위해 리필 유닛의 대부분을 둘러싸는 컵 형상의 하우징 형태로 된 카울링(10)을 포함한다. 수도 꼭지(11)는 카울링(10)의 베이스를 관통하여 돌출된다.

리필 유닛(1)은 그의 하단부에 캡(13)이 부착된 저장 용기(12)를 포함한다. 하단부에는 수도 꼭지가 삽입되는 유출구(14)가 있다. 유출구(14)는, 유출구의 환형 벽의 상부(top)에 탄성에 의해 바이어싱된 밸브 부재(15)에 의해 폐쇄된다. 밸브(15)는 수도 꼭지(11)에 의해 베이스 유닛(2)으로 삽입될 때 밸브시트로부터 들어 올려진다. 이것에 의해 수도 꼭지의 상부 주위로 유로가 개방된다. 공기 유입 밸브(16)는 디스펜서의 외부로의 유체의 흐름을 방해하지 않고 소비된 유체를 대체하기 위해 저장 용기 안으로 공기가 유입되도록 하는 통기공(vent)을 제공한다.

본 발명은 베이스 유닛에 있는 펌프의 기구에 관한 것으로, 이것은 도 2a 내지 2k를 참조하여 이하에서 설명한다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 유입 밸브 부재(17)는 수도 꼭지(11) 내에 구비된다. 이 유입 밸브 부재(17)는 상보형 밸브 시트(18) 상에 안착된 원뿔형 상부 벽을 가진다. 유입 밸브 부재(17)는 동시에 볼 밸브(ball valve)일 수 있다. 밸브 부재(17)는 수도 꼭지(11) 안으로 돌출된 실린더 하우징(19)의 상단부분이 실린더 하우징(19) 곁의 수도 꼭지(11) 내에서 부유되도록 유지된다. 실린더 하우징(19)의 상단부분은 O-링(20)에 의해 수도 꼭지에 기밀 유지된다.

실린더 하우징(19)은 피스톤(22)이 왕복하여 이동가능하게 장착되는 실린더(21)를 정의한다. 피스톤(22)은 환형 밀봉링(23)과, 모터(5; 도 1)에 의해 구동되는 회전 캠(미도시)과 결합되는 피스톤 로드(24)를 구비한다. 실린더(21)는 앞서 설명한 유입 밸브 부재(17)에 의해 통과유량이 제어되는 입구 오리피스(25), 및 유출 밸브 부재(27)에 의해 통과유량이 제어되는 출구 오리피스(26)를 구비한다.

실린더(21)에 가장 근접한 유출 밸브 부재(27)의 말단은 비교적 좁으며, 리테이너(retainer; 28) 내에서 슬라이드되도록 배치된다. 이 지점에서, 밸브 부재(27)는 유체의 통과를 허용하도록 복수의 길쭉한 홈(29)이 구비된다. 반대편의 말단에서, 유출 밸브 부재(27)는 보다 넓어지고, 유출 채널(30) 내에서 슬라이드되도록 형성된다. 이 지점에서, 밸브 부재는 유체의 흐름을 역시 가능하게 하는 복수의 노치(notch; 31)를 구비한다. 확장부 아래에 유출구를 밀폐하도록 원뿔형 시트(33)에 장착되는 O-링(32)이 있다.

유출 밸브 부재(27)는 스프링(34)에 의해 실린더(21) 쪽으로(도 2a에 도시된 바와 같이 왼쪽으로) 치우쳐져 있다. 유출 챔버(30)는 유출구(35)를 구비한 분배관(4)에 이어진다. 다시 도 1을 참조하면, 이 유출구(35)는 효과적으로 분배 헤드(6)를 제공한다.

이하 본 시스템의 작동에 대해 설명한다.

도 2a에서는, 피스톤은 초기 사용 이전에 그리고 피스톤(33)이 상사점에서 있고, 유입 밸브 부재(17)와 유출 밸브 부재(27)가 모두 개방된, 즉 액체가 채워지지 않은 상태에 있다. 이는, 후술한 바와 같이 사이클의 마지막으로 피스톤이 되돌아갈 수 있는 일반위치가 아니라는 것을 주목하여야 한다.

피스톤이 이와 같이 유체가 채워지지 않은 상태(unprimed condition)에서, 리필 유닛(1)이 도 1과 같이 베이스 유닛(2)으로 삽입된다. 센서(7A,7B)가 분배 헤드(6) 부근에서 움직임의 존재를 감지하는 경우, 도 2b와 같이 모터(5)는 피스톤을 하방으로 구동시킨다. 이러한 위치에서, 유체는 유입 밸브 부재(17)를 지나 실린더(21)로 유입(drawn down)된다. 이러한 초기 이동 동안에, 유출 밸브 부재(27)는 개방된 상태를 유지함으로써 유체가 유출 밸브 부재를 둘러싸는 챔버(36)를 채우고 심지어 유출 챔버(30)로 흐를 수 있게 한다.

도 2b와 같이 피스톤(22)이 도 2b에 보여진 위치에, 유출 밸브 부재(27)의 아래의 위치에 도달하면, 스프링(34)은 유출 밸브 부재(27)를 도 2b에 보여진 밀폐 링(32)이 유출구를 밀폐하도록 밸브 시트(33)에 안착된 폐쇄 위치로 민다. 피스톤을 도 2c에 보여진 위치를 거쳐 도 2d에 보여진 위치인 아래쪽으로 더 이동시킴으로써 실린더(22)에 유체가 채워지게 된다.

도 2e와 같이 피스톤(22)이 하사점(bottom dead centre)에 도달하고 반전된다. 도 2e와 같이 이렇게 형성된 유압의 증가는 유입 밸브 부재(17)를 폐쇄한다. 도 2f와 같이 피스톤이 상승 행정을 계속하는 것으로, 유출 밸브(27)의 유압은 스프링(34)에 의해 제공되는 바이어싱력(biasing force)을 극복하여 유체(L)가 유출 하우징(30)으로 유입된다. 도 2g와 같이 피스톤(22)을 지속적으로 상승시켜 분배관(4)에서 유체(L)를 위로 내몰아, 궁극적으로는 도 2h와 같이 피스톤이 상사점에 도달할 때까지 유출구(35)로 유체(L)를 토출시킨다.

이제 펌프에 유체가 주사되어 진다. 그리고 나서 피스톤(22)이 도 2i와 같이 반전된다. 이 위치에서, 유출 밸브 부재(27)는 밸브 부재의 말단이 폐쇄위치로 이동할 때 피스톤(22)의 측벽에 의해 막히게 되므로 폐쇄되는 것이 방지된다. 도 2j와 같이 피스톤(22)의 이러한 하강 이동은 유입 밸브 부재(17)를 재개방시키므로 유입구(25)를 통해 유체를 유입하고, 밸브 부재(27) 주위의 분배관(4) 아래로 유체를 재흡입한다.

일단 피스톤(22)이 유출 밸브 부재(27)를 통과하면, 도 2k와 같이 유출 밸브 부재(27)는 폐쇄되고, 유체는 피스톤이 도 2k에 보여진 위치 직상의 하사점에 도달할 때까지(하강 행정의 대략 75%), 실린더(21) 안으로 유입된다. 이것이 정상적 사용에서 펌프의 정지위치(at rest position; L)이다. 이 위치에서, 실린더(21)는 유체로 채워지고, 분배관(4)도 하부면의 최상부 아래 정도까지 유체(L)로 채워진다. 따라서, 유체는 중력 하에서 유출구를 통해 흐를 수 없는 위치로 재흡입되어 있다. 다음의 분배 작동을 시동하기 위해 센서(7A,7B)에 의해 이동이 감지될 때에, 피스톤은 유체를 분배하는 완전(full) 상승 행정을 완료하고 도 2k의 '정지' 위치로 되돌아 가는 하강 행정의 75%를 완료하기 전에, 우선 실린더가 완전히 유체로 채워지도록 하사점(하강 행정의 남은 25%)으로 하강한다.

1: 리필유닛 2: 베이스 유닛
4: 분배관 5: 모터
6: 분배 헤드 8: 창
10: 카울링 11: 수도 꼭지
14: 유출구 15: 밸브부재

Claims (9)

1. 사용시 저장 용기로부터 유체를 끌어올려 분배관을 통해 분배하도록 배치되고, 피스톤이 왕복하여 이동가능한 실린더를 구비한 펌프;
   상기 실린더 안으로의 유입구;
   상기 유입구를 통한 흐름을 제어하기 위한 일방향 유입 밸브;
   상기 실린더에서 상기 분배관으로 이어진 유출구; 및
   상기 유출구를 통한 흐름을 제어하는 유출 밸브를 포함하고,
   상기 피스톤은 하강 행정의 초기 부분 동안 유출 밸브를 개방 상태로 유지하고, 하강 행정의 나머지 부분 동안 유출 밸브를 폐쇄 상태로 해제시키기 위해 상기 유출 밸브와 선택적으로 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 유출 밸브는 상기 실린더의 측벽의 오리피스에 위치되고, 상기 실린더 내부로 돌출되어 폐쇄 위치로 치우쳐진 밸브 부재를 포함하고,
   상기 밸브 부재는, 실린더 내에서 유출 밸브 부재를 지나 이동하고, 탄성력의 작용에 대응하여 상기 실린더의 외부로 상기 밸브 부재의 돌출부을 가압하는 상기 피스톤에 의해 개방되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 유입 밸브는 플로팅 밸브 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 분배관은 상기 피스톤으로부터 길게 연장되어 구부려진 형태의 전이부분 안으로 이어진 상단 부분을 포함하고, 상기 구부려진 형태의 전이부분은 대체로 하방으로 향하는 유출구로 이어지는 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 피스톤은 중력하에서 상기 유출구로부터 유출될 수 있는 지점을 넘어 후방의 위치로 상기 유체를 재흡입하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 전달 시스템.
6. 비누 및 그와 같은 유체를 위한 교체가능한 유체 저장용기를 갖는 디스펜서로서,
   유출구로부터의 흐름을 제어하는 저장용기 유출밸브, 상기 저장용기 유출밸브를 개방시키기 위해 저장용기 내 상기 유출구와 결합된 수도 꼭지를 갖는 베이스 유닛을 구비하고,
   상기 베이스 유닛은 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 유체 전달 시스템을 구비하고, 일방향 유입 밸브는 상기 수도 꼭지를 통해 상기 실린더로 유체의 흐름을 제어하도록 배치된 것을 특징으로 하는 디스펜서.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 베이스 유닛은 모터, 분배관의 근처에서 이동의 존재를 감지하는 센서 및 제어회로를 포함하고, 상기 제어회로는 이동이 감지되는 경우 상기 피스톤을 이동시키기 위해 모터를 구동하도록 배치된 것을 특징으로 하는 디스펜서.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 디스펜서는 단독 유닛인 것을 특징으로 하는 디스펜서.
9. 제8항에 있어서,
   상기 디스펜서는 배터리 전원방식인 것을 특징으로 하는 디스펜서.

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