KR102160407B1 - 플런저펌프 - Google Patents

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Abstract

플런저펌프를 개시한다. 플런저펌프는 일단을 통해 상기 세장형 플런저의 적어도 일부가 삽입되는 제1실 및 상기 제1실을 밀폐하도록 배치된 제1실링부재를 포함하는 펌핑케이스; 상기 펌핑케이스의 일단으로부터 연장하며 상기 세장형 플런저의 적어도 다른 일부가 삽입되는 제2실 및 상기 제2실을 밀폐하도록 배치된 제2 실링부재를 포함하는 실링케이스; 및 상기 세장형 플런저를 진퇴 운동시키도록 구성된 이송기구를 포함한다.

Description

플런저펌프 {plunger pump}
본 개시는 플런저펌프에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
플런저펌프는 액체를 단속적으로 일정량 주입하는 다양한 응용에 사용되고 있다. 플런저펌프의 대표적인 응용은 2차 전지의 제조 공정 중 일정량의 전해액을 배터리 팩 내에 주입하는 것이다. 배터리 팩 내에 주입되는 전해액의 양은 정밀하게 조절되어야 한다. 왜냐하면, 전해액 주입량이 정량보다 적은 경우 배터리 팩 내에 공기가 잔존할 수 있고 배터리 온도 변화에 따른 잔존 공기의 팽창 또는 수축이 배터리 내부 압력에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 한편, 전해액의 주입량이 정량보다 많은 경우 배터리 팩의 밀봉 작업 시 남은 전해액이 흘러나올 수 있어 배터리의 제조 불량의 원인이 될 수 있기 때문이다. 이러한 플런저펌프의 정밀 조절 특성은 장시간의 사용에도 신뢰성 있게 유지되어야 하는데, 수 만 내지 수 십만회의 반복 주입에도 불구하고 수 마이크로리터 이내의 주입량 오차가 보장될 것이 요구된다.
이에, 본 개시는 장기간 사용에도 신뢰성 있게 주입량 정밀 조절이 가능한 플런저펌프를 제공하는 것에 주된 목적이 있다.
또한, 본 개시는 장기간 사용에 따른 실링 부재의 마모 문제가 해소될 수 있는 플런저펌프를 제공하는 것에 다른 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 개시의 일 측면에 따르면, 세장형 플런저; 일단을 통해 상기 세장형 플런저의 적어도 일부가 삽입되는 제1실 및 상기 제1실을 밀폐하도록 배치된 제1실링부재를 포함하는 펌핑케이스; 상기 펌핑케이스의 일단으로부터 연장하며 상기 세장형 플런저의 적어도 다른 일부가 삽입되는 제2실 및 상기 제2실을 밀폐하도록 배치된 제2 실링부재를 포함하는 실링케이스; 및 상기 세장형 플런저를 진퇴 운동시키도록 구성된 이송기구를 포함하는 플런저 펌프.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 내부에 배치된 제1실 및 일단에 배치된 제1개구를 포함하는 펌핑케이스; 일단이 상기 펌핑케이스에 연결되고, 내부에 배치된 제2실 및 타단에 배치된 제2개구를 포함하는 실링케이스; 제1영역 및 제2영역으로 구분되는 영역을 가지며, 상기 제1개구 및 상기제2개구를 통해 진퇴 운동하는 세장형 플런저; 및 상기 제1실 및 상기 제2실 사이에서 진퇴 운동하는 상기 제1영역 및 상기 제2실 내부에서만 진퇴 운동하는 상기 제2영역을 포함되도록 구성된 상기 세장형 플런저가 진퇴 운동 하도록 제어하는 이송 기구를 포함하는 플런저펌프가 제공된다.
도 1은 일반적인 플런저펌프의 단면도이다.
도 2a는 일반적인 플런저펌프의 플런저가 전진 이동한 상태를 도시한 단면도이다.
도 2b는 일반적인 플런저펌프의 플런저가 후퇴 이동한 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저펌프의 단면도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저의 후퇴 상태를 나타낸 플런저펌프의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저의 전진 상태를 나타낸 플런저펌프의 단면도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 종래 전해액 주입용 플런저펌프(1) 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a는 도 1에 도시된 플런저(30)가 전진 이동한 상태를 도시한 단면도이다.
도 2b는 도 1에 도시된 플런저(30)가 후진 이동한 상태를 도시한 단면도이다.
도1, 도 2a 및 도 2b을 참조하면, 종래의 플런저펌프(1)는 플런저(30)의 진퇴 운동에 의해 펌핑대상유체가 유입관(50)을 따라 펌프 내부로 유입되어 배출관(70)으로 원하는 주입 대상에 주입되도록 구성된다.
구체적으로, 제1실링부재(40)는 플런저(30)의 왕복운동 시, 펌핑케이스(10)와 이송기구(20) 사이를 밀폐하는 역할을 수행한다. 여기서 밀폐란, 이송기구(20)를 통해 외부 공기가 펌프 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 의미한다. 이러한 밀폐의 정도는 제1실링부재(40)와 플런저(30) 표면의 조도(粗度), 그리고 양자 사이에 있는 펌핑대상유체의 점도에 영향을 받는다. 제1실링부재(40)에 의해 펌핑대상유체 역시 외부에 대해 전체적으로 밀봉된다. 그러나, 펌핑대상유체 중 극미량은 플런저(30) 표면에 부착된 액적 형태로 이송기구(20) 쪽으로 묻어나올 수 있다. 이때 묻어 나온 미세액적(90)이 외부의 건조한 공기와 접촉하게 된다. 이 때, 펌핑대상유체가 어떤 물질(예를 들어, 전해질)이 용매(예를 들어, 물)에 녹아있는 전해질용액일 때, 미세액적(90) 내 수분이 증발하고 미세액적 내 이온들이 염으로 석출(析出) 될 수 있다. 초기에는 염의 크기가 무시할 수 있을 정도로 작지만, 공정을 수만 내지 수 십만 회 반복하다 보면 염의 크기가 성장한다.
석출된 염은 플런저(30) 표면의 조도를 증가시키고 플런저(30)와 맞닿아 있는 제1실링부재(40) 마모를 가속시킨다. 따라서, 제1실링부재(40)의 교체 주기가 짧아지게 되고, 이에 따라 생산성 저하 및 경비 상승의 문제점이 발생한다. 나아가, 마모된 제1실링부재(40)가 펌핑대상유체를 확실히 밀폐하지 못해 펌핑대상유체의 토출량 편차가 발생하게 된다. 따라서 불량품 처리 등 비용적인 면에서 문제가 가중된다.
종래에, 전술한 바와 같은 제1실링부재(40)의 빠른 마모 문제가 염 석출에 의한 것임이 인지되지 못했다. 단지, 조기 마모 문제는 이송기구의 정밀도, 실린더 내부 구조, 실링 방식 또는 플런저 표면 정밀가공 등에 의해 극복될 수 있는 것으로 치부되었으며, 이러한 관점에서 관련 연구, 개발이 진행되었다. 그럼에도 불구하고, 장기 사용시 예상된 교체 주기를 넘는 제1실링부재(40)의 조기 마모가 여전히 발생하였다.
본 발명자는 예측 이상의 조기 마모 문제가 발생한다는 특별한 고찰을 기초로, 이러한 원인을 탐구하였다. 그리고, 본 발명자는 전술한 바와 같은 염 석출 현상에 기인되었음을 인식하게 되었다. 이와 같은 인식을 기초로, 본 발명자는 염 석출 문제의 해결 방안을 적극적으로 연구하여 본 특허출원에 이르게 되었다.
도3은 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저펌프의 단면도이다.
도3을 참조하면, 플런저펌프(300)는 펌핑케이스(10), 이송기구(20), 세장형 플런저(310) 및 실링케이스(320) 등을 포함한다.
펌핑케이스(10)는, 일단을 통해 세장형 플런저(310)의 적어도 일부가 삽입되는 제1실(R1), 제1실(R1)을 밀폐하도록 배치된 제1실링부재(40), 펌핑대상유체가 흡입되는 유입관(50) 및 펌핌대상유체가 배출되는 배출관(70)을 포함한다. 한편, 유입관(50)과 배출관(70)은 각각 펌핑대상유체의 역류를 방지하기 위하여 각각 유입밸브(60) 및 배출밸브(80)를 포함할 수 있다.
제1실링부재(40)는 펌핑대상유체 및 외기(外氣)의 효과적인 차폐를 위하여 오링(O-ring)을 포함할 수 있다.
이송기구(20)는 실링케이스(320)의 외부 일면에 인접하게 배치될 수 있다. 상기 이송기구(20)는 펌핑대상유체의 정밀한 토출을 위하여 볼스크류를 포함할 수 있다.
세장형 플런저(310)는 펌핑케이스(10), 실링케이스(320) 및 이송기구(20) 내부에서 진퇴 운동을 반복하도록 구성된 플런저이다.
실링케이스(320)는 펌핑케이스(10)의 일단으로부터 연장하며 세장형 플런저(310)의 적어도 다른 일부가 삽입되는 제2실(R2) 및 제2실(R2)을 밀폐하도록 배치된 제2실링부재(330)를 포함한다.
제2실링부재(330)는 제2실 내로 외기의 출입을 방지하기 위해 오링(O-ring)을 포함할 수 있다.
상대습도는 일정 공간에서 실제 수증기량에 대한 포화수증기량의 비를 퍼센트(%)로 나타낸 것이다. 한편, 밀폐된 공간은 외부로부터 공기가 유입되지 않아 물 또는 얼음이 가진 증기압에 의해 기액평형(氣液平衡)을 유지하며 수증기 포화상태로 존재한다. 따라서 완전히 밀폐된 공간은 100%의 상대 습도를 가진다.
실링케이스(320)는 밀폐되어 있기 때문에, 제2실(R2) 내부의 상대습도는 100 %가 될 수 있다. 미세액적(90)이 건조한 외기에 노출되지 않고 기액평형 상태인 제2실(R2)에만 존재하기 때문에 미세액적(90) 내 수분은 감소하지 않고 염은 석출되지 않는다. 이에 따라, 세장형 플런저(310) 표면의 조도는 일정하게 유지될 수 있다. 결과적으로, 제1실링부재(40)의 마모가 가속되지 않는다.
세장형 플런저(310)의 전진운동시 미세액적(90)은 세장형 플런저(310) 표면에 후퇴 운동시 세장형 플런저(310) 표면에 묻어 나온 상태와 동일한 상태로 다시 제1실(R1)에 삽입된다. 따라서, 제1실(R1)의 체적 변화량이 일정하게 유지된다. 즉, 펌핑대상유체의 흡입량 및 토출량에 편차가 발생하지 않게 되어 정밀한 토출이 가능하다. 한편, 여기서 전진운동이라 함은 세장형 플런저(310)가 제2실(R2) 방향에서 제1실(R1) 방향으로 운동하는 것을 의미한다.
제2실(R2) 상대습도가 100 %로 유지될 수 있도록, 실링케이스(320)는 적어도 일면에 형성된 습도조절액체 저장부(326)를 포함할 수 있다. 이 때, 습도조절액체는 물(H2O)이 될 수 있다.
한편, 펌핑대상유체가 전해질용액인 경우에, 실링케이스(320) 내부의 상대습도가 100 %로 유지 된다면, 부식성이 강한 전해질 증기와 수증기로 포화되어 세장형 플런저(310) 및 실링케이스(320)를 이루는 부재의 표면이 급격하게 부식될 수 있다. 따라서 이러한 부작용을 방지하기 위하여, 실링케이스(320)는 적어도 일면에 배치된 부식방지제 저장부(328)을 포함할 수 있다. 이 때, 부식방지제는 산소제거제가 될 수 있다.
제1개구(322)는 실링케이스(320)의 일단과 펌핑케이스(10)가 맞닿는 부분에 생기는 홀(hole)이다. 제2개구(324)는 실링케이스(320)의 타단과 이송기구(20)가 맞닿는 부분에 생기는 홀(hole)이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저의 후퇴 상태를 나타낸 플런저펌프의 단면도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 플런저의 전진 상태를 나타낸 플런저펌프의 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 세장형 플런저(310)는 그 길이 방향을 따라 구별 될 수 있는 4개의 영역을 포함한다. 제1실(R1) 내에 있는 세장형 플런저(310)의 일단으로부터 제0영역(312) 내지 제3영역(318)은 순차적으로 구분될 수 있다. 제0영역(312)은 세장형 플런저(310)의 일단을 포함하는 영역으로서, 제1실(R1) 내에서만 운동하는 영역으로 정의될 수 있다. 제1영역(314)은 제0영역(312)외 인접한 영역으로, 제1실(R1) 및 제2실(R2) 내에서 운동하는 영역으로 정의될 수 있다. 제2영역(316)은 제1영역(314)에 인접한 영역으로, 제2실(R2) 내에서만 운동하는 영역으로 정의될 수 있다. 제0, 제1 및 제2영역을 제외한 세장형 플런저(310)의 나머지 부분은 제3영역(318)으로 정의할 수 있다.
제1영역(314) 및 제2영역(316)은 종래 플런저펌프에서는 볼 수 없는 구조에 해당하며, 두 영역 모두 외부로 노출되지 않는다. 따라서, 미세액적(90) 내의 수분의 증발이 이루어지지 않아 염의 석출이 이루어지지 않는 영역이다. 또한, 그러한 기능에 부합하도록 실링케이스(320) 및 세장형 플런저(310)의 구조, 길이 및 형상이 구성된다. 예컨대, 실링케이스(320)의 진퇴방향으로의 길이는 제1영역(314)의 길이보다 더 길어져야 한다. 또한 제1영역(314) 및 제2영역(316)이 존재하기 위하여 세장형 플런저(310)의 길이와 형상이 종래의 플런저펌프(1)의 일 구성요소인 종래의 플런저(30)의 길이와 형상에 있어서 차이점을 갖게 된다. 제1영역(314) 및 제2영역(316)이 존재함으로써, 염 석출에 의한 제1실링부재(40)의 조기 마모를 방지하고, 경제적 효과도 누릴 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 종래 플런저펌프 10: 펌핑케이스
20: 이송기구 30: 플런저
40: 제1실링부재 50: 유입관
60: 유입밸브 70: 배출관
80: 배출밸브 90: 미세액적
300: 플런저펌프 310: 세장형 플런저
312: 제0영역 314: 제1영역
316: 제2영역 318: 제3영역
320: 실링케이스 322: 제1개구
324: 제2개구 326: 습도조절액체 저장부
328: 부식방지제 저장부 330: 제2실링부재

Claims (8)

  1. 세장형 플런저;
    일단을 통해 상기 세장형 플런저의 적어도 일부가 삽입되는 제1실 및 상기 제1실을 밀폐하도록 배치된 제1실링부재를 포함하는 펌핑케이스;
    상기 펌핑케이스의 일단으로부터 연장하며 상기 세장형 플런저의 적어도 다른 일부가 삽입되는 제2실 및 상기 제2실을 밀폐하도록 배치된 제2실링부재를 포함하는 실링케이스; 및
    상기 세장형 플런저를 진퇴 운동시키도록 구성된 이송기구를 포함하되,
    상기 제2실은 내부가 기액평형 상태가 유지되도록 구성되고,
    상기 세장형 플런저의 적어도 일부는 상기 제2실에서만 진퇴 운동하도록 구성되는 플런저펌프.
  2. 내부에 배치된 제1실 및 일단에 배치된 제1개구를 포함하는 펌핑케이스;
    일단이 상기 펌핑케이스에 연결되고, 내부에 배치된 제2실 및 타단에 배치된 제2개구를 포함하는 실링케이스;
    제1영역 및 제2영역으로 구분되는 영역을 가지며, 상기 제1개구 및 상기 제2개구를 통해 진퇴 운동하는 세장형 플런저; 및
    상기 세장형 플런저가 진퇴 운동 하도록 제어하는 이송기구를 포함하되,
    상기 제2실은 내부가 기액평형 상태가 유지되도록 구성되고,
    상기 제2 영역은 상기 제2실에서만 진퇴 운동하도록 구성되는 플런저펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1실링부재는 밀폐를 위한 오링(O-ring)을 포함하는 플런저펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2실링부재는 밀폐를 위한 오링(O-ring)을 포함하는 플런저펌프.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 이송기구는 볼스크류를 포함하는 플런저펌프.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실링케이스는 습도조절액체 저장부를 적어도 일면에 포함하는 플런저펌프.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실링케이스는 상기 세장형 플런저 및 상기 실링케이스의 부식을 방지하는 부식방지제 저장부를 적어도 일면에 포함하는 플런저펌프.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 이송기구는, 상기 세장형 플런저가 상기 제1실 및 상기 제2실 사이에서 진퇴 운동하는 상기 제1영역 및 상기 제2실 내부에서만 진퇴 운동하는 상기 제2영역을 포함하도록 상기 세장형 플런저의 진퇴 운동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 플런저펌프.
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JP2008255805A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Shimadzu Corp 送液ポンプ及びその送液ポンプを用いた液体クロマトグラフ
KR101672761B1 (ko) * 2016-07-08 2016-11-04 (주) 아람시스템 정밀 주입 펌프

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