KR102167561B1 - 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프 - Google Patents

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톈진 나가르 메커니컬 인더스트리 리미티드 컴퍼니
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Abstract

본 발명은 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프에 관한 것으로서, 복수의 부품이 내장되는 부품수용공간을 형성하는 펌프 바디; 유체(Fluid)의 흡입 및 토출을 위한 흡입부와 토출부를 구비하며, 상기 펌프 바디의 일측에 착탈 가능하게 결합하는 펌프 커버; 상기 부품수용공간의 일측에 마련되되 고체 입자를 포함한 유체의 펌핑을 위해 왕복운동하는 플런저를 지지하는 플런저 실린더; 일측은 상기 플런저 실린더에 연결되고 타측은 상기 유체에 접촉하여 상기 유체에 압력을 가하되 단일 개로 적용되는 싱글 다이아프램; 및 일단부는 상기 부품수용공간 내에 배치되어 상기 플런저와 연결되고 타단부는 상기 펌프 바디의 외측으로 노출되되 상기 플런저를 구동시키는 편심 슬리브를 포함한다.

Description

고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프{High-pressure Plunger Type Single Diaphragm Pump}
본 발명은, 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프에 관한 것이다.
유체(Fluid)의 이송 혹은 펌핑(pumping)을 위해 현재 시장에서 많이 사용되고 있는 펌프(pump)는 플런저 방식 펌프, 다이아프램 방식 펌프, 다이아프램과 플런저 결합식 펌프이다.
이 중에서 다이아프램 방식을 사용하는 소위, 다이아프램 펌프(Diaphragm Pump)는 다이아프램의 운동으로 유체를 흡입 및 토출하는 용적형 펌프의 일종이다.
다시 말해, 다이아프램 펌프는 다이아프램이 진동함에 따라 펌프실의 압력이 변화되면서 유체를 흡입 및 토출시키도록 작동되는 것으로, 적용되는 유체에 작동체가 직접적으로 접촉되지 아니하고 가동하게 시키고자 하면 사용되는 펌프를 말한다.
공압식, 마그네트식 등의 여러 종류의 다이아프램 펌프가 공지되어 있는데, 도 1을 참조해서 통상의 다이아프램 펌프에 대해 알아본다.
도 1을 참조하면, 종래의 일 실시예에 따른 다이아프램 펌프는 내주면에 환형의 리브(30a)가 형성된 상부 하우징(30) 및 모터 샤프트(17)가 결합하는 하부 하우징(31)이 상호 결합하고, 상기 상,하부 하우징(30)(31)사이에 흡입공(41)과 토출공(42)이 형성된 밸브지지체(40)가 수납된 구조를 갖는다.
상기 환형의 리브(30a)의 외측과 밸브지지체(40) 사이 공간은 흡입되는 유체가 잔류하는 입수실(23)을 형성하고, 환형의 리브(30a)의 내측과 밸브지지체(40) 사이 공간은 유체가 토출되는 출수실(26)을 형성하며, 밸브지지체(40)와 하부 하우징(31)사이에는 유체를 흡입 및 토출시키도록 압력변화가 발생하는 복수의 펌프실(24)을 형성한다.
밸브지지체(40)에는 흡입공(41)과 토출공(42)을 각각 개폐시키는 입수밸브(25)와 출수밸브(27)가 지지된다. 그리고, 상기 밸브지지체(40)와 하부 하우징(31) 사이에는 실링을 위한 실링재(90)가 마련된다.
한편, 상기 하부 하우징(31)에는 상기 모터 샤프트(17)가 지지되는 바, 이 샤프트(17)에는 편심된 부쉬(18)가 압입되고, 이 부쉬(18)의 외주에는 베어링(19)이 결합된 채로 하부 하우징(31)에 지지된다.
그리고, 하부 하우징(31)에는 각 펌프실(24)과 연통되는 복수의 개구(32)가 형성되며, 각 개구(32)에는 편심 회전하는 베어링(19)에 연동되어 상하로 진동되는 이동부재(20)와, 이동부재(20)에 고정되는 고정부재(21)가 마련된다.
그리고, 이동부재(20)와 고정부재(21) 사이에는 다이아프램(22)이 개재된 채로 그 가장자리가 밸브지지체(40)와 하부 하우징(31) 사이에 끼워져 고정된다.
이러한 구조를 갖는 종래의 다이아프램 펌프는 편심 회전되는 베어링(19)에 의해서 각 이동부재(20)가 순차적으로 상하로 진동함과 동시에 각 부분의 다이아프램(22)이 순차적으로 상하로 진동되면서 각 펌프실(24)의 압력이 감소 또는 증가함에 따라 입수밸브(25)와 출수밸브(27)가 순차적으로 작동되어 유체가 펌핑되도록 작동된다.
그런데, 이러한 종래의 다이아프램 펌프는 작동 중에 토출압력의 맥동으로 소음이 발생할뿐더러 밸브(27)에 손상이 발생하게 되는 문제점이 있다.
이에, 이러한 점을 일부 보완한 다이아프램 펌프가 개발하고 있기는 하나, 현존하는 다이아프램 펌프의 경우에는 출력 압력이 낮아 효율이 낮음에도 불구하고 소음이 크며, 또한 그 구조적인 한계로 인해 사용과 유지보수가 불편하다는 점을 두루 고려해볼 때, 기존에 알려지지 않은 신개념의 싱글 다이아프램 펌프에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2014-0042779호 대한민국특허청 출원번호 제10-2013-0092493호
본 발명의 목적은, 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 복수의 부품이 내장되는 부품수용공간을 형성하는 펌프 바디; 유체(Fluid)의 흡입 및 토출을 위한 흡입부와 토출부를 구비하며, 상기 펌프 바디의 일측에 착탈 가능하게 결합하는 펌프 커버; 상기 부품수용공간의 일측에 마련되되 고체 입자를 포함한 유체의 펌핑을 위해 왕복운동하는 플런저를 지지하는 플런저 실린더; 일측은 상기 플런저 실린더에 연결되고 타측은 상기 유체에 접촉하여 상기 유체에 압력을 가하되 단일 개로 적용되는 싱글 다이아프램; 및 일단부는 상기 부품수용공간 내에 배치되어 상기 플런저와 연결되고 타단부는 상기 펌프 바디의 외측으로 노출되되 상기 플런저를 구동시키는 편심 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프에 의해 달성된다.
상기 싱글 다이아프램이 기계와 접촉하는 부분과 유체와 접촉하는 부분이 분리된 구조를 가질 수 있다.
상기 플런저는 상기 편심 슬리브를 축심으로 원주 방향을 따라 등간격으로 복수 개 배열되며, 복수 개의 상기 플린저는 플런저 실런더에 의해 일체로 지지될 수 있다.
상기 흡입부와 상기 토출부가 위치하는 영역에는 복수의 원웨이 밸브(one way)가 마련되며, 상기 복수의 원웨이 밸브가 밸브 브래킷에 의해 해당 위치에 지지될 수 있다.
상기 펌프 바디에는 상기 펌프 바디에서 일측으로 돌출되게 바디 네크가 마련되며, 상기 바디 네크에는 윤활유의 공급을 위한 윤활 마개가 개폐 가능하게 마련될 수 있다.
상기 편심 슬리브를 구동시키는 슬리브 구동부; 유체의 토출압력을 감지하는 토출압력 감지부; 및 상기 토출압력 감지부의 감지신호에 기초하여 상기 슬리브 구동부의 동작을 자동으로 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 다이아프램 펌프의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프의 외관 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2의 배면도이다.
도 5는 도 2의 평면도이다.
도 6은 도 5의 부분적인 내부 구조도로서 편심 슬리브가 장착된 상태의 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프의 제어블록도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하여지도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하려고 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문어구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작(작용)은 하나 이상의 다른 구성 요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프의 외관 사시도, 도 3은 도 2의 정면도, 도 4는 도 2의 배면도, 도 5는 도 2의 평면도, 그리고, 도 6은 도 5의 부분적인 내부 구조도로서 편심 슬리브가 장착된 상태의 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 싱글 다이아프램 펌프(100)를 적용할 경우, 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 싱글 다이아프램 펌프(100)는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프(High-pressure Plunger Type Single Diaphragm Pump)로서 주로 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)를 저소음의 고압으로 전송한다.
본 실시예에 따른 싱글 다이아프램 펌프(100)는 펌프 바디(110)와, 펌프 바디(110)의 일측에 착탈 가능하게 결합하는 펌프 커버(120)를 포함할 수 있다.
펌프 바디(110)의 내부에 복수의 부품이 내장되는 부품수용공간(S, 도 6 참조)이 형성된다. 부품수용공간(S)에 다수의 부품, 즉 기계장치들이 부속된다. 이를 위해, 부품수용공간(S)에 윤활유가 충전된다. 그리고, 펌프 커버(120) 내에서 유체가 유동한다. 즉 펌프 커버(120)의 일측으로 유체가 유입되고 타측으로 토출된다. 후술할 싱글 다이아프램(160)이 있어서 유체와 윤활유는 섞이지 않는다.
펌프 바디(110)에는 펌프 바디(110)에서 일측으로 돌출되게 바디 네크(111)가 형성된다. 바디 네크(111)에는 윤활 마개(112)가 마련된다. 윤활 마개(112)를 통해 소정의 윤활유를 부품수용공간(S)측에 공급할 수 있다.
펌프 커버(120)는 복수 개의 렌치볼트(121)를 통해 펌프 바디(110)의 일측에 착탈 가능하게 결합할 수 있다. 따라서, 펌프 바디(110) 내의 부품 조립에 유리하고, 또한 특정 부품에 대한 교체 또는 유지보수가 쉬워질 수 있다.
펌프 커버(120)에는 유체(Fluid)의 흡입 및 토출을 위한 흡입부(123)와 토출부(122)가 마련된다. 흡입부(123)와 토출부(122)에 별도의 배관이 연결되는 구조를 취할 수 있다.
한편, 부품수용공간(S)의 일측에 고체 입자를 포함한 유체의 펌핑을 위해 왕복운동하는 플런저(140)가 마련된다.
플런저(140)에는 플런저(140)를 구동시키기 위한 수단으로서 편심 슬리브(130)가 연결된다. 편심 슬리브(130)는 그 일단부가 부품수용공간(S) 내에 배치되어 플런저(140)와 연결되고 타단부는 펌프 바디(110)의 외측으로 노출되되 플런저(140)를 구동시키는 역할을 한다.
플런저(140)는 편심 슬리브(130)를 축심으로 원주 방향을 따라 등간격으로 복수 개 배열된다. 이러한 플런저(140)는 플런저 실린더(150)에 의해 지지된다. 다시 말해, 플런저 실린더(150)에 복수 개의 플런저(140)가 동심적으로 배치될 수 있다.
플런저 실린더(150)에는 싱글 다이아프램(160)이 연결된다. 본 실시예에 적용되는 싱글 다이아프램(160)은 기계와 접촉하는 부분과 유체와 접촉하는 부분이 완벽하게 분리된 구조로서 유체에 압력을 가해 유체를 토출시키는 역할을 한다. 다시 말해, 본 실시예에서 싱글 다이아프램(160)은 펌핑하려는 유체와 기계 작동부분 사이에 설치되며, 유체가 기계 작동부분, 즉 플런저(140)나 플런저 실린더(150) 측의 기계 작동부분으로 넘어가지 못하게 하는 역할을 겸한다. 특히, 본 실시예에서 싱글 다이아프램(160)은 단일 개로 적용된다.
흡입부(123)와 토출부(122)가 위치하는 영역에는 복수의 원웨이 밸브(170, one way)가 마련된다. 원웨이 밸브(170)는 유체가 흡입되거나 토출될 때, 한쪽으로만 동작하게 작용한다.
복수의 원웨이 밸브(170)는 해당 위치의 밸브 브래킷(171)에 의해 지지될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 싱글 다이아프램 펌프(100)의 작용을 설명한다.
본 실시예의 경우, 편심 슬리브(130)의 동작을 통해 편심 슬리브(130)로 플런저(140)를 움직여 왕복운동을 진행한다.
편심 슬리브(130)가 복수 개의 플런저(140)를 밀어 앞뒤로 왕복운동을 진행하는 과정에서 플런저(140)는 싱글 다이아프램(160)을 밀고, 싱글 다이아프램(160)은 다시 유체를 미는 구조로 고압 펌핑을 구현할 수 있다.
즉 플런저(140)는 윤활유에 잠겨 있고, 플런저(140)가 앞뒤로 왕복운동을 하는 동시에 플런저 실린더(150)에 연결된 싱글 다이아프램(160)을 밀어 유체에 압력을 가해 작업을 진행한다. 앞서 기술한 것처럼 유체의 입출구 위치에는 원웨이 밸브(170)가 설치되어 있으므로 유체의 흡입, 작동, 토출의 3개 과정을 통해 유체의 고압 펌핑을 구현할 수 있다.
특히, 본 실시예의 펌프에는 싱글 다이아프램(160)이 적용되어 있어서 유체가 기계 부분과 접촉하지 않으며, 이로 인해 고체 입자를 포함한 유체의 고압 펌핑이 가능해질 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프의 제어블록도이다.
한편, 본 실시예의 경우, 펌프의 컨트롤을 위한 수단으로서 슬리브 구동부(293), 토출압력 감지부(291) 및 컨트롤러(280)가 더 탑재된다.
슬리브 구동부(293)는 편심 슬리브(130)와 연결되고, 편심 슬리브(130)를 구동시키는 역할을 한다.
토출압력 감지부(291)는 유체의 토출압력을 감지한다. 따라서, 토출압력 감지부(291)는 유체가 토출되는 토출부(122) 부근에 설치될 수 있다.
컨트롤러(280)는 토출압력 감지부(291)의 감지신호에 기초하여 슬리브 구동부(293)의 동작을 자동으로 컨트롤한다. 이러한 역할을 수행하는 컨트롤러(280)는 중앙처리장치(281, CPU), 메모리(282, MEMORY), 그리고 서포트 회로(283, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다.
중앙처리장치(281)는 본 실시예에서 토출압력 감지부(291)의 감지신호에 기초하여 슬리브 구동부(293)의 동작을 자동으로 컨트롤하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다.
메모리(282, MEMORY)는 중앙처리장치(281)와 연결된다. 메모리(282)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리일 수 있다.
서포트 회로(283, SUPPORT CIRCUIT)는 중앙처리장치(281)와 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(283)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 컨트롤러(280)는 토출압력 감지부(291)의 감지신호에 기초하여 슬리브 구동부(293)의 동작을 자동으로 컨트롤하는데, 이러한 일련의 컨트롤 프로세스 등은 메모리(282)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(282)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 중앙처리장치(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
본 실시예가 적용되더라도 저소음으로 고압력의 펌핑(pumping)이 가능해서 고체 입자를 포함한 유체(Fluid)의 고압 펌핑에 적합하여 효율을 종래보다 월등히 높일 수 있으며, 콤팩트한 구조로 인해 사용이 편리할뿐더러 유지보수가 수월해질 수 있다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
100 : 싱글 다이아프램 펌프 110 : 펌프 바디
111 : 바디 네크 120 : 펌프 커버
121 : 렌치볼트 122 : 토출부
123 : 흡입부 130 : 편심 슬리브
140 : 플런저 150 : 플런저 실린더
160 : 다이아프램 170 : 원웨이 밸브
171 : 밸브 브래킷

Claims (6)

  1. 복수의 부품이 내장되는 부품수용공간을 형성하는 펌프 바디;
    유체(Fluid)의 흡입 및 토출을 위한 흡입부와 토출부를 구비하며, 상기 펌프 바디의 일측에 착탈 가능하게 결합하는 펌프 커버;
    상기 부품수용공간의 일측에 마련되되 고체 입자를 포함한 유체의 펌핑을 위해 왕복운동하는 플런저를 지지하는 플런저 실린더;
    일측은 상기 플런저 실린더에 연결되고 타측은 상기 유체에 접촉하여 상기 유체에 압력을 가하되 단일 개로 적용되는 싱글 다이아프램; 및
    일단부는 상기 부품수용공간 내에 배치되어 상기 플런저와 연결되고 타단부는 상기 펌프 바디의 외측으로 노출되되 상기 플런저를 구동시키는 편심 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 싱글 다이아프램이 기계와 접촉하는 부분과 유체와 접촉하는 부분이 분리된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플런저는 상기 편심 슬리브를 축심으로 원주 방향을 따라 등간격으로 복수 개 배열되며,
    복수 개의 상기 플런저는 플런저 실런더에 의해 일체로 지지되는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부와 상기 토출부가 위치하는 영역에는 복수의 원웨이 밸브(one way)가 마련되며,
    상기 복수의 원웨이 밸브가 밸브 브래킷에 의해 해당 위치에 지지되는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 펌프 바디에는 상기 펌프 바디에서 일측으로 돌출되게 바디 네크가 마련되며,
    상기 바디 네크에는 윤활유의 공급을 위한 윤활 마개가 개폐 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 편심 슬리브를 구동시키는 슬리브 구동부;
    유체의 토출압력을 감지하는 토출압력 감지부; 및
    상기 토출압력 감지부의 감지신호에 기초하여 상기 슬리브 구동부의 동작을 자동으로 컨트롤하는 컨트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 플런저 방식 싱글 다이아프램 펌프.
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