KR102473012B1 - 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하는 유량 조절기 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유체(F)의 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)의 제 1 실제 값(IW1)을 결정하기 위한 제 1 센서(SF1, SP1), 예압 조절기(2)의 예압 출구(22)에서의 사전 정의가능한 예압(PV)을 설정하기 위한 상기 예압 조절기(2), 및 회전식 펌프 형태인 조절 펌프(3)를 포함하는, 유체(F)의 사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하기 위한 유량 조절기(1)에 관한 것이다. 상기 유체(F)는 동작 상태에서 유입 라인(20) 및 예압 입구(21)를 통하여 플랜트 압력(PA)에서 상기 예압 조절기(2)로 유도될 수 있고, 상기 예압 출구(22)와 조절 펌프(3) 사이에 제공된 유동 연결부(4)를 통하여 상기 예압(PV)에서 상기 조절 펌프(3)로 더욱 전달될 수 있다. 유체 조절기는, 상기 예압 출구(22)가, 상기 유체(F)가 예압 조절기(2)로부터 공급될 수 있고, 저압 연결부(32)를 통하여 상기 조절 펌프(3)로부터 흘러나와 유출 라인(5)으로 안내될 수 있도록, 상기 유동 연결부(4)를 통하여 유동 소통 방식으로 상기 조절 펌프(3)의 고압 연결부(31)에 연결되고, 상기 조절 펌프(3)의 회전 속도는, 상기 유체(F)의 상기 사전 정의가능한 체적 유량(VS)이 상기 유출 라인(5) 내에 설정될 수 있도록, 상기 예압(PV)에 반대로 작용하는 제한 압력(PB)이 상기 조절 펌프(3)를 이용하여 생성될 수 있는 방식으로, 상기 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)의 상기 제 1 실제 값(IW1)에 따른, 제 1 원하는 값(SW1)을 사용하여 조절 제어기(6)에 의해 설정될 수 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하는 방법에 관한 것이다.

Description

사전 정의가능한 체적 유량을 설정하는 유량 조절기 및 방법{FLOW REGULATOR AS WELL AS METHOD FOR SETTING A PREDEFINABLE VOLUME FLOW}

본 발명은 각각의 카테고리의 독립항의 전제부에 따라서 유동 시스템 내에 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하기 위한 유량 조절기 및 방법에 관한 것이다.

유동 시스템 내에서 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하기 위한 유량 조절기는 많은 설계 변형을 가지고 당업계에서 잘 알려져 있다. 본 발명을 더 잘 이해하기 위하여 당업계에서 흔히 사용되는 구성이 도 1 을 참조하여 개략적으로 예시된다. 본 발명을 당업계의 기술 상태에 알려진 솔루션과 구별하기 위하여, 도 1 내지 도 2 에 따르는 이미 공지된 솔루션에 대한 참조 번호에는 각각 따옴표가 부여되어 있는 반면에, 도 3a 내지 도 8c 에 따르는 본 발명에 따른 실시예의 특징에 관한 참조 번호에는 따옴표가 없다.

유동 시스템(100')에서 유체(F')의 사전 정의가능한 체적 유량(VS')을 설정하기 위한 유량 조절기(1')의 공지된 구성은, 유체(F')의 유체 유량(KF1')의 실제 값(IW1')을 결정하기 위한, 관통류 센서(SF1') 형태의 센서(SF1')를 포함한다. 유량 조절기(1')는 예압 조절기(2')의 예압 출구(22')에서 사전 정의가능한 예압(PV')을 설정하기 위한 예압 조절기(2') 및 조절 펌프(3')를 더 포함하고, 유체(F')는 동작 상태에서 유입 라인(20') 및 예압 입구(21')를 통하여 예압 조절기(2')로 공급될 수 있고, 예압(PV')에서 예압 출구(22')와 조절 펌프(3') 사이에 제공된 유동 연결부(4')를 통하여 조절 펌프(3')로 더욱 전달될 수 있다. 예압 출구(22')는, 유체(F')가 조절 펌프(3')의 예압 조절기(2')로부터 공급될 수 있고 조절 펌프(3')로부터 다시 흘러나와 고압 연결부(31')를 통하여 유출 라인(5')으로 안내될 수 있도록, 유동 소통 방식으로 유동 연결부(4')를 통하여 조절 펌프(3')의 저압 연결부(32')에 연결된다. 유체 유량(KF1')의 제 1 실제 값(IW1')에 따라, 조절 펌프(3')의 회전 속도는, 유체(F')의 사전 정의가능한 값 흐름(VS')이 유출 라인(5')에서 설정될 수 있도록 예압(PV')과 협동하는 증폭 압력(PVST')이 조절 펌프(3')를 이용하여 생성될 수 있는 방식과 유사한 방식으로, 원하는 값(SW1')의 사용을 사용하여 그리고/또는 조절 펌프(3')의 원하는 회전 속도 값(DI')을 사용하여 조절 제어기(명백하게 도시되어 있지는 않음)를 이용하여 설정될 수 있다.

유체(F')는 동작 상태에서 플랜트 압력(PA')에서 유입 라인(20')으로 공급되는데, 실제로 플랜트 압력(PA')은 심한 압력 변동 및/또는 광범위하게 가능한 한 양호한 방식으로 유량 조절기(1')에 의하여 조절되어야 하는 관통류 변동에 빈번하게 노출되고, 그리고/또는 체적 유량(VS')은 원하는 사전 정의된 체적 유량(VS')이 유출 라인(5')에 존재하도록 설정되어야 한다.

유량 조절기(1')의 모든 시리즈의 추가적 실시예, 예를 들어 센서(SF1')가 압력 센서(SF1')인 실시예 및/또는 복수 개의 센서들이 흐름 경로의 서로 다른 위치에 역시 제공될 수 있는 실시예들이 실무상 공지되어 있다. 예압 조절기(2')는 감압 유닛이고, 특히 수동 압력 조절기, 공기압 조절기, 전기 압력 조절기, 비례 밸브 또는 그 외의 적합한 감압 유닛일 수 있다.

예를 들어, 차단 밸브(SOV') 또는 유압 제한 엘리먼트(HB')는 선택적으로 도 1 에 따르는 구성에서 흔히 제공될 수 있는데, 그 기능은 당업자에게 주지되어 있으며, 또한 본 발명을 이해하는 데 있어서 거의 아무런 역할을 하지 않는다.

일 예로서 도 1 을 참조하여 개략적으로 설명된 바와 같은 당업계에서 공지된 유량 조절기(1')의 본질적 문제는, 예압 조절기(2')가 흔히 수동 예압 조절기(2')라는 것 그리고 단독으로 사용되는 경우 본질적으로 P 조절기를 실제로 작동하게 한다는 것이다.

이러한 공지된 수동 예압 조절기(2')는 도 2 를 참조하여 개략적으로 예시된다.

여기에서, 무엇보다도 결국에 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)가 공지된 예압 조절기(2')에 의하여 대두되는 단점을 처음으로 신뢰성있게 치유하기 때문에, 도 2 에 따르는 예압 조절기(2')도 역시 도 3a 내지 도 8c 에 따르는 본 발명에 따른 유량 조절기(1)에 특히 바람직한 방식으로 제공될 수 있다는 것에 명백하게 주목해야 하는데, 이것은 후술하는 본 발명의 상세한 설명 부분에서 상세하게 설명될 것이다.

그 예시가 단지 개략적으로 그리고 이러한 종류 또는 유사한 종류의 모든 공지된 예압 조절기의 예로 이해되어야 하는, 도 2 에 따라 그 자체로서 공지된 예압 조절기(2')는 모든 P 조절기들에 대한 특정한 예이고, 주어진 예시에서는 P 조절기로 설계되며, 제어 챔버(SK') 및 조절 챔버(RK')를 가지는 하우징(G')을 포함한다. 유체(F')는, 조절 피스톤(K')이 제어 챔버(SK') 내에 제공된 압력 스프링(F')에 의하여 선하중을 받은 상태로, 플랜트 압력(PA')에서 예압 입구(21')를 통하여 제어 챔버(SK')로 공급된다. 도 2 에서 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 예압 출구(22')에서의 유체(F')의 예압(PV') 및/또는 관통류가 사전 정의가능한 체적 유량(VS')으로 설정될 수 있는 방식으로 제어 챔버(SK')의 유효 관통류 표면(FEF')이 설정될 수 있도록, 멤브레인(M')에 작용하는 사전 정의가능한 조절 힘(RKR')을 이용하여 압력 스프링(F')의 스프링 힘에 대하여 조절 피스톤(K')이, 포지셔닝될 수 있는 방식으로, 조절 피스톤(K')은 조절 막대(RS')를 통하여 탄성 멤브레인(M')에 효과적으로 연결된다. 이러한 방식으로 제어 챔버(SK')는 본질적으로 제어 및 조절 스로틀(throttle)을 형성한다. 조절 힘(RKR')이 증가된다면 예압(PV')이 더 커지고, 조절 힘(RKR')이 감소된다면 유효 관통류 표면(FEF') 및 예압(PV')이 이와 유사하게 대응하는 방식으로 역시 감소된다.

무엇보다도, 유체(F')가 실질적으로 비압축성 액체, 예컨대 물, 오일, 슬러리, 혈액 또는 그 외의 실질적으로 비압축성 액체인 한, 체적 유량(VS')은 완전한 유동 시스템 및 실제에서 예압 조절기(2') 전후에 각각 실질적으로 동일하다.

이러한 비례 조절기(P 조절기)는 오랫동안 당업자에게 알려진 바와 같은 일련의 단점을 가진다. 순수 P 조절기로서, 조절기는 멤브레인(M')의 존재가능한 히스테리시스 이외에, 메모리를 가지지 않는다. 이것은, 순수 P 조절기로서 조절기가 조절 경로 또는 조절 편차의 속도의 이전의 이력을 고려하지 않고 언제나 현재의 입력 파라미터(조절 힘(RKR'))에만 반응한다는 것을 의미한다. 이것은 순수 P 조절기로서, 조절기가 적분 성분 및 미분 성분을 가지지 않는다는 것을 의미한다.

더욱이, 자신의 휨 거동에 대하여 멤브레인(M')은, 완전히 동일한 조절 힘(RKR')에 대하여 완전히 같은 힘이 언제나 조절 피스톤(K')에 및/또는 압력 스프링(F')에 작용하지는 않도록 하는 방식으로, 압력 진행(pressure progression)에 있어서 다소 크게 두드러지는 히스테리시스를 흔히 가진다. 멤브레인(M')의 휨 거동이 히스테리시스를 겪기 때문에, 예를 들어 멤브레인(M')이 이전의 이력에 따라 어떤 내재 장력(inherent tension)을 받는 경우가 발생할 수 있는데, 내재 장력은 예를 들어 멤브레인(M')의 잔여 내재 장력이 어떤 방향으로 작용하는지에 따라 조절 힘(RKR')의 일부를 보상하거나 이에 가산한다. 이것은 자연적으로, 특히 매우 작은 체적 유량(VS') 및/또는 매우 작은 예압(PV')을 조절하는 데에 매우 부정적인 영향을 미치는데, 그 이유는 특히 이러한 예에서 조절 피스톤(K')에 작용하는 힘의 작은 편차가 결과적으로 체적 유량(VS')에 비교적 큰 편차를 야기할 수 있기 때문이다.

당업자들에게 알려져 있고 논의된 문제점과 연관되는 또 다른 커다란 단점은, 설정된 체적 유량(VS')이 더 작아질수록 및/또는 예압 입구(21')에 존재하는 플랜트 압력(PA')이 더 작아질수록, 도 2 의 예압 조절기(2')가 작은 체적 유량(VS')에 대하여 및/또는 작은 도입된 플랜트 압력(PA')에 대하여 더 열악해지는 분해능(resolution)을 가진다는 것이다. 게다가, 당업자가 주지하고 있는 바와 같이, 이러한 수동 조절기는 전체 조절 범위에 걸친 조절에 있어서 항상 어떤 편차를 가진다.

당업자에게 알려져 있는 이러한 단점과 추가적인 단점들은 성질상 예압 조절기(2') 및 조절 펌프(3')로 이루어지는 공지된 유량 조절기(1')의 조절 거동(behavior)에 부정적으로 영향을 미친다. 이와 관련하여, 예압 조절기(2')만이 공지된 유량 조절기(1')의 단점에 대한 책임을 져야 하는 것은 아니다. 도 1 에 따르는 어셈블리도 역시 이러한 구성에 의하여 근본적으로 회피할 수 없는 어떤 단점들을 가진다.

따라서, 예를 들어, 이미 언급된 바와 같이, 체적 유량(VS')은 상응하게 적은 체적 유량(VS')에 대하여 및/또는 상응하게 낮은 플랜트 압력(PA')에 대하여 커다란 불확실성을 가지고 조절될 수밖에 없을 수 있고, 최악의 경우에는 매우 작은 체적 유량(VS')에 대하여 또는 매우 작은 플랜트 압력(PA')에 대하여 조절이 아예 불가능할 수도 있다. 또한 예압(PV') 및/또는 체적 유량(VS')은 정확하게 제로로 조절될 수 없다. 특히, 체적 유량(VS')의 유동 방향은 속성상 반전될 수 없다.

이에 대한 이유는 실제로 명백하다. 조절 펌프(3')는 이론적으로 체적 유량(VS')을 증가시킬 수만 있고 감소시킬 수는 없으며, 이는 조절 펌프가 예압(PV')과 동일한 방식으로 압력을 더욱 증가시킬 수만 있기 때문이다. 이것은 조절 펌프(3')의 회전 속도가 더 커질수록, 체적 유량(VS')이 더욱 커져서 어떤 최대의 가능값으로 증가될 수 있다는 것을 의미한다. 이에 반해, 조절 펌프(3')의 회전 속도가 더욱 감소되면, 체적 유량(VS')은, 펌프의 정지(standstill)시 더 이상 증폭되지 않고 플랜트 압력(PA')에 및/또는 예압 조절기의 설정 및 영향에만 의존할 때까지 점점 적게 증폭된다.

따라서 상응하게 작은 체적 유량(VS')이 설정되어야 하는 경우, 도 1 에 따르는 공지된 유량 조절기(1')의 조절 거동은 오직 예압 조절기(2')에 의해서만 점점 더 지배되고, 이러한 방식에서는 역시 위에서 설명된 단점이 나타난다.

하지만, 중간 조절 범위 어딘가에 위치하는 것을 의미하는, 너무 작지도 않고 너무 크지도 않은 체적 유량(VS')에 대해서도 역시, 공지된 유량 조절기(1')는 불리한 속성을 가진다. 따라서, 이것은, 특히 급속한 편차에 대하여, 특히 또한 더 큰 체적 유량(VS')까지의 편차에 대하여 불충분한 방식으로 반응할 수밖에 없는데, 그 이유는 조절 펌프(3')가 갑작스럽게 증가하는 체적 유량(VS')에 대해서 및/또는 갑작스럽게 증가하는 예압(PV')에 대해서만 반응할 수 있을 뿐이고, 따라서 조절 펌프(3')의 회전 속도가 감소되기 때문이며, 이것은 체적 유량(VS')의 증폭이 조절 펌프(3')에 의하여 약화된다는 것을 의미한다. 그러나, 조절 펌프(3')는 체적 유량(VS') 및/또는 예압(PV')을 능동적으로 감소시킬 수는 없다. 특히 이것은 제로에 가깝지도 않고 최대 체적 유량(VS')의 상한에 가깝지도 않는 것을 의미하는 중간 크기 체적 유량(VS')에 대하여 다소 비선형적인 조절 거동을, 그리고 공지된 유량 조절기(1')의 다소 불안정한 조절 거동을 흔히 야기한다.

결론적으로, 특히 실무와 관련된 조절 범위에서, 즉 작은 체적 유량(VS') 및/또는 작은 플랜트 압력(PA')의 범위에서, 및 조절될 유동 시스템이 실제로 거의 대부분의 시간 동안 작동되는 중간 조절 범위에서, 도 1 에 따르는 공지된 유량 조절기(1')는 심각한 단점을 가지는데 이러한 단점들은 그 장치의 속성에 의한 따른 것이고, 예를 들어 간단한 순응적 개조 및/또는 배치 수단에 의해서는 해소될 수 없다.

이러한 이유로 본 발명의 목적은 공지된 종래 기술로부터 알려진 유량 조절기의 단점이 해소되는 이용가능한 유량 조절기를 제조하는 것이다. 이러한 유량 조절기는, 특히 작은 체적 유량에서도 또는 작은 예압에서도, 유동 시스템 내의 체적 유량의 충분히 신뢰가능한 조절 거동을 보장할 수 있고, 특히 이를 이용하면 체적 유량은 정밀하게 제로로도 조절될 수 있다. 더욱이, 추가적으로 유동 시스템 내의 체적 유량의 유동 방향을 반전시키는 것이 가능해질 것이고, 중간 크기의 체적 유량에 대해서도, 신뢰가능하고 및/또는 실질적으로 선형인 조절 거동을 보장하는 것이 가능해질 것이다. 더욱이, 본 발명에 따르는 새로운 유량 조절기의 장점을 이용하기 위하여 현존하는 플랜트가 전체적으로 또는 부분적으로 반드시 갱신될 필요는 없는 방식으로, 몇 개의 컴포넌트들을 본 발명에 따르는 유동 시스템에 맞게 교환함으로써 이미 존재하는 유동 시스템을 개보수하는 것이 가능해질 것이다. 이와 관련하여, 특별한 경우에는, 화학적으로 또는 물리적으로 고반응성인 액체 또는 예를 들어 생물학적으로 또는 의학적으로 매우 민감한 액체의 체적 유량이나 고순도 액체의 체적 유량에 대해서도, 유량 조절기가 이러한 액체에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 문제가 없이 조절될 수 있는 방식으로 구성되어야 한다.

공정 엔지니어링 관점에서 및 장치의 관점에서 이러한 목적을 만족시키는 본 발명의 기술 요지는 각각의 카테고리의 독립항의 구성을 특징으로 한다.

개별 종속항들은 본 발명의 특히 바람직한 실시예들에 관련된다.

본 발명에 따르면, 유체의 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하기 위한 유량 조절기로서, 상기 유체의 제 1 흐름 파라미터의 제 1 실제 값을 결정하기 위한 제 1 센서, 예압 조절기의 예압 출구에서의 사전 정의가능한 예압을 설정하기 위한 상기 예압 조절기, 및 회전식 펌프 형태인 조절 펌프를 포함하는 유량 조절기가 제안된다. 상기 유체는 동작 상태에서 유입 라인 및 예압 입구를 통하여 플랜트 압력에서 상기 예압 조절기로 공급될 수 있고, 상기 예압 출구와 조절 펌프 사이에 제공된 유동 연결부를 통하여 상기 조절 펌프로 더욱 전달될 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 예압 출구는, 상기 유체가 상기 조절 펌프의 예압 조절기로부터 공급될 수 있고, 저압 연결부를 통하여 상기 조절 펌프로부터 다시 흘러나와 유출 라인으로 안내될 수 있도록, 상기 유동 연결부를 통하여 유동 소통 방식으로 상기 조절 펌프의 고압 연결부에 연결되고, 상기 조절 펌프의 회전 속도는, 상기 유체의 상기 사전 정의가능한 체적 유량이 상기 유출 라인 내에 설정될 수 있도록, 상기 예압에 반대로 작용하는 제한 압력이 상기 조절 펌프를 이용하여 생성될 수 있는 방식으로, 상기 제 1 흐름 파라미터의 상기 제 1 실제 값에 따라, 제 1 원하는 값을 사용하여 조절 제어기에 의해 설정될 수 있다.

본 발명에서, 예압 조절기의 예압 출구가 유동 소통 방식으로 유동 연결부를 통하여 조절 펌프의 고압 연결부에 연결되어, 유체가 예압 조절기로부터 고압 연결부로 공급될 수 있고, 조절 펌프의 저압 연결부로는 공급될 수 없도록 하는 것이 중요하다. 이것은, 조절 펌프가 체적 유량 및/또는 예압을 증가시키기 위한 증폭 수단으로서 공지 기술과 같이 작동하지 않지만, 동작 상태에서 조절 펌프는 예압에 반대로 작용하는 제한 압력을 생성함으로써, 유체의 사전 정의가능한 체적 유량이 유출 라인에 생성될 수 있게 하되, 체적 유량이 조절 펌프에 의하여 감소되고, 공지기술과 같이 증가되지 않는다는 것을 의미한다. 이러한 이유로, 유체는 바람직하게는 증가된 입구 압력 및/또는 플랜트 압력에서, 본 발명에 따르는 유량 조절기 및/또는 유량 조절기로 이미 공급되고, 특히 조절 펌프 및/또는 예압 조절기는 이러한 요구 사항에 대응하도록 설계된다. 또는 간단한 방식으로 표현하면, 조절 펌프는 예압 조절기로부터의 체적 유량에 반대로 펌핑하고 당업계에 공지된 유량 조절기의 경우와 같이 체적 유량에 대응하여 펌핑하지 않는다.

따라서, 특히 작은 체적 유량에 대하여 또는 작은 예압에 대해서도, 유동 시스템 내의 체적 유량의 조절 거동을 충분히 신뢰성있게 보장하는 것이 처음으로, 체적 유량은 심지어는 제로에 충분히 가깝도록 조절될 수 있고, 더 나아가 필요하다면 유동 시스템 내의 체적 유량의 유동 방향을 반전시키는 것도 역시 이론적으로 가능하다. 그러나, 중간 크기의 체적 유량에 대해서도, 신뢰가능하고 및/또는 실질적으로 선형의 조절 거동이 본 발명에 따르는 유량 조절기를 통하여 보장될 수 있다.

더욱이, 이론상 본 발명에 따르는 새로운 유량 조절기의 장점을 이용하기 위하여 현존 플랜트를 완전히 갱신할 필요가 없도록, 간단히 조절 펌프의 반전에 의하여 또는 본 발명에 따르는 역류 작동 방식으로 작동될 수 있는 서로 다른 적합한 조절 펌프로 조절 펌프를 교환함으로써 현존 유동 시스템을 본 발명에 따르는 유동 시스템으로 개조할 가능성이 존재한다. 이러한 경우에 조절 제어는 실무상 대응하도록 순응될 수 있을 것이며, 어떤 경우에는 이와 유사하게 교체될 수 있을 것으로 이해된다.

이는 예압 조절기의 부정적 성질이 본 발명에 따르는 조절 펌프의 사용을 통하여 가능한 한 보상될 수 있기 때문에 역시 가능하다. 대안적으로는, 본 발명에 따르는 유량 조절기에 있어서, 예압 조절기의 성질은 당업계에 공지된 유량 조절기의 경우보다 관련성이 적은데, 이는 본 발명에 따르는 유량 조절기의 경우에 체적 유량은 더 신뢰성있게 안정화될 뿐만 아니라, 사전 정의된 원하는 값으로 더 빨리 안정화될 수 있기 때문이다. 이것은 바로, 조절 펌프가 체적 유량에 반대로 펌핑하고, 따라서 시스템이 안정화될 사전 정의된 원하는 값으로 더욱 양호하게 안정화될 수 있는, 서로 반대로 작용하는 두 개의 공정 파라미터로 구축되기 때문이다. 서로에 반대로 작용하는 언급된 공정 파라미터는, 제한 압력을 통하여 조절 펌프에 의하여 반대로 작용되고 이와 공조하지 않는, 유량 조절기로 흘러 들어가는 플랜트 압력에 의하여 생성된 체적 유량이다.

무엇보다도, 이것은, 본 발명에 따르는 유량 조절기가 더 신뢰성있게 그리고 더 정확하게 작동하는 것뿐만 아니라, 더 간단한 방식으로 조립될 수 있고 더 비용-효과적으로 이용가능할 수 있다는 것을 의미하는데, 이는, 예를 들어 매우 간단한 예압 조절기, 예를 들어 간단한 기계적 P 조절기가 사용될 수 있고, 이러한 방식으로 흔히 매우 고가의 전자적 PI 또는 PID 조절기를 사용해야 할 필요성이 없기 때문인데, 이러한 조절기는 비쌀 뿐만 아니라 간단한 디자인의 강건한, 기계적 P 조절기보다 외란에 더 민감하다.

후속하는 설명에서 좀 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 완전히 자기적으로 저장되는 회전식 펌프가 실제로 조절 펌프로서 사용될 수 있는데, 이것을 사용하면 화학적으로 또는 물리적으로 고반응성인 액체의 체적 유량 또는 예를 들어 생물학적으로 또는 의학적으로 매우 민감한 액체의 체적 유량 또는 고순도 액체의 체적 유량도 역시 유량 조절기가 이러한 액체에 부정적으로 영향을 주지 않고 특히 유리한 방식으로 문제 없이 조절될 수 있다.

본 발명에 따르는 유량 조절기의 바람직한 실시예에 있어서, 제 1 센서는 제 1 관통류 센서이고, 상기 제 1 흐름 파라미터는 상기 유체의 유체 유량인 것을 특징으로 하고, 다른 실시예에서는 추가적으로 또는 대안적으로는 제 1 센서는 제 1 압력 센서이고, 상기 제 1 흐름 파라미터는 상기 유체의 유체 압력인 것을 특징으로 한다. 또는 더 간단히 표현하면, 조절 펌프는, 특히 예를 들어 압력 센서를 사용하여 또는 관통류 센서를 사용하거나 어떤 상황에서는, 그 외의 적합한 센서를 사용하여 제어 및/또는 조절될 수도 있다; 여기에서 실제로는 아마도 센서의 측정 파라미터에 대한 가능하게 적절한 보정이 요구되지만, 이것은 일반적으로 당업자에게 특별히 곤란한 것이 아니다.

여기서 제 1 센서는 예를 들어 상기 조절 펌프의 상기 저압 연결부의 하류에 있는 유출 라인에 제공될 수 있고, 및/또는 상기 제 1 센서는 성질상 상기 예압 조절기와 상기 조절 펌프 사이의 유동 연결부에 제공될 수 있다. 실제로 사용하기 위한 센서의 구성의 몇 가지 가능한 변형예들이 후속하는 설명에서 도면을 참조하여 예시에 의하여 좀 더 상세하게 설명될 것이다.

요구되는 경우에, 추가 펌프가 예를 들어 유출 라인에서 추가로 제공될 수 있으며, 특히 압력 증가의 역할을 하는 회전식 펌프가 부스터 펌프로서 제공될 수 있으며, 이를 이용하여 유체의 체적 유량이 필요한 경우에 더 증가될 수 있다. 그러나, 부스터 펌프는 예를 들어 예압 조절기의 전면에도 역시 배치되어, 플랜트 압력이 압력 조절기에 대하여 증가된 압력으로 예압 입구를 통해서 공급될 수 있게 할 수 있는데, 그 결과 체적 유량이 증가될 수 있을 뿐만 아니라, 어떤 상황에서는 조절 특성도 역시 개선될 수 있다. 일 구현예로서, 조절 펌프 또는 추가 펌프의 회전자는 영구자석을 포함하거나, 조절 펌프 또는 추가 펌프의 회전자는 평평한 디스크 회전자일 수 있다.

본 발명의 유량 조절기의 조절 특성에 대한 추가적인 개선 사항으로서, 유체의 사전 정의가능한 체적 유량이 유출 라인에 설정될 수 있는 방식으로, 추가적 제어 수단으로서, 추가 펌프의 회전 속도가 예를 들어 제 2 흐름 파라미터의 제 2 실제 값에 따라, 제 2 원하는 값을 사용하여 제어 및/또는 조절될 수 있게 하는 방식으로, 적어도 하나의 제 2 센서가 유체의 제 2 흐름 파라미터의 제 2 실제 값을 결정하기 위하여 유출 라인의 추가 펌프의 하류에 배치될 수 있다. 여기에서 제 2 센서는, 예를 들어 제 2 관통류 센서일 수 있고, 상기 체적 유량을 설정하기 위하여, 상기 조절 제어 및 상기 추가적 제어는 상기 제 2 실제 값을 판독하기 위하여 신호 전달 방식으로 상기 제 2 관통류 센서와 병렬 연결될 수 있으며, 상기 조절 제어 및 상기 추가적 제어에는 공통의 원하는 값이 병렬로 공급될 수 있다.

또 다른 실시예에서 제 2 센서는 제 2 압력 센서일 수 있고, 상기 체적 유량을 설정하기 위하여, 상기 조절 제어 및 상기 추가적 제어는 상기 제 2 실제 값의 판독을 위하여 신호 전달 방식으로 상기 제 2 압력 센서와 병렬 연결될 수 있으며, 상기 조절 제어 및 상기 추가적 제어에는 상기 공통의 원하는 값이 병렬로 공급될 수 있다.

상기 예압을 설정하기 위하여, 상기 예압 조절기는 예를 들어 능동 또는 수동 예압 조절기일 수 있으며, 특히 상기 제 1 센서 및/또는 상기 제 2 센서에 의하여 영향받는 능동 예압 조절기일 수 있다. 여기에서 예압 센서가 또한 상기 유입 라인에 및/또는 상기 유동 연결부에 및/또는 상기 유출 라인에 제공될 수 있고, 상기 예압이 능동적으로 설정될 수 있도록 신호 전달 방식으로 상기 능동 예압 조절기에 연결될 수 있다.

당업계에 일반적으로 공지되어 있는 바와 같이, 예압 조절기는 실제로 감압 유닛, 특히 수동 압력 조절기, 공기압 조절기, 전기 압력 조절기, 비례 밸브 또는 그 외의 적합한 감압 유닛일 수 있다.

비록 본 발명에 따르는 유량 조절기의 조절 펌프가 이론상 임의의 회전식 펌프로서 구현될 수 있지만, 후속하는 설명에서는 특정 부류의 회전 펌프가 설명되는데, 이 펌프는 매우 특별한 애플리케이션에 대하여 및/또는 매우 민감한 액체의 이송에 대하여 특히 특별한 장점을 제공하는 소위 무베어링 모터에 의하여 구동되고, 이들은 종래에 저장된 회전 펌프에 대해서는 이용가능하지 않다.

이러한 특수한 회전식 펌프 또는 예를 들어 이미 기본적으로 EP 0860046 A1 및 EP 0819330 A1 에서 각각 개시되는 것과 같은 회전 펌프는 하우징 및 하우징 내에 배치된 펌프 휠을 포함하고, 여기에서 펌프 휠은 수동의 자기적으로 작동하는 회전자부를 가지고 하우징은 고정자 및 회전자부가 소위 무베어링 모터로서 상호작용하도록 하는 방식으로 배치, 구성 및 제어가능한 전기 코일 및 치부(teeth)를 가진 고정자에 의하여 둘러싸인다.

본 출원의 관점에서 무베어링 모터를 사용함으로써, 펌프의 회전자부는 3 자유도에 대하여 능동적으로 제어될 수 있고, x 및 y 방향으로 회전축에 수직으로 연장되는 평면에서의 회전자부의 위치 및 회전자부에 대해 원주 방향으로 작용하는 토크는 모두 전기 코일의 대응하는 제어에 의하여 사전 정의될 수 있다.

여기에서 회전자부 및 고정자의 치부는 예를 들어, 회전자가 하우징 내에서 구동될 수 있고 부양 방식으로 무접촉식으로 안정적으로 배치되도록 수동적으로 척력을 작용시킴으로써, 회전자부가 고정자 내에서 추가적인 비능동적으로 제어가능한 3 자유도에 대하여 홀딩될 수 있는 방식으로, 기하학적 관점에서 서로에 대하여 상호 적응된 방식으로 구성되고 배치될 수 있다. 이러한 구성의 장점은, 회전축에 수직으로 연장되는 평면에 대하여 회전자의 위치가, 제어가능한 토크가 회전자에 작용할 수 있도록, 그리고 회전자의 위치가 안정한 위치에서 자력을 수동적으로 작용시킴으로써 추가 3 자유도에 대하여 고정자 내에서 홀딩될 수 있도록, 능동적으로 제어될 수 있다는 점에서 발견될 수 있다.

여기에서 회전 펌프는 예를 들어 축상 펌프 또는 원심 펌프의 형태로 구성될 수 있는데, 회전자는 축상 펌프의 축상 휠로서 또는 원심 펌프의 원심 휠로서 대응하도록 구성된다. 축상 휠 또는 원심 휠의 컴포넌트일 수 있는, 자기적으로 작용하는 회전자부는 수동적으로 작용하는 자력만을 이용하여 회전축의 방향 및/또는 축방향으로 유지된다. 이러한 이유로 고정자 및 회전자부는, 회전 펌프(rotational pump) 또는 회전식 펌프(rotary pump)의 작동을 위하여 회전자에 작용하는 충분히 큰 수동적으로 작용하는 자력이 발생되게 하는 방식으로 구성된다. 이것은 회전자부와 고정자부의 자기적으로 작용하는 컴포넌트들의 대응하는 디자인 및 기하학적 구성을 통해서 달성될 수 있는데, 예를 들어, 고정자부의 치부가 축방향으로 회전자부와 대략 동일한 높이를 가지는 것 및 회전자부의 직경이 축방향에서의 자신의 높이보다 적어도 두 배 더 크게 설계되는 것에 의하여 달성되는데, 이는 이것이 "평평한(flat) 회전자부"라는 것을 의미한다. 축방향으로 수동적으로 작용하는 자력은 회전자 뿐만 아니라 고정자부 의 영구적인 자기 바이어스에 의하여 더욱 증가될 수 있다. 축방향의 저장력은, 추가적 베어링 장치, 예컨대 펌핑액에 의하여 형성되고 및/또는 지원되는 유체역학적으로 작용하는 베어링에 의하여 더욱 증가될 수 있다. 더욱이, 회전자부를 매우 큰 축상 힘을 위한 특정 위치에 유지시키기 위하여 비상용 베어링 장치로서의 역할을 하는, 축방향으로 작용하는 기계적 베어링 장치를 제공하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다.

수 년간 이미 성공적으로 실제 사용되고 있는 무베어링 모터는, 전자기 코일을 가지는 고정자 뿐만 아니라 회전자를 포함하는 전자적으로 제어가능한 베어링 및 구동 장치인 것으로 당업자에게 이해된다. 무베어링 모터의 회전자는 전기 머신의 공지된 원리에 따라서 구동될 수 있는데, 이는 동기 모터의 설정된 패턴에 따라서, 릴럭턴스 모터 또는 인덕션 모터라는 것을 의미한다. 무베어링 모터의 회전자는 자기적으로 작용하는 힘에 의하여, 적어도 회전축에 수직으로 연장되는 평면에서 고정자 내에서 무접촉식으로 유지된다. 전자기 코일은, 회전자의 위치가 회전자의 회전축에 수직으로 연장되는 평면에서 능동적으로 영향받을 수 있는 방식으로 제어될 수 있다. 회전자의 위치는 센서를 이용하여 모니터링되고, 전자기 코일은 회전자가 회전자의 회전축에 수직으로 연장되는 평면에서 고정자 내에서 유지되도록 무접촉식으로 조절가능한 방식으로 대응하도록 설계된 제어 장치에 의하여 제어된다. 더욱이, 토크는 이것이 자신의 축방향 축 주위의 회전을 경험하게 하도록 고정자의 전자기 코일의 대응하는 제어를 통해서 생성될 수 있다. 따라서 이러한 소위 무베어링 모터는 3 개의 자유도, 즉 x 및 y 방향에서의 위치, 및 자신의 축 주위의 회전에 대하여 회전자를 제어할 수 있다. 이러한 특성을 가지는 무베어링 모터는 서로 다른 구조적 형상으로써 구성될 수 있다.

이러한 무베어링 모터는, 예를 들어 회전자가 예를 들어 교차 방식으로 구성되고, 고정자가 회전자 주위의 원주의 방향으로 배치되고 방사상 방향으로 연장되는 복수 개의 전기적으로 개별적으로 제어가능한 코일로 구성된다는 점에서 릴럭턴스 모터로서 구성될 수 있다. 이러한 코일은 바람직하게는, 회전자가 회전축에 수직으로 연장되는 평면에 대하여 부양 방식으로 유지되고, 회전자는 회전 자기장(magnetic rotary field)이 코일에 의해 생성되어 회전축 주위에서 회전 방식으로 구동될 수 있는 방식으로 제어 가능하다.

그러나, 무베어링 모터는 또한, 예를 들어 회전자가 방사상 방향으로 연장되는 영구자석을 가지고 고정자가 회전자의 회전축 주위로 회전자를 회전축 주위에서 구동하는 회전 자기장을 생성하는 구동 코일이라고도 불리는 회전 필드 코일을 가진다는 점에서, 동기 모터와 유사하게 구성될 수도 있다. 더욱이, 고정자는 회전축에 수직으로 연장되는 평면에서의 회전자의 위치를 제어하기 위하여 별도의 제어 코일을 가질 수 있고, 회전자의 및/또는 자속 밀도의 위치는 센서에 의하여 결정되며 제어 코일은 회전자가 무접촉식 방식으로 고정자 내에서 고정자의 축에 수직으로 연장되는 평면에서 유지되는 방식으로 제어 장치에 의하여 제어된다.

이러한 무베어링 모터와 대응하도록 구성되고 축상 펌프로서 또는 원심 펌프로서 구성되는 회전식 펌프 또는 회전 펌프는 고순도, 고반응성, 폭발성 또는 유독성 유체 및 액체의 운송을 위하여 특히 적합하고, 마찬가지로 유사하게 예를 들어 혈액 펌프로서도 특히 적합하다.

무접촉식 저장으로 인해 회전자는 예를 들어 높은 회전 속도로 작동될 수 있어서, 회전 펌프가 매우 작은 구조적 크기에 대해서도 역시 높은 운송 성능을 가진다. 회전자도 역시 시간 상 변동 가능한 회전 속도에서 동작될 수 있고 유체가 펄스형 방식으로도 운송될 수 있다는 이러한 회전 펌프의 추가적 장점이 발견될 수 있는데, 반면에 특히 이것은 이러한 펌프가 신속하게 조절될 수 있으며, 따라서 예를 들어 유동 시스템 내의 급속한 압력 변동이 본 발명에 따르는 유량 조절기를 포함하는 이러한 펌프를 이용하여 문제점이 없이 조절될 수 있다는 것을 의미한다. 회전자의 회전 속도는 정지 상태와 매우 고속의 회전 사이에서 자유롭게 제어될 수 있어서, 회전 펌프가 이송된 양에 대하여 큰 동적 범위를 가질 수 있고, 매우 작은 양의 유체 및 또한 매우 큰 양의 유체 모두가 이송될 수 있게 하며, 이를 통해서 본 발명에 따르는 유량 조절기의 조절의 매우 높은 동적 성질 및 정확도가 추가적으로 긍정적으로 영향받게 된다.

그러나, 본 발명에 따르는 유량 조절기의 조절 특성만이 아니라 다른 것도 무베어링 모터를 사용함을 통해서 매우 긍정적으로 영향받게 된다. 언급된 바와 같이, 무베어링 모터의 원리에 기초하는 원형 펌프는 특히 양호한 방식으로 민감성 또는 고순도 액체, 예컨대 서로 다른 종류의 생물학적 또는 기술적 액체와 유사하게 역시 기계적 영향에 특히 민감한 방식으로 반응하는 액체인 혈액을 이송하기에 특별히 적합하다.

따라서, 민감한 액체, 예컨대 혈액 또는 고순도의 약학적, 생물학적 또는 화학적 제제와 관련하여, 오염은 반드시 제거되어야 한다. 이러한 오염은, 예를 들어 종래의 기계적 베어링에 대하여 베어링 윤활제 또는 기계적 마모의 형태로 발생할 수 있고, 유동 시스템 내의 유체에 오염이 생기게 할 수 있다.

만일 유동 시스템이, 예를 들어 동작 도중에 심장에 대한 바이패스를 형성하는 혈액 펌프, 캐눌라 및 입구로 구성되는 유동 시스템을 의미하는, 예를 들어 사람 또는 동물의 혈액 순환을 지원하기 위한 심실 지원 시스템이거나, 장시간의 애플리케이션에서 약화된 심장에 대한 릴리프(relief)로서 제공된다면, 혈액의 체적 유량을 의미하는 관통류의 양이 연속적으로 모니터링되어야 하고 적합한 제어에 의하여 민감하게 조절되어야 하는 매우 중요한 시스템 파라미터이다. 혈액의 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하는 것은 이러한 유동 시스템의 서로 다른 양태에 대해서 특히 중요한 도전 과제이다.

예를 들어, 만일 협착 및/또는 국부적인 강한 기계적 부하가 심실 지원 시스템에서 발생한다면, 예를 들어 유동 시스템 내의 임펠러와 펌프의 하우징 사이의 혈액의 압축이 발생한다면, 적혈구 세포의 파괴 및 압착(squashing)이 발생하거나 혈액의 침착물 및/또는 잔여물, 최악의 경우에는 심지어 혈액의 응고가 발생할 수 있으며, 이것이 환자에게 극심한 부상, 예컨대 혈전증, 혈관 폐색 및 심지어 경색을 및 최악의 경우에는 환자의 죽음에까지 이르게 할 수 있다.

무베어링 모터를 펌프의 구동부로서 사용하면, 펌프의 회전자가 하우징 내에서 자유롭게 부유하기 때문에, 그리고 기계적 베어링이 존재하지 않고 이러한 이유로 액체의 압착의 위험성이 실질적으로 배제되기 때문에 이러한 위험을 완전히 제거한다.

본 발명에 따르는 유량 조절기의 조절 펌프, 추가 펌프, 및 연결 라인의 전부 또는 일부, 압력 조절기 및 심지어는 센서 또는 다른 컴포넌트들도 역시 일회용 부품으로서 또는 일회용 제품으로서 구성될 수 있다.

본 출원의 문맥에서 일회용 부품 또는 일회용 제품이란, 일회 사용만을 위한 것으로 결정되고 일회 사용 이후에 세척되거나 살균되거나 임의의 다른 방식으로 저장되지 않고, 특정한 의도된 애플리케이션에 대해서는 그것의 일회 사용 이후에 다시 사용되지 않으며, 일반적으로 이것의 일회 사용 이후에는 폐기되는 부품인 것으로 이해된다. 유량 조절기 또는 유량 조절기의 특정 컴포넌트들은, 유량 조절기가 고순도 액체용으로 또는 민감한 액체, 예컨대 고순도 약학적 액체, 생물학적 액체 또는 의학적 액체용으로 사용되는 경우에는, 일회용 제품으로서 또는 폐기가능한 제품으로서 구성되는 것이 특히 바람직하다. 특히, 제 1 액체에 대하여 한 번 사용된 유량 조절기의 컴포넌트가 제 2 액체에 대하여 다시 사용되지 않도록 교차-감염이 완전히 방지되야 하는 경우에 및/또는 대응물의 세정, 살균 또는 일반적으로 복구가 기술적으로 가능하지 않고 및/또는 경제적으로 실용성이 없을 정도로 너무 노력과 비용을 요구하는 경우에 그러하다.

당업자에게 주지되어 있는 바와 같이, 대응하는 일회용 부품, 일회용 제품 또는 일회용 제품(본 출원의 문맥에서는 동의어인 것으로 이해되는 용어들임)은 그 자체로, 예를 들어 빈번하게 생물 반응 장치(bioreactor) 플랜트, 예를 들어 제 EP 1087010 A1 호에 따르는 또는 그 외의 플랜트는, 특히 바람직하게는 저렴한 재료, 예컨대 적합하고 특히 생체적합성을 가지고 및/또는 비용-효과적인 플라스틱, 예컨대 사출 성형 공정 등을 사용할 경우 매우 저렴하게 가공될 수 있는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리비닐클로라이드(PVC) 또는 폴리카보네이트로부터 제조된다. 고가의 플루오로 폴리머(fluoropolymers), 예컨대 PTFE 또는 PFA는 이보다 덜 적합하다. 이와 관련하여, 높은 가격이 불리할 뿐만 아니라, 예를 들어 불산과 같은 유독 물질이 이러한 불소고분자의 감마선 살균시에 발생할 수 있다. 모든 종류의 플라스틱과 별개로, 당업자는 또한 일회용 제품의 제조에 적합한 많은 그 외의 저렴한 재료에 대해서 알고 있다. 더욱이, 이러한 일회용 제품은 또한 자주 살균되어야 하는데, 이러한 살균은 흔히 방사성감마선을 이용하여, 열 또는 화학적 방법을 이용하여 또는 당업자에게 공지된 그 외의 방법을 이용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 이것은, 사용되는 재료가 대응하는, 흔히 재료 가공(engrossing) 공정이기도 한 공정을 손상이 없이 적어도 한번 당연히 견뎌내야 한다는 것을 의미한다. 반면에, 일회용 부품 또는 일회용 제품은 흔히 그들이 사용될 수 없게될 정도로 손상됨이 없이 대응하는 살균 방법을 오직 한 번만 견뎌낸다는 것을 특징으로 하지만, 반드시 그런 것은 아니다. 따라서, 이것도 역시 일회용 부품 및/또는 일회성 제품에 대한 분명한 특징이다. 일회용 제품은 또한 멸균 방식으로 포장되고 이런 상태로 고객에게 배달된다. 이에 반해, 상대적으로 고가의 재료로부터 제조되고 여러 번 살균되도록 설계된 컴포넌트들은 일회용 제품이라고 이해되지 않는다.

본 발명에 따르는 유량 조절기의 경우에, 특히 조절 펌프 또는 추가 펌프는 일회용 펌프로서 구성되고 및/또는 그것의 부품은 일회용 부품으로서 구성된다. 특히, 이를 통하여, 노력과 비용이 필요한 살균이 장래 사용을 위하여 수행되지 않는데, 이는 부품들이 정확하게 한 번만 사용되기 때문이다.

특히 유리한 실시예에 관련하여, 조절 펌프의 또는 추가 펌프의 일회용 부품은 일회용 펌프의 형태로서 생산되고 플라스틱으로 생산되는데, 이는 이러한 부품들이 높은 신뢰성을 가지고, 예를 들어 이미 언급된 바와 같이 사출 성형 프로세스에 의하여 경제적으로 생산될 수 있기 때문이다.

여기에서 일회용 펌프는 펌프 휠이 그 안에 배치되는 펌프 하우징, 및 그 안에 펌프 하우징이 그 안에 배치된 펌프 휠과 함께 도입될 수 있는 별개의 드라이브 고정자를 포함하는 것이 바람직하다. 그 안에 배치된 펌프 휠을 포함하는 하우징은 여기에서 일회용 부품으로서 구성된다. 모든 "오염된 부품", 즉 펌프 하우징(내부 벽) 및 그 안에 배치된 펌프 휠이 간단한 종류 및 방식으로 애플리케이션에 따라 교환될 수 있고, 노력 및 비용이 더 많이 필요한 부품들(드라이브의 전기 공급부 등)이 임의의 형태의 오염이 존재할 위험이 없이 유지보수될 수 있고 다음의 애플리케이션을 위하여 재사용될 수 있기 때문에, 이러한 실시예는 특히 유리하다. 그 밖에, 전기 구동부는 펌프의 가장 기술적으로 복잡한 부품인 것뿐만 아니라 경제적 관점에서도 펌프의 가장 고비용인 부품이다. 그러나, 이것은 교체될 필요가 없고, 단지 더 저가인 펌프 하우징과 그 안에 존재하는 펌프 휠이 교체된다.

이러한 실시예의 다른 유리한 개발예에 있어서, 영구자석들은 펌프 휠 내에 배치되고, 이것들은 이제 드라이브 고정자에 의하여 생성된 전자장과 함께 펌프 휠의 구동을 보장한다.

자연적으로, 조절 펌프의 또는 추가 펌프의 구동부용 무베어링 모터가 일회용 제품들이 사용되는 경우에만 바람직하게 제안되는 것은 아니라는 것은 당연하다. 특정한 산업 공정과 공조하는 다른 예들이 발견될 수 있다. 예를 들어 반도체 산업에서 그리고 칩 제조 공정에서, 기판의 표면, 예를 들어 웨이퍼의 표면을 이들의 표면을 처리하기 위하여 제어되는 방식으로 서스펜션을 가진 전자 컴포넌트를 제조하기 위하여 처리할 필요가 있다. 여기에서 화학적 기계적 연마 프로세스(CMP, 웨이퍼의 화학 기계적 평탄화, 정제(purification) 및/또는 에칭 또는 용매를 이용하여 포토랙(fotolack)을 제거하는, 폴리머 제거라고 불리는 기법)가 중요한 예로 언급되는데, 이는 이들이 예를 들어 반도체 산업에서 사용되기 때문이다.

앞서 언급된 공정 액체의 체적 유량을 신뢰가능하게 설정하는 것은, 이러한 공정이 수행되는 대응하는 플랜트에서 중요한 역할을 수행한다.

또한 여기에서 설명된 무베어링 모터를 본 발명에 따르는 유량 조절기의 조절 펌프용 및/또는 추가 펌프의 구동부로서 사용하면 커다란 장점을 가진다. 기계적 베어링이 존재하지 않기 때문에, 기계적 베어링이 물리적으로 또는 화학적 고반응성 액체, 예컨대 슬러리, 페인트, 산, 염기 또는 다른 고반응성 액체에 의하여 공격당하거나 및/또는 이에 의하여 파손될 수 있는 위험도 역시 존재하지 않는다.

그러나, 베어링이 마모가 없고 액체가 오염되게 할 수 있는 윤활된 베어링 축이 없기 때문에, 이러한 펌프는 위에서 언급된 고순도 액체에 대하여 특히 적합하다.

전술된 실시예들은, 본 발명에 따르는 유량 조절기에서 사용되기 위한 공지된 종래에 지원되는 펌프와 비교하여, 무베어링 모터에 의하여 구동되는 펌프의 장점을 드러내는 몇 가지 눈에 띄는 예들일 뿐이다.

이와 같은 조절 펌프 및/또는 추가 펌프는 여기에서 회전식 펌프로서 구성되고 특히 바람직하게는 원심 펌프로서 또는 축류 펌프(axial flow pump) 또는 측로 펌프(side passage pump)로서 또는 경사류 펌프(diagonal flow pump)로서 또는 그 외의 종류의 회전식 펌프로서 구성된다.

더 나아가 본 발명은 본 발명에 따르는 유량 조절기를 이용하여 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하기 위한 방법에 관한 것이다.

후속하는 설명에서, 본 발명은 개략적 도면을 사용하여 좀 더 상세하게 설명될 것이다. 도면은 다음과 같다:
도 1 은 당업계에 공지된 유량 조절기이다;
도 2 는 그 자체로 공지된 수동 예압 조절기이다;
도 3a 는 관통류 센서를 가지는, 본 발명에 따르는 유량 조절기의 제 1 바람직한 실시예이다;
도 3b 는 압력 센서를 가지는, 도 3a 에 따르는 제 2 실시예이다;
도 4a 는 관통류 센서를 조절 펌프의 전면에 가지는, 본 발명에 따르는 유량 조절기의 그 외의 실시예이다;
도 4b 는 압력 센서를 가지는, 도 4a 에 따르는 다른 실시예이다;
도 5a 는 부스터 펌프 및 두 개의 압력 센서를 가지는 실시예이다;
도 5b 는 압력 센서 및 관통류 센서를 가지는, 도 5a 에 따르는 제 2 변형예이다;
도 5c 는 도 5b 에 따르는 그 외의 변형예이다;
도 6a 는 병렬로 연결된 부스터 펌프 및 조절기를 가지는 일 실시예의 다른 변형예이다;
도 6b 는 압력 센서를 가지는, 도 6a 에 따르는 실시예의 제 2 변형예이다;
도 7 은 본 발명에 따르는 유량 조절기의 개략적인 관통류 대 회전 속도 다이어그램이다;
도 8a 는 축상 펌프의 개략적인 종단면이다;
도 8b 는 원심 펌프의 개략적인 종단면이다;
도 8c 는 도 8a 또는 도 8b 에 따르는 축상 펌프 또는 원심 펌프의 고정자 및 자기적으로 작용하는 회전자부의 단면이다.

도 1 및 도 2 는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이고, 여기서는 추가적 논의가 필요하지 않을 정도로 상세히 이미 논의된 바 있다.

개략적인 예시에서, 도 3a 는 특히 바람직한 실시예로서, 후속하는 설명에서 전체적으로 참조 번호 1 로 지칭되는 본 발명에 따르는 유량 조절기를 가지는 유동 시스템(100)의 간단한 실시예를 나타낸다.

당업자는 서로 다른 도면에서 동일한 참조 번호가 제공되는 모든 구성요소들은 각각, 모든 기능성 또는 기술적 관련성이 각각 다양한 도면의 설명시 매번 다시 반복될 필요가 없을 정도로 유사한 기술적 의미와 관련되어 있다는 것을 이해할 것이다. 당업자라면 당연히 어떻게 도면의 하나의 기술적 세부사항의 설명을 다른 도면에 유사한 방식으로 정확하게 연관시킬 수 있는지에 대해서 알 것이다.

도 3a 에 따른, 유동 시스템(100) 내의 유체(F)의 사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하기 위한 유량 조절기(1)는, 유체(F)의 제 1 흐름 파라미터(KF1)의 제 1 실제 값(IW1)을 결정하기 위한 제 1 센서(SF1), 예압 조절기(2)의 예압 출구(22)에서의 사전 정의가능한 예압(PV)을 설정하기 위한 상기 예압 조절기(2), 및 회전식 펌프 형태의 조절 펌프(3)를 포함한다. 여기에서 유체(F)는 동작 상태에서 플랜트 압력(PA)에서 유입 라인(20) 및 예압 입구(21)를 통하여 예압 조절기(2)로 공급되고, 더 나아가 예압(PV)에서 예압 출구(22)와 조절 펌프(3) 사이에 제공되는 유동 연결부(4)를 통하여 조절 펌프(3)로 전달된다. 본 발명에 따르면, 예압 출구(22)는, 유체(F)가 예압 조절기(2)로부터 조절 펌프(3)로 공급될 수 있고 다시 조절 펌프(3)로부터 저압 연결부(32)를 통하여 유출 라인(5) 내로 제거될 수 있도록, 유동 소통 방식으로 유동 연결부(4)를 통하여 조절 펌프(3)의 고압 연결부(31)에 연결된다.

이것이 바로 당업계에 공지된 유량 조절기(1')와의 결정적인 차이점이고 본 발명이 종래 기술에 비하여 훨씬 우월한 이유인데, 이는 훨씬 더 높은 조절 정확도가 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)를 사용하여 달성될 수 있고, 특히 충분히 정밀한 방식으로 매우 작은 체적 유량(VS)에 대하여 조절할 수 있고, 체적 유량(VS)의 유동 방향도 필요하다면 유동 시스템(100) 내에서 역전될 수 있기 때문이다.

사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하기 위하여, 유체(F)의 사전 정의가능한 볼륨(VS)이 유출 라인(5) 내에서 사전 정의된 바와 같이 설정될 수 있도록 조절 펌프의 심볼 내에서 PB에 대해 화살표에 의하여 표시되는 바와 같이, 예압(PV)에 반대로 작용하는 제한 압력(PB)이 조절 펌프(3)를 이용하여 생성될 수 있도록 하는 방식으로, 조절 펌프(3)의 회전 속도는 제 1 흐름 파라미터(KF1)의 제 1 실제 값(IW1)에 따라 제 1 원하는 값(SW1)에 의해 조절 제어기(6)를 이용하여 사전정의된다. 도 3a 의 특정 실시예에 있어서, 제 1 센서(SF1)는 제 1 관통류 센서(SF1) 이고 제 1 흐름 파라미터(KF1)는 유체(F)의 유체 유량(KF1)을 나타낸다.

예압 조절기(2)의 조절의 나머지 편차는 조절 펌프(3)를 이용한 관통류 조절을 통하여 본질적으로 제거되고, 유동 시스템(100)의 출구에서의 체적 유량(VS)은 0 l/min의 작은 값까지 하향 조절될 수 있다. 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)는 극히 높은 관통류 조절 범위, 높은 조절 동적 범위를 가지며 공급 시스템의 플랜트 압력(PA)의 압력 편차에 대하여 매우 강건하다.

도 3b 의 특정 실시예는 단지 제 1 센서(SP1)가 제 1 압력 센서(SP1)이고 제 1 흐름 파라미터(KP1)가 유체(F)의 제 1 유체 압력(KP1)이라는 점에서만 도 3a 와 상이하다. 당업자는 이론상 관통류 센서 또는 압력 센서 외의 또 다른 센서들이, 그들의 측정 파라미터가 조절 펌프(3)의 신뢰가능한 제어 및/또는 조절을 위하여 적절하게 변환될 수 있는 한, 사용될 수 있다는 것을 분명하게 이해할 것이다. 여기에서 예압 조절기(2)의 조절의 잔여 편차는 도 3b 에 따르는 어셈블리와 관련하여 조절 펌프(3)를 사용한 압력 조절을 통하여 본질적으로 제거될 수 있고, 유동 시스템(100)의 출구에서의 압력은 0 바의 작은 압력에 이르기까지 조절될 수 있다. 공급 시스템의 플랜트 압력(PA)의 압력 편차에 대하여 높은 강건성 및 조절의 높은 동적 범위도 역시 도 3b 에 따르는 실시예의 추가적인 특징이 된다.

실제로 유체(F)는 사실상 언제나 실질적으로 비압축성 액체, 예컨대 물, 오일, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 슬러리, 의학적 또는 생물학적 액체, 예컨대 혈액, 또는 임의의 그 외의 실질적으로 비압축성 액체이다.

이론상 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)를 다소 압축가능한 유체(F)의 체적 유량(VS)을 설정하기 위해서도 사용하는 것이 배제되지 않는다. 그러나, 이럴 경우 추가적 조치, 당업자에게 알려진 조치, 예컨대 센서 측정 값의 보정, 서로 다른 센서 및/또는 추가적 센서의 사용 등이 정확한 제어 및/또는 조절을 위하여 요구된다. 이와 독립적으로, 본 발명은 비압축성 액체를 사용하는 것에 한정되지 않지만, 또한 이 경우 이것이 실제로 본 발명의 응용예의 주된 분야가 될 것이다.

특히 실질적으로 비압축성 유체(F)의 경우에, 예를 들어 액체에 대한 중간 저장소 또는 그 외의 소스 또는 싱크의 형태로 유체에 대한 추가적 주입구 또는 출구를 가지지 않는 닫힌 유동 시스템(100)에서의 비압축성 액체의 경우에 체적 유량이 전체에 걸쳐서 동일하기 때문에, 정확하게 유동 시스템에 제공되는 유체 센서는 일반적으로 본질적인 역할을 하지 않는다. 통상적으로 작은 효과, 예컨대 급속한 압력 편차 또는 기타 등등 또는 시스템 내의 그 외의 비교적으로 고속 흐름에 기인한 지연 효과와는 별개로 당업자라면 조절을 설계하는 데에 있어서 각 경우에 대하여 어떻게 고려해야 하는지에 대해서 알 것이다.

또한 압력 센서도 역시 이론상 유동 시스템의 서로 다른 위치에 제공될 수 있다. 당업자는 제어 또는 조절의 보정 시에 이들을 대응하도록 고려하기만 하면 된다.

이러한 이유로, 도 4a 및/또는 도 4b 에 따르는 특정 실시예도 역시 실제로 추가적인 변경이 없이 구현될 수 있다. 도 4a 및 도 4b 는, 도 3a 의 실시예에서 제 1 관통류 센서(SF1)가 조절 펌프(3)의 하류에 배치되는 반면에 도 4a 의 제 1 관통류 센서(SF1)가 예압 조절기(2)와 조절 펌프(3) 사이에 제공된다는 점에서만 도 3a 및/또는 도 3b 의 것들과 상이할 뿐이다. 이와 유사하게, 도 3b 의 실시예에서 제 1 압력 센서(SP1)가 조절 펌프(3)의 하류에 배치되는 반면에, 도 4b 에서 제 1 압력 센서(SP1)는 예압 조절기(2)와 조절 펌프(3) 사이에 제공된다.

도 5a, 도 5b, 및 도 5c 는 압력을 증폭하는 부스터 펌프의 기능을 가지는 추가 펌프(7)를 가지는 실시예의 추가적 변형예를 각각 도시하는데, 여기에서 추가 펌프(7) 및 조절 펌프(3)의 제어는 조절 펌프(3)에 대한 조절 제어기(6) 및 추가 펌프(7)에 대한 별개의 추가적 제어기(8)를 가지고 각각 자신의 센서(SP1, SF1 및 SP2, SF2) 각각을 통하여 개별적으로 각각 이루어진다. 여기에서 유체(F)의 사전 정의가능한 체적 유량(VS)이 유출 라인(5)에서 사전 정의된 값으로 설정될 수 있도록, 추가 펌프(7)의 회전 속도가 제 2 흐름 파라미터(KF2, KP2)의 제 2 흐름 실제 값(IW2)에 따라, 제 2 원하는 값(SW2)에 의해 추가적 제어기(8)를 이용하여 제어 및/또는 조절될 수 있는 방식으로, 각각의 제 2 센서(SF2, SP2)가 상기 유체(F)의 제 2 흐름 파라미터(KF2, KP2)의 제 2 실제 값(IW2)을 결정하기 위하여 추가 펌프(7)의 하류에 있는 유출 라인(5)에 제공된다.

도 5a 내지 도 5c 에 따르는 본 발명에 따른 실시예의 이러한 변형예 및 유사한 변형예가 실제로 특정한 요건에 맞게 창출된다. 따라서, 도 5a 에 따르는 실시예는, 유동 시스템(100)의 출구에서의 압력이 매우 정밀한 방식으로 조절돼야 하는, 특히 0 바 근처의 매우 작으며 급속하게 감소하는 압력이 높은 분해능으로 신뢰성있게 제어 및/또는 조절되어야 하는 애플리케이션들에 대하여 특히 적합하다. 이에 반해, 도 5b 에 따르는 및/또는 도 5c 에 따르는 실시예의 변형예는 이상적인 압력 및 관통류 설정을 위하여 모두 특히 적합하다. 여기에서 도 5b 에 따르는 변형예는 압력에 대한 조절의 매우 높은 분해능 외에, 유동 시스템(100)의 출구에서의 매우 적거나 거의 없는 체적 유량(VS)에 대한 조절의 매우 높은 정확도에 대하여 추가적으로 최적화된다. 도 5c 에 따르는 실시예는, 체적 유량(VS)에 대한 조절의 매우 양호한 분해능 이외에, 동시에 특히 유동 시스템(100)의 출구에서 매우 낮거나 거의 없는 압력에 대하여 조절의 높은 분해능을 함께 보장한다.

도 6a 및 도 6b 는 부스터 펌프를 가지는 실시예의 추가적 변형예를 각각 도시하는데, 이러한 예에서 조절 펌프(3)에 대한 조절 제어기(6) 및 부스터 펌프로서 구성되는 추가 펌프(7)에 대한 추가적 제어기(8)는 병렬로 연결되고 오직 하나의 공통적으로 사용되는 센서(SF2, SP2)의 측정 데이터를 공급받고, 도 6a 에 따르는 실시예의 예에서는 제 2 관통류 센서(SF2)가 센서로서 사용되는 반면에 도 6b 에 따르는 실시예의 예에서는 제 2 압력 센서(SP2)가 센서로서 사용된다.

또한 도 6a 및 도 6b 에 따르는 실시예에 있어서, 앞에서 설명된 바와 같이, 예압 조절기(2)의 조절의 잔여 편차는 조절 펌프(3)를 사용한 관통류 조절을 이용하여 제거될 수 있다. 특히 도 6a 에 따르는 예와 관련하여, 유동 시스템의 출구에서의 체적 유량이 제로에 가깝거나 정확하게 제로가 되기까지(0 l/min까지) 감소하는 체적 유량으로 또는 심지어 반전된 체적 유량으로까지 조절될 수 있는 반면에, 도 6b 에 따르는 변형예는 유동 시스템의 출구에서의 압력을 제로에 가깝거나 정확하게 제로가 되기까지(0 바까지)의 감소하는 압력으로 하향 조절하기에 특히 적합하다. 실시예의 이러한 두 개의 변형예는 또한 조절의 높은 동적 범위를 가지고 공급 시스템의 플랜트 압력(PA)의 편차에 대하여 매우 강건하다.

실시예의 두 개의 변형예는 조절 펌프(3)에 대하여 직렬로 스위칭되는 추가 펌프(7)를 통한 가변적인 제어 확장으로 인한 장점을 가지는데, 여기에서 도 6a 에 따르는 실시예와 관련하여 체적 유량의 원하는 차분(differentiation)이 압력을 추가적으로 생성하고, 도 6b 에 따르는 실시예와 관련하여 공급 시스템의 플랜트 압력(PA)의 원하는 값이 원하는 차분에서 압력을 추가적으로 생성한다.

도 7 의 개략도를 참조하면, 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)의 큰 장점이 인상적으로 시연될 수 있다. 도 7 은 예압 조절기(2)가 있는 조절 펌프(3)의 개략적인 관통류 대 회전 속도 다이어그램을 도시하는데, 여기에서 본 발명에 따르는 펌프(3)는 예압 조절기(2)의 예압(PV)을 겪게 된다. 수평축에서 임의의 단위의 체적 유량(VS)이 적용되고, 수직축에서 임의의 단위의 조절 펌프(3)의 회전 속도(U)가 적용된다. 3 개의 곡선은 유동 시스템(100) 내의 유체(F)의 예압(PV)의 3 개의 서로 다른 값(P1, P2, P3)에 각각 대응하는데, 여기에서 P3 > P2 > P1 이다. 도 7 의 예시는 이와 같은 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)의 거동에 대한 특성을 나타내고, 수평축 및 수직축이 임의의 단위로 적용되고 압력 값(P1, P2 및 P3)이 도 7 의 표현에서 더 상세하게 특정되지 않기 때문에, 이론적으로 유량 조절기(1)의 모든 실시예에 대하여 참이다.

도 7 로부터 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 일정한 압력(P1, P2 또는 P3)에 대하여 펌프의 회전 속도(U)가 커질수록 체적 유량(VS)은 작아진다. 기대에 따르면, 펌프는 체적 유량(VS)을 더 낮은 압력(P1 및 P2)에 대한 것보다 제로로 감소시키기 위하여, 최대 압력(P3)에서 최고 회전 속도로 동작되어야 한다.

도 7 에 따르는 다이어그램에서, 통상적 예시에 반하여 조절 펌프(3)의 제로(정지) 회전 속도가 그래프의 상한에 적용되는 것에 주목해야 하는데, 이것은 수직축의 방향에서 아래쪽으로 갈수록 회전 속도(U)가 증가한다는 것을 의미한다.

여기에서 그래프에서 A 및 B로 특징지어지는 영역들에 각별히 주목해야 한다.

영역(A)은 작은 체적 유량에 대한 및/또는 감소하는 체적 유량(VS)에 대한 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)의 조절의 거동을 나타낸다. 더 작은 체적 유량 및/또는 감소하는 체적 유량(VS)의 범위에서의 조절이 훌륭한 분해능 및 동적 범위를 가지는 것을 분명하게 알 수 있다. 분명하게 알 수 있는 바와 같이, "A"로 표시된 영역에서는 체적 유량(VS)에 있어서 단지 작은 변화를 일으키기 위해서는, 조절 펌프(3)의 회전 속도의 비교적으로 큰 변화가 요구된다. 이것은 이러한 체적 유량 범위 내에서 매우 높은 분해능의 회전 속도와 균등하다. 이것은, 감소하는 체적 유량(VS')의 범위에서 공지된 유량 조절기(1')의 조절 능력이 항상 좋지 않아지고 심지어는 전혀 발휘될 수 없게 되는 방식으로 조절의 분해능이 작은 체적 유량(VS')의 범위에서 언제나 분명하게 열화되는 당업계의 유량 조절기(1')와의 분명한 차이점 중 하나이다.

하지만 도 7 의 그래프에서 영역(B)으로 표시된 평균 체적 유량(VS)의 범위에서도, 본 발명에 따르는 유량 조절기(1)는 공지된 유량 조절기(1')에 대하여 현저하게 개선된 거동을 보여준다. 분명하게 알 수 있는 바와 같이, 체적 유량(VS)은 거의 선형 방식으로 성질상 이러한 범위에서 특히 바람직한 조절 펌프(3)의 회전 속도(U)의 변화에 따라 반응하는데, 이는 이러한 방식으로 조절 펌프(3)의 회전 속도(U)의 변화가 체적 유량(VS)의 거의 비례하는 변화를 초래하기 때문이다.

도 8a 는 축상 펌프의 종단면을 개략적으로 도시하는데, 여기에서 도 8a 는 다양한 변형예에서 당업계에 알려져 있는 바와 같은 모든 종류의 축상 펌프의 일 예를 나타내는 것일 뿐이다. 축상 펌프(303a)로서 구성된 회전 펌프인 도 8a 의 조절 펌프(3)는 수축(constriction; 309a, 309b)의 영역을 가지는 하우징부(309)를 포함한다. 고정자(307)는 하우징을 원주 방향으로 싸고 있고 하우징(309)의 외부에 배치되는데, 고정자는 방사상 방향으로 연장되는 치부(307b, 307f)를 가진다. 이러한 치부(307b, 307f)는 하우징 섹션이 치부(307b, 307f)의 끝과 하우징(309)의 내부 공간 사이에 위치하여, 하우징(309)의 내부 공간이 고정자(307)로부터 완전히 분리되게 하는 방식으로, 하우징부(309)의 재킷 사이에 위치한다. 치부(307b, 307f)를 가지는 고정자(307)는 강자성 재료로 형성된다. 치부(307b, 307f)는 코일(308b)에 의하여 덮이는데, 여기에서는 코일(308)이 총괄적으로 도시된다. 임펠러라고도 불리는, 축상 휠(302a)로서 구성되는 회전자(302)가 하우징(309) 내에 배치된다. 도시된 실시예에서 이러한 축상 휠(302a)은 방사상 방향으로 자화되고 플라스틱을 포함하는 회전자 재킷(301a)에 의하여 밀봉되는 링-형 영구자석(301)으로서 구성된다. 유체역학적으로 연장되게 도시되는 날개(301b) 및 축상 휠(302a)에 대하여 축방향(30A)으로 연장되는 중간부(301c)가 자기적으로 작용하는 회전자부(301)의 원형 리세스 내에 배치된다. 날개(301b)는 축방향(30A)으로 회전자 재킷(301a)에 걸쳐 연장되어 고정자(307)와 대면하는 회전자 재킷(301a)의 외부 표면까지 돌출된다. 날개(301b)는 중간부(1c)와 함께 축류를 생성하는 데에 유리한 임펠러를 형성하는데, 임펠러는 큰 펌프 성능을 발생시키기 위하여 가능한 한 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 날개(301b)는 회전자부(301)의 내경 내에서 연장될 뿐만 아니라, 도 1 에 도시된 바와 같이, 하우징(309)의 벽에 근접할 때까지 돌출되는 방식으로 회전자 재킷(301a)에 걸쳐 축방향(30A)으로도 연장되도록 배치된다. 그 결과 하우징(309)의 내부 공간의 직경 거의 전부가 임펠러의 구성을 위하여 및/또는 유체(F)의 수송을 위하여 이용된다. 회전자 재킷(301a) 및 날개(301b) 및 중간부(301c) 및 하우징(309)은 플라스틱과 같은 비-강자성 재료, 티타늄과 같은 금속, 세라믹 또는 폴리카보네이트와 같은 생체적합 재료로 제조된다. 축상 휠(302a)은 고정자(307)에 의하여 하우징(309) 내에서 자기적으로 작용하는 힘을 통해 자기적으로 작용하는 회전자부(301)를 이용하여 홀딩되고, 회전자부(301)에 작용하는 토크는 축상 휠(302a)을 회전축(30A) 중심으로 회전 구동하기 위하여 생성될 수 있다. 축상 휠(302a) 및 회전자부(301) 각각의 위치를 결정하기 위한 위치 센서는 도시되어 있지 않다. 이러한 위치 센서는 회전자부(301) 또는 자기적 흐름의 위치를 무접촉식 방식으로 측정하기 위하여 하우징(309)의 외부에 또는 하우징(309)의 재킷 내에 배치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 에디 전류 센서, 유도성 센서 또는 영구자석을 가지는 홀 소자(hall element)가 위치 센서의 측정 원리로서 적절하다. 회전축(30A)에 거의 수직으로 연장되는 평면에서의 축상 휠(302a)의 위치는 무접촉식 방식으로 고정자(307) 내에 배치되는 권선(308a, 308b, 308c, 308d, 308e, 308f)의 대응하는 제어를 통해 제어될 수 있다. 권선은 예를 들어 극 쌍 개수가 p인 구동 코일 및 극쌍(pole pair) 개수가 예를 들어 p+1 또는 p-1인 제어 코일을 포함한다.

도 8b 는 원심 펌프의 종단면을 개략적으로 도시하는데, 여기에서 도 8b 는 다양한 변형들로 당업자에게 공지되어 있는 바와 같은 모든 종류의 원심 펌프를 예시적으로 나타내는 것일 뿐이다. 도 8b 의 도면에 따른 상부 이미지는 여기에서 도 8b 의 하부 이미지의 라인 B-B에 따른 원심 펌프의 종단면을 도시하는 반면에, 도 8b 의 하부 이미지는 도 8b 의 상부 이미지에 따르는 원심 펌프의 단면을 도시한다.

원심 펌프(303b)는 내부에 원심 회전자(302b)가 놓여 있는 하우징(309)을 포함하는 원심 펌프부(3099), 및 고정자(307)의 치부(307b, 307f)에 의하여 표시되는 구동 및 베어링 장치로 구성된다. 고정자(307)는 도 8a 또는 도 8c 에 따르는 실시예에서 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. 하우징(309)은 구동 장치에 고정되게 또는 해제가능하게 연결될 수 있다. 원심 펌프(303b)의 유리한 디자인에 따르면, 도 8b 의 상부 이미지에 도시된 바와 같이 하우징(309)은 고정자(307)의 치부(307b, 307f) 사이에 부분적으로 도입될 수 있고, 구동 장치에 느슨하게 놓이게 된다. 따라서, 하우징(309)은 간단한 방식으로 고정자(307)로부터 다시 제거될 수 있고, 예를 들어 교환될 수 있다. 원심 펌프부(3099)가 예를 들어 혈액 펌프로서 사용된다면, 원심 펌프부(3099)는 일회용 제품으로서 구성될 수 있다. 이러한 방식으로 원심 펌프부(3099)가 애플리케이션 이후에 매번 교체되는 경우, 임의의 지속기간동안 원심 펌프부(3099) 내에 배치된 원심 휠(303b)의 구동을 위하여 구동 장치가 흔히 사용될 수 있다. 원심 펌프부(3099)가 고정자(307) 내의 사전 정의된 위치에 배치되자마자, 원심 휠(302b)은 고정자(307) 및 자기적으로 작용하는 힘에 의하여 부양 방식에 의해 무접촉식으로 홀딩된다. 수동적으로 작용하는 힘을 통하여 그리고 회전자(302)의 위치 상 안정화 및/또는 복구하는 방식으로, 이것은 고정자(307) 내에 그리고 하우징(309) 내에 각각 전체 6 자유도에 대하여 무접촉식으로 저장될 수 있다. 여기에서 회전자부(301)의 위치상에 안정화 방식으로 순전히 수동적인 의미로 작용하는 자력은 상대적으로 작은 양이고, 특히 축방향 z의 힘이 상대적으로 작은 양이라는 것에 주목해야 한다. 원심 휠(302b)의 z 방향으로 작용하는 힘이 커지면, 이것은 고정자(307)에 대하여 들어 올려지거나, 회전자(302)는 각각 원심 펌프부(3099)의 하우징(309)에 접촉하게 될 것이다. 원심 펌프부(3099)는, 유체(F)의 운송 과정 동안 회전자(302)도 역시 무접촉식 방식으로 하우징(309) 내에 저장하기 위하여 회전자(302)에 z 방향으로 작용하는 힘이 감소되는 방식으로 구성된다.

회전자부(301)는 링-형 바디로서 또는 디스크형 바디로서 구성될 수 있다. "디스크-형 바디"라는 기준은 거의 모든 경우에 회전자의 높이를 의미하는 두께가 무베어링 모터를 가지는 회전자의 직경의 절반보다 더 작은 것을 의미하는데, 이는 그럴 경우에 회전자가 틸트에 대하여 자기적으로 안정화될 수 있기 때문이다.

도 8b 의 하부 이미지는, z 방향으로 연장되는 펌프 입구 개구(30101)를 가지는, 도 8b 의 상부 이미지에 따르는 원심 펌프부(3099)의 라인 B-B에 따른 종단면을 도시한다. 원심 펌프부(3099)는 하우징(309) 내에 배치되는 회전자(302)를 가지는 하우징(309)을 가진다. 하우징(309)은 액밀 및 기밀 방식으로 밀폐되고, 펌프 입구 개구(30101) 및 회전자(302)에 대하여 방사상 방향으로 연장되는 펌프 출구 개구(30102)를 가지는 것이 바람직하다. 회전자(302)는 링형 디자인의 영구적으로 자화된 회전자부(301), 회전자부(301)를 둘러싸는 회전자 재킷(301a), 및 회전자(302)의 원주에 걸쳐 균일하게 분포되게 배치되는 복수 개의 날개(301b)를 포함하고, 이러한 날개가 임펠러를 형성한다.

펌프 입구 개구(30101)의 영역에서 방향(F1)으로 유동하는 유체(F)는 압력 p1을 가진다. 수축부(30101)가 펌프 입구 개구(30101)에 이어서 위치하는데, 이러한 수축부는 유체(F)가 노즐을 통과한 이후에 증가된 유속을 가지게 하는 방식으로 노즐과 같은 역할을 한다. 유체(F)는 펌프 출구 개구(30102)를 통하여 방향(F2)으로 그리고 압력 p3 에서 후속하는 도시되지 않은 가이드 수단으로 전달된다.

도 8c 는 도 8a 에 따르는 축상 펌프(303a)로서 또는 도 8b 에 따르는 원심 펌프(303b)로서 구성된 회전 펌프의 고정자(307) 및 자기적으로 작용하는 회전자부(301)를 가로지르는 단면의 사시도를 도시한다. 이러한 예에서 논의된 전기 회전식 구동부를 참조하면, 이것은 WO 9631934 A1 에 따른, 완전히 자기적으로 저장된 전기 회전 기계의 특수한 예이고, 한편으로 많은 기술적 애플리케이션에서 구축되어 왔으며 다수의 변형예가 당업자에게 주지되는 제 WO 9631934 A1 호에 따른 클래스의 다른 무베어링 모터가 이와 유사하게 본 발명에 따르는 유량 조절기 내에서 유리하게 사용될 수 있다. 회전 펌프의 자기적으로 작용하지 않는 부분, 예컨대 하우징(309) 또는 회전자 재킷(301a) 및 날개(301b)는 장치를 더 잘 이해하기 위하여 도시되지 않는다. 고정자(307)는 리턴 코어(307z)로서 구성되는 링-형 부분을 가지는데, 여기에서 치부(307b, 307c, 307d, 307e, 307f)가 방사상 방향으로 연장되게 배치된다. 리턴 코어(7z) 및 치부(7b, 7c, 7d, 7e, 7f)는 강자성 금속으로 구성된다. 링 형상의 자기적으로 작용하는 회전자부(301)는 방사상 방향으로 분극된 영구자석으로 구성된다. 코일(308b, 308c, 308d, 308e, 308f)은 서로 독립적으로 제어가능하도록 구성되는 투파트 권선(two part winding)을 가지는데, 한 파트의 권선은 구동 권선으로서 예를 들어 극쌍 개수 p를 가지는 것으로 구성되고 다른 파트의 권선은 제어 권선으로서 예를 들어 극쌍 개수 p+1 또는 p-1을 가지는 것으로 구성된다. 회전자(301)의 구동 권선 및 자기적 능동 부분은 함께, 고정자(307) 내의 구동 권선이 2상으로서 구성되어서 회전 자기장이 생성되고, 이러한 회전 자기장이 회전자(301)가 회전 방식으로 자신의 축(30A) 중심으로 구동되게 하도록 회전자(301)를 추종한다는 점에서, 동기화 머신에 비견되게 작용한다. 회전자(301)의 위치는 도시되지 않은 위치 센서에 의하여 검출되고, 3상으로서 구성된 제어 권선은 구동 코일에 의하여 생성된 자기장을 고려하여, 회전자(301)가 축(30A)에 수직인 평면에서 홀딩되고 이러한 이유로 무접촉식으로 고정자(307) 내에서 x 및 y 방향으로 홀딩되도록, 제어된다. 따라서 회전자(301)는 3 개의 자유도, 즉 x 방향 및 y 방향에서의 위치 및 축(30A) 중심의 회전에 대하여 능동적으로 제어가능하다.

본 출원의 문맥에서 논의된 실시예들이 단지 예에 불과한 것으로 이해되어야 하고, 특히 당업자에게 잘 알려져 있는 모든 적합한 조합 및 간단한 추가적 개선도 역시 본 발명에 속하는 것이 이해되어야 한다.

Claims (15)

1. 유체(F)의 사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하기 위한 유량 조절기로서,
   상기 유체(F)의 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)의 제 1 실제 값(IW1)을 결정하기 위한 제 1 센서(SF1, SP1),
   예압 조절기(2)의 예압 출구(22)에서의 사전 정의가능한 예압(PV)을 설정하기 위한 상기 예압 조절기(2), 및
   회전식 펌프 형태인 조절 펌프(3)를 포함하고,
   상기 유체(F)는 동작 상태에서 유입 라인(20) 및 예압 입구(21)를 통하여 플랜트 압력(PA)에서 상기 예압 조절기(2)로 공급될 수 있고, 상기 예압 출구(22)와 조절 펌프(3) 사이에 제공된 유동 연결부(4)를 통하여 상기 예압(PV)에서 상기 조절 펌프(3)로 더욱 전달될 수 있으며,
   상기 예압 출구(22)는, 상기 유체(F)가 예압 조절기(2)로부터 공급될 수 있고, 저압 연결부(32)를 통하여 상기 조절 펌프(3)로부터 흘러나와 유출 라인(5)으로 다시 안내될 수 있도록, 상기 유동 연결부(4)를 통하여 유동 소통 방식으로 상기 조절 펌프(3)의 고압 연결부(31)에 연결되고,
   상기 조절 펌프(3)의 회전 속도는, 상기 유체(F)의 상기 사전 정의가능한 체적 유량(VS)이 상기 유출 라인(5) 내에 설정될 수 있도록, 상기 예압(PV)에 반대로 작용하는 제한 압력(PB)이 상기 조절 펌프(3)를 이용하여 생성될 수 있는 방식으로, 상기 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)의 상기 제 1 실제 값(IW1)에 따라, 제 1 원하는 값(SW1)을 사용하여 조절 제어기(6)를 이용하여 설정될 수 있는, 유량 조절기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 센서(SF1, SP1)는 제 1 관통류 센서(SF1)이고, 상기 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)는 상기 유체(F)의 유체 유량(KF1)인, 유량 조절기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 센서(SF1, SP1)는 제 1 압력 센서(SP1)이고, 상기 제 1 흐름 파라미터(KF1, KP1)는 상기 유체(F)의 유체 압력(KP1)인, 유량 조절기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 센서(SF1, SP1)는 상기 조절 펌프(3)의 상기 저압 연결부(32)의 하류에 있는 유출 라인(5)에 제공되는, 유량 조절기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 센서(SF1, SP1)는 상기 예압 조절기(2)와 상기 조절 펌프(3) 사이의 상기 유동 연결부(4)에 제공되는, 유량 조절기.
6. 제 1 항에 있어서,
   추가 펌프(7)가 부스터 펌프로서 상기 유출 라인(5)에 제공되는, 유량 조절기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 유체(F)의 제 2 흐름 파라미터(KF2, KP2)의 제 2 실제 값(IW2)을 결정하기 위한 제 2 센서(SF2, SP2)가, 상기 유체(F)의 상기 사전 정의가능한 체적 유량(VS)이 상기 유출 라인(5)에서 설정될 수 있도록, 상기 추가 펌프(7)의 회전 속도가 상기 제 2 흐름 파라미터(KF2, KP2)의 제 2 실제 값(IW2)에 따라, 제 2 원하는 값(SW2)을 사용하여 추가적 제어기(8)에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있는 방식으로, 상기 추가 펌프(7)의 하류에 있는 상기 유출 라인(5)에 제공되는, 유량 조절기.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 센서(SF2, SP2)는 제 2 관통류 센서(SF2) 이고,
   상기 체적 유량(VS)을 설정하기 위하여, 상기 조절 제어기(6) 및 상기 추가적 제어기(8)는 상기 제 2 실제 값(IW2)을 판독하기 위하여 신호 전달 방식으로 상기 제 2 관통류 센서(SF2)와 병렬 연결되며, 상기 조절 제어기(6) 및 상기 추가적 제어기(8)에는 공통의 원하는 값(SW)이 병렬로 공급되는, 유량 조절기.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 센서(SF2, SP2)는 제 2 압력 센서(SP2)이고,
   상기 체적 유량(VS)을 설정하기 위하여, 상기 조절 제어기(6) 및 상기 추가적 제어기(8)는 상기 제 2 실제 값(IW2)의 판독을 위하여 신호 전달 방식으로 상기 제 2 압력 센서(SP2)와 병렬 연결되며, 상기 조절 제어기 및 상기 추가적 제어기(8)에는 공통의 원하는 값(SW)이 병렬로 공급되는, 유량 조절기.
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 예압(PV)을 설정하기 위하여, 상기 예압 조절기(2)는 능동 예압 조절기(2)이고; 및/또는
    예압 센서가 상기 유입 라인(20)에 및/또는 상기 유동 연결부(4) 및/또는 상기 유출 라인(5)에 제공되며, 상기 예압(PV)이 능동적으로 설정될 수 있도록 신호 전달 방식으로 상기 능동 예압 조절기(2)에 연결되는, 유량 조절기.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 예압 조절기(2)는 감압 유닛인, 유량 조절기.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 펌프(3) 및/또는 상기 추가 펌프(7)는 원심 펌프(centrifugal pump) 또는 축류 펌프(axial flow pump) 또는 측로 펌프(side passage pump) 또는 경사류 펌프(diagonal flow pump) 또는 그 외의 회전식 펌프이고; 및/또는
    상기 조절 펌프(3) 및/또는 상기 추가 펌프(7)의 드라이브는 무베어링 모터인, 유량 조절기.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 펌프(3) 또는 상기 추가 펌프(7)의 회전자는 영구자석을 포함하거나; 또는
    상기 조절 펌프(3) 또는 상기 추가 펌프(7)의 회전자는 평평한 디스크 회전자인, 유량 조절기.
14. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 조절기의 컴포넌트는 일회용 제품인, 유량 조절기.
15. 유량 조절기(1)를 이용하여 유체(F)의 사전 정의가능한 체적 유량(VS)을 설정하는 방법으로서,
    제 1 항에 따르는 유량 조절기(1)가 사용되는, 유체의 사전 정의가능한 체적 유량을 설정하는 방법.

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