KR102666921B1 - 체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프 - Google Patents

체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프 Download PDF

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Abstract

본 발명은 극저온환경에서 동작하는 왕복동 펌프에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 극저온환경에서도 강건하게 유지될 수 있으면서도 유지보수가 쉬운 부압해결수단으로서, 피스톤 상에 체크밸브가 형성되는 구성을 가지는, 체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프를 제공함에 있다.

Description

체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프 {Reciprocating pump for cryogenic liquid with check valve incorporated piston}
본 발명은 극저온 액체를 가압하기 위한 왕복동 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 체크밸브가 내장된 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프에 관한 것이다.
기후환경 변화에 대응하기 위해 대체 에너지에 관한 연구 및 개발이 활발히 이루어지면서 수소 에너지를 이용한 발전 및 수소 연료전지 차량에 대한 관심이 지속적으로 높아져왔다. 수소 연료를 사용하기 위해서는 수소를 보관하고 필요시 활용할 수 있도록 충전해주는 충전 인프라 구축이 필수적이며, 이때 극저온의 액체 상태로 저장된 액화수소를 가압하여 충전하기 위한 펌프가 필수적으로 요구된다.
도 1은 종래의 왕복동 펌프를 도시한 것으로, 보다 구체적으로는 "Liquid hydrogen pump performance and durability testing through repeated cryogenic vessel filling to 700 bar"(G. Petitpas, et al., International Journal of Hydrogen Energy, Volume 43, Issue 39, 27 September 2018, Pages 18403-18420, 이하 '선행문헌')에도 소개되는, 극저온 액화수소를 가압 배출하는 데에 사용되는 LINDE사의 펌프(1) 구조를 간략하게 도시한 것이다. 극저온 고압 토출을 위한 왕복동 펌핑챔버는 경우에 따라 타 기자재와의 연결을 위해 양로드 피스톤을 사용하며, 일반적으로 이러한 경우 흡입챔버에는 피스톤을 기준으로 포트가 2개 있어야 한다. 한편 도 1에 개시된 선행문헌의 펌프(1)의 경우 피스톤(10)이 왕복동하는 흡입챔버 상에 액화수소를 흡입하기 위한 흡입포트(20)만이 형성되는 구조로 이루어진다. 피스톤(10) 상승 시 피스톤 상부공간에 채워져 있던 액화수소가 피스톤로드에 형성되어 있는 유통로로 밀려들어가서 흡입챔버 하부에 배치된 배출챔버에 채워지며, 피스톤(10) 하강 시 배출챔버 내 액화수소가 가압되어 배출로로 배출됨과 함께 피스톤(10)이 흡입포트(20)를 지남으로써 흡입포트(20)를 통해 피스톤 상부공간으로 액화수소가 유입된다.
그런데 이러한 구조의 펌프에서, 피스톤을 중심으로 양쪽에 펌핑챔버가 형성되기 때문에, 피스톤의 동작과 흡입포트의 위치에 따라 부압이 발생하는 부분이 발생하게 된다. 극저온 펌핑챔버에서의 과도한 부압은 패킹으로부터의 역류발생 문제, 증기압으로 인한 기화가스 발생문제, 외기유입문제 등을 야기할 우려가 있다. 이를 해결하기 위하여 도 1에 개시된 선행문헌의 펌프(1)에서는, 피스톤(10) 하강 시에 챔버의 상단에 형성되는 부압을 상쇄하기 위해 피스톤(10)의 측면에 다이나믹씰(30)을 형성하는 구성을 도입하였다. 그러나 이러한 다이나믹씰(30)의 경우 극저온환경에서 취성에 취약해지는 문제가 있으며, 또한 다이나믹씰(30)을 구비하도록 함으로써 오히려 구조가 복잡해지고, 설계가 난해해지며, 유지보수가 어려워지는 문제가 있다.
"Liquid hydrogen pump performance and durability testing through repeated cryogenic vessel filling to 700 bar"(G. Petitpas, et al., International Journal of Hydrogen Energy, Volume 43, Issue 39, 27 September 2018, Pages 18403-18420)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 극저온환경에서도 강건하게 유지될 수 있으면서도 유지보수가 쉬운 부압해결수단으로서, 피스톤 상에 체크밸브가 형성되는 구성을 가지는, 체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프(1000)는, 대상액체가 유입되는 흡입구(110)가 형성되는 펌프하우징(100); 상기 펌프하우징(100) 내에 배치되며, 내부공간이 하기 피스톤(400)에 의해 상부공간 및 하부공간으로 격리 형성되고, 상기 펌프하우징(100)에 수용된 대상액체를 흡입 수용하여 1차 가압하는 흡입챔버(200); 상기 펌프하우징(100) 내 상기 흡입챔버(200) 하부에 배치되며, 내부공간이 하기 피스톤로드(450)에 형성된 연통로(420)에 의해 상기 흡입챔버(200) 상부공간과 연통되도록 형성되고, 상기 흡입챔버(200)에서 가압된 대상액체를 전달받아 2차 가압하여 배출로(310)를 통해 배출하는 배출챔버(300); 상기 흡입챔버(200) 및 상기 배출챔버(300) 내의 대상액체를 가압하기 위한 피스톤로드(450) 및 피스톤(400);을 포함하되, 상기 피스톤(400)은, 상기 피스톤로드(450) 하강 시 대상액체가 상기 흡입챔버(200)의 상부공간으로 이동하도록 형성되는 피스톤체크밸브(410)가 형성될 수 있다.
이 때 상기 피스톤체크밸브(410)는, 상기 피스톤로드(450)를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다.
또한 상기 피스톤체크밸브(410)는, 상기 피스톤로드(450)의 중심으로부터 상기 피스톤체크밸브(410)의 중심까지의 거리(R2)가 상기 피스톤(400) 반경(R1)의 60~80% 범위 내로 형성될 수 있다.
또한 상기 피스톤체크밸브(410)는, 상기 피스톤체크밸브(410)의 직경(D1)이 상기 피스톤로드(450)의 중심으로부터 상기 피스톤체크밸브(410)의 중심까지의 거리(R2) 및 상기 피스톤(400) 반경(R1) 간의 차이 값(R1-R2)의 50~70% 범위 내로 형성될 수 있다.
또한 상기 흡입챔버(200)는, 하부가 개방된 형태로 형성될 수 있다.
또는 상기 흡입챔버(200)는, 하부가 밀폐된 형태로 형성되되, 상기 피스톤로드(450) 상승 시 대상액체가 상기 흡입챔버(200)의 하부공간으로 이동하도록 형성되는 흡입체크밸브(210)가 형성될 수 있다.
이 때 상기 흡입체크밸브(210)는, 상기 피스톤로드(450)를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다.
또한 상기 흡입체크밸브(210)는, 상기 피스톤로드(450)의 중심으로부터 상기 흡입체크밸브(210)의 중심까지의 거리(R4)가 상기 흡입챔버(200) 반경(R3)의 55~75% 범위 내로 형성될 수 있다.
또한 상기 흡입체크밸브(210)는, 상기 흡입체크밸브(210)의 직경(D2)이 상기 피스톤로드(450)의 중심으로부터 상기 흡입체크밸브(210)의 중심까지의 거리(R4) 및 상기 흡입챔버(200) 반경(R3) 간의 차이 값(R3-R4)의 30~60% 범위 내로 형성될 수 있다.
또한 상기 왕복동 펌프(1000)는, 복수 개의 상기 흡입체크밸브(210)의 전체면적이 복수 개의 상기 피스톤체크밸브(410)의 전체면적보다 크게 형성될 수 있다.
또한 상기 왕복동 펌프(1000)는, 상기 흡입체크밸브(210)의 배치각도 및 상기 피스톤체크밸브(410)의 배치각도가 기결정된 각도(θ)를 이루어 어긋나게 배치될 수 있다.
또한 상기 왕복동 펌프(1000)는, 상기 흡입체크밸브(210)는 볼밸브 형태로 형성되며, 상기 피스톤체크밸브(410)는 리드밸브 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 왕복동 펌프의 피스톤 자체에 체크밸브를 구비하는 구조를 도입함으로써 왕복동 펌프에서 상단챔버에 형성되는 부압 문제를 원활하게 해소할 수 있는 효과가 있다. 특히 종래의 왕복동 펌프의 경우 부압 문제를 해결하기 위하여 다이나믹씰을 사용하였는데, 다이나믹씰 자체가 극저온환경에서 취성에 취약하여 유지보수가 어렵고, 다이나믹씰을 도입함에 따라 구조가 복잡해지고 설계가 난해해지는 등의 문제가 있었는데, 본 발명에 의하면 이런 문제들이 원천적으로 배제되는 장점이 있다. 즉 본 발명에 의하면, 왕복동 펌프에 극저온환경에서도 강건하게 유지될 수 있으면서도 유지보수가 쉬운 부압해결수단을 도입할 수 있는 큰 효과가 있다.
도 1은 종래의 극저온 왕복동 펌프의 단면도.
도 2는 본 발명의 왕복동 펌프의 제1실시예의 개념도.
도 3은 본 발명의 왕복동 펌프의 제2실시예의 개념도.
도 4는 본 발명의 왕복동 펌프에서 피스톤 상승 시 체크밸브 동작.
도 5는 본 발명의 왕복동 펌프에서 피스톤 하강 시 체크밸브 동작.
도 6은 본 발명의 피스톤체크밸브의 일실시예.
도 7은 본 발명의 흡입체크밸브의 일실시예.
도 8은 피스톤체크밸브 및 흡입체크밸브의 배치관계.
도 9는 본 발명의 왕복동 펌프의 제3실시예의 개념도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 체크밸브 내장 피스톤을 갖는 극저온 액체 왕복동 펌프를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 왕복동 펌프의 제1실시예의 개념도를 도시하고 있다. 도 2를 통해 본 발명의 왕복동 펌프(1000)의 기본적인 구조를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 왕복동 펌프(1000)는, 기본적으로 펌프하우징(100), 흡입챔버(200), 배출챔버(300), 피스톤(400) 및 피스톤로드(450)를 포함한다.
상기 펌프하우징(100)은 대상액체를 유입하여 수용하는 역할을 하는데, 이를 위하여 상기 펌프하우징(100)에는 일측에 도시된 바와 같이 대상액체가 유입되는 흡입구(110)가 형성된다. 한편 앞서의 설명에서는 액화수소를 주로 예시로 들어 설명하였으나, 여기에서의 대상액체는 단지 액화수소만으로 한정되는 것은 아니며, 액화수소 외에도 액화질소, 액화산소 등과 같은 극저온상태의 액체에 모두 적용가능하다. 부연하자면, 최초에 상기 펌프하우징(100) 내 공간 전체에 대상액체를 완전히 꽉 채웠다 하더라도, 다양한 원인으로 열이 발생함에 따라 대상액체가 기화되어 생성된 기화가스(boil-off gas)가 도면에 도시된 바와 같이 약간의 공간을 차지하게 된다. 이러한 기화가스가 차지하는 공간이 과도하게 커지면 펌프동작이 원활하게 이루어지지 못할 수 있으므로, 도시된 바와 같이 상기 펌프하우징(100) 상측에 적절한 시기에 가스를 배출할 수 있도록 하는 가스리턴라인이 구비되어 있는 것이 바람직하다.
상기 흡입챔버(200)는 상기 펌프하우징(100) 내에 배치되며, 상기 펌프하우징(100)에 수용된 대상액체를 흡입 수용하여 1차 가압하는 역할을 한다. 이러한 동작을 수행하기 위하여 상기 흡입챔버(200)는 도시된 바와 같이 그 내부공간이 상기 피스톤(400)에 의해 상부공간 및 하부공간으로 격리 형성된다.
상기 배출챔버(300)는 상기 펌프하우징(100) 내 상기 흡입챔버(200) 하부에 배치되며, 상기 흡입챔버(200)에서 가압된 대상액체를 전달받아 2차 가압하여 배출로(310)를 통해 배출하는 역할을 한다. 이 때 상기 흡입챔버(200)에서 가압된 대상액체를 전달받을 수 있도록, 상기 배출챔버(300)의 내부공간은 도시된 바와 같이 상기 피스톤로드(450)에 형성된 연통로(420)에 의해 상기 흡입챔버(200) 상부공간과 연통되도록 형성된다. 부연하자면, 상기 연통로(420)의 배출단 즉 상기 배출챔버(300)와 연통되는 끝단에는, 상기 흡입챔버(200)에서 흘러온 대상액체가 상기 배출챔버(300) 쪽으로 배출되는 것은 가능하되 그 반대로의 흐름은 제한하는 체크밸브가 구비되어 있는 것이 바람직하다. 또한 상기 배출로(310)의 흡입단 즉 역시 상기 배출챔버(300)와 연통되는 끝단에는, 상기 배출챔버(300) 내의 대상액체가 외부로 배출되는 것은 가능하되 그 반대로의 흐름은 제한하는 체크밸브가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
상기 피스톤로드(450) 및 상기 피스톤(400)은 일체로 이루어지되, 상기 피스톤로드(450)는 상기 펌프하우징(100) 외부로 돌출 형성됨으로써 외부로부터 동력을 인가받아 상하운동을 한다. 상기 피스톤(400)은 상기 피스톤로드(450)와 일체화됨에 따라 상기 피스톤로드(450)와 함께 상하운동을 하되, 상기 흡입챔버(200) 내에서 상하운동함으로써 대상액체에 직접 가압을 수행하게 된다.
이 때 본 발명에서는, 상기 피스톤(400)에, 상기 피스톤로드(450) 하강 시 대상액체가 상기 흡입챔버(200)의 상부공간으로 이동하도록 형성되는 피스톤체크밸브(410)가 형성되도록 함으로써 상기 피스톤(400)의 상하운동 시 발생되는 부압을 방지하도록 한다.
도 3은 본 발명의 왕복동 펌프의 제2실시예의 개념도를 도시한 것으로, 도 2의 제1실시예와 비교하였을 때 도 2의 제1실시예에서는 상기 흡입챔버(200)의 하부가 개방된 형태로 형성되는 반면, 도 3의 제2실시예에서는 상기 흡입챔버(200)의 하부가 밀폐된 형태로 형성되되, 상기 흡입챔버(200)에, 상기 피스톤로드(450) 상승 시 대상액체가 상기 흡입챔버(200)의 하부공간으로 이동하도록 형성되는 흡입체크밸브(210)가 형성되도록 한다. 이에 따라 상기 피스톤(400)의 상하운동 시 발생되는 부압 문제를 더욱 효과적으로 해결할 수 있다.
이하에서 도 4 및 도 5을 통해 본 발명의 왕복동 펌프에서 피스톤 상승 또는 하강 시 각부 동작을 상세히 설명한다.
먼저 도 4를 참조하여 상기 피스톤(400) 상승 시 각부 동작을 설명한다.
상기 피스톤(400)이 상승하면, 상기 흡입챔버(200) 상부공간에서는 공간의 부피가 작아짐에 따라 상부공간에 수용된 대상액체가 1차 가압된다. 이에 따라 상기 흡입챔버(200) 상부공간에 수용된 대상액체는 상기 피스톤로드(450) 상에 형성된 상기 연통로(420)를 따라 상기 배출챔버(300)로 전달되게 된다. 이 때 도시된 바와 같이 상기 피스톤체크밸브(410)는 상부공간 압력이 하부공간 압력보다 작아야 열리도록 형성되므로, 상기 피스톤(400) 상승 시에는 상부공간 압력이 더 크기 때문에 상기 피스톤체크밸브(410)는 닫힌 상태이다.
한편 상기 피스톤(400)이 상승하여 늘어난 부피만큼 상기 흡입구(110)를 통해 상기 펌프하우징(100)으로 대상액체가 흡입되어 오게 된다. 이 때 도 2의 실시예에서와 같이 상기 흡입챔버(200) 하부가 개방되어 있다면 상기 흡입챔버(200) 하부공간은 항상 대상액체가 채워져 있는 상태가 된다. 도 3의 실시예 및 도 4에서는, 상기 흡입챔버(200) 하부가 밀폐되되 상기 흡입체크밸브(210)가 형성되어 있다. 상기 흡입체크밸브(210) 역시 상기 피스톤체크밸브(410)와 마찬가지로 상측 압력이 하측 압력보다 작아야 열리도록 형성되는데, 상기 피스톤(400) 상승 시 상기 흡입챔버(200) 하부공간은 부피가 늘어나므로 압력이 줄어들게 되어 상부공간 압력이 작아짐에 따라, 상기 흡입체크밸브(210)가 열려서 대상액체가 상기 흡입챔버(200) 하부공간으로 유입된다.
다음으로 도 5를 참조하여 상기 피스톤(400) 하강 시 각부 동작을 설명한다.
상기 피스톤(400)이 하강하면, (도 5에는 도시되지 않았으나) 도 3을 참조할 때 상기 피스톤로드(450)가 상기 배출챔버(300)에 수용된 대상액체가 2차 가압된다. 이에 따라 상기 배출챔버(300)에 연결되어 있는 상기 배출로(310)를 통해 대상액체가 상기 왕복동 펌프(100) 밖으로 배출될 수 있게 된다.
한편 도 5를 참조하여 상기 흡입챔버(200) 내에서 일어나는 현상을 살펴보면, 상기 피스톤(400) 하강 시, 상기 흡입챔버(200)의 상부공간은 부피가 커짐에 따라 압력은 줄어들고, 반대로 하부공간은 부피가 작아짐에 따라 압력은 커지게 된다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 피스톤체크밸브(410)는 상부공간 압력이 하부공간 압력보다 작아야 열리도록 형성되므로, 이 경우 상기 피스톤체크밸브(410)가 열려서 상기 흡입챔버(200) 하부공간에 있는 대상액체가 상기 흡입챔버(200) 상부공간으로 이동하게 된다.
상기 흡입챔버(200) 하부가 개방되어 있을 경우 상기 피스톤(400)이 하강하는 만큼 상기 펌프하우징(100) 내에 수용된 대상액체에 힘이 가해지겠지만, 도 3 등을 참조할 때 상기 펌프하우징(100) 내에 대상액체가 꽉 채워지지 않을 수 있으며 이 경우 대상액체가 기화되어 기체로 채워진 공간으로 대상액체 수위가 올라갈 뿐 압력은 거의 변함이 없게 된다. 또한 도 5에서와 같이 상기 흡입챔버(200) 하부가 밀폐되되 상기 흡입체크밸브(210)가 형성되어 있을 경우, 상기 흡입체크밸브(210)의 상측 즉 상기 흡입챔버(400)의 하부공간 압력은 커지는 반면 상기 흡입체크밸브(210)의 하측 즉 상기 펌프하우징(100) 압력은 변함이 없으므로, 즉 상측 압력이 하측 압력보다 커지게 되어 상기 흡입체크밸브(210)는 닫히게 된다.
이처럼 본 발명의 왕복동 펌프(1000)에서는, 상기 피스톤(400) 상에 상기 피스톤체크밸브(410)가 형성되어 있음으로써, 상기 피스톤(400) 상승 시 상기 흡입챔버(200) 상부공간의 압력이 커짐에 따라 자연스럽게 대상액체가 1차 가압되어 상기 배출챔버(300)로 전달되도록 하고, 상기 피스톤(400) 하강 시 상기 피스톤로드(450)에 의해 상기 배출챔버(300) 내부공간의 대상액체가 2차 가압되어 배출됨과 동시에 상기 피스톤체크밸브(410)가 열려서 상기 흡입챔버(200) 상부공간으로 대상액체가 유입되어 대상액체가 배출된 만큼이 다시 채워진다. 이러한 동작이 반복 수행됨으로써 상기 왕복동 펌프(1000)가 대상액체를 흡입하여 원하는 외부장치로 배출시키는 동작이 원활하게 이루어지게 된다.
좀더 요약하자면, 상기 피스톤(400) 상승 시에는 상기 피스톤체크밸브(410)가 닫힌 상태가 되어 배출을 위한 상부공간 가압이 원활하게 이루어지고, 상기 피스톤(400) 하강 시에는 상기 피스톤체크밸브(410)가 열린 상태가 되어 배출된 만큼의 대상액체가 상부공간으로 원활하게 흡입되도록 함에 따라, 종래의 왕복동 펌프에서 발생하던 부압 발생 문제가 해소된다. 종래에는 부압 문제 해결을 위해 피스톤과 함께 상하운동하는 다이나믹씰을 사용하였는데, 다이나믹씰의 경우 흡입챔버 내벽과 지속적으로 마찰하게 됨에 따라 특히 극저온환경에서 쉽게 파손되는 등의 문제가 있었다. 그러나 본 발명에서는 피스톤체크밸브를 구비함으로써 부압문제를 해결함과 동시에 피스톤 및 흡입챔버 간에 접촉되는 부분에 별도의 새로운 구성을 부가하지 않음으로써 설계 및 제작을 훨씬 간소화할 수 있으며, 물론 파손 위험성도 훨씬 줄어들게 되어 유지보수비용 절감 등의 부가적인 효과도 얻을 수 있게 된다.
한편 상기 피스톤체크밸브(410) 및 상기 흡입체크밸브(210)의 크기, 개수, 배치 등에 따라 대상액체가 각 공간으로 얼마나 이동되는지의 양이 달라지며, 이에 따라 대상액체의 흡입 및 가압이나 부압 해소 성능이 달라질 수 있다. 이러한 점을 고려하여 상기 피스톤체크밸브(410) 및 상기 흡입체크밸브(210)의 형상을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 피스톤체크밸브의 일실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이 상기 피스톤체크밸브(410)는 상기 피스톤로드(450)를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 흡입챔버(200) 상부공간에 대상액체가 보다 균일하게 유입되어 분포될 수 있다. 또한 상기 피스톤(400) 반경을 R1이라 하고, (상기 피스톤(400) 중심에서) 상기 피스톤체크밸브(410) 중심까지의 거리를 R2라 할 때, R2가 R1의 60~80% 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상기 피스톤체크밸브(410)가 다소 바깥쪽으로 치우치게 형성되는 것이 바람직하다는 것이다. 상기 피스톤체크밸브(410)를 통해 대상액체가 강하게 유입되어 들어올 때, 상기 피스톤체크밸브(410)가 상기 피스톤로드(450) 상의 상기 연통로(420)와 너무 가깝게 배치되어 있을 경우 대상액체의 강한 흐름이 원치않게 상기 연통로(420)로 유입될 가능성이 있으며, 이를 방지하기 위하여 상기 피스톤체크밸브(410)가 다소 바깥쪽으로 치우치게 형성되도록 하는 것이다. 한편 상기 피스톤체크밸브(410)의 직경을 D1이라 할 때, D1은 R1-R2의 50~70% 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다. D1이 너무 클 경우 상기 피스톤(400) 및 상기 피스톤체크밸브(410) 사이 벽면의 두께가 얇아지게 되어 내구성이 떨어지는 문제가 있으며, D1이 너무 작을 경우 대상액체를 충분히 흡입하지 못하게 될 수 있다. 즉 상기 피스톤체크밸브(410)를 통해 상기 흡입챔버(200)의 상부공간으로 대상액체를 원활하게 이송하면서도 상기 피스톤(400)의 내압성 및 내구성을 유지하기 위해 이와 같은 형상으로 형성하는 것이다.
도 7은 본 발명의 흡입체크밸브의 일실시예를 도시한다. 도시된 바와 같이 상기 흡입체크밸브(210)는 상기 피스톤체크밸브(410)와 마찬가지로 상기 피스톤로드(450)를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 흡입챔버(200) 하부공간에 대상액체가 보다 균일하게 유입되어 분포될 수 있다. 또한 상기 흡입챔버(200) 반경을 R3라 하고, (상기 흡입챔버(200) 중심에서) 상기 흡입체크밸브(210) 중심까지의 거리를 R4라 할 때, R4가 R3의 55~75% 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다. 즉 상기 흡입체크밸브(210)도 상기 피스톤체크밸브(410)와 마찬가지로 다소 바깥쪽으로 치우치게 형성되는 것이 바람직하다는 것이다. 한편 상기 흡입체크밸브(210)의 직경을 D2이라 할 때, D2는 R3-R4의 30~60% 범위 내로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 피스톤체크밸브(410)에서와 마찬가지로, D2가 너무 클 경우 상기 흡입챔버(200) 및 상기 흡입체크밸브(210) 사이 벽면의 두께가 얇아지게 되어 내구성이 떨어지는 문제가 있으며, D2가 너무 작을 경우 대상액체를 충분히 흡입하지 못하게 될 수 있다. 즉 상기 흡입체크밸브(210)를 통해 상기 흡입챔버(200)의 하부공간으로 대상액체를 원활하게 이송하면서도 상기 흡입챔버(200)의 내압성 및 내구성을 유지하기 위해 이와 같은 형상으로 형성하는 것이다.
도 8은 피스톤체크밸브 및 흡입체크밸브의 배치관계를 도시한 것으로, (앞서 설명한 바와 같은 형상으로 된) 상기 피스톤체크밸브(410)가 형성된 상기 피스톤(400) 및 상기 흡입체크밸브(210)가 형성된 상기 흡입챔버(200)가 겹쳐진 상태를 도시한 것이다. 상기 피스톤(400)이 상기 흡입챔버(200) 내에 수용되어 상하운동하게 되므로, 상기 피스톤(400) 외주반경과 상기 흡입챔버(200) 내주반경이 동일하며, 따라서 당연히 도시된 바와 같이 상기 흡입챔버(200) 외주반경은 상기 피스톤(400) 외주반경보다 크다.
먼저 도 8에 잘 나타나 있는 바와 같이, 복수 개의 상기 흡입체크밸브(210)의 전체면적이 복수 개의 상기 피스톤체크밸브(410)의 전체면적보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 흡입체크밸브(210)는 고정된 부품인 상기 흡입챔버(200)에 구비되는 것이고, 상기 피스톤체크밸브(410)는 움직이는 부품인 상기 피스톤(400)에 구비되는 것인 바, 상대적으로 충분한 강성과 무게를 가질 수 있다. 또한 대상액체는 상기 흡입챔버(200) 하부공간 - 상기 흡입챔버(200) 상부공간 ?? 상기 배출챔버(300)를 순차적으로 이동하여 배출되므로, 최초로 대상액체가 채워지는 상기 흡입챔버(200) 하부공간에는 항상 대상액체가 충분하게 채워져 있어야 하며, 따라서 대상액체의 충진이 더 빠르게 이루어질 필요가 있다. 이러한 이유로 상기 피스톤체크밸브(410)보다 상기 흡입체크밸브(210)가 유효단면적이 크게 형성되는 것이 바람직한 것이다.
한편 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 흡입체크밸브(210)의 배치각도 및 상기 피스톤체크밸브(410)의 배치각도는 기결정된 각도(θ)를 이루어 어긋나게 배치되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써 상기 흡입챔버(200) 내의 대상액체의 유동을 원활하게 하고, 상기 피스톤(400)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.
더불어 상기 흡입챔버(200)는 고정된 부품이고 상기 피스톤(400)은 움직이는 부품이라는 사항과 관련하여, 상기 흡입체크밸브(210) 및 상기 피스톤체크밸브(410)의 형태를 다르게 형성할 수도 있다. 도 9는 본 발명의 왕복동 펌프의 제3실시예의 개념도를 도시한 것이다. 상술한 바와 같이 상기 흡입체크밸브(210)는 고정된 부품인 상기 흡입챔버(200)에 구비되는 것인바, 상대적으로 충분한 무게와 강성을 가지는 형태를 채용할 수 있으므로, 도 9에 도시된 바와 같이 볼밸브 형태로 형성될 수 있다. 반면 상기 피스톤체크밸브(410)는 움직이는 부품인 상기 피스톤(400)에 구비되는 것인바, 상기 피스톤(400)에 부가되는 무게를 줄이면서 구조가 단순화되는 것이 바람직하므로, 도 9에 도시된 바와 같이 리드밸브 형태로 형성될 수 있다. 물론 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 체크밸브의 종류와 선택의 조합은 필요와 목적에 따라 다양하게 변경 실시될 수 있음은 당연하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 종래의 펌프 10 : (종래의) 피스톤
20 : 흡입포트 30 : 다이나믹씰
1000 : 본 발명의 왕복동 펌프
100 : 펌프하우징 110 : 흡입구
200 : 흡입챔버 210 : 흡입체크밸브
300 : 배출챔버 310 : 배출로
400 : 피스톤 410 : 피스톤체크밸브
420 : 연통로 450 : 피스톤로드

Claims (12)

  1. 대상액체가 유입되는 흡입구가 형성되는 펌프하우징;
    상기 펌프하우징 내에 배치되며, 내부공간이 하기 피스톤에 의해 상부공간 및 하부공간으로 격리 형성되고, 상기 펌프하우징에 수용된 대상액체를 흡입 수용하여 1차 가압하는 흡입챔버;
    상기 펌프하우징 내 상기 흡입챔버 하부에 배치되며, 내부공간이 하기 피스톤로드에 형성된 연통로에 의해 상기 흡입챔버 상부공간과 연통되도록 형성되고, 상기 흡입챔버에서 가압된 대상액체를 전달받아 2차 가압하여 배출로를 통해 배출하는 배출챔버;
    상기 흡입챔버 및 상기 배출챔버 내의 대상액체를 가압하기 위한 피스톤로드 및 피스톤을 포함하되,
    상기 피스톤은,상기 피스톤로드 하강 시 대상액체가 상기 흡입챔버의 상부공간으로 이동하도록 형성되는 피스톤체크밸브가 형성되고,
    상기 흡입챔버는,하부가 밀폐된 형태로 형성되되, 상기 피스톤로드 상승 시 대상액체가 상기 흡입챔버의 하부공간으로 이동하도록 형성되는 흡입체크밸브가 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤체크밸브는,
    상기 피스톤로드를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤체크밸브는,
    상기 피스톤로드의 중심으로부터 상기 피스톤체크밸브의 중심까지의 거리가 상기 피스톤 반경의 60~80% 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤체크밸브는,
    상기 피스톤체크밸브의 직경이, 상기 피스톤로드의 중심으로부터 상기 피스톤체크밸브의 중심까지의 거리 및 상기 피스톤 반경 간의 차이 값의 50~70% 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 흡입체크밸브는,
    상기 피스톤로드를 중심으로 기결정된 간격을 두고 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 흡입체크밸브는,
    상기 피스톤로드의 중심으로부터 상기 흡입체크밸브의 중심까지의 거리가 상기 흡입챔버 반경의 55~75% 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 흡입체크밸브는,
    상기 흡입체크밸브의 직경이, 상기 피스톤로드의 중심으로부터 상기 흡입체크밸브의 중심까지의 거리 및 상기 흡입챔버 반경 간의 차이 값의 30~60% 범위 내로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 왕복동 펌프는, 상기 흡입체크밸브를 복수 개 구비하고, 상기 피스톤체크밸브를 복수 개 구비하며,
    상기 복수 개의 상기 흡입체크밸브의 전체면적이 상기 복수 개의 상기 피스톤체크밸브의 전체면적보다 큰 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 왕복동 펌프는,
    상기 흡입체크밸브의 배치각도 및 상기 피스톤체크밸브의 배치각도가 기결정된 각도를 이루어 어긋나게 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 왕복동 펌프는,
    상기 흡입체크밸브는 볼밸브 형태로 형성되며, 상기 피스톤체크밸브는 리드밸브 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 왕복동 펌프.
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