KR20000013867A - 다이어프램 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면 토출되는 유체의 맥동 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 간단한 구조의 다이어프램 펌프가 개시된다. 제1 펌프실의 개구부에는 다이어프램이 설치되며, 제2 펌프실의 내부에는 하부에 개구부가 형성되어 있는 원통형 격판이 설치되어, 펌핑 동작시, 제2 펌프실 내부에 있던 공기가 원통형 격판(21)의 외부를 통해 밀려오는 유체에 의해 원통형 격벽의 내부에 압축된 상태로 저장되어 균압실을 형성하여, 토출되는 유체의 맥동을 효과적으로 방지하여 배관계의 파손을 미연에 방지할 수 있으며, 소음을 현저하게 감소시킬 수 있다.

Description

다이어프램 펌프

본 발명은 다이어프램 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다이어프램이 설치되는 제1 펌프실과 하부가 개구되어 있는 원통형 격판이 배치되는 제2 펌프실을 구비함으로써, 토출되는 유체의 맥동 현상을 효과적으로 방지하는 다이어프램 펌프에 관한 것이다.

다이어프램 펌프는 모터의 회전 운동을 캠 등의 기구를 통해 다이어프램의 직선 왕복 운동으로 변환시킴으로써 유체를 펌핑하는 장치로, 토출 유량의 변동이 적기 때문에 액상의 화학 약품이나 약제 등의 정량 주입에 일반적으로 사용되고 있다.

도 1은 종래의 다이어프램 펌프의 일례를 설명하기 위한 개략적인 도면으로, 펌프 헤드(100)의 개구부에는 다이어프램(110)이 서포트 링(120)에 압착되어 설치되어 펌프실(130)을 형성하게 되며, 동체(102)의 하부 및 상부에는 흡입공(105) 및 토출공(106)이 형성되어 있다.

흡입공(105) 및 토출공(106)은 각각 체크볼(140)에 의해 개방 또는 폐쇄되는 바, 펌프 헤드(100)의 흡입공(105) 흡입단부 및 토출측 커넥터(160) 단부에는, 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같은 십자홈 형상의 개방측 밸브 시트(141)가 형성되어 있으며, 펌프 헤드(100)의 토출공(106) 토출단부 및 흡입측 커넥터(150) 단부에는 테이퍼형의 폐쇄측 밸브 시트(142)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 종래의 일반적인 다이어프램 펌프의 작동을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

펌프를 구동시키기 위해 모터(미도시)를 구동시키면, 모터의 회전운동은 편심캠 등의 기구에 의해 다이어프램 샤프트(111)의 왕복운동으로 바뀌게 되어, 다이어프램(110)은 전후진 작동하게 된다. 도 1A는 다이어프램이 후진 작동되어 있는 상태 즉, 흡입 행정을 나타내며, 도 1B는 다이어프램이 전진 작동되어 있는 상태 즉, 토출 행정을 나타내고 있다.

흡입 행정시에는 펌프실 내의 부압에 의해 흡입측 및 토출측 체크볼(140)이 모두 펌프 헤드(100)의 중심 방향으로 이동하게 되는 데, 펌프 헤드(100)의 흡입공(105) 흡입단부에는 개방측 밸브 시트(141)가 형성되어 있어 유체가 십자홈을 따라 펌프실(130) 내로 흡입되게 되며, 토출공(106)은 체크볼에 의해 폐쇄되게 된다. 다음의 토출 행정에서는 체크볼(140)이 모두 펌프 헤드(100)의 외측 방향으로 이동하게 되므로, 흡입공(105)은 폐쇄되고 토출공(106)만 개방되어 펌프실 내의 유체가 토출측 커넥터(160)에 형성되어 있는 십자홈을 따라 외부로 토출된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 다이어프램 펌프는 장시간으로 볼 때는 평균적인 토출량이 거의 일정하다는 장점이 있으나, 펌핑 작용이 흡입 행정 및 토출 행정으로 구분되어 단속적으로 이루어지기 때문에, 도 1D에 도시되어 있는 바와 같이, 토출되는 유량에 맥동 현상이 발생한다는 근본적인 문제점을 안고 있었다.

이러한 토출 유량의 맥동을 방지하기 위한 것으로, 종래에도 펌프를 두 개 이상 병렬로 연결하여 그 행정을 달리함으로써 맥동을 줄이는 방식(도 1E 참조)이나, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 유체 관로 중간에 에어 챔버(200)를 설치하여 토출 행정 중에는 에어 챔버(200) 내의 공기가 압축됨으로 인해 토출 배관(210) 측으로의 토출량을 감소시키고, 흡입 행정 중에는 압축되었던 공기의 팽창력에 의해 토출 행정 중 에어 챔버(200)에 저장되었던 유체를 토출 배관(210) 측으로 토출시키도록 하는 방식이 사용되었다. 미설명 부호 220은 유체의 압력이 소정치 이상이 되는 경우 개방됨으로써, 고압유체가 리턴 파이프(230)를 통해 회수되도록 하기 위한 안전 밸브를 나타내며, 201은 압력계를 나타낸다.

그러나, 펌프를 두 개 이상 병렬로 연결하는 방식은 그 효과에 비해 설치 비용이 급격히 상승한다는 문제점이 있었으며, 유체 관로 중간에 에어 챔버를 설치하는 방식의 경우 설치 작업이 용이하지 않을 뿐 아니라 펌프의 커넥터 및 유체 관로가 튜브 타입인 경우에는 설치가 곤란하였다.

또한, 펌프 작동중의 에어 챔버의 진동에 의해 그 연결부가 파손되는 경우가 빈번하였으며, 펌프에서의 토출 유량 자체의 맥동을 근본적으로 제거한 것이 아니기 때문에, 맥동에 의한 워터 햄머링(water hammering)이 발생하여 과압시 배관 등이 파손될 우려가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 토출되는 유체의 맥동 현상을 효과적으로 방지할 수 있는 간단한 구조의 다이어프램 펌프를 제공하는데 있다.

도 1A 및 도 1B는 종래의 다이어프램 펌프의 구조 및 동작을 설명하기 위한 요부 단면도.

도 1C는 십자홈 형상의 개방측 밸브 시트의 평면도.

도 1D 및 도 1E는 각각 토출되는 유량에 발생하는 맥동현상을 설명하기 위한 그래프 및 맥동현상을 감소시킨 경우의 토출되는 유량의 형태를 나타내는 그래프.

도 2는 종래 유체 관로 중간에 에어 챔버 및 안전밸브가 설치되어 있는 예를 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다이어프램 펌프의 종단면도.

도 4는 도 3의 A-A선을 단면도.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다이어프램 펌프의 분해사시도.

도 6는 토출측 밸브바디의 상세도.

도 7은 본발명의 다른 실시예를 나타내는 종단면도.

도 8은 본발명의 또 다른 실시예를 나타내는 종단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11: 원통형 몸체 12: 분할벽

13: 제1 펌프실 14: 제2 펌프실

15: 커버 플레이트 16: 흡입구

17: 토출로 18: 토출구

23: 균압실 42: 토출측 밸브바디

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이어프램 펌프는, 다이어프램의 전후진 작동에 의해 유체의 토출이 단속적으로 이루어지는 다이어프램 펌프에 있어서, 원통형의 몸체와; 상기 원통형 몸체의 내부를 제1 펌프실과 제2 펌프실로 구획하는 분할벽과; 상기 제1 펌프실의 개구부에 배치되는 다이어프램과; 상기 다이어프램을 전후진 작동시키기 위한 구동수단과; 상기 제2 펌프실의 개구부에 결합되는 커버플레이트와; 하부가 개구되어 있는 원통형으로 형성되며, 제2 펌프실의 내부에 배치되어 그 내부에 압축 공기가 수용되는 균압실을 형성하는 원통형 격판과; 상기 제1 펌프실에 형성되어 있는 흡입구와; 상기 흡입구를 개폐하는 흡입밸브수단과; 상기 제1 펌프실과 상기 제2 펌프실을 연통시키는 토출로와; 상기 제1 토출로를 개폐하는 토출밸브수단과; 상기 제2 펌프실에 형성되는 토출구;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 토출 밸브수단은, 일측은 개구되어 있으며, 타측에는 돌출부가 형성되고 상기 돌출부 주위에 다수개의 관통공이 형성되어 있는 원통형의 밸브 바디와; 상기 밸브 바디 내부에 유동가능하게 배치되는 볼과; 상기 밸브 바디의 상기 개구부에 배치되는 밸브 시트를 구비하며, 상기 분할벽에는 상기 토출로와 연통되는 밸브설치공이 형성되어, 상기 밸브 설치공내에 상기 토출밸브수단이 배치되며, 상기 밸브설치공의 상부에 결합되는 캡의 하부면에 의해 상기 밸브 바디의 돌출부가 하부로 눌려짐으로서, 상기 밸브설치공내의 상기 돌출부 주위의 공간이 상기 토출로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게, 상기 커버 플레이트에는 압력 조정공 및 고압유체회수공이 형성되어 있으며, 상기 압력 조정공 및 고압유체 회수공의 외측에는 스프링에 의해 탄력지지되는 밸브플레이트가 설치되어, 상기 제2 펌프실내의 압력이 소정치 이상이되는 경우, 상기 스프링의 압축됨으로서, 상기 제 2 펌프실내의 고압유체가 상기 압력 조정공 및 과압유체 회수공을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

이하의 상세한 기재와 바람직한 실시예에 의해 본 발명의 특징 및 기대되는 이점이 보다 분명해질 것이다.

도 3내지 도6은 본 발명의 일실시예에 따른 다이어프램 펌프의 구성 및 작용을 설명하기 위한 도면으로, 도 3은 종단면도를, 도 4는 도3의 A-A선 단면도로 하부가 개구되어 있는 원통형 격판에 형성되는 균압실을, 도 5는 분해사시도를, 도5는 토출측 밸브바다의 일부 절개 사시도를 각각 나타낸다.

이하 설명에서, 종래와 동일한 구성으로서 본 발명을 이해하는 데 있어서 중요하지 않은 사항은 그 설명을 생략하기로 한다.

원통형의 몸체(11)는 분할벽(12)에 의해 좌우로 분할되어, 제1 펌프실(13)과 제2 펌프실(14)을 형성한다.

제1 펌프실의 개구부에는 다이어프램(110)이 서포트 링(120)에 의해 압착되어 설치되며, 제2 펌프실(14)의 개구부에는 커버플레이트(15)가 가스켓(75)를 매개로 결합되고, 제2 펌프실(14)의 내부에는 하부에 개구부(22)가 형성되어 있는 원통형 격판(21)이 설치되어, 펌핑 동작시, 제2 펌프실 내부에 있던 공기가 원통형 격판(21)의 외부를 통해 밀려오는 유체에 의해 원통형 격벽(21)의 내부에 압축된 상태로 저장되어 균압실(23)을 형성하게 된다.

제1 펌프실(13)의 하부에는 흡입구(16)가 형성되어 있으며, 흡입구(16)에결합되는 흡입측 커넥터(31)의 내부에는 흡입측 밸브바디(32), 흡입측 체크볼(33), 흡입측 밸브시트(34)로 구성되는 흡입밸브수단(30)이 배치되고, 제2 펌프실(14)의 상부에는 토출구(18)가 형성되어 토출측 커넥터(51)가 결합된다.

한편, 분할벽(12)에는 제1 펌프실(13)과 제2 펌프실(14)를 연통시키는 토출로(17)가 형성되고, 토출로(17)의 중간에는 토출밸브 설치공(45)이 형성된다. 토출밸브 설치공(45)의 내부에는 토출측 밸브바디(42), 토출측 체크볼(43), 토출측 밸브시트(44)로 구성되는 토출밸브수단(40)이 배치되는 바, 토출측 밸브바디(42)는 볼가이드공(42c) 및 관통공(42b)이 형성되어 있는 것은 흡입측 밸브바디(32)와 같으나, 상부에 돌출부(42a)가 형성되어 있어, 토출밸브 설치공(45)의 개구부에 캡(41)을 결합하게 되면, 캡(41)의 하부면에 의해 돌출부(42a)가 눌려짐으로서 토출측 밸브바디(42)가 토출밸브 설치공(45)내에 확실하게 고정되며, 돌출부(42a) 주위의 공간이 토출로(17)의 일부를 형성하게 된다.

토출밸브수단(40)을 본 발명과 같이 구성함으로써, 도 1C에 도시되어 종래의 밸브수단에 비해 보다 확실하게 동작되며, 채터링이 방지되고 밸브 시트부의 내구성이 증대된다.

도면 중 미설명 부호 61은 드레인 파이프, 62는 드레인 밸브, 71내지 74는 공기 및 유체의 유출을 방지하기 위한 패킹, 76은 커버플레이트, 원통형 몸체, 서포트링을 결합시키기 위한 볼트를 각각 나타내고 있다.

상기 실시예와 같이 구성된 다이어프램 펌프의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

동작 상태에서의 균압실(23)은, 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 상태가 된다. 즉, 원통형 격판(21)과 원통형 몸체(22)사이의 공간 및 원통형 격판(23)내부의 하부에는 펌핑 대상 유체가 채워지게 되며, 격판 내부 상부 공간 즉, 균압실(23)에는 압축공기가 채워지게 되는 바, 균압실(23)에 채워져 있는 공기는 가스켓(75) 및 하부의 유체에 의해 외부와 완전히 차단됨으로써 항상 일정량의 공기량을 유지하게 된다.

도 3은 다이어프램(110)이 전진해 있는 상태, 즉, 토출 행정을 나타내는 바, 토출 행정시에는 토출측 체크볼(15)이 토출측 밸브시트(44)로부터 이탈되어 상방으로 이동된다. 따라서, 토출로(17)가 개방됨과 동시에 이전의 흡입 행정시 제1 펌프실(13)내에 유입되어 있던 유체가 토출로(17)를 통하여 제2 펌프실(14) 내부로 토출된다. 이에 따라, 제2 펌프실(14)내부의 유체의 압력이 상승하여 균압실(23)의 공기가 더욱 압축되며 원통형 격판(21) 내부의 유체의 수위가 상승하게 된다. 즉, 토출로(17)를 통해 제2 펌프실(20) 내부로 유입되는 유체 전체가 토출 토출구(18)를 통해 토출되는 것이 아니고, 그 중 일부는 격판(21) 내부에 있는 유체의 수위상승 및 공기의 압력 증가에 기여하게 되므로 토출 유량의 급격한 변동이 방지된다.

이어지는 흡입 행정시에는 토츨밸브수단(40)이 폐쇄되어 제2 펌프실(14) 내부에 있는 유체가 제1 펌프실로 역류되는 것이 방지됨과 동시에, 제1 펌프실(13)로부터 제2 펌프실(14)로의 유체 토출이 정지된다. 그러나, 이전의 토출 행정시 압축되었던 균압실(23) 내의 공기압에 의해 제2 펌프실(14) 내부의 유체는 토출구(18)및 토출측 커넥터(51)를 통해 지속적으로 토출됨과 동시에 원통형 격판(21) 내부의 유체의 수위는 점차 감소하게 된다. 따라서, 흡입행정시에도 제2 펌프실로부터 토출되는 토출 유량은 급격히 감소되지 않고 제1 펌프실의 토출 행정시와 거의 균등하게 된다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 7을 참조하면,

제2 펌프실(14)의 개구부에 결합되는 커버 플레이트(15)에 압력 조정공(81) 및 고압유체회수공(82)이 형성되어 있으며, 상기 압력 조정공(81) 및 고압유체 회수공(82)의 외측에는 스프링(85)에 의해 탄력지지되는 밸브플레이트(83)가 설치되어 있다. 밸브플레이트(83)는 탄성재질로 형성하는 것이 바람직하다. 스프링(85)은 커버플레이트(15)의 일측에 나사 결합되는 스프링 케이싱(84)의 내부에 배치되는 바, 스프링(85)과 밸브플레이트(83) 사이에는 푸시플레이트(86)가 배치되어 있어, 밸브플레이트의 작동이 원할하게 이루어질 수 있도록 한다. 스프링 케이싱(84)의 일단에는 스프링(85)의 탄성력을 조절할 수 있도록 캡(88)이 나사결합되며, 캡(88)과 스프링(85)사이에는 스프링이 안착되는 스프링 시트(87)가 배치된다.

이와 같은 구성에 의해, 제2 펌프실내의 압력이 소정치 이상이되는 경우, 밸브플레이트(83)가 탄성변형됨과 동시에 상기 스프링이 압축됨으로서, 상기 제 2 펌프실내의 고압유체가 상기 압력 조정공(81) 및 과압유체 회수공(82)을 통해 배출되게 된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 관로에 별도의 안전밸브(220)를 설치하는 번거로운 작업없이도 펌프 및 관로내의 압력을 일정치 이하로 유지할 수 있게 되므로, 펌프 장치의 설치 비용 및 설치 공정을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면으로, 도 3의 실시예와는 달리, 원통형 몸체(11)를 제1 펌프실 몸체(11a)와 제2 펌프실 몸체(11b)로 분리하여 구성하고, 제2 펌프실 몸체(11b)와, 커버플레이트(15)와 원통형 격판(21)을 일체로 구성한 것을 나타낸다.

펌프를 수지로 사출성형하지 않고 스테인레스 등 금속으로 제조하는 경우에는, 도 3의 실시예보다는 본 실시예의 경우가 그 제조공정 및 제조원가의 측면에서 유리하다. 이 경우, 유체의 이동 통로가 되는 원통형 격판 외측은 그 깊이를 깊게 하지 않아도 무방하다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 다이어프램 펌프에 따르면, 토출되는 유체의 맥동 현상을 효과적으로 방지할 수 있으며, 에어 챔버나 안전밸브등 별도의 배관 부품을 설치할 필요가 없으므로 장비의 설치 작업을 단순화시킴과 동시에 설치비를 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 종래에는 에어 챔버를 설치하여 유체의 맥동 현상을 감소시킨다 하여도 다이어프램 펌프 자체로부터는 단속적으로 유체가 토출됨으로 인해 워터 햄머링에 의한 배관의 파손이 빈번하고 소음이 심했으나, 본 발명에 따른 다이어프램 펌프는 자체적으로 유체의 맥동을 감소시켜 토출하게 되므로 배관계의 파손을 미연에 방지할 수 있으며, 소음을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 설명의 편의상 특정 형식의 다이어프램 펌프를 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 기타 형식의 다이어프램 펌프 및 흡입 및 송출이 단속적으로 이루어짐으로 인해 유량의 맥동이 발생하는 기타 형식의 펌프에 적용될 수 있음은 당연하다.

또한 상기한 실시예는 본 발명의 예시적인 실시예에 불과하므로, 청구범위에 명기된 본 발명의 정신과 범위 내에서 여러 가지로 변형 또는 변경이 가능하다.

Claims (3)

1. 다이어프램의 전후진 작동에 의해 유체의 토출이 단속적으로 이루어지는 다이어프램 펌프에 있어서,

   원통형의 몸체와;

   상기 원통형 몸체의 내부를 제1 펌프실과 제2 펌프실로 구획하는 분할벽과; 상기 제1 펌프실의 개구부에 배치되는 다이어프램과;

   상기 다이어프램을 전후진 작동시키기 위한 구동수단과;

   상기 제2 펌프실의 개구부에 결합되는 커버플레이트와;

   하부가 개구되어 있는 원통형으로 형성되며, 제2 펌프실의 내부에 배치되어 그 내부에 압축 공기가 수용되는 균압실을 형성하는 원통형 격판과;

   상기 제1 펌프실에 형성되어 있는 흡입구와;

   상기 흡입구를 개폐하는 흡입밸브수단과;

   상기 제1 펌프실과 상기 제2 펌프실을 연통시키는 토출로와;

   상기 제1 토출로를 개폐하는 토출밸브수단과;

   상기 제2 펌프실에 형성되는 토출구;를 구비하는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 토출 밸브수단은,

   일측은 개구되어 있으며, 타측에는 돌출부가 형성되고 상기 돌출부 주위에 다수개의 관통공이 형성되어 있는 원통형의 밸브 바디와; 상기 밸브 바디 내부에 유동가능하게 배치되는 체크볼과; 상기 밸브 바디의 상기 개구부에 배치되는 밸브 시트를 구비하며,

   상기 분할벽에는 상기 토출로와 연통되는 밸브설치공이 형성되어, 상기 밸브 설치공내에 상기 토출밸브수단이 배치되며, 상기 밸브설치공의 상부에 결합되는 캡의 하부면에 의해 상기 밸브 바디의 돌출부가 하부로 눌려짐으로서, 상기 밸브설치공내의 상기 돌출부 주위의 공간이 상기 토출로의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 플레이트에는 압력 조정공 및 고압유체회수공이 형성되어 있으며, 상기 압력 조정공 및 고압유체 회수공의 외측에는 스프링에 의해 탄력지지되는 밸브플레이트가 설치되어, 상기 제2 펌프실내의 압력이 소정치 이상이되는 경우, 상기 스프링이 압축됨으로서, 상기 제 2 펌프실내의 고압유체가 상기 압력 조정공 및 과압유체 회수공을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.