KR20040097936A - 격막 펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

격막 펌프 및 이와 관련하여서 서플라이로부터 압축된 작동유체를 수용하는 압력 증압기(intensifier)를 포함하고, 상기 증압기는 작동유체의 압력을 그 서플라이 압력 이상으로 증가시키고 상기 증가된 압력의 작동유체를 상기 격막 펌프에 제공하여서, 작동 유체 서플라이 압력을 초과해서 펌프 출력 압력을 만들어내는 펌프의 펌핑 행정을 발생시키는 펌핑 시스템.

Description

격막 펌프 시스템{DIAPHRAGM PUMP SYSTEM}

본 발명은 격막 펌프로, 특히 액체 페인트를 페인트 스프레잉(spraying) 시스템에 공급하기 위한 것이지만 여기에 한정되지 않는 격막 펌프를 포함하는 펌핑(pumping) 시스템에 관련된다.

격막 펌프는 잘 알려져 있고 통상은 움직일 수 있는 격막(diaphragm)에 의해 부분적으로 부착된 펌핑 챔버를 포함하고, 여기서 격막은 펌핑 챔버의 체적을 줄이고 그에 따라 보통은 액체인 작동유체를 펌핑 챔버로부터 방출하기 위하여 압축된 작동유체의 사용에 의해 움직일 수 있다. 일반적으로 격막 펌프는 복동식 펌프(double-acting pump)로 구성되는데, 복동식 펌프에 있어서, 두 개의 펌핑 챔버는 각각 관련된 격막을 갖고, 두 개의 격막은 물리적으로 서로 연결되어서, 하나가 펌핑 챔버의 작동유체를 방출하기 위하여 자신의 펌핑 챔버의 사이즈를 줄이기 위하여 움직일 때, 대응 격막은 펌핑 챔버의 체적을 늘리기 위한 방향으로 이동하여서 작동유체를 작동유체 서플라이에서 펌핑 챔버로 흡입한다. 그러나, 사실상 본발명은 복동식 격막 펌프에 더 자주 적용되고 그에 따라 본 출원의 이후 부분 전체에 단동식 펌프보다는 복동식 펌프가 언급될 것이지만, 본 발명은 가장 간단한 양상으로서 단동식(단일 격막) 펌프에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

종래에 격막 펌프에 의해서 펌핑되는 작동유체는 액체이고, 또한 종래에 격막들이 그들의 펌핑 행정을 수행하도록 하기 위하여 격막들에 가해진 압축 작동유체는 압축공기이다. 보통은 격막 펌프는 1:1의 압력비를 나타내는데, 이는 1 바(bar)의 압력을 갖는 공기가 펌프를 구동하기 위하여 펌프에 가해지면, 펌프의 출력 라인에 역시 1 바인 액체 압력을 만들어내는 것이다. 예를 들어, 펌프를 구동하는 1 바의 공기압이 펌프의 액체 출력 라인에서 3바인 출력 압력을 만들어내는, 증가된 압력비를 갖는 격막 펌프를 제공하는 것은 알려져 있다. 그러나, 그런 펌프는 1:1의 압력비를 갖는 펌프보다 상당히 크고 제조 비용도 훨씬 더 비싸지만, 본 발명과 관련된 시스템에서 그런 펌프를 사용하는 것이 배제되는 것은 아니다. 본 명세서에서 이후의 편의를 위하여 펌프는 1:1의 압력비를 갖는 것으로 가정한다.

페인트 스프레이 산업에 있어서, 페인트 스프레이 가게에 명목상으로 5바인 공기압 서플라이를 제공하는 것은 관례이다. 실제로 공기압은 5바 보다 낮을 것 같지 않고, 6바만큼이나 높을 수 있다. 게다가, 많은 애플리케이션에 있어서, 예를 들어 페인트와 같은 액체를 격막 펌프로부터 페인트 스프레잉 시스템에 10바의 명목 최소 압력으로 공급하는 것이 바람직할 것이고, 또한 본 발명의 목적은 격막 펌프를 포함하는 펌핑 시스템을 제공하는 것이며 이 목적은 간단하고 편리한 방식으로 달성될 수 있다는 것을 알 수 있으며, 본 발명은 명목상으로 5바인 공기가 공급된 페인트 스프레잉 시스템에서 명목상 10바인 페인트 압력을 간단하게 달성하는 것 이상으로 더 넓은 애플리케이션을 갖는다는 것도 이해할 수 있다.

본 발명과 관련하여서, 격막 펌프 및 이와 관련하여서 서플라이로부터 압축된 작동유체를 수용하는 압력 증압기(intensifier)를 포함하는 펌핑 시스템이 제공되고, 상기 증압기는 작동유체의 압력을 그 서플라이 압력 이상으로 증가시키고 상기 증가된 압력의 작동유체를 상기 격막 펌프에 제공하여서, 작동 유체 서플라이 압력을 초과해서 펌프 출력 압력을 만들어내는 펌프의 펌핑 행정을 발생시킨다.

편리하게 상기 압력 증압기는 적어도 두 배(two times) 증압기(바람직하게는 2.5배 증압기)이고 종래에 펌프는 1:1의 입출력 압력비를 갖고 그에 의하여 펌프의 출력 라인에서의 압력은 압력 증압기에 대한 작동유체의 서플라이 압력의 두 배(바람직하게는 2.5배)이다.

바람직하게는 압력 증압기는 격막 펌프에 병합된다.

편리하게 격막 펌프는 복동식 격막 펌프이고 압력 증압기는 복동식 격막 펌프의 격막에 작동유체의 공급을 제어하는 스풀 밸브에 병합된다.

바람직하게는 격막 펌프는 1:1의 입출력 압력비를 갖는다.

도1: 복동식 격막 펌프의 개략적인 단면도.

도2: 펌프의 작동 방식을 나타내는 도1의 펌프의 일부분에 대한 개략적인 도시.

도3: 펌프의 작동 방식을 나타내는 도1의 펌프의 일부분에 대한 개략적인 도시.

도4: 도1, 도2 및 도3의 격막 펌프와 함께 사용되는 압력 증압기(intensifier)의 대안적인 구성의 개략적인 단면도.

도5: 도1, 도2 및 도3의 격막 펌프와 함께 사용되는 압력 증압기의 대안적인 구성의 개략적인 단면도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 바디(11) 12: 보어

13: 제1 단부 플레이트 14: 제2 단부 플레이트

15,15a; 구동 챔버 16,16a: 펌핑 챔버

17,17a; 격막 18: 연결 로드

19,21: 와셔 22: 너트

25: 액체 출구 통로 26: 역지 밸브

27,29: 개방 유니온 28,31: 가로방향 통로

32: 스풀 밸브 33: 전환 밸브

36: 공기 압력 입구 포트 37: 압력 증압기

38: 출구 포트 39,41: 라인

A: 공급 라인 B: 표준화된 메인 서플라이

본 발명의 일례는 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도면을 참조하면, 도1, 도2, 및 도3은 알려진 형태의 격막 펌프를 도시하고 있는데, 여기서 통상 실린더형인 중앙 금속 바디(11)는 축방향 관통 보어(12)를 갖고 그 각각의 대응 단부에서 제1 및 제2 단부 플레이트(13,14)로 끼워 맞추어진다. 상기 바디(11)의 상기 단부 플레이트(13)에 제공된 면은 오목하고(concave), 상기 바디(11)를 향하게 제공된 상기 단부 플레이트(13)의 면도 역시 오목하다. 상기 단부 플레이트(13)와 상기 바디(11)의 오목함은, 상기 엔드 플레이트(13)와 상기 바디(11)의 외주 구역사이에 갇힌(trapped) 외주를 갖는 신축 금속 격막(17)에 의해 구동 챔버(15)와 펌핑 챔버(16)로 나뉘는 내부 챔버를 한정한다. 상기 바디(11)의 반대 축방향 단부의 배열은 내부 챔버가 격막(17a)에 의해서 구동 챔버(15a)와 펌핑 챔버(16a)로 나뉜다는 점에서 유사하다. 연결 로드(18)는 상기 바디의 상기 보어(12)에 미끄러질 수 있게 수용되고 그 대응하는 축방향 단부에서 각각 격막들(17,17a)에 연결된다. 각 단부에서 상기 로드(18)는 각각 격막을 통과하여 지나고 상이한 직경의 격막 제어 와셔(19,21)는 상기 로드(18)의 나사산이 형성된 단부 구역상에 결속된 너트(22)에 의해 상기 격막의 대응 면들에 대하여 죄어진다. 도1에 도시된 격막 펌프는 압축 공기에 의해 구동되고, 또한 액체 페인트를 펌핑하도록 설계된다. 구동 공기, 및 펌핑된 액체에 대한 언급은 본 출원의 검토 내내 유지되나, 액체 페인트 외의 유체가 펌핑되고, 또한 압축 공기 외의 유체가 펌프를 가동하기 위하여 사용되는 애플리케이션들이 있을 것이라는 점을 이해해야 한다.

각 단부 플레이트(13,14)는 편리하게는 볼 체크 밸브의 형태인 역지(non-return) 밸브(24)를 통해서 각각의 펌핑 챔버(16,16a)와 교통하는(communicate) 액체 입구 통로(23)를 포함한다. 유사하게, 각 단부 플레이트(13,14)는 또한 간단하게는 볼 체크 밸브의 형태인 역지 밸브(26)를 통해서 각각의 챔버(16,16a)와 교통하는 액체 출구 통로(25)를 포함한다. 상기 단부 플레이트(14)의 상기 액체 입구 통로는 개방 유니온(27)을 갖고, 그에 의해 상기 입구 통로는 사용 중이며 펌핑될 액체의 서플라이에 연결될 수 있다. 각 역지 밸브의 상류인 상기 단부 플레이트(14)의 상기 입구 통로는 상기 바디(11) 내에서 축방향으로 연장하는 가로방향 통로(28)에 의해 상기 역지 밸브(24)의 상류의 상기 단부 플레이트(13)의 상기 입구 통로(23)에 연결된다.

상기 단부 플레이트(13)의 상기 액체 출구 통로(25)는, 예를 들어 페인트 스프레잉 시스템과 같이 펌핑된 액체가 공급되는 구조(arrangement)에 연결하기 위한 개방 유니온(29)를 갖는다. 상기 유니온(29)은 상기 단부 플레이트(13)의 역지 밸브(26)의 하류에 있고, 상기 통로(28)에 평행한 가로방향 통로(31)는 상기 단부 플레이트(14)의 상기 액체 출구 통로(자신의 역지 밸브의 하류에 있는)와 상기 역지 밸브(26)의 하류에 있는 상기 단부 플레이트(13)의 상기 통로(25)를 연결하기 위하여 축 방향으로 상기 바디(11)내에서 연장한다. 그래서, 액체는 상기 유니온(27)을 통해서 복동식 격막 펌프로 들어가서 상기 챔버(16) 또는 상기 챔버(16a)중의 하나로부터 펌핑되고, 어느 챔버인가에 관계없이 챔버는 펌핑 행정을 수행하여, 펌핑된 액체는 상기 유니온(29)을 통해서 상기 펌프로부터 방출된다.

상기 로드(18)는 그 단부들 중간에서 압축 공기가 상기 펌프의 상기 구동 챔버들(15,15a)에 인가 여부를 제어하는 스풀 밸브(32)의 일부분을 형성한다.

상기 스풀 밸브(32)는 상기 펌프의 전환(change-over) 밸브 구조의 일부분을 형성하고 그 하우징이 상기 바디(11)의 일부분을 형성하거나, 또는 상기 바디(11)에 고정되는 전환 밸브(33)와 결합하여 작동한다. 상기 전환 밸브(33)는 상기 밸브가 상기 밸브의 일 단부에 압축 공기를 가함으로써 충동되는(urge) 제1 작동 위치(도2에 도시된 것과 같은), 그리고 상기 밸브가 상기 밸브의 귀환 스프링(34)에 의하여 충동되는 제2 작동 위치를 갖는다. 상기 스풀 밸브(32)의 압축 공기 입구 부분(35)은 상기 액체 펌핑 시스템과 관련된 표준화된 메인 서플라이(도2 및 도3에서 "B"로 표시된)로부터 압축 공기가 공급된다. 이 예를 위한 목적으로, 상기 표준화된 공급 라인(B)에서 압력은 5바라고 가정할 수 있다. 상기 밸브(33)의 공기 압력 입구 포트(36)는 압력 증압기(37)(도4)의 중개를 통해서 상기 표준 메인 서플라이로부터 압축 공기가 공급된다. 상기 압력 증압기(37)는 2.5배 증압기이고, 그래서 상기 증압기(37)로부터 상기 입력 포트(36)로의 공급 라인("A")에서의 압력은 12.5바이다.

도2는 그 이동의 오른쪽 끝에 있는 복동식 격막 펌프를 도시하고 있는데, 여기서 상기 격막(17a)은 상기 단부 플레이트(14)를 향하여 이동하였고 그에 따라 상기 챔버(16a)는 펌핑 행정을 수행하였다. 상기 로드(18)의 상기 바디(11)에 대한 이동에서 이 지점에 도달하면, 상기 스풀 밸브(32)는 상기 포트(35)를 상기 밸브(33)의 압력 감지 포트에 연결된 출구 포트(38)와 교통하게 한다. 상기 바디(11)의 상기 포트(38)로부터 상기 밸브(33)에 가해진 메인 서플라이 공기 압력은, 상기 밸브(33)를 상기 스프링(34)에 반하여, 증압된(intensified) 서플라이("A")가 라인(39)을 통해서 상기 펌프의 상기 챔버(15)에 연결되고 동시에 상기 챔버(15a)가 라인(41)과 상기 밸브(33)를 통해서 대기에 연결되어서 상기 챔버(15a)에서의 압력이 소진될 수 있는 위치로 구동한다. 그래서 12.5바로 압축된 공기는 상기 밸브(33)를 통해서 상기 챔버(15)까지 공급되어 상기 피스톤(17)을 왼쪽으로 구동시키고, 그와 함께 상기 로드(18) 및 상기 피스톤(17a)을 운반한다. 상기 챔버(16)내의 액체는 상기 격막(17)의 이러한 움직임에 의해 추진되고 상기 역지 밸브(26) 및 상기 펌프의 상기 압력 공급 포트(29)를 통해서 상기 챔버(16)로부터 흐른다. 상기 챔버(16)의 입구 측 상의 상기 역지 밸브(24)는 단단히 폐쇄된 채로 남아있고 그리하여 상기 펌프의 좌측 단부(도1에서 그려진 바대로)는 펌핑 행정을 수행한다. 동시에 상기 펌프의 우측 단부에서 상기 챔버(16a)는 상기 챔버(16a)의 체적이 증가함에 따라 압력의 감소를 겪게 되어서, 상기 챔버(16a)의 출구 측의 상기 역지 밸브는 단단히 폐쇄되게 남으나, 상기 챔버(16a)의 상기 입구 측의 상기 역지 밸브는 개방되어서 새로운 액체가 상기 액체 공급 포트(27)로부터 상기 챔버(16a)로 공급되도록 한다.

상기 격막(17)이 좌측으로 그 최대 변위(다시 말해서 상기 챔버(16)의 상기 펌핑 행정의 끝)에 도달할 때, 상기 로드(18)와 함께 이동하는 상기 스풀 밸브(32)는 상기 밸브(33)의 상기 압력 감지 포트가 상기 바디(11)의 배출 포트(44)에 연결되고, 상기 스프링(34)의 영향 아래서, 상기 전환 밸브(33)의 위치가 상기 라인(39)을 상기 밸브(33)를 통해서 대기와 교통하게 하고 상기 라인(41)을 "A"의 증압된 공기 압력과 교통하게 하도록 전환하는 위치에 도달한다. 그래서 상기 챔버(15a)는 이제 압력이 제공되고 그리하여 상기 격막(17a)은 상기 격막(17)이 후퇴하는 동안에 펌핑 행정을 수행하고, 상기 챔버(16)의 체적을 증가시키며, 또한상기 통로(28) 및 상기 밸브(24)를 통해서 상기 입구 유니온(27)으로부터 상기 챔버(16)로 액체가 공급되게 한다. 상기 격막(17a)의 이동에 의해 상기 챔버(16a)로부터 펌핑된 상기 액체는 상기 챔버(16a)의 상기 출구에 있는 상기 역지 밸브를 통해서 그리고 상기 통로(31)를 통해서 상기 펌프의 상기 출구 유니온(29)로 흐른다.

상기 펌프는 "A" 및 "B"에 압축 공기가 있는 한 상기 스풀 밸브(32) 및 전환 밸브(33)의 제어 하에 상기 방식으로 계속해서 왕복한다. 상기 펌프가 1:1 펌프이고 상기 격막들(17,17a)에 가해지는 공기압이 12.5바일 때에는, 액체는 상기 유니온(29)으로부터 명목상으로 12.5바(통상적인 작동 손실을 무시하면)에 펌핑된다.

도4에 도시된 2.5배 압력 증압기(37)는 알려졌으며, 상업적으로 구매할 수 있는 형태이고, 상기 시스템의 상기 메인 공기 압력 서플라이와 상기 전환 밸브(33)의 상기 포트(36)사이에 연결될 것이다. 그러나, 상기 증압기(37)와 동일한 기능을 수행하는 압력 증압기는, 상기 스풀 밸브(32) 및 상기 전환 밸브(33)를 포함하고 그에 의하여 상기 시스템의 부품 수를 최소화하고, 또한 상기 펌프는 상기 압력 증압기를 포함한다는 것을 확고하게 하는 전환 시스템에 기계적으로 병합될 수 있고, 그에 따라 현재의 압축 공기 및 액체 서플라이 구조에 간단하게 연결될 수 있다는 것을 고려해야 한다.

도4에 보여지는 증압기는 2.5:1의 증압을 달성하기 위하여 적절하게 치수를 갖춘 상이한 직경의 피스톤들을 사용한다. 약 2:1의 증압이 앞서 기술한 페인트 스프레잉 시스템에 바람직한 반면에, 다른 애플리케이션들은 다른 증압비를 요구할 것이라는 점을 이해해야 한다. 당업자는 다른 비율이 요구되는 비율에 따라 조정된상대적인 치수를 갖는 도4의 디자인에 근거한 증압기를 사용하여 달성될 수 있으리라는 점을 인식할 것이다.

도5는 2:1의 증압 비를 달성하기 위하여 동일한 직경을 갖는 피스톤을 사용하여 구성된 대안적인 증압기 디자인을 보여주는데, 이는 알맞은 애플리케이션에서는 도4의 디자인을 대체할 수 있을 것이다. 도4 및 도5의 증압기의 구성 및 작동은 당업자에 의해 잘 이해될 수 있을 것이다.

앞서 기술된 상기 펌프는 입력 공기와 츨력 액체간에 1:1의 압력비를 갖지만, 본 발명은 원한다면 다른 입출력비를 갖는 펌프를 사용할 수 있음을 이해해야 한다.

상기에 기술한 바와 같이, 본 발명의 격막 펌프를 포함하는 펌핑 시스템에 따르면, 격막 펌프를 포함하는 펌핑 시스템이 간단하고 편리한 방식으로 달성될 수 있으며, 입출력 압력비가 두 배가 되게 하는 것을 간단하게 달성하는 등의 효과가 있다.

Claims (7)

1. 펌핑 시스템(pumping system)으로서,

   격막 펌프(diaphragm pump)(11,13,14,17) 및 이와 관련하여서 서플라이로부터 압축된 작동유체를 수용하는 압력 증압기(intensifier)(37)를 포함하고,

   상기 증압기는 작동유체의 압력을 그 서플라이 압력 이상으로 증가시키고 상기 증가된 압력의 작동유체를 상기 격막 펌프에 제공하여서 작동 유체 서플라이 압력을 초과해서 펌프 출력 압력을 만들어내는 상기 펌프의 펌핑 행정을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 증압기는 적어도 두 배(two times) 증압기이고, 편리하게는 상기 펌프는 1:1의 입출력 압력비를 가지면 그에 의하여 상기 펌프의 출력 라인에서의 압력은 상기 압력 증압기에 대한 작동유체의 서플라이 압력의 두 배인 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 증압기는 적어도 2.5배 증압기이고, 편리하게는 상기 펌프는 1:1의 입출력 압력비를 가지면 그에 의하여 상기 펌프의 출력 라인에서의 압력은 상기 압력 증압기에 대한 작동유체의 서플라이 압력의 2.5배인 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 증압기는 상기 격막 펌프에 병합되는 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증압기(37)는 상기 펌프 조립체의 일부분을 형성하는 제어 밸브(32)에 병합되는 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 격막 펌프는 복동식 격막 펌프이고 상기 압력 증압기는 상기 복동식 격막 펌프의 격막들(17,17a)에 대한 작동 유체의 공급을 제어하는 스풀 밸브(32)에 병합되는 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 격막 펌프는 1:1의 입출력 압력비를 갖는 것을 특징으로 하는, 펌핑 시스템.