KR200430016Y1 - 관성 펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하천에 흐르는 물을 이용하여, 그 흐르는 물의 수압과 관성을 사용하여 물을 높은 곳으로 펌핑 할 수 있는 장치로서, 간단한 장치를 이용하여 충격력으로 계속적인 펌핑을 할 수 있는 것을 특징으로 한다.

취수 유입망. 파이프. 볼 안내관. 볼. 배출구. 기울기 각도. 물. 호스. 체크밸브. 고정 장치

Description

관성 펌프{Pump the force of inertia user}

도 1은 관성 펌프의 조립 단면도

각 부분에 사용된 부호의 명칭

1; 취수 유입망

2; 파이프

3; 볼 안내관

4; 볼

5; 기울기 각

6; 배출구

7; 호스

8; 체크 밸브

9; 고정 장치

본 고안은 하천에 흐르는 물을 이용하여 그 수압으로 펌핑할 수 있는 장치로서, 기존의 펌프는 물을 기계적인 장지를 이용하여 펌핑(pumping) 하거나 전기모터 를 이용한 동력으로 물을 펌핑 하였다.

기계적인 동력을 이용하여 펌핑할 경우 설치의 복잡성과 비용의 고가가 소요됨은 충분히 인지되고 있는 실정이다.

그러므로 위의 단점을 개선하고 소규모 하천에서 흐르는 물을 이용하여 간단한 장치를 이용하여 물을 펌핑할 수 있다면 대단히 편리하고 유용할 것이다. 이에 본 고안은 하천에 흐르는 물을 이용하여, 하천 부근의 논밭이나 가정등 물이 필요한 곳에 물을 관수할 수 있는 장치로서 상세히 설명 하면 다음과 같다.

구성요소를 살펴보면 하천에서 흐르는 물을 유입하는 파이프(2)와 파이프에서 논밭등 으로 물을 공급할 수 있는 일반적인 호스(7)와 관수장치의 물의 흐름을 조절하며 수압을 발생시킬 수 있는 금속으로 된 볼(ball)(4)과 볼을 안내하며 조절하는 금속으로 만들어진 볼 안내관(3), 호스(7)를 통하여 물을 공급시 역류를 방지하는 체크밸브(8)로 등으로 이루어진다.

이에 작동과정을 도면과 함께 상세히 설명하면

먼저 취수 유입망(1)을 통하여 개울이나 하천의 물이 수위가 수미터(ｍ)높은 곳에서 유입된다. 여기에 취수 유입망(1)은 모래 ,자갈, 이물질 등을 제거하여 깨끗한 물을 유입시킨다. 이 물은 파이프(2)를 통하여 흐르게 되는데 이는 물이 중력의 힘으로 낮은 곳으로 흐르기 때문이다. 파이프(2) 내의 물은 연결된 볼 안내관(3)까지 흐르게 되는데 이렇게 되면 수위(수ｍ)의 차로 수압이 형성된다. 그러므로 수압에의해 물의 흐름이 빨라지고 이는 막힘이 없을 시 보다 빠른 유속을 가지게 된다. 이물은 배출구(6)에 의해 그냥 빠른 유속으로 빠져나간다. 그러므로 여기에 볼 안내관(3) 내에 금속 볼(4)을 넣어, 도면과 같이 물이 흐르지 않을 때는 볼(4)은 중력에 끌려 볼 안내관(3)의 하방 턱에 멈춰 있게 된다. 여기에 취수 유입망(1)으로 부터 물을 유입하면 물은 파이프(2)를 거쳐 볼 안내관(3)까지 흐르기 시작하고, 볼(4)은 볼 안내관(3)의 내경 보다 크게 작으므로 볼(4)을 지나 물은 계속 흐르기 시작한다. 이때 볼(4)은 충분히 무거워 어느 정도 물살에도 중력의 힘으로 움직이지않고 정지해 있게 된다. 그러나 물이 차츰 흐르면서 처음보다 속도가 빨라지고 유속이 붙게 된다. 이는 관찰 결과로도 알 수 있으며 물이 흐르는데 가속도가 붙기 때문이다. 물체는 가속하는데 시간이 필요하며 처음에는 정지된 상태에서 출발하나 나중에는 속력이 증가하기 때문이다. 이 속력이 곧 유속이므로 물도 중력에 의하여 가속되었다고 할 수 있다. 물이 파이프(2) 내로 흐를 때 막힘이 없다면 상부 물의 위치 에너지가 파이프(2) 내로 흘러 배출구(6)에 이르면 전부 운동 에너지로 바뀌므로 배출구(6)에서는 매우 빠른 속력이 된다.

즉 수위에 따라서 유속의 증가 폭이 크다. 그러므로 수위를 적당히 높이므로 유속의 크기를 크게 할 수 있다.

이 유속이 볼 안내관(3) 내에서 설명한 바와 같이 다소의 시간으로 증가하기시작하면 물의 유속이 볼(4)의 중력을 서서히 이겨 볼(4)은 상 방향으로 이동하기 시작한다. 이와 함께 유속도 증가하는 중이므로 볼(4)이 배출구(6)에 이를 시점에는 유속도 이미 커지고 볼(4)도 속력이 빠르며 물이 흐르는 관성력도 매우 크게된다. 이것은 파이프(2) 내에 흐르는 물의 전체 질량이 크기 때문이다. 이같이 하여 속력이 커진 물과 볼(4)은, 볼(4)이 배출구(6)의 안쪽에 부딛혀 배출구(6)를 순간 적으로 막아 버림으로서 멈추는 순간 물은 배출구(6)로 흐르지 못해 유속을 가진물의 관성력이 충격력으로 변한다. 이 충격력은 매우 크며 볼 안내관(3) 내벽과 파이프(2) 내벽에 큰 압력으로 작용한다. 이 압력이 볼 안내관(3)과 파이프(2)등에 연결된 체크 밸브(8)를 통하여 압력이 높은 물을 호스(7)로 내보낸다. 이 압력의 세기 만큼 호스의 물은 높이 흐르게 되고 이 압력은 순간적으로 발생해 매우 크므로 높은 지대까지 호스(7)를 통하여 물을 올릴 수 있는 것이다.

그 다음, 멈춰진 물과 볼(4)로 인하여 더 이상 볼(4)은 배출구(6)를 막아 있지 못하고 중력의 힘으로 하방운동을 시작한다. 이는 매우 중요한 부분으로 배출구(6)로 밀어내고 있는 수압의 크기 보다 볼의 중력이 받는 힘이 더욱 크므로 볼이 아래로 떨어지게 되는 것이다. 물론 볼(4)이 아래로 떨어지는 순간에 물의 흐름은 거의 멈춰있는 것을 알 수 있다. 그러므로 볼(4)은 아래로 떨어지고 물은 다시 배출구(6)로 흐르기 시작한다. 이때도 물의 가속도가 적용되는 시간개념을 생각해야한다. 그렇게 하여 볼(4)이 떨어져 볼 안내관(3)의 턱에 멈추고 물은 배출구(6)로 흐르며 가속도로 속력이 증가하기 시작한다. 이 시점에서는 위의 체크 밸브(8)는 순간 증가한 압력이 다시 약해져 역류 체크 밸브가 닫혀져 위의 호스(7) 내의 물은 위로 오른 상태로 그대로 멈춰져 있게 된다. 그리고 위의 수위에 의한 수압은 수위가 수ｍ이므로 배출구(6) 지점의 수압은 ㎠당 몇백 그램에 지나지않는다. 물론 볼(4)은 배출구(6)의 구멍의 단면적에 해당하는 물의 정지상태의 수압보다 충분히 무겁게 한다.

그러므로 볼(4)이 상 방향으로 이동하는 것은 수위에 의한 수압보다 유속에 의한 압력으로 이동하게 되는 것이다.

볼 안내관(3)은 길이를 다소 길게 제작하고 볼 안내관(3) 턱을 사용시 임의의 위치로 고정할 수 있게 한다.

위에서 다시 물이 유속을 얻게 되면 볼(4)은 다시 상 방향으로 이동하여 배출구(6)를 막아 순간적으로 높은 압력이 발생하여 물이 체크 밸브를 통하여 호스(7)로 흐르는 과정이 반복된다.

이 같은 과정이 순환 반복 되어져 호스(7)로 물이 유입 되어져 흐르게 되는것이다. 이 같은 원리로 흐르는 개울이나 시냇물에서 흐르는 물을 이용하여 고지대로 용수공급이 가능하다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선 시키고 구조와 기계적인 복잡성을 단순한 장치로서 해결하고, 가볍고 편리한 저비용의 장치로서 견고하고 단순하며, 흐르는 물의 에너지만으로 펌핑작업을 함으로서 별다른 장치 없이 계속적으로 물을 공급하는 급수장치를 공급하는 데 있다.

이하 본 고안의 구성을 도면과 함께 설명하면 다음과 같다.

먼저 취수 유입망(1)은 흐르는물(개울 또는 시냇물)의 상단에서 물의 취수 부분으로서 깨끗한 물만 유입되게 작은 구멍이 다수 뚫린 거름망을 사용한다. 여기를 통하여 물이 충분히 유입되면 파이프(2)를 통하여 물이 흘러들어간다. 취수 유입망(1)은 높은 곳에 위치하므로 물은 자연스럽게 중력의 힘으로 파이프(2)로 흐른 다.그 다음 파이프(2)에 들어온 물은 볼 안내관(3)으로 흘러들어 볼(4)을 밀어 올리며 배출구(6)로 배출된다. 이는 상기와 같이 중력에 의해 물이 압력을 작용하게 된다.

취수 유입망(1)은 작은 구멍을 수많게 뚫은 금속망으로 하여 모래나 자갈의 유입을 막고 이물질의 유입도 막는다. 파이프(2)는 물을 통하여 관성 충격력이 내부로부터 작용 하므로 재료를 단단한 PVC등을 사용하여 수압이 형성될 길이까지 다소 길게하여 연결하고 볼 안내관과 연결한다. 볼 안내관(3)은 볼(4)을 내부에 구를 수 있게 넣고, 배출구(6)를 끝으로 한다. 볼 안내관(3)과 볼(4)은 충격에 강하고 인성이 풍부한 금속 재료를 사용하며, 볼 안내관(3)의 안의 볼(4)은 볼 안내관(3)에서 상하로 자유롭게 움직이며 운동할 수 있게 한다. 이때의 볼(4)은 볼 안내관(3)의 내경보다 크게 작아 물이 어느 정도 빠르게 흘러도 배출구(6)로 물이 배출되게끔 한다. 물론 이 보다 물살이(유속이) 빨라질 경우 볼(4)을 밀어올려 배출구(6)를 막게된다. 이렇게 되면 빠른 유속의 물이 갑자기 멈춰, 파이프(2) 내에 흐르던 물이 관성력이 충격력으로 바뀌어 볼 안내관(3)과 파이프(2) 내부에 작용하는 것은 상기와 같다. 그러므로 진동이 있으므로 고정 장치(9)를 통하여 고정하는 것은 당연하다.

파이프(2)의 굵기가 가늘면 물의 흐름을 방해하는 유속저항이 커져 볼(4)을 밀어 올리는데 필요한 빠른 유속을 얻을 수 없으므로 파이프(2)의 내경은 빠른유속을 낼 수 있게끔 적당한 크기로 크게 한다.

기울기 각(5)은 조절해가며 볼(4)이 유속에 따라 상하 운동하는 위치에 맞춰 고정한다. 이는 수위(도면의B)에 따라서 유속과 수압이 다르므로 적정하게 맞춘다.

볼 안내관(3)의 길이는 볼(4)이 상하 운동하는 충분한 공간과 충격력이 작용하는 시점을 맞추기 위해 적정한 길이로 길게 하고, 볼 안내관(3)의 턱은 임의의 위치에 고정하며 사용할 수 있게 한다.

호스(7)는 논밭이나 가정 기타 용수가 필요한 곳에 물을 흘러가게 할 수 있는 일반적인 고무 호스를 사용한다.

체크 밸브(8)는 볼 안내관(3)이나 파이프(2)에 연결하여 최종적으로 물이 볼 안내관(3)이나 파이프(2)에서 호스(7)로 흐르게 하며 역류를 방지한다. 체크 밸브(8)는 가능하면 물에 충격력이 크게 작용하는 볼 안내관(3) 쪽으로 설치하여 호스(7)에 높은 수압이 작용토록 한다.

이와 같이 반복되는 물의 충격력으로 호스(7)에 물이 흘러 나가게 되며 원하는 도면의 A 지점으로 물이 흐르게 된다. 이는 물의 충격력에 해당하는 에너지 만큼의 수압으로 호스(7)에 물을 흘려 높은 고지대에 물을 올릴 수 있는 것은 기 설명한 바와 같다.

개울이나 시냇물의 물의 흐름을 이용하여, 파이프 내로 물을 흘려 그 수압을 이용, 충격력을 발생시켜 그 에너지로만 물을 고지대로 이송, 용수를 공급함으로 농작물에 이용함은 물론, 다른 에너지원이 없이도 지속적이고 계속적인 연중 물공급으로 항상 물을 쓸 수 있으며 구조가 간단하므로 고장 없이 거의 반 영구적으로 사용할 수 있다. 이용의 편리성은 매우 대단히 크다.

Claims (1)

1. 하천의 흐르는 물의 관성력및 수압을 이용하여 그 물을 높은 곳으로 펌핑함에 있어,

   상기 취수 유입망(1)은 상부 부분에 긴 파이프(2)에 연결되고 하부로 배출구(6)를 내재한 볼 안내관(3)과;

   유속에 의해서 상하 운동하며 배출구(6)를 충격적으로 막고 유속의 느려짐과 정지시 중력에 의해 볼 안내관(3)의 턱 까지 하향 운동하는 볼(4)과;

   볼 안내관(3) 안에서 임의로 위치로 고정하며 사용되는 볼 안내관(3)턱과, 기울기를 조정하며 고정되어 기울기 각(5)을 일정하게 유지시킨 고정 장치(9)로 구성되어, 볼(4)이 유속과 수압에 의해 배출구를 급격히 막아 형성된 높은 수압으로 펌핑하는 것을 특징으로 하는 관성 펌프

Images