KR20080089588A - 펌핑 중인 매질에서의 방출 맥동을 감쇠시키는 가스 용적감쇠 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특정 방출 특성으로 작동하는 변위 펌프에 의해 맥동 방식으로 배관 계통을 통해 펌핑 중인 매질에 있어서 방출 맥동을 감쇠시키는 장치에 관한 것이며, 이때 상기 장치는 내부에 존재하는 소정의 용적을 가진 적어도 부분적으로 가스-충전된 댐핑 챔버를 구비한 하우징 및 상기 댐핑 챔버에 가스를 공급하거나 해당 댐핑 챔버로부터 가스를 방출하는 조정 수단을 적어도 포함하되, 상기 하우징은 작동 중에 댐핑 챔버 내의 가스와 매질 사이에 계면층이 존재하는 방식으로 배관 계통에 접속될 수 있으며, 상기 댐핑 챔버는 상기 변위 펌프의 방출 특성에 부분적으로 의존하는 소정의 가스 압력 특성을 지니고, 여기서 댐핑 챔버 내에 존재하는 가스 용적은 작동 중에 상기 방출 맥동의 영양하에 최소압축 용적과 최대팽창 용적 간에 시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 또한 분리 소자를 구비한 맥동 댐퍼와 분리 소자를 구비하지 않은 에어 박스의 양쪽 모두를 위한 보다 간편하고 덜 복잡한 구성을 제공한다. 방출 맥동의 최적화된 감쇠를 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 상기 조정 수단은 상기 변위 펌프의 방출 특성에 의거해서 댐핑 챔버 내의 소정의 가스 압력 특성을 결정하고, 상기 결정된 현재의 가스 압력 특성을 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성과 비교해서, 그 비교 결과에 의거해서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재 위치를 결정하도록 구성되어 있다.

감쇠 장치, 댐핑 챔버, 변위 펌프, 조정 수단

Description

펌핑 중인 매질에서의 방출 맥동을 감쇠시키는 가스 용적 감쇠 장치{GAS VOLUME DAMPING DEVICE FOR DAMPING DISCHARGE PULSATIONS IN A MEDIUM BEING PUMPED}

본 발명은 특정 방출 특성으로 작동하는 변위 펌프에 의해 맥동 방식으로 배관 계통을 통해 펌핑 중인 매질에 있어서 방출 맥동을 감쇠시키는 장치에 관한 것이며, 이때, 상기 장치는 내부에 존재하는 소정의 용적을 가진 적어도 부분적으로 가스-충전된 댐핑 챔버를 구비한 하우징, 및 상기 댐핑 챔버에 가스를 공급하거나 해당 댐핑 챔버로부터 가스를 방출하는 조정 수단을 적어도 포함하고, 상기 하우징은 작동 중에 댐핑 침버 내의 가스와 매질 사이에 계면층이 존재하는 방식으로 상기 배관 계통에 접속될 수 있으며, 상기 댐핑 챔버는 상기 변위 펌프의 방출 특성에 부분적으로 의존하는 소정의 가스 압력 특성을 지니고, 여기서, 댐핑 챔버 내에 존재하는 가스 용적은 작동 중에 상기 방출 맥동의 영향 하에 최소 압축 용적과 최대 팽창 용적 간에 시간에 따라 변화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 배관에 접속된 본 발명에 따른 가스 용적 감쇠 장치를 이용서 특정 방출 특성으로 작동하는 변위 펌프에 의해 맥동 방식으로 해당 배관 계통을 통해 펌핑 중인 매질에 있어서 방출 맥동을 감쇠시키는 방법에 관한 것으로, 여기서는, 소정 용적을 가진 가스-충전된 댐핑 챔버 내의 가스와 매질 사이에 휴지 동안 계면층이 형성되고, 또, 상기 댐핑 챔버에 존재하는 가스 용적은 작동 중에 상기 방출 맥동의 영향 하에 최소 압축 용적과 최대 팽창 용적 간에 시간에 따라 변화하며, 작동 압력이 변화하는 경우, 이상적인 평균 가스 용적을 보상하기 위해 댐핑 챔버에 가스를 공급하거나 해당 댐핑 챔버로부터 가스를 방출하는 것을 특징으로 한다.

배관을 통해 펌핑 중인 맥동 용적 흐름(pulsating volume flow)은 변위 펌프에 의해 종종 부여되며, 이는 평균적으로 사실상 일정하고 실질적으로 압력 독립적인 용적 흐름을 생성하지만, 매 전달 사이클마다 강력하게 맥동한다. 상기 방출 맥동의 결과로서 생성된 압력 맥동은, 이어서 상기 맥동의 진동수에 따라, 상기 배관 내에서 혹은 그의 설비 및 지지 구조 내에서 커다란 동력, 커다란 운동이나 진동을 초래한다. 배관의 길이에 따라, 배관 내의 맥동 용적 흐름은 용적 유량에 의해 초래되는 가속력 및 감속력의 결과로서 배관 내 상류에 강력한 맥동 압력을 생성한다.

또, 피로로 인한 고장의 위험이 매우 크다. 따라서, 서두에서 언급한 바와 같이 감쇠 장치를 가진 이러한 펌프를 제공하는 것은 일반적인 관행이며, 이 장치는 배관 내에서 방출 맥동을 감쇠시키기 위해 배열되어 있다. 공지의 감쇠 장치는 통상 가스 용적 맥동 댐퍼라 불린다.

상기 가스 용적 맥동 댐퍼에 의하면, 펌프에 의해 발생된 평균 용적 흐름보다 큰 것은 댐핑 챔버에 존재하는 가스의 축적과 압축에 의해 보상되고, 평균 용적 흐름보다 작은 것은 가스의 팽창을 통해 댐핑 챔버로부터의 액체의 방출에 의해 보상된다. 가스 용적 맥동 댐퍼의 공지의 실시형태로는 에어 박스 및 맴브레인 맥동 댐퍼가 있다.

에어 박스인 경우, 가스, 통상, 공기는 액체 매질과 직접 접촉하고 있다. 한편, 맴브레인 맥동 댐퍼의 경우에는, 가스가 탄성 분리 맴브레인(막)에 의해 액체 매질과 분리되어 있다. 또한, "피스톤 맥동 댐퍼"라 불리는 것도 있으며, 여기서는 자유로이 이동가능한 피스톤이 가스와 액체 사이의 분리를 형성한다. 기계적인 분리 소자를 설치하는 것은 기체와 액체 간의 직접적인 접촉을 방지하므로, 따라서, 액체에 의한 가스의 흡착을 방지한다.

에어 박스를 사용하는 경우, 설치의 개시 전에 프리로드된(preloaded) 가스를 사용하는 것은 가능하지 않다. 그 결과, 에어 박스의 용적의 커다란 부분이 (대기) 공기를 평균 작동 압력까지 압축 후 이미 사용되어 버리기 때문에, 에어 박스의 용적은 통상 크다. 평균 작동 압력에서의 가스 용적은 댐퍼의 댐핑능을 결정한다.

작동 중인 가스로 에어 박스를 프리로드할 하나의 가능성은 에어 박스/댐핑 챔버 내에서 액체의 레벨 측정에 의해 실현하는 것이다. 가압 하에 가스를 공급함으로써, 에어 박스 내에서의 평균 액체 레벨은 실질적으로 일정한 레벨에서 유지될 수 있고, 액체 용적은 충분히 작게 유지될 수 있으므로, 그럼에도 불구하고, 압력과는 독립적으로 충분한 감쇠 가스 용적을 유지할 것이다. 이미 전술한 바와 같이, 그의 직접적인 기-액 접촉을 가지는 에어 박스의 결점은 액체 매질에 의해 서 서히 가스가 흡착되고 또 상기 레벨 제어 등의 대책을 취하지 않을 경우 점차로 보다 작은 감쇠 가스 용적을 유지할 것이다.

가스 프리로드는 최대 가스 용적의 경우 최적이며, 즉, 평균 작동 압력에서의 액체 용적은, 펌프 전달이 평균보다 일시적으로 낮아질 경우, 전달을 필요로 하는 용적이 충분한 여유를 가진 채 이용가능하게 되도록 될 필요가 있다. 그러나, 이것은 일정한 평균 작동 압력에 기초한다. 상기 평균 작동 압력이 작동 조건의 임의의 변화의 결과로서 변화될 경우, 이것은 가스 프리로드를 고려하지 않으면 안되고, 보다 낮은 프리로드 압력이 사용되지 않으면 안된다. 그 결과, 프리로드는 보다 높은 작동 압력 동안 최적이 아닐 것이고, 보다 작은 감쇠 가스 용적이 남게 될 것이다.

실제의 가스 프리로드 압력은 평균 최대 작동 압력의 50% 내지 80%의 범위이고, 작동 압력이 보다 크게 변할 경우, 평균 최대 작동 압력의 30%까지이다. 프리로드가 30% 미만이면, 최대 평균 작동 압력에서의 남아 있는 감쇠 가스 용적은 너무 작아 적절한 감쇠 효과를 달성할 수 없거나 또는 펌프 크기와 관련해서 지나치게 큰 댐퍼를 선택하지 않으면 안되어, 높은 비용을 초래하게 된다.

이 해결책은 분리 소자도 구비한 공지의 맥동 댐퍼용의 "레벨" 측정치를 제공하는 것과, 상기 측정치에 응답해서 가스를 공급 혹은 방출하는 것이다. 하나의 방법은 매질과 가스 간의 계면층의 현재 위치, 예를 들어, 멤브레인의 중앙부에 의거해서, 혹은 분리 소자의 현재 위치에 의거해서 댐핑 챔버 내의 가스 충전을 제어하는 것이다. 계면층의 현재 위치는 댐핑 챔버 내에 존재하는 액체 용적과 관련된 다.

서두에서도 언급한 바와 같은 가스 용적 맥동 댐퍼의 일 실시형태는 예를 들어 독일 특허 공개 공보 제40 31 239 A1호에 공지되어 있다. 이 특허 공보에서는, 댐핑 챔버 내에서 펌핑하고자 하는 매질과 가스 간의 계면층이 분리막에 의해 형성되고, 여기에는 소정의 봉(rod)이 접속된다. 상기 봉은 하우징의 커버를 통해 바깥쪽으로 운반된다. 현재의 막의 위치는 작동 동안 자기 스위치를 통해 검출되며, 그에 의존해서 댐핑 챔버 내의 가스 용적에 대해 가스가 첨가되거나 제거되거나 한다. 이와 같이 가스 용적을 제어함으로써, 막의 위치는 그의 두 최대 위치 사이에서 유지될 것이고, 이것은 장치의 작동뿐만 아니라 가동 수명에 대해서도 긍정적인 효과를 가진다.

이러한 막 위치 검출의 결점은 그의 기계적 속성이다. 또한, 공지의 가스 용적 압력 맥동 감쇠 장치는 막의 매우 동적인 이동의 결과로서 매우 쉽게 마모되는 이동부(구체적으로는 이동봉)를 포함한다. 또, 이들 이동봉은 높은 가스 압력에 대해서 동적으로 밀봉될 필요가 있거나, 또는 상기 봉이 이동하는 하우징 외부의 공간은 압력-치밀하게 되어 있을 필요가 있다. 이러한 구성에 의하면, 자기 스위치는 두꺼운 금속 벽을 통해 전환될 필요가 있지만, 이것은 복잡하고 비용이 많이 든다.

다른 막 혹은 분리 소자 위치 측정은 적외선 거리 측정, 초음파 측정 혹은 기타 수법을 이용해서 커버를 통한 무접촉 방식으로 수행될 수 있다. 또, 방사능을 이용해서 하우징의 벽을 통해 측정하여 막 혹은 분리 소자의 위치를 결정하는 것도 가능하다. 그러나, 방사능 재료의 이용은 몇몇 실용상의 결점을 가지는 반면, 이에 부가해서 비용도 많이 든다.

본 발명은 분리 소자를 구비한 맥동 챔버 및 분리 소자를 구비하지 않은 에어 박스의 양쪽 모두에 대해서 간단하고 비용-절약적인 해결책을 제공한다. 방출 맥동의 최적화된 감쇠를 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 댐핑 챔버 내에서 현재의 가스 압력 특성을 결정하고, 해당 결정된 현재의 가스 압력 특성을 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성과 비교하여, 상기 비교 결과에 의거해서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재 위치를 결정하는 조정 수단이 배열된다.

본 발명에 따르면, 상기 조정 수단은 특히 부분적으로 변위 펌프의 방출 특성에 의거해서 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성을 결정하기 위해 배열되고, 더욱 구체적으로는, 상기 조정 수단은 압축 및 팽창 가스 용적과 관련된 압축 및 팽창 압력과 챔버 용적에 의거해서 평균 압력에서의 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 위치를 결정하기 위해 배열되어 있다.

상기 압력 맥동은 상기 댐핑 챔버 내의 상기 결정된 가스 압력 특성을 이용해서 더욱 효과적이고 정확한 방법으로 감쇠될 수 있다.

본 발명의 특정 실시형태는 상기 조정 수단이 적어도 1개의 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 장치는 또한 상기 맥동 용적 흐름과 가스 간의 계면층은 분리 소자에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.

특정 실시형태에 있어서, 상기 댐핑 챔버는 에어 박스일 수 있는 반면, 또한, 상기 댐핑 챔버는 매질과 가스 간의 계면층으로서 막이 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 방출 맥동을 감쇠할 목적으로, 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성을 결정하고, 댐핑 챔버 내의 현재의 가스 압력 특성을 결정하여, 해당 현재의 가스 압력 특성을 상기 소정의 가스 압력 특성과 비교하고, 얻어진 비교 결과에 의거해서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 평균 위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 방법의 구체적인 실시형태에 있어서, 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성은 상기 방출 특성에 의거해서 결정된다.

구체적으로는, 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재 위치는 펌프의 방출 특성, 챔버 용적 및 평균 압력에서의 댐핑 챔버 내의 계면층의 소정의 위치에 의거해서 결정된다.

상기 방법은 또한 압축 및 팽창 가스 용적과 관련된 압축 및 팽창 압력이 펌프의 방출 특성, 챔버 용적 및 평균 압력에서의 댐핑 챔버 내의 계면층의 상기 위치에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 한다.

분리 소자가 장착된 맥동 댐퍼 및 에어 박스는 양쪽 모두 그들의 기하학적 형태에 의해 결정된 기지의 비용적(sepcific volume)을 가진다. 사용되는 펌프의 전달 특성도 역시 공지되어 있다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 장치의 댐핑 챔버의 기지의 용적과 댐핑 챔버 내에서 최소인 것으로 여겨지는 액체(매질)의 가정된 양(평균 압력에서 댐핑 챔버 내에서의 계면층의 위치)과 조합해서 공지된 특성을 가진 변위 펌프를 이용함으로써, 가스의 압축 및 팽창 압력이 그 경우 댐핑 챔버 내의 가스가 그의 최소 압축 용적 및 그의 최대 팽창 용적을 각각 가지는 계면층의 극단의 위치에서 계산되는 것으로 판명되었다.

따라서, 펌프 사이클 동안 총 압력 맥동은 공지되어 있다. 한편, 상이한 작동 조건에서 일어나는 맥동 레벨은 당해의 설비에서 측정될 수 있으며, 이어서, 추가의 제어를 위한 기준점으로서 이용될 수 있다.

상기 계산에 대한 대안으로서, 상이한 작동 조건에서 일어나는 맥동 레벨은 당해의 설비를 위해 측정될 수 있으며, 이어서 상기 제어에 있어서 기준점으로서 사용될 수 있다.

따라서, 매질과 가스 사이의 계면층의 현재 위치는 댐핑 챔버에 있어서의 간단한 압력 측정에 의해 간접적으로 결정될 수 있다. 이 식견에 의거해서, 본 발명에 따른 조정 수단은 가능한 한 압력 맥동을 작게 하는 최적 방법으로 현재 일어나고 있는 방출/용적 맥동을 감쇠하기 위해서 어느 정도의 가스가 댐핑 챔버에 공급되거나 해당 댐핑 챔버로부터 방출되어야 할지를 결정한다.

본 발명은 또한 상기 서두에서 언급한 바와 같은 방법에 관한 것이며, 본 발명에 따르면, 이 방법은 용적 맥동 댐퍼의 가스 내의 가스 압력이 계면층의 위치를 결정할 목적으로 측정되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 조절 가능한 가스 용적 압력 맥동 장치의 일 실시형태를 나타낸 도면;

도 2는 본 발명에 따른 조절 가능한 가스 용적 압력 맥동 장치의 제1실시형태를 나타낸 도면;

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 가스 용적 압력 맥동 장치의 제어에 이용하기 위한 상이한 압력 맥동 특성을 도시한 도면.

도 1에는, 종래예에 따른 조절 가능한 가스 용적 압력 맥동 장치, 특히, 독일 특허 공보 제40 31 239호에 개시된 바와 같은 가스 용적 압력 맥동 장치가 도시되어 있다.

상기 공지된 장치는 댐핑 챔버(6)를 둘러싸는 하우징(1)을 포함한다. 상기 하우징(1)은 접속 플랜지(5)에 의해 배관(도시 생략)에 접속될 수 있고, 해당 배관을 통해서 액체 매질이 변위 펌프에 의해 펌핑된다. 이러한 변위 펌프는 사실상 평균적으로 배관을 통한 매질의 일정하고 실질적으로 압력-독립적인 용적 흐름을 생성하지만, 상기 용적 흐름은 매 전달 사이클마다 강력하게 맥동한다.

그 밖에, 배관의 길이에 따라, 배관 내의 맥동 용적 흐름은 가속력 및 감속력의 결과로서 배관 내 상류에 강력한 맥동 압력을 생성한다. 상기 압력 맥동은, 이어서, 진동수에 따라서, 배관 내 및/또는 그의 장착 및 지지 구조 내에서 커다란 동력, 운동 혹은 진동을 초래한다.

이러한 압력 맥동은 필연적으로 피로로 인한 배관 계통의 고장을 초래한다. 따라서, 배관 내에서의 압력 맥동은 작동 동안 감쇠는 것이 바람직하며, 이 목적을 위해서 독일 특허 공보 제40 31 239호에 개시된 바와 같은 감쇠 장치가 이용된다.

현재 공지된 가스 용적 맥동 감쇠 장치에 있어서, 가요성 막(4)은 하우징(1) 내에 존재하고, 상기 막은 댐핑 챔버(6)를 펌핑하고자 하는 액체 매질용의 서브-챔버(1b)와 가스용의 서브-챔버(1a)로 분할하고, 상기 가스는 막(4)에 의해 액체 매질로부터 차단된다. 상기 액체 매질은 배관(5a) 및 플랜지 커플링(5)을 통해서 서브-챔버(1b) 내로 유입될 수 있다.

방출의 증가는 상류 배관부 내에 액체 질량의 필요한 가속을 초래하고, 이를 위해서, 추가의 질량력(mass force) 혹은 펌프 압력이 요구되며, 이로 인해 가스용적 댐퍼(1)의 서브-챔버(1b) 내에 액체 매질의 축적을 가져온다. 따라서, 최고 방출 레벨을 낮춤으로써 압축 압력의 값으로 가속력을 저감시킨다.

마찬가지로, 펌프 방출시의 감소는 서브-챔버(1a) 내 가스의 팽창을 통해서 서브-챔버(1b)로부터 액체 매질을 방출함으로써 보상된다. 따라서, 막(4)은 매 펌프 사이클마다 간헐적인 운동을 받게 되고, 이와 동시에 매질의 용적량은 증가하고 서브-챔버(1a) 내의 가스는 압축되면서, 배관 내로의 액체 매질의 역류가 서브-챔버(1a) 내의 가스의 팽창을 초래한다.

최대 가스 용적이 이용가능한 경우(기체 법칙에 따라), 즉, 용적이 최소인 경우, 최적 감쇠 효과, 즉, 맥동 용적 펌프 특성의 흡수 시의 최소 압력 증가 및 감소가 얻어진다. 정상 펌핑 기능 내에서, 그 한계는 챔버로부터의 최대 용적 방출 동안 댐핑 챔버(1a)의 하부에 직접 닿지 않는 분리 소자에 의해 결정된다.

공지의 가스 용적 맥동 감쇠 장치는 이 목적을 위해서 압력 맥동을 감쇠하기 위해 서브-챔버(1a)에 가스를 공급하거나 해당 서브-챔버(1a)로부터 가스를 방출하 는 수단을 구비하고 있다. 상기 수단은 공급 배관(7)을 통해 가압하에 서브-챔버(1a)내에 도입될 수 있는 가스를 가지는 저장 용기(9)를 포함한다. 이 목적을 위해서, 작동 솔레노이드(13), (16)에 의해 개폐될 수 있는 밸브(11)가 공급 배관(4)에 장착되어 있다.

상기 수단은 서브-챔버(1a)로부터 가스 용적 맥동 장치 외부로 가스를 방출하기 위한 방출 배관(8)을 추가로 포함하며, 상기 배출 배관(8)에는 솔레노이드(14), (17)에 의해서 개폐될 수 있는 밸브(12)가 더욱 장착되어 있다.

댐핑 챔버(6) 내의 막(4)에는 하우징(1)을 통해 뻗어있는 봉(3)이 설치되어있다. 따라서, 액체 매질의 방출 맥동에 의해 초래된 댐핑 챔버 내의 막(4)의 간헐 운동 중에, 봉(3)은 장치의 하우징(1) 안팎으로 움직인다. 봉(3)(결과적으로, 막(4))의 이동도 및 이동 위치는 눈금으로부터 읽을 수 있고, 그 눈금에는 2개의 자기 스위치(10), (10')가 놓여있다.

막(4)의 이동 위치의 지나치게 큰 벗어남의 경우, 2개의 자기 스위치(10), (10') 중 하나가 통전되면, 결과적으로, 공급 밸브(11) 또는 방출 밸브(12) 중의 하나가 개폐된다. 따라서, 가스는 저장 용기(9)로부터 서브-챔버(1a)로 공급될 수 있거나, 또는 막(4)의 이동 위치에 따라 서브-챔버(1a)로부터 방출 배관(8)을 통해 방출될 수 있다.

이 공지된 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 결점은 이동 부품, 특히 하우징(1)을 통해 뻗어 있는 이동 봉(3)이 사용된다는 사실이다. 그 결과, 막은 더 이상 힘의 균형을 이루지 못하고 부가의 장력을 조우하게 된다. 이 구조는 댐핑 챔버(6)로부 터 봉(3)을 따른 가스의 도피를 방지하기 위해서 하우징(1)의 위치에서의 하우징과 봉의 적절한 밀봉을 필요로 한다. 상기 이동 부품은 막(4)의 고도의 동적 운동때문에 매우 마모되기 쉬운 반면, 또한 봉(3)을 따른 밀봉은 특정의 고도의 요구 조건을 충족시킬 필요가 있다.

봉이 외부로 운반되지 않을 경우, 측정 및 제어는 가압벽을 통해 일어날 필요가 있고, 그 때문에, 복잡하고 값비싼 구조가 필요하게 된다.

이들 두 실시형태는 안정한 위치에서 막의 중심부를 유지하기 위해서 충분히 안정하고 두꺼운 봉 및 가이드를 필요로 한다.

도 2는 종래의 가스 용적 감쇠 장치의 현재 공지된 결점을 지니지 않는 본 발명에 따른 가스의 용적 맥동 감쇠 장치의 일 실시형태를 나타내고 있다.

도 1에 도시된 각 부품에 대응하는 도 2의 부품들은 도 1과 동일한 참조 부호로 표기되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 가스 용적 감쇠 장치는 멤브레인(막) 방식 감쇠 장치이지만, 가스 용적 감쇠 장치로서는 에어 박스를 이용하는 것도 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같은 공지된 장치와 유사하게, 본 발명에 따른 가스 용적 감쇠 장치는 보다 큰 배관 계통의 일부를 형성하는 배관부(5a)에 플랜지에 의해 접속되는 하우징(1)을 포함한다.

액체 매질은 펌프 사이클 동안 용적 흐름에서 상당한 방출 맥동을 일으키면서 변위 펌프(도시 생략)에 의해 상기 배관 계통을 통해 펌프된다. 하우징(1)에는 댐핑 챔버(6)가 구비되어 있고, 이 챔버는 배관(5a)으로부터 액체 매질을 축적하고 해당 액체 매질을 배관(5a)으로 귀환시키기 위한 서브-챔버(1b)와 감쇠 가스용의 서브-챔버(1a)로 분할된다.

매 펌프 사이클 동안 평균 작동 압력 변동시 액체 매질 내에서, 따라서 가스 용적 감쇠장치 내에서 일어나는 방출 맥동을 감쇠 또는 조정하는데 이용되는 수단은 가압된 가스, 예를 들어 질소 N₂로 충전된 저장 용기(9)를 포함한다. 상기 저장 용기(9)는 가스를 서브-챔버(1a) 내로 공급하기 위해서, 예를 들어 가스 압력을 작성하기 위해서 공급 배관(7)을 통해 가스 서브-챔버 맥동 감쇠 장치의 서브-챔버(1)에 접속된다.

가스가 저장 용기(9)의 방향으로 공급 배관(7)을 통해서 역류하는 것을 방지하기 위해서 공급 배관(7) 내에는 비귀환 밸브(non-return valve)(15)가 장착되어있다. 상기 비귀환 밸브(15)의 상류에는 공급 밸브(11)가 장착되고, 이 공급 밸브는 솔레노이드(11a)에 의해 개폐될 수 있다. 상기 솔레노이드(11a)는 적절한 전기 접속 라인(23)에 의해 제어 유닛(20)에 접속되며, 이 제어 유닛은 조정 수단의 일부를 형성한다. 본 발명에 따른 조정 수단은 서브-챔버(1a) 내에 존재하는 가스용의 방출 배관(8)을 더 포함하며, 해당 방출 배관(8)은 방출 밸브(12)에 의해 개폐 될 수 있다. 상기 방출 밸브(12)는 전자식 솔레노이드(12a)에 의해 작동되며, 이 솔레노이드는 전기 접속 배선에 의해 대응하는 방식으로 상기 제어 유닛(20)에 접속된다.

본 실시형태에 있어서, 공급 배관(7)의 일부는 또한 배관(8)으로서도 기능하 며, 이것에 의해, 단지 1개의 배관(7), (8)이 본 발명에 따른 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 하우징(1)에 접속될 필요가 있기 때문에 덜 복잡하고 간단한 구성으로 된다.

방출 밸브(12)가 (제어 유닛(20)에 의한 전자식 솔레노이드(12a)의 적절한 통전을 통해서) 개방될 경우, 서브-챔버(1a) 내에 존재하는 가스는 공급 배관(7), 방출 배관(8) 및 스로틀 밸브(21)를 통해 외부 대기 속으로 방출될 수 있다.

이것은 또한 가스가 재차 이용되어 댐퍼에 공급될 수 있도록 방출된 가스를 저압 저장 탱크 내에 재차 회수하고 이어서 가스 압력을 압축기 장치에 의해 재차 증가시키는 것도 가능하다.

마찬가지로, 공급 밸브(11)는 제어 유닛(20)에 의해 전자식 솔레노이드(11a)의 적절한 통전을 통해 개방될 수 있으므로, 저장 용기(9) 내에 존재하는 가압된 가스 N₂는 (비귀환 밸브(15)가 개방되어) 공급 배관(7)을 통해 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 서브-챔버(1a) 내로 유입될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 충전의 상기 제어는 기계 구조에 의해서가 아니라 압력 센서(19)에 의해 일어나는 것이며, 이 센서는 서브-챔버(1a) 내의 가스의 현재 압력을 측정한다. 특히, 압력 센서(19)는 충분히 높은 진동수를 가진 현재 압력을 측정하므로, 댐핑 챔버 내의 현재의 압력 맥동 특징 혹은 패턴이 이것으로부터 결정될 수 있다.

상기 압력 센서(19)는 전기적 접속 라인(19a)에 의해서 제어 유닛(20)에 접 속되고, 해당 제어 유닛(20)은 압력 센서(19)에 의해 전달된 전기 신호에 의거해서 펌프의 공지의 압력 특성과 상기 측정된 가스 압력 특성을 비교하도록 배열되고, 이때 얻어진 신호는 서브-챔버(1a) 내의 현재의 가스 압력 특성을 나타낸다.

이 비교에 의거해서, 가스와 액체 매질 사이의 계면층(이 경우, 물리적 막(4))의 현재 위치와 작동 압력의 변화를 결정하는 것이 가능하고, 이것에 의거해서, 전자식 솔레노이드(12a) 또는 (11a)는 접속 라인(22) 또는 (23)을 통해 통전된다. 막의 초기 이동 위치는 서브-챔버(1a)로부터 방출 배관(8) 및 이에 따라 개방된 방출 밸브(12)를 통해 가스를 방출함으로써, 또는, 공급 밸브(11)가 작동되어 개방되어 있는 경우에는, 저장 용기(9)로부터 공급 배관(7)을 통해서 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 서브-챔버(1a)로 가압된 가스를 공급함으로써 적합화될 수 있다.

이와 같이 해서, 막은 방출 맥동의 감쇠 시 바닥에서 댐핑 챔버의 벽과 반복적으로 접촉하여 결과적으로 막의 손상을 초래할 수도 있는 소정의 작동 위치를 벗어나 이동하는 것이 방지되는 한편, 그럼에도 불구하고 최대 가스 용적은 방출 맥동을 감쇠할 경우 최소 맥동을 위해 의도된 댐퍼 내에 존재한다.

이것은 예를 들어 도 3a 및 도 3b를 참조해서 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 가스-충전된 댐핑 챔버 내에서의 댐퍼 응답 또는 압력 패턴을 나타낸다. 압력 패턴은 펌프의 크랭크축이 1 행정(회전) 동안 일으키는 회전에 대해서 수직 축을 따라 플롯되어 있다. 도 3a에 나타낸 압력 패턴은 멀티실린더 왕복 펌프에 의해 초래되므로, 시간에 따라 서로 엇갈리게 배열된 수개의 피크가 형성된다.

도 3a에 나타낸 압력 패턴은 특정 유형의 펌프의 전형이다.

도 3b는 예를 들어 댐핑 챔버에 배치된 압력 센서에 의해 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해 결정될 수 있는 측정된 압력 패턴을 나타낸다. 모든 종류의 편차는 측정된 압력 패턴으로부터 이것을 도 3a에 도시된 바와 같은 압력 특성 또는 사용되는 펌프와 관련된 압력 패턴과 비교함으로써 추론될 수 있고, 이에 의거해서 가스 용적 맥동 감쇠 장치의 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재 위치의 편차가 결정될 수 있다.

도 3b에 명확하게 도시된 바와 같이, 최저 피크들은 사용된 펌프의 특성이나 혹은 공지의 압력 패턴과 관련된 도 3a에 있어서의 대응하는 피크에 비해서 평탄화되어있다. 이 측정된 압력 특성에 의거해서 너무 많은 가스가 댐핑 챔버에 존재하는 것으로 판정될 수 있고 계면층(예를 들어, 막)의 간헐적인 이동의 결과로서 후자는 댐핑 챔버의 내벽에 대해서 충돌할 것이다.

댐핑 챔버 특히 분리막의 상태는 도 3b에 따른 압력 특성에 의해 나타낸 바와 같이 우선 댐핑 챔버의 비효율적인 감쇠 작용을 시사하지만 또한 댐핑 챔버의 바닥부에 대해서 간헐적으로 충돌하고 따라서 손상될 수 있으므로 분리막에 대한 가능한 손상을 시사한다.

도 3b의 압력 특성과 도 3a에 도시된 바와 같은 기지의 압력 특성과의 비교에 의거해서 댐핑 챔버 내의 분리막의 현재 위치를 결정하는 것이 가능하고, 또한 막이 그의 최대 위치에 도달할 때 댐핑 챔버의 바닥부에 대해서 더 이상 충돌하지 않게 되지만, 맥동의 결과로서 댐핑 챔버 내에서 자유로이 상승하강하여 감쇠되는 방식으로, 막의 이동 위치는 댐핑 챔버 내에 존재하는 가스 압력을 적절하게 조절함으로써 조정될 수 있다.

따라서, 배관(5a)을 통한 액체 흐름에서의 방출 맥동은 본 실시형태에 의해 간단한 구성을 이용해서 간단한 방법으로 감쇠될 수 있다. 즉, 압력 센서(19)에 의해 서브-챔버(1a) 내의 현재의 가스 압력을 측정하는 간접적인 방법은 직접적인 기계적인 측정 방법(독일 특허 공보 제DE 40 31 239호에 게시된 바와 같은)을 이용할 필요를 미연에 방지하며, 상기 간접적인 방법에 있어서의 그 측정치는 이어서 감쇠 장치 내의 막(4)의 현재 위치를 결정하는 데 이용되고, 이것에 의거해서, 가스가 서브-챔버(1a)에 공급되거나 혹은 해당 챔버(1a)로부터 방출된다.

이 공지의 측정 방법과 관련해서 공지된 모든 결점, 예를 들어 마모되기 쉬운 부가적인 부품의 이용뿐만 아니라 압력 밀봉에 관한 특정 요구조건 등은 이 방법에 있어서 미연에 방지된다.

또, 공급밸브(11) 및 방출밸브(12)는 이들이 예를 들어 5 내지 7 바(bar)까지 가압된 제어 공기에 의해서 개폐되므로 소위 가스 압력-작동 밸브이다. 이를 위해서 본 발명에 따른 조정 수단은 가압된 공기 공급라인(25)을 포함하며, 이 라인은 각각 공압식 공급라인(25a), (25b)을 통해서 공급밸브(11) 및 방출밸브(12)에 5 내지 7 바로 가압된 제어 공기를 공급한다. 전자식 작동 솔레노이드(11a) 및 (12a)에는 밸브 기구가 구비되고, 이 기구에 의해서 가압된 제어 공기는 제어유닛(20)에 의해 전달된 제어 신호(23) 또는 (22)에 따라서 밸브(11) 또는 (12)에 유도될 수 있다. 또한, 대안적으로는 공기 제어된 밸브 및 공기 작동된 밸브에 대해 서 전기적으로 작동되는 밸브를 이용하는 것도 가능하다.

또, 배관(7), (8)에서 일어날 수 있는 과도한 압력에 대한 보호로서 공급 배관(7)에 1개 이상의 안전밸브(24a), (24b)가 장착될 수 있다.

Claims (11)

1. 내부에 존재하는 소정의 용적을 가진 적어도 부분적으로 가스-충전된 댐핑 챔버를 구비한 하우징 및 상기 댐핑 챔버에 가스를 공급하거나 해당 댐핑 챔버로부터 가스를 방출하는 조정 수단을 적어도 포함하되, 상기 하우징은 작동 중에 댐퍼 챔버 내의 가스와 매질 사이에 계면층이 존재하는 방식으로 배관 계통에 접속될 수 있으며 상기 댐퍼 챔버는 상기 변위 펌프의 방출 특성에 부분적으로 의존하는 소정의 가스 압력 특성을 지니고, 여기서 댐핑 챔버 내에 존재하는 가스 용적은 작동중에 상기 방출 맥동의 영양하에 최소 압축용적과 최대 팽창용적 간에 시간에 따라 변화하며, 특정 방출 특성으로 작동되는 변위 펌프에 의해 맥동 방식으로 배관계를 통해 펌핑 중인 매질에서 방출 맥동을 감쇠시키는 장치에 있어서,

   상기 조정 수단은, 상기 방출 맥동의 최적화된 감쇠를 달성하기 위해서, 상기 댐핑 챔버 내의 현재의 가스 압력 특성을 결정하고 해당 결정된 현재의 가스 압력 특성을 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성과 비교해서, 그 비교 결과에 의거해서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재의 위치를 결정하기 위해 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 조정 수단은 상기 변위 펌프의 방출 특성에 의거해서 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성을 부분적으로 결정하기 위해 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조정 수단은 압축 및 팽창 가스 용적과 관련된 압축 및 팽창 압력 및 챔버 용적에 의거해서 평균 압력에서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 위치를 결정하기 위해 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정 수단은 1개 이상의 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 맥동 용적 흐름(pulsating volume flow)과 가스 사이의 계면층은 분리 소자에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 챔버는 에어 박스인 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 댐핑 챔버에는 매질과 가스 사이의 계면층으로서 막(membrane)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 장치.
8. 소정의 용적을 가진 가스-충전된 댐핑 챔버 내의 가스와 매질 사이에 휴지 동안 계면층이 형성되고, 상기 댐핑 챔버 내에 존재하는 가스 용적은 작동 중에 방출 맥동의 영향 하에 최소 압축 용적과 최대 팽창 용적 간에 시간에 따라 변화하며, 작동 압력이 변화하는 경우, 이상적인 평균 가스 용적을 보상하기 위해 상기 댐핑 챔버에 가스가 공급되거나 혹은 해당 댐핑 챔버로부터 가스가 방출되고, 배관에 접속된 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 가스 용적 감쇠 장치를 이용해서 특정 방출 특성으로 작동하는 변위 펌프에 의해 맥동 방식으로 배관 계통을 통해 펌핑 중인 매질에서 방출 맥동을 감쇠시키는 방법에 있어서, 방출 맥동의 감쇠를 목적으로, 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성을 결정하는 단계; 상기 댐핑 챔버 내의 현재의 가스 압력 특성을 결정하는 단계; 상기 현재의 가스 압력 특성을 상기 소정의 가스 압력 특성과 비교하는 단계; 및 해당 비교 결과에 의거해서 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 평균 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 댐핑 챔버의 소정의 가스 압력 특성은 상기 방출 특성에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 방법.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 댐핑 챔버 내의 계면층의 현재 위치는 펌프의 방출 특성, 챔버 용적 및 평균 압력에서의 댐핑 챔버 내의 계면층의 소정의 위치에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 방법.
11. 제10항에 있어서, 압축 및 팽창 가스 용적과 관련된 압축 및 팽창 압력은 펌프의 방출 특성, 챔버 용적 및 평균 압력에서의 댐핑 챔버 내의 계면층의 소정의 위치에 의거해서 결정되는 것을 특징으로 하는 방출 맥동의 감쇠 방법.

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