KR20090132553A - 다이아프램 거품 펌프 - Google Patents

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KR20090132553A
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inlet
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KR1020090054959A
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아론 알. 레이놀즈
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고조 인더스트리즈, 인크
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Abstract

다이아프램 거품 펌프는, 혼합 챔버를 형성하고 유입 개구 및 배출 개구를 구비하며 가요성 재료로 이루어진 다이아프램을 포함한다. 유입 통로는 상기 유입 개구 및 포말성 액체를 보유하는 저장소와 유체 소통하고, 내부에 일 방향 밸브를 구비한다. 상기 펌프는 또한 상기 배출 개구와 유체 소통하고 내부에 일 방향 밸브를 구비하는 배출 통로와, 및 일 방향 밸브를 구비하는 상기 유입 통로 내 공기 유입구를 포함한다. 다이아프램 거품 펌프는, 또한 전기 모터와, 상기 전기 모터와 연계되어 모터에 의해 구동되는 요소를 포함한다. 상기 다이아프램을 반복적으로 팽창 및 수축시키도록, 상기 전기 모터의 작동이 상기 모터에 의해 구동되는 요소를 구동하되, 여기서 상기 다이아프램의 팽창이, 포말성 액체 및 공기가 상기 혼합 챔버 내로 유동하도록 하는 것을 야기하는 진공을 생성하고, 상기 다이아프램의 수축이 액체 및 공기 혼합물이 상기 배출 통로를 통해 거품으로서 배출되게 강제하는 것을 야기한다.
다이아프램 거품 펌프, 유입 개구, 배출 개구, 일 방향 밸브, 포말성 액체

Description

다이아프램 거품 펌프{DIAPHRAGM FOAM PUMP}
본 발명은 거품 제품을 생성하기 위해 포말성 액체 및 공기가 혼합되는 거품 펌프들에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은, 다이아프램이 모터에 의해 구동되는 요소에 의해서 반복적으로 팽창 및 수축되도록 야기하고, 이로써, 다이아프램 내 혼합 챔버 안으로 포말성 액체 및 공기를 흡입하는 것과 혼합물이 거품 제품으로서 배출되도록 강제하는 것을 교대로 행하게 하는, 다이아프램 거품 펌프들에 관한 것이다.
수년간, 액체를 분배하기 위한 펌프 기구들을 제공하고 액체를 보유하는 리필 유닛을 유지하면서 분배기 하우징으로부터, 비누들, 위생제들, 세정제들, 살균제들(disinfectants) 등과 같은 액체들을 분배하는 것이 알려져 왔다. 이러한 분배기들을 채용하는 펌프 기구는 전형적으로, 작동기(actuator)의 움직임과 동시에 단순히 액체의 기결정된 양을 분배하는 액체 펌프였다. 최근에 효율성 및 경제성의 목적에서, 액체 안으로 공기를 투입(interjection)하여 생성되는 거품의 형태로 액체들을 분배하는 것이 바람직하게 되었다. 이에 따라, 기존의 액체 펌프는 거품 생성 펌프에 자리를 내주게 되었는데, 이러한 거품 생성 펌프는 원하는 거품을 생 성하기 위한 방식으로 공기와 액체를 혼합하는 수단을 필요로 한다.
전형적으로 거품 분배기들은, 포말성 액체 스트림과 공기 스트림을 혼합 영역에 펌핑하는 것과, 포말성 액체 내 공기 방울들(bubbles)로서 공기를 더 잘 분산시키기 위해 그리고 보다 균일한 거품 제품을 생성하기 위해서 혼합물이 스크린을 통하도록 하는 것에 의해서, 거품을 생성한다. 비록 너무 많거나 너무 적은 공기는 불량한 거품을 야기할 수 있지만, 공기 방울이 더 작고 많아질수록 더 풍부하고 부드러운 거품이 만들어진다. 바람직한 거품 제품에 이르는 핵심은 포말성 액체와 공기를 격하게 혼합시켜 액체 내에 공기 방울들을 분산시키는 것이다. 현존하는 많은 공기 펌프 설계들이 피스톤 유형 기구를 채용하는데, 이것은 조정의 어떤 가능성 없이, 거품 펌프의 각 작동에 의해서 고정된 체적의 거품이 생성되도록 한다. 따라서, 거품 펌프의 각 작동에 의해서 제공되는 거품의 체적을 조정할 수 있는 능력이 제공되는 거품 펌프가 요구된다.
다이아프램 거품 펌프는, 혼합 챔버를 형성하고 유입 개구 및 배출 개구를 구비하며 가요성 재료로 이루어진 다이아프램을 포함한다. 유입 통로는 상기 유입 개구 및 포말성 액체를 보유하는 저장소와 유체 소통하고, 내부에 일 방향 밸브를 구비한다. 상기 펌프는 또한 상기 배출 개구와 유체 소통하고 내부에 일 방향 밸브를 구비하는 배출 통로와, 및 일 방향 밸브를 구비하는 상기 유입 통로 내 공기 유입구를 포함한다. 다이아프램 거품 펌프는, 또한 전기 모터와, 상기 전기 모터와 연계되어 모터에 의해 구동되는 요소를 포함한다. 상기 다이아프램을 반복적으로 팽창 및 수축시키도록, 상기 전기 모터의 작동이 상기 모터에 의해 구동되는 요소를 구동하되, 여기서 상기 다이아프램의 팽창이, 포말성 액체 및 공기가 상기 혼합 챔버 내로 유동하도록 하는 것을 야기하는 진공을 생성하고, 상기 다이아프램의 수축이 액체 및 공기 혼합물이 상기 배출 통로를 통해 거품으로서 배출되게 강제하는 것을 야기한다.
본 발명의 개념들에 따른 분배기(dispenser)가 도 1에 도시되었으며 일반적으로 도면 부호 10에 의해 지시된다. 분배기(10)는 일반적으로 돔 형상인 다이아프램(diaphragm)(12)을 구비하는 거품 펌프(foam pump)(11)를 포함한다. 다이아프램(12)은 외력이 가해지면 수축(collapse)되고 이후 상기 힘이 제거되면 원래의 형상으로 복원되는 가요성의(flexible) 및 탄성적인(resilient) 물질로 이루어진다. 적절한 물질들은 예를 들어, 실리콘, 열가소성 엘라스토머(thermoplastic elastomers) 등을 포함한다. 보다 상세히 후술하는 바와 같이, 다이아프램(12) 내부에는 내부 혼합 챔버(14)가 형성된다. 분배기(10)의 다른 구성 요소들을 고정하는 수단뿐만 아니라 장착 기구(mounting mechanism)를 제공하는 분배기 하우징(미도시)에 다이아프램(12)이 장착될 수 있다.
분배기(10)는 또한 회전 모터축(18)을 구비하는 전기 모터(16)를 포함한다. 전기 모터(16)는, 예를 들어, 배터리 전원(19)이 제공되는 DC 모터를 포함하는, 회전축을 구비하는 알려진 어떤 전기 모터일 수 있다. 모터(16)는 모터의 작동(activation)(예를 들어 구간(duration), 속도 등)을 제어하는 모터 구동 회로(17)를 포함할 수 있다. 본 기술 분야에 알려진 바와 같이, 핸즈 프리 작동 센서(hands free activation sensor)에 의해 모터(16)의 구동 회로(17)가 작동될 수 있다. 캠(20)이 회전축(18)에 고정되어, 회전축(18)에 의해 캠(20)의 회전이 결과될 수 있다. 도 1 및 도 2에서, 축(18)의 회전이 다이아프램(12) 상에 작용하는 선형력(linear force)을 발생시킬 수 있어서, 캠 공이(cam follower)처럼 기능하도록, 캠(20)은 축(18) 상에서 중앙을 벗어나 장착된 것으로 도시된다. 그러나 도 3에 도시된 바와 같이, 캠은 또한, 캠(20')과 같이 적절히 돌출된, 단순히 중앙에 장착된 휠일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 축(18) (그리고 이로써 캠(20))의 전체 회전 동안 적어도 하나의 시점에서, 다이아프램(12)이 그 완전히 연장된 형상을 취할 수 있도록, 선택된 거리만큼 다이아프램(12)으로부터 이격되어, 축(18)이 다이아프램(12) 에 인접하게 연장되도록 모터(16)가 위치한다. 모터(16)의 축(18)의 회전에 따라서, 캠(20)이 반복적으로 다이아프램(12) 상에 힘을 가하고, 이로써, 캠(20)이 그 안으로 회전함에 따라서 다이아프램(12)이 수축되고, 이후 캠(20)이 그 회전을 계속함에 따라서 다이아프램(20)이 원래의 위치로 돌아가 팽창된다.
다이아프램(12)은 그 베이스(23)에 유입 개구(22)를 포함하는데, 유입 개구는 컨테이너(26)가 포말성 액체(S)를 보유한 채로 유체 소통하는 유입 통로(24)에 의해 유체소통한다. 도시한 바와 같이, 유입 통로(24)는 포말성 액체(S)에 일 단이 잠긴 관(tube)이다. 유입 통로(24)에 제공되는 일-방향 밸브(28)는, 유체가 혼합 챔버(14) 내로 유동하도록 허용하는 반면, 저장소(26)를 향하여 반대 방향으로 유체가 유동하는 것을 막는다. 일 방향 밸브(28)는 본 기술 분야에 알려진 이러한 임의의 밸브를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 볼 밸브(ball-valve), 오리너구리형 밸브(duck-bill valve), 플래퍼 밸브(flapper valve) 등을 포함할 수 있다. 유입 통로(24)는 또한 내부에 공기 유입구(30)를 포함하는데, 상기 공기 유입구는, 이하의 설명으로부터 보다 상세히 이해될 수 있는 바와 같이, 공기가 안으로 흡입되어서 유입 통로(24)에서 포말성 액체(S)와 혼합되도록 한다. 공기 유입구(30)는, 유입 통로(24)로부터 공기 또는 액체가 이탈하는 것을 막기 위한, 밸브(28)와 유사한, 일 방향 밸브(32)를 포함한다.
본 발명의 개념들을 광범위하게 개시하기 위하여, 비록 도식적으로 도시하였지만, 다이아프램(12)은 잘 알려진 펌프 구조이고, 분배기 하우징에 대하여 일반적으로 리필 유닛으로서 알려진 것을 제공하기 위해 컨테이너에 알려진 바와 같이 고 정될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 특히 비누(soap) 및 위생제(sanitizer) 디스펜싱 분야에서, 비누 및 위생제 컨테이너로 구성된 리필 유닛을, 다이아프램 펌프가 거기에 고정된 채로, 수용하도록 이루어진 분배기 하우징을 제공하는 것은 흔하다. 이러한 리필 유닛은, 제품을 분배하기 위해 다이아프램이 여기에 개시된 바와 같이 작동되게 한 채, 사용될 수 있다.
배출 통로(36)는 베이스(23)에서 배출 개구(38)에 의해 유체 소통한다. 배출 통로(36)는 관의 형태이고, 개구(40)에서 끝난다. 배출 통로(36)에 제공되는 일-방향 밸브(42)는, 유체가 다이아프램(12)으로부터 유동하는 것을 허용하지만, 반대 방향으로 유체가 유동하는 것을 막는다. 일 방향 밸브(28)와 마찬가지로 상기 밸브(42)는 본 기술 분야에 알려진 어떤 이러한 밸브를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 볼 밸브, 오리너구리형 밸브, 플래퍼 밸브 등을 포함할 수 있다.
모터(16) 작동(activation)시, 제어 회로에 의해 제어되면서, 축(18) 및 캠(20)이 정해진 시구간 동안 회전된다. 캠(20)이 다이아프램(12) 안으로 및 다이아프램(12)으로부터 멀리 회전하면서, 캠(20)의 회전에 의해서 반복적이고 빠른 다이아프램(12)의 수축 및 팽창이 나타낸다. 다이아프램(12)이 수축될 때마다, 혼합 챔버(14)의 감소된 내부 체적에 의해 고압이 생성되고 이것은 혼합 챔버(14)의 내용물을 일 방향 밸브(42)를 통해 및 배출 통로(36)를 통해 배출되도록 강제한다. 다이아프램(12)이 그 원위치로 되돌려 팽창되면서, 혼합 챔버(14)의 내부 체적은 증가하고, 진공이 생성된다. 진공에 의해, 유입 통로(24)를 따라서 및 일 방향 밸브(28)를 거쳐 혼합 챔버(14) 안으로 공기 및 포말성 액체 양자가 흡입된다. 개 구(30)에서 일 방향 밸브(32)를 거쳐 유입 통로(24) 안으로 공기가 흡입된다. 일 실시예에서, 개구(30)를 지나는 액체의 움직임에 의해 즉 벤츄리 효과(venturi effect)에 의해서 공기가 간단히 통로(24) 안으로 흡입된다. 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이, 유동의 속도를 높이기 위하여 공기 유입구(30)에 인접한 통로(24) 내 유동을 제한하는 것에 의해 벤츄리 효과를 높일(enhance) 수 있고, 이로써 제한된 유동의 지점에서 압력을 감소시킬 수 있다. 대안적으로, 공기 펌프(34)는 공기 유입구(30)에서 가압된 공기를 제공하기 위해 채용될 수 있다. 모터(16)의 작동이 동시에 공기 펌프(34)의 작동을 야기하도록, 공기 펌프(34)는 전기 모터(16)의 전기 회로(17)에 의해 제어될 수 있다.
유입 통로(24) 안으로 흡입된 공기는 조악하게(coarsely) 포말성 액체(S)와 혼합된다. 캠(2)의 고속 회전에 의하여, 및 이로써 다이아프램(12)이 팽창 및 수축되는 빠른 빈도에 의하여, 공기 및 포말성 액체는, 혼합 챔버(14)를 통해 순환하면서, 격하게 교란되고 보다 완전하게 섞인다. 이러한 혼합물이 개구(40)로 전진되고 거품으로서 분배된다. 거품 펌프(10)의 각 작동시마다 분배되는 거품의 양을 제어하기 위한 제어 회로를 변경함으로써 모터 작동의 시구간을 조정할 수 있다. 또한 주어진 액체/공기 혼합물에 대하여 회전 속도가 변경될 수 있는데, 더 적거나 더 많은 교란(agitation)일 때 다른 혼합물들이 거품으로 변하는 것이 발견될 수 있기 때문이다.
배출 통로(36)는, 분배에 앞서 공기 및 포말성 액체 혼합물을 압출(extrusion)하기 위하여, 개구(40)에 인접한 하나 이상의 망 스크린(44)을 선택 적으로 포함할 수 있다. 그러나, 몇몇 실시예들에서 및 몇몇 액체 및 공기 혼합물의 경우, 혼합 챔버(14)에서의 공기 및 액체의 완전한 혼합 및 교란에 의해서 망 스크린이 필요하지 않을 것임을 이해할 수 있을 것이다. 하나 이상의 망 스크린(44)은, 망 스크린들(44)에 의해 양 단이 묶인 중공형 관(48)으로 구성된 혼합 카트리지(46)의 형태로 제공될 수 있다. 혼합 카트리지(46)가 제공된다면, 결과되는 혼합물을 더 균질화하여서 개구(40)에서 분배되는 거품 제품의 질을 향상시킬 수 있다.
다이아프램(12)의 신속한 팽창 및 수축을 위한 대안적인 실시예가 도 4에 도시되어 있는데, 여기서 모터(16)는, 캠(20)의 회전과 매우 유사하게, 다이아프램(12) 상에서 가압하도록 왕복 피스톤(50)을 구동하고 상기 다이아프램(12)이 팽창된 상태로 복원되도록 허용한다. 왕복을 도 4에서 양 방향 화살표를 사용하여 나타냈다. 이렇게, 광범위하게, 모터(16)는, 다이아프램(12)을 신속하게 팽창 및 수축시키기 위해, 모터에 의해 구동되는 요소(motor-driven element)를 구동하고 그 결과, 혼합 챔버 안으로 공기 및 액체를 흡입하고, 혼합 챔버 내에서 그들을 격하게 혼합하고, 및 배출구에서 거품의 형태로 배출할 수 있다.
전술한 내용들에 비추어, 종래의 거품 펌프들에 비하여 본원 발명이 개선들을 제공함은 분명할 것이다. 본 발명의 개념들을 교시하려는 목적으로 여기서 특정한 실시예가 개시되었지만, 기술되고 보여진 특정한 어떤 구조에 의하여 또는 상기 어떤 구조에 본 발명이 제한되지 않음을 이해할 수 있을 것이다. 오히려, 청구항들에 의해서 본 발명을 정의하는 것이 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념들에 따른 분배기를 개략적으로 나타낸다;
도 2는 도 1에 따른 캠의 탑뷰를 나타낸다;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 대안적인 캠의 탑뷰를 나타낸다;
도 4는 본 발명의 개념들에 따른 대안적인 분배기를 개략적으로 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 분배기
11: 거품 펌프
12: 다이아프램
16: 전기 모터
17: 구동 회로
18: 회전 모터축
19: 배터리 전원

Claims (6)

  1. (a) 혼합 챔버를 형성(define)하고 유입 개구 및 배출 개구를 구비하며 가요성 재료로 이루어진 다이아프램;
    (b) 포말성 액체를 보유하는 저장소 및 상기 유입 개구와 유체 소통하는 유입 통로로서, 내부에 일 방향 밸브를 구비하는 유입 통로;
    (c) 상기 배출 개구와 유체 소통하고 내부에 일 방향 밸브를 구비하는 배출 통로;
    (d) 일 방향 밸브를 구비하는, 상기 유입 통로 내 공기 유입구;
    (e) 전기 모터;
    (f) 상기 전기 모터와 연계되어 모터에 의해 구동되는 요소(motor-driven element); 를 포함하되,
    상기 다이아프램을 반복적으로 팽창 및 수축시키도록, 상기 전기 모터의 작동(actuating)이 상기 모터에 의해 구동되는 요소를 구동하고, 그리고
    상기 다이아프램의 팽창이, 포말성 액체 및 공기가 상기 혼합 챔버 내로 유동하도록 하는 것을 야기하는 진공을 생성하고, 상기 다이아프램의 수축이 액체 및 공기 혼합물이 상기 배출 통로를 통해 거품으로서 배출되게 강제하는 것을 야기하는,
    다이아프램 거품 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 모터는 회전축을 포함하고; 상기 모터에 의해 구동되는 요소는 상기 모터축에 고정된 캠이되, 상기 모터의 작동이 상기 모터축이 회전하도록 하는 역할을 하고, 상기 캠이 상기 다이아프램의 반복적인 팽창 및 수축을 야기하는,
    다이아프램 거품 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터에 의해 구동되는 요소는 왕복하는 봉이되, 상기 모터의 작동은
    상기 봉이 왕복하도록 하는 역할을 하고, 상기 봉이 상기 다이아프램의 반복적인 팽창 및 수축을 야기하는,
    다이아프램 거품 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출 통로는 적어도 하나의 망 스크린(mesh screen)을 포함하는,
    다이아프램 거품 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유입 통로는 상기 공기 흡입구에서 내부에 벤츄리 밸브를 포함하는,
    다이아프램 거품 펌프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 공기 유입구에 가압된 공기를 제공하는 공기 펌프를 더 포함하는,
    다이아프램 거품 펌프.
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