KR20100002176U - 고효율 유체펌프 - Google Patents

Abstract

본 고안은 기존에 사용중인 전자력을 이용한 유체 펌프의 문제점을 보완하고 보다 효율을 높이고 소음을 줄이며 이를 자동 적으로 구동하며, 그 속도를 제어할 수 있도록 회로를 구비하도록 한 것이다 .

종래에는 그 구성이 실린더 내부에 자성체를 가진 피스톤을 두고 실린더 외부에는 두 개의 코일을 두어 직류전원을 교차 공급하면 실린더 내부에 피스톤과 체크 밸브에 의해서 액체를 흡입구로 흡입 후에 배출구로 배출시키는 단순한 구조이다.

상기 종래의 구성은 불안전한 구조로 동일 전류하에서 액체를 이송시키는 힘이 미약하며, 소음이 크고 자동 적으로 피스톤이 왕복 운동할 수 있도록 전원공급 회로가 구성되어 있지않은 단점이 있다.

이에 본 고안은 상기 액체 펌프의 문제점인 액체 이송력 을 증대하기 위해 영구자석이나 스프링을 피스톤과 흡입구 사이에 배치하며, 소음을 감소시키기 위해 피스톤과 실린더 내벽에 마찰을 줄일수 있도록 마찰제를 두고 피스톤을 최적의 상태로 자동적으로 왕복운동 할 수 있도록 하며 그 속도를 제어할 수 있도록 전원공급회로를 구성하도록 한 것이다.

피스톤, 실린더, 코 일, 체크밸브, 영구자석, 스프링, 전원 공급회로.

Description

고효율 유체펌프 { high efficiency a liquid }

본 고안은 종래의 전자력을 이용한 유체펌프에 있어서, 액체를 이송시키는 힘을 증대하기 위해 실린더 내부에 피스톤과 흡입구에 압축스프링이나 영구자석의 동일 극성의 반발력을 최대로 이용하며, 소음과 마찰력을 줄이기 위해 실린더와 피스톤 사이에 마찰력이 낮은 비 자성체의 물질을 두며, 상기 피스톤을 자동 적으로 좌우 왕복 운동할 수 있도록 하며, 그 속도를 제어할 수 있도록 전원 공급회로를 구성하도록 한다.

문헌:(공고번호 71-1951) (출원번호 71-4795) 전자력을 이용한 액체펌프,

본인이 본 고안을 개발하게 된 배경은 기존에 온수매트나 보일러에 사용되는 순환 펌프가 소음이나 잦은 고장의 문제점이 많아 이를 해결하고자 본 고안을 개발하게 되었으며, 개발 후 관련 문헌을 조회해본 결과 상기와 같은 유사한 기술이 공개되었으나 상기 기술만으로 실생활에 적용하여 액체를 이송하기에는 그 힘이 미약하며 소음이 크고 별도의 구동회로를 갖추지 못한 문제점이 있다.

상기 문헌의 종래 유체펌프(100)는 그 구성이 간단하며 도 5에 도시된 것과 같이 실린더(11) 내부에 자성체의 피스톤(10)을 두고 여자 코일(30)(31)을 두 개 두어 여자코일에 직류전원을 교차 공급하면 피스톤이 코일의 자기장에 의해 왕복운동하게 되며, 체크 밸브에 의해 액체를 이송하게 되는데 배출구(40)와 흡입구(41)에는 압력차가 생기게 되며 피스톤이 액체를 밀어낼 때는 높은 압력이 발생 되며 흡입구 쪽으로 복귀할 때는 낮은 압력으로 인해 적은 힘으로도 복귀하게 되는데, 이에 피스톤은 연속 동작시 흡입구 쪽으로 자연스럽게 밀리게 되며 이것은 액체를 밀어내는 힘이 약해지는 단점이 있다.

또한 실린더 내부에서 피스톤이 왕복 운동을 하면 전원이 교차 공급될 때 소음이 발생하게 되며 자동적으로 전원을 공급해주는 장치가 없으며 그 속도를 제어하는데 어려운 단점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 액체펌프 동작시 배출구와 흡입구 쪽의 압력차에 의해 피스톤이 뒤로 밀리지 않도록 하며, 압축력을 최대로 증대하기 위해 스프링이나 영구자석을 피스톤과 흡입구에 동일극성을 마주보도록 두어 그 반발력을 이용하며, 소음을 줄이기 위해 피스톤과 실린더 사이에 마찰력이 낮은 물체를 두고 자동적으로 왕복운동하고, 그 속도를 제어할 수 있는 전원 공급회로를 갖추도록 한다.

이상과 같이, 본 고안은 적은 전력으로 효율이 높은 액체 펌프를 구성하게 되며, 소음이 작고 피스톤을 자동적으로 움직이도록 하며, 그 속도를 제어하도록 함으로써,정숙성을 요구하는 곳이나 온수매트나 온돌 보일러,그리고 기타 산업분야에서 매우 유용하게 사용될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서는 비 자성체의 실린더(11) 내부에서 왕복 운동하는 피스톤(10)과 흡입구(41) 사이에 영구 자석(50)(51)이나 스프링(60)을 두고 피스톤과 실린더에 마찰이 적은 마찰제(70)를 두며 제1코일(30)과 제2코일(31)에 전원을 자동 공급해주며, 그 속도를 조정할 수 있도록 회로(80)를 구성하는 것이다.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예에 따른 고효율 유체펌프를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.상기 도면 5는 종래의 전자력을 이용한 유체펌프(100)의 구조를 나타낸 것으로 그 구성은 비 자성체의 실린더(11) 내부에 피스톤(10)을 두고 실린더 바깥쪽에 코일을 감은 제 1 코일(30)과 제 2 코일(31)을 두고 피스톤과 흡입구(41) 또는 배출구(40)에 체크 밸브(20)(21)를 두어 상기 양 코일에 전원을 교차 공급하면 실린더 내부에 자기장이 발생하여 피스톤이 좌우 왕복 운동하게 된다. 도 5의 (가)그림은 직류전원을 제 1 코일(30)에 인가하면 실린더(11) 내부의 제 1 코일 부위에 자기장이 발생 되며, 이 자기장은 자기장에 반응하는 피스톤(10)을 왼쪽으로 당기게 되며, 제 1 코일에 전원을 끓고 제 2 코일에 직류 전원을 인가하면 (나)그림처럼 제 2 코일 부위에 자기장이 발생하여, 피스톤이 오른쪽으로 당겨지게 된다. 상기 직류전원을 연속적으로 교차 공급해주면 피스톤 역시 좌우 왕복 운동하게 되며, 체크밸브(20)(21)에 의해 흡입구(41) 쪽에는 진공이 배출구(40) 쪽에는 압력이 발생 되어 액체를 흡입구 쪽에서 당겨 배출구 쪽으로 밀어내는 것이다. 이원리를 이용하여 액체를 순환시키게 되는데 액체를 강제로 밀어내는 시스템이라 배출구 쪽에는 높은 압력이 발생 되며, 흡입구 쪽에는 상대적으로 낮은 압력이 발생하게 된다. 이로 인해 피스톤(10)은 자연적으로 오른쪽으로 밀리게 되며, 이는 피스톤이 제 1 코일과 멀어 지게 되며, 이는 제 1 코일(30)의 자기장이 피스톤(10)과의 거리감으로 인해 당기는 힘이 약해지게 된다.상대적으로 제 2 코일(31)과 피스톤(10)과의 거리는 가까워져 당기는 힘이 강해져 피스톤은 점점 오른쪽으로 밀리게 되어 액체를 이송시키는 힘이 약해지게 되는 치명적인 결함을 가지고있다.이를 해결하기 위해서는 도 1에 예시된 그림과 같이 피스톤이 뒤로 밀리는 것을 방지하기 위해 영구 자석(50)을 피스톤(10) 후미에 고정하고, 다른 하나의 영구 자석(51)은 흡입구(41) 변에 설치하여 두 자석의 같은 극성을 서로 마주보게 설치하면 같은 극성끼리는 서로 밀어내는 힘에 의해 피스톤이 뒤로 밀리지 않게 된다. 도 1의(나)그림은 제 2 코일(31)에 직류전원을 인가하면 자기장의 힘에 의해 피스톤은 오른쪽으로 움직이게 되며 영구자석(50)(51)의 서로 밀어내는 성질에 의해 일정거리 이상 뒤로 밀리지 않게 되며, (가)그림처럼 제 1 코일에 전원을 인가하면 피스톤이 제 1 코일 족으로 당겨지게 된다. 이때 영구 자석의 밀쳐 내려는 힘에 의해 피스톤(10)은 더 큰 힘을 얻어 당겨지게 된다. 이처럼 액체를 이송시킬 때 압력이 높은 배출구(40) 쪽과 압력이 낮은 흡입구(41) 쪽의 압력차에 의한 피스톤 밀림을 방지하고 더 큰 힘을 인가함으로써 동일 조건하에서 더 높은 효율을 내는 것이다. 도 2에 도시된 그림은 도 1에 도시된 영구자석(50)은 피스톤(10)에 동일하게 배치하고 흡입구 쪽의 영구자석(51) 대신에 실린더(11) 바깥 쪽에 배치하도록 한 것이다. 이는 도 1에서와 작동원리는 동일하며 바깥쪽에 배치한 영구 자석(53)은 실린더 외부에서 좌우 조정이 가능하며, 이는 피스톤(10)에 부착된 영구 자석과의 거리를 조정함으로써 피스톤에 힘을 조정하여 인가하는 특성을 가지게 되는 것이다.도 3에 도시된 그림은 도 1이나 도 2의 영구 자석을 대신하여 스프링을 배치하도록 한 예시도 이다. 이는 스프링(60)의 압축력에 의해 도 3의 (나)그림처럼 피스톤이 뒤로 밀리는 것을 방지하며, 제 1 코일(30)에 전원이 인가되어 피스톤이 (가)그림과 같이 왼쪽으로 이동하여 액체를 압축시킬 때 그 힘을 더하도록 한 것이다.상기와 같이 종래의 유체펌프(100)에서의 가장 큰 문제점인 피스톤이 배출구와 흡입구의 압력차에 의해 뒤로 밀리는 현상을 방지하며, 피스톤이 압축시 그 힘을 증가함으로 동일 조건하에서 그 효율을 배가하도록 한 것이다.상기 종래의 유체 펌프(100) 는 실린더(11) 안에서 피스톤이 왕복 운동할 때 제 1 코일(30)과 제 2 코일(31)에 전원이 교차 공급될 때 피스톤(10)은 순간적으로 방향을 바꾸어 움직이게 되며, 이에 피스톤과 실린더 사이에 소음이 발생하게 되는데, 이는 정숙함을 유지해야 하는 곳에서는 그 사용을 제약받게 된다. 도 4 는 이를 해결하기 위해 도시된 그림으로 그 구성은 피스톤(10)을 실린더(11)보다 밀착이 되지 않도록 그 크기를 작게 구성하며, 그 양단에 실린더(11)에 밀착 되도록 마찰제(70) 를 고정 부착하도록 한 것이다. 이 마찰제는 통상적으로 마찰계수가 낮고 온도변화에 반응이 작은 물체를 사용하게 된다. 이를 이용하면 실린더 안에서 왕복 운동하는 피스톤이 원활하게 움직이 며, 소음을 크게 줄여주어 정숙을 요하는 곳에서의 사용이 용이 해지는 것이며 이를 구성하는 방법은 다양하다.도 4의 (가)그림은 마찰제(70)를 고정핀(71)으로 피스톤(10)과 밀착 고정되는 방법이며,(나)그림은 피스톤 외부에 마찰제(70)를 끼워 고정하는 방법을 예시한 것이다. 도 6과 도 7에 도시된 회로도는 상기에 설명한 유체 펌프의 실린더(11) 내에서 피스톤(10)이 자동적으로 왕복 운동할 수 있도록 회로를 구성하며, 그 속도를 제어할 수 있도록 별도의 속도 제어 장치를 가지는 것으로 그 구성은 제 1코일((30)에 전원을 공급하는 TRa (81)와 제 2 코일(31)에 전원을 인가하는 TRb (82)와 양쪽 TR에 전류를 교차 공급하도록 발진부(80) 와 발진부 의 속도를 제어하도록 속도 제어부(83)로 이루어져 있다. 통상적으로 피스톤(10)이 실린더(11) 내에서 왕복 운동하여 액체를 이송시키려면 일정범위 안의 사이클을 가지고 움직여야 하며, 이는 체크밸브(20)(21)와의 조화를 이루어야 액체 이송이 가능하다. 이를 해결하기 위해 발진부(80) 내에서 발생한 교차 신호를 TR (81)(82)에서 전기신호로 증폭하여 코일에 전류를 교차 인가하여 피스톤을 움직이게 되며 발진부에 발진 속도를 제어할 수 있는 속도 제어부(83)를 두어 그 속도를 제어할 수 있도록 한다. 이는 사용환경에 따라 액체 이송시 액체 이송량과 이송 압력을 제어할 수 있도록 한 것이다. 그 동작원리는 도 7에 예시된 그림과 같이 도 7의 (가) 그림은 발진회로(80)에서 나오는 신호를 블럭도로 표시한 것으로 발진부(80) 에서의 신호는 A 와 B 로 나뉘어 교차 공급되며 A 에 전류가 인가될 때 (나) 그림1과 같이 TRa 에 전류가 인가되어 코일 A(30)에 공급되며 이는 코일 내부에 자기장을 발생시켜 피스톤을 당기게 되며 반대로 발진부에서 신호가 B 에 전류가 인가되면 코일 b(31)쪽으로 피스톤을 움직이게 되는 것이다.통상적으로 피스톤(10)의 왕복 속도는 본인이 실험해본 결과, 분당 200 사이클 미만으로 움직일 때 가장 효과적으로 액체를 이송하게 되며.이 사이클을 조정할 수 있도록 도 6에서와 같이 속도 제어부(83)를 발진회로(80)에 두고 발진속도를 조정하게 되는데 이는 피스톤(10)의 왕복 속도에 따라 소음 발생이 다르게 나타나며, 액체의 이송속도를 제어할 수 있도록 한 것이다. 이상과 같이 전원 공급회로를 구성하면 피스톤의 왕복 속도를 제어할 수 있으며 자동적으로 움직여 액체를 순환시키도록 한 것이다.

도 1 은 영구 자석을 설치한 본 고안의 예시도

도 2 는 자석의 간격을 조정하도록 한 본 고안의 예시도

도 3 은 스프링을 설치한 본 고안의 예시도

도 4 는 피스톤과 실린더 사이에 마찰제를 설치한 예시도

도 5 는 종래의 전자력을 이용한 유체펌프의 도시도

도 6 은 본 고안에 사용되는 전원 공급회로의 요약도

도 7 은 전원 공급회로의 작동원리와 블럭도

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

10. 피스톤 11. 실린더

30. 제 1 코일 31. 제 2 코일

20.21. 체크 밸브 40. 배출구

41. 흡입구 50.51. 영구 자석

53. 영구 자석 60. 스프링

70. 마찰제 80. 발진부

81.82 TRa TRb 83. 속도 제어부

Claims (11)

1. 비자성 물체의 실린더(11) 내부에 자성에 반응하는 피스톤(10)을 두고 실린더 외부에 두 개의 코일(30)(31)을 두어 그 코일에 전류를 교차인가하면 자기장의 힘에 의해 좌우로 왕복 운동하며, 체크밸브(20)(21)에 의해 액체의 흐름을 제어하여 이송시키는 유체펌프(100)에 있어서,

   액체의 흐름을 증대하기 위해 피스톤(10)과 흡입구(41) 사이에 영구자석(50)(51)을 같은 극성이 마주보도록 설치하고, 소음과 마찰력을 감소시키기 위해 실린더와 피스톤 사이에 마찰계수가 낮은 마찰재(70)를 두며,상기 피스톤이 자동적으로 왕복하며, 그 속도를 제어할 수 있도록 전원 공급회로를 구비한 "고효율 유체펌프"
2. 제 1항의 고효율 유체펌프에 있어서

   상기 유체의 흐름을 증대하기 위해 설치한 영구자석 대신에 스프링(60)을 두어 그 반발력을 이용한 "고효율 유체 펌프"
3. 제 1항의 고효율 유체펌프에 있어서

   상기 영구 자석 (50)(51)중 피스톤 (10)에 부착된 영구자석은 동일하게 두고,도 2에서와 같이 실린더 외부에 영구자석(53)을 두어 실린더 (11)외부에서 좌우로 조정할 수 있도록 한 "고효율 유체펌프"
4. 제 1항의 고효율 유체 펌프에 있어서

   상기 전원공급 회로에서 속도를 제어하도록 한 속도제어부(83)를 제외하고 회로를 구성한 "고효율 유체펌프"
5. 제 1항의 종래의 유체 펌프(100)에 있어서

   상기 피스톤의 흐름을 증대하기 위해 피스톤과 흡입구 사이에 같은 극성이 마주보도록 영구자석(50)(51)을 설치하여, 액체의 이송을 증가한 "유체펌프"
6. 제 5항에 있어서

   상기 영구 자석(50)(51)을 대신하여 피스톤과 흡입구 사이에 스프링을 설치한 "유체펌프"
7. 제 5항에 있어서

   상기 영구 자석(51)을 대체하여 도 2에서와 같이 실린더 외부에 영구 자석(53)을 설치한 "유체펌프"
8. 제 1항의 종래의 유체펌프(100)에 있어서

   상기 유체펌프(100)의 피스톤이 자동 왕복하도록 하며 그 속도를 조정 할 수 있도록 한 전원공급회로를 구비한 "유체펌프"
9. 제 8항에 있어서

   상기 전원공급회로에서 피스톤의 속도를 제어할 수 있는 속도 제어부(83)를 제외한 "유체펌프"
10. 제 1항의 유체펌프(100)에 있어서

    피스톤이 실린더 내에서 원활하게 움직이고 소음을 감소시키기 위해 마찰계수가 낮은 물체를 도 4의 (가)와 같이 마찰제(70)를 설치한 "유체펌프"
11. 제 10항에 있어서

    상기 마찰제를 도 4의 (나)그림과 같이 설치한 "유체펌프",

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