KR20140145125A - 왕복 펌프들 및 관련 방법들 - Google Patents

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존 엠 시몬스
탐 엠 시몬스
데이비드 엠 시몬스
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Abstract

왕복 유체 펌프들은 내부에 공동을 포함하는 펌프 바디와, 적어도 부분적으로 공동 내에 배치된 플런저와, 공동 내에 배치된 절환 캐니스터 조립체를 포함한다. 절환 캐니스터 조립체는 펌프 바디에 대해 밀봉부를 형성하기 위한 밀봉 표면을 포함한다. 펌프 바디와 밀봉 표면 사이의 밀봉부에 의해 덮여지는 영역은 절환 캐니스터 조립체의 외부 단면적의 약 75% 미만이다. 절환 캐니스터 조립체는 절환 캐니스터와 그에 부착된 절환 캐니스터 캡을 포함할 수 있으며, 절환 캐니스터 캡은 밀봉 표면을 포함한다. 왕복 유체 펌프들은 절환 캐니스터와, 절환 캐니스터 내에 적어도 부분적으로 배치된 절환 피스톤과, 절환 피스톤에 대향한 절환 캐니스터의 길이방향 단부 상에서 절환 캐니스터에 부착된 절환 캐니스터 캡을 포함한다. 방법들은 이런 왕복 펌프들을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

왕복 펌프들 및 관련 방법들 {RECIPROCATING PUMPS AND RELATED METHODS}
우선권 주장
본 출원은 발명의 명칭이 "왕복 펌프들 및 관련 방법들(Reciprocating Pumps and Related Methods)"인 2012년 3월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제13/420,978호의 출원일에 대한 이득을 주장한다.
기술 분야
본 발명의 실시예들은 일반적으로 샤프트 캐니스터 조립체를 포함하는 왕복 유체 펌프들, 이런 펌프들과 함께 사용하기 위한 구성요소들 및 이런 왕복 유체 펌프들 및 구성요소들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.
왕복 유체 펌프들은 다수의 산업들에 사용된다. 왕복 유체 펌프들은 일반적으로 펌프 바디 내에 두 개의 대상 유체 챔버들을 포함한다. 펌프 바디 내에서 왕복 피스톤 또는 샤프트가 전후로 구동된다. 하나 이상의 플런저들(예를 들어, 다이아프램들 또는 벨로우즈들)이 왕복 피스톤 또는 샤프트에 연결될 수 있다. 왕복 피스톤이 일 방향으로 이동할 때, 플런저들의 이동은 두 개의 대상 유체 챔버들 중 제1 챔버 내로 대상 유체가 흡인되게 하고 제2 챔버로부터 축출되게 한다. 왕복 피스톤이 반대 방향으로 이동할 때, 플런저들의 이동은 유체가 제1 챔버로부터 축출되고 제2 챔버로 흡인되게 한다. 유체 입구 및 유체 출구는 제1 대상 유체 챔버와 유체 연통하여 제공될 수 있고, 다른 유체 입구 및 다른 유체 출구가 제2 대상 유체 챔버와 유체 연통하여 제공될 수 있다. 제1 및 제2 대상 유체 챔버들로의 유체 입구들은 공용 단일 펌프 입구와 유체 연통할 수 있으며, 제1 및 제2 대상 유체 챔버들로부터의 유체 출구들은 공용 단일 펌프 출구와 유체 연통할 수 있으며, 그래서, 대상 유체는 단일 유체 소스로부터 펌프 입구를 통해 펌프 내로 흡인될 수 있고 대상 유체는 단일 펌프 출구를 통해 펌프로부터 축출될 수 있다. 유체가 단지 유체 입구들을 통해서 대상 유체 챔버들로 유동할 수 있고 유체가 단지 유체 출구들을 통해서 대상 유체 챔버들의 외부로 유동할 수 있는 것을 보증하도록 유체 입구들과 출구들에 체크 밸브들이 제공될 수 있다.
종래의 왕복 유체 펌프들은 펌프 바디 내에서 왕복 피스톤을 전후로 절환시킴으로써 동작한다. 일 방향으로부터 다른 방향으로의 왕복 피스톤의 절환은 셔틀 밸브를 사용하여 달성될 수 있으며, 이 셔틀 밸브는 제1 플런저와 연계된 제1 구동 챔버에 유체(예를 들어, 가압된 공기)를 제공하고, 그후, 제1 플런저가 완전 연장 위치에 도달할 때 제2 플런저와 연계된 제2 구동 챔버로 구동 유체를 절환시킨다. 셔틀 밸브는 구동 유체를 제1 구동 챔버로 안내하는 제1 위치로부터 구동 유체를 제2 구동 챔버로 안내하는 제2 위치로 절환되는 스풀을 포함한다. 셔틀 밸브 스풀의 절환은 각 플런저가 완전히 연장될 때 절환 도관과 구동 챔버 사이에 유체 연통을 제공함으로써 달성될 수 있으며, 이는 구동 유체가 절환 도관을 가압하여 셔틀 밸브 스풀을 일 위치로부터 다른 위치로 절환시키게 한다. 그러나, 펌핑 행정의 잔여부 동안, 절환 도관으로의 개구는 구동 챔버로부터 밀봉 상태로 유지됨으로써 셔틀 밸브이 조기에 절환되는 것을 방지하고, 왕복 유체 펌프의 효율을 향상시킨다.
절환 도관으로의 개구는 밀봉되고, 각 펌핑 행정의 단부에서, 소위 "절환 캐니스터"의 사용에 의해 구동 챔버로부터 밀봉해제될 수 있다. 종래의 절환 캐니스터는 일반적으로 절환 도관에 가장 근접한 그 단부 상에 밀봉 표면을 갖는 대체로 원통 형상이다. 밀봉 표면 단부는 절환 캐니스터의 측벽들과 일체이다. 절환 캐니스터의 내부는 내부에 절환 피스톤의 일 단부를 배치하기 위해 중공이다. 절환 캐니스터 캡은 예로서, 나사부들을 사용하여 밀봉 표면에 대향한 절환 캐니스터의 단부에 부착된다. 절환 캐니스터 캡은 구멍을 포함하고, 이 구멍을 통해 절환 피스톤이 연장한다. 절환 캐니스터 캡은 절환 캐니스터 측벽들의 내경보다 작은 내경을 갖는다. 절환 피스톤은 확장 단부를 포함하고, 이 확장 단부는 절환 캐니스터 캡의 내경보다 큰 직경을 가지며, 그래서, 플런저가 그 완전 연장 위치에 접근할 때 절환 피스톤이 절환 캐니스터 캡에 대해 접촉하고 절환 캐니스터 캡을 당겨서 절환 도관으로의 개구를 밀봉해제한다.
왕복 유체 펌프들 및 그 구성요소들의 예들은 예로서, 1994년 12월 6일자로 허여된 Dunn 등의 미국 특허 제5,370,507호, 1996년 9월 24일자로 허여된 Simmons 등의 미국 특허 제5,558,506호, 1999년 4월 13일자로 허여된 Simmons 등의 미국 특허 제5,893,707호, 2000년 8월 22일자로 허여된 Steck 등의 미국 특허 제6,106,246호, 2001년 10월 2일자로 허여된 Simmons 등의 미국 특허 제6,295,918호, 2004년 2월 3일자로 허여된 Simmons 등의 미국 특허 제6,685,443호, 2008년 12월 2일자로 허여된 Simmons 등의 미국 특허 제7,458,309호 및 Simmons 등의 이름으로 2010년 7월 15일자로 공개된 미국 특허 출원 공보 제2010/0178184 A1호에 개시되어 있다.
종래의 왕복 펌프들에서, 절환 도관의 개구를 밀봉해제하기 위해 요구되는 힘은 마모를 유발하고, 심지어 절환 피스톤, 절환 캐니스터 캡 또는 절환 캐니스터의 파괴 또는 변형을 통한 펌프의 고장을 유발한다. 절환 캐니스터 캡의 위치는 그 나사형 연결부에 인접한 절환 캐니스터 캡에 대해 직접적으로 절환 피스톤이 가압하는 것을 필요로 하며, 이는 나사형 연결부의 변형, 마모 및 고장을 유발할 수 있다. 이런 마모나 고장을 피하기 위해, 왕복 펌프들은 절환 도관으로의 개구를 밀봉해제하기 위해 극복되어야만 하는 밀봉력을 감소시키도록 감소된 구동 유체 압력에서 구동된다. 그러나, 구동 유체 압력의 감소는 대상 유체가 펌핑되는 속도를 제한한다. 추가적으로, 종래의 절환 캐니스터들은 행정의 단부에서 셔틀 밸브의 절환을 위해 절환 도관에 충분한 구동 유체를 안내하도록 밀봉 표면 단부와 구동 유체 챔버 사이에 유체 연통을 제공하기 위해 절환 캐니스터들의 측벽들을 통해 길이방향으로 연장하는 보어들을 포함할 수 있다. 이런 보어들을 형성하는 것은 왕복 펌프들의 제조 비용에 추가되는 시간 및 자원들을 소비한다. 또한, 종래의 절환 캐니스터의 외부 표면과 주변 펌프 바디 사이의 계면은 종종 마모를 받으며, 증가된 마찰력들을 유발하고, 이는 상술한 문제들을 더욱 심화시키거나 다른 고장 모드에 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 개선된 왕복 펌프들 및 연계된 절환 메커니즘들에 대한 필요성을 인식하였다.
일 실시예에서, 본 발명은 대상 유체를 펌핑하기 위한 왕복 펌프를 포함하고, 이 왕복 펌프는 내부에 적어도 하나의 공동을 갖는 펌프 바디와, 적어도 부분적으로 적어도 하나의 공동 내에 배치되는 적어도 하나의 플런저와, 공동 내에 배치된 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체를 포함한다. 적어도 하나의 플런저는 왕복 펌프의 동작 동안 적어도 하나의 공동 내의 적어도 하나의 대상 유체 챔버를 통해 대상 유체를 펌핑하도록 왕복 작동으로 팽창 및 압축하도록 구성된다. 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 왕복 펌프의 동작 동안 펌프 바디와 밀봉 표면 사이에 밀봉부를 형성하도록 펌프 바디와 접촉하도록 구성된 밀봉 표면을 포함한다. 펌프 바디와 밀봉 표면 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역은 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉될 때 절환 캐니스터 조립체의 단면의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역의 약 75% 미만이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 대상 유체를 펌핑하기 위한 왕복 펌프를 포함하고, 이 왕복 펌프는 펌프 바디와, 절환 도관과, 펌프 바디 내의 구동 유체 챔버 내의 절환 캐니스터 조립체를 포함한다. 절환 도관은 구동 유체 챔버와 펌프 바디의 외부 사이에서 연장한다. 절환 캐니스터 조립체는 왕복 펌프의 사이클의 일부 동안 구동 유체 챔버로부터 절환 도관을 격리시키도록 펌프 본체에 대해 밀봉되도록 구성된다. 절환 캐니스터와 펌프 바디 사이의 밀봉부를 극복하기 위해 필요한 절환력은 약 60 psi(414 kPa)로부터 약 100 psi(689 kPa)까지 연장하는 작동 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 50 lbs(222 N) 미만이다.
다른 실시예에서, 본 발명은 절환 캐니스터와, 적어도 부분적으로 절환 캐니스터 내에 배치된 절환 피스톤과, 절환 피스톤에 대향한 절환 캐니스터의 길이방향 단부 상에서 절환 캐니스터에 부착된 절환 캐니스터 캡을 포함하는 왕복 유체 펌프를 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 펌프 바디와, 펌프 바디 내의 구동 유체 챔버와, 왕복 유체 펌프의 동작 동안 구동 유체의 유동을 절환시키기 위한 구동 유체 챔버 내의 절환 캐니스터 조립체를 포함하는 왕복 유체 펌프를 포함한다. 절환 캐니스터 조립체는 제1 외주를 갖는 제1 길이방향 부분과, 제1 외주보다 작은 제2 외주를 갖는 제2 길이방향 부분을 포함한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 왕복 펌프를 형성하기 위한 방법을 포함한다. 이 방법은 절환 캐니스터 내에 절환 피스톤의 확장 단부를 배치하는 단계와, 절환 피스톤을 절환 캐니스터에 결합하도록 절환 캐니스터의 길이방향 단부를 통해 확장 단부에 대향한 절환 피스톤의 다른 단부를 통과시키는 단계를 포함한다. 확장 단부에 대향한 절환 피스톤의 다른 단부는 플런저에 결합된다. 절환 캐니스터 캡은 절환 피스톤의 다른 단부가 통과하는 길이방향 단부에 대향한 절환 캐니스터의 단부에 부착되고, 절환 캐니스터 캡은 밀봉 표면을 포함한다. 절환 피스톤, 절환 캐니스터, 절환 캐니스터 캡 및 플런저는 펌프 바디의 공동 내에 배치될 수 있다. 절환 캐니스터는 그를 통한 길이방향 보어가 없는 실질적 중실 측벽들을 갖도록 형성될 수 있고, 절환 캐니스터 캡은 밀봉 표면을 포함하는 그 측부로부터 다른, 절환 캐니스터 캡의 대향 측부까지 연장하는 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하도록 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 개략적 예시 단면도.
도 2는 그 제1 플런저가 완전 연장 위치에 있는, 도 1의 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 4의 선 3-3을 따라 취한 도 1의 펌프의 제1 절환 캐니스터 캡의 단면도.
도 4는 도 3의 선 4-4로부터 취한, 도 1의 펌프의 제1 절환 캐니스터 캡의 정면도.
도 5는 도 1의 펌프의 제1 절환 캐니스터 캡의 사시도.
도 6은 도 2와 유사하지만, 그 제1 플런저가 완전 압축 위치에 있는, 도 1의 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡을 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡을 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡을 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡과 교체가능한 좌대를 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 절환 캐니스터를 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 펌프 같은 펌프를 형성하기 위한 방법을 도시하는 흐름도.
본 명세서에 제공된 예시들은 일부 예들에서 임의의 특정 왕복 유체 펌프 또는 그 구성요소들의 실제 모습들은 아닐 수 있으며, 단지 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 이상화된 표현들일 수 있다. 추가적으로, 도면들 사이에 공통적인 요소들은 동일한 참조 부호를 갖는다.
본 명세서에서 사용될 때, 용어 "실질적으로"는 본 기술 분야의 숙련자가 주어진 파라미터, 특성 또는 조건이 허용가능한 제조 공차들 이내 같이 작은 변동 정도로 충족된다고 이해하는 정도를 의미한다.
본 명세서에서 사용될 때, "제1", "제2", "위에", "아래에", "상에" 등 같은 임의의 관계적 용어는 본 내용 및 첨부 도면들을 이해하는 편의성 및 명료성을 위해 사용되는 것이며, 문맥상 명시적으로 달리 나타나는 경우를 제외하고 임의의 특정 선호도, 배향 또는 순서를 의미하거나 그에 의존하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(100)의 개략적으로 예시된 단면도이다. 일부 실시예들에서, 펌프(100)는 예로서, 압축된 가스(예를 들어, 공기) 같은 가압된 구동 유체를 사용하여, 예로서, 액체(예를 들어, 물, 오일, 산 등), 가스 또는 분말 물질 같은 대상 유체를 펌핑하도록 구성된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 펌프(100)는 공압 작동식 액체 펌프를 포함할 수 있다.
펌프(100)의 펌프 바디(102)는 펌프 바디(102)를 형성하도록 함께 조립될 수 있는 둘 이상의 구성요소들을 포함할 수 있다. 예로서, 펌프 바디(102)는 중앙 바디(104), 그 제1 측부 상의 중앙 바디(104)에 부착될 수 있는 제1 단부편(106) 및 대향한 그 제2 측부 상의 중앙 바디(104)에 부착될 수 있는 제2 단부편(108)을 포함할 수 있다. 또한, 펌프 바디(102)는 선택적으로 더 상세히 후술되는 하나 이상의 교체가능한 좌대들(194)을 포함할 수 있다(도 10).
펌프 바디(102)는 제1 공동(110) 및 제2 공동(112)을 내부에 포함할 수 있다. 제1 플런저(120)는 제1 공동(110) 내에 배치될 수 있고, 제2 플런저(122)는 제2 공동(112) 내에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플런저들(120, 122)은 각각 가요성 폴리머 재료(예를 들어, 엘라스토머 또는 열가소성 재료)로 형성될 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 추가로 상세히 후술된 바와 같이, 플런저들(120, 122) 각각은 예로서 다이아프램 또는 벨로우즈를 포함할 수 있으며, 그래서, 플런저들(120, 122)은 펌프(100)가 그 동작 동안 사이클링될 때 길이방향으로(즉, 도 1의 사시도로부터 좌측 및 우측 수평 방향들로) 연장 및 압축될 수 있다. 제1 플런저(120)는 제1 공동(110)을 제1 플런저(120)의 제1 측부 상의 제1 대상 유체 챔버(126)와 제1 플런저(120)의 대향한 제2 측부 상의 제1 구동 유체 챔버(127)로 분할한다. 유사하게, 제2 플런저(122)는 제2 공동(112)을 제2 플런저(122)의 제1 측부 상의 제2 대상 유체 챔버(128)와, 제2 플런저(122)의 대향한 제2 측부 상의 제2 구동 유체 챔버(129)로 분할할 수 있다.
제1 플런저(120)의 주연 에지(121)는 펌프 바디(102)에 부착될 수 있고, 유체 밀폐 밀봉부는 구동 유체 챔버(127) 내의 구동 유체로부터 제1 대상 유체 챔버(126) 내의 대상 유체를 분리시키도록 제1 플런저(120)와 펌프 바디(102) 사이에 제공될 수 있다. 유사하게, 제2 플런저(122)의 주연 에지(123)는 펌프 바디(102)에 부착될 수 있고, 유체 밀폐 밀봉부는 펌프 바디(102)와 제2 플런저(122) 사이에 제공될 수 있다. 펌프(100)는 주 대상 유체 입구(114) 및 주 대상 유체 출구(116)를 포함할 수 있다. 펌프(100)의 동작 동안, 대상 유체는 주 대상 유체 입구(114)를 통해 펌프(100) 내로 흡인될 수 있고, 주 대상 유체 출구(116)를 통해 펌프(100)로부터 축출될 수 있다.
펌프 바디(102)를 통해 주 대상 유체 입구(114)로부터 제1 대상 유체 챔버(126) 안으로 이어지는 제1 대상 유체 입구(130)가 펌프 바디(102) 내에 제공되고, 펌프 바디(102)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126)로부터 주 대상 유체 출구(116)로 이어지는 제1 대상 유체 출구(134)가 펌프 바디(102) 내에 제공될 수 있다. 유사하게, 펌프 바디(102)를 통해 주 대상 유체 입구(114)로부터 제2 대상 유체 챔버(128)로 이어지는 제2 대상 유체 입구(132)가 펌프 바디(102) 내에 제공될 수 있고, 펌프 바디(102)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 주 대상 유체 출구(116)로 이어지는 제2 대상 유체 출구(136)가 펌프 바디(102)에 제공될 수 있다.
제1 입구 체크 밸브(131)는 유체가 제1 대상 유체 입구(130)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126) 내로 유동할 수 있지만 제1 대상 유체 입구(130)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126)로부터 유출될 수 없거나 유출되는 것이 규제되는 것을 보증하도록 제1 대상 유체 입구(130)에 인접하게 제공될 수 있다. 제1 출구 체크 밸브(135)는 유체가 제1 대상 유체 출구(134)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126)로부터 유출할 수 있지만 제1 대상 유체 출구(134)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126) 내로 유동할 수 없거나 유동이 규제되는 것을 보증하도록 제1 대상 유체 출구(134)에 인접하게 제공될 수 있다. 유사하게, 제1 입구 체크 밸브(133)는 유체가 제2 대상 유체 입구(132)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128) 내로 유동할 수 있지만 제2 대상 유체 입구(132)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 유출될 수 없거나 유출이 규제되는 것을 보증하도록 제2 대상 유체 입구(132)에 인접하게 제공될 수 있다. 제2 출구 체크 밸브(137)는 유체가 제2 대상 유체 출구(136)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 유출될 수 있지만, 제2 대상 유체 출구(136)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128) 내로 유동할 수 없거나 유동이 규제되는 것을 보증하도록 제2 대상 유체 출구(136)에 인접하게 제공될 수 있다.
제1 대상 유체 챔버(126) 및 제2 대상 유체 챔버(128)로 각각 이어지는 대상 유체 입구들(130, 132)은 주 대상 유체 입구(114)와 유체 연통할 수 있고, 제1 대상 유체 챔버(126) 및 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 각각 이어지는 대상 유체 출구들(134, 136)은 주 대상 유체 출구(116)와 유체 연통할 수 있으며, 그래서, 대상 유체는 단일 유체 소스로부터 주 대상 유체 입구(114)를 통해 펌프(100)로 흡인될 수 있고, 대상 유체는 주 대상 유체 출구(116)를 통해 펌프(100)로부터 축출될 수 있다.
상술한 구성에서, 제1 플런저(120)는 도 1의 사시도로부터 좌향 방향으로 압축되고 우향 방향으로 연장될 수 있다. 유사하게, 제2 플런저(122)는 도 1의 사시도로부터 우향 방향으로 압축되고 좌향 방향으로 연장될 수 있다. 제1 플런저(120) 및 제2 플런저(122)는 제2 플런저(122)가 압축될 때 제1 플런저(120)가 연장하고 제2 플런저(122)가 연장될 때 제1 플런저(120)가 압축되도록 커넥팅 로드(138)에 강성적으로 결합될 수 있다. 커넥팅 로드(138)는 펌프 바디(102)의 일부를 통해 연장할 수 있다. 유체 밀폐 밀봉부가 커넥팅 로드(138)와 펌프 바디(102) 사이에 제공될 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 O-링들(미도시)이 커넥팅 로드(138) 둘레에서 펌프 바디(102)를 통해 제1 및 제2 대상 유체 챔버들(126, 128) 사이에서 대상 유체가 연통하는 것을 방지할 수 있다.
제1 플런저(120)가 연장하고 제2 플런저(122)가 압출될 때, 제1 구동 유체 챔버(127)의 체적은 증가하고, 제1 대상 유체 챔버(126)의 체적은 감소하며, 제2 대상 유체 챔버(128)의 체적이 증가하고, 제2 구동 유체 챔버(129)의 체적이 감소한다. 결과적으로, 대상 유체는 제1 대상 유체 출구(134)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126)로부터 축출될 수 있고, 제2 대상 유체는 제2 대상 유체 입구(132)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128) 내로 흡인될 수 있다. 더 상세히 후술될 바와 같이, 하나 이상의 제1 구동 유체 라인들(140)을 통해 제1 구동 유체 챔버(127) 내에 가압된 구동 유체를 제공함으로써 제1 플런저(120)는 연장될 수 있고 제2 플런저(122)는 압축될 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 두 개의 제1 구동 유체 라인들(140)이 도 1에 도시되어 있다. 또한, 제1 절환 도관(144)은 적어도, 더 상세히 후술될 바와 같이 도 1의 사시도에서 볼 때 우측으로 제1 플런저(120)가 완전히 연장될 때 같은 펌프(100)의 사이클의 일부 동안 제1 구동 유체 챔버(127)와 유체 연통할 수 있다.
반대로, 제2 플런저(122)가 연장하고, 제1 플런저(120)가 압축될 때, 제2 구동 유체 챔버(129)의 체적이 증가하고, 제2 대상 유체 챔버(128)의 체적이 감소하고, 제1 대상 유체 챔버(126)의 체적이 증가되며, 제1 구동 유체 챔버(127)의 체적이 감소한다. 결과적으로, 대상 유체는 제2 대상 유체 출구(136)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 축출될 수 있고, 대상 유체는 제1 대상 유체 입구(130)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126) 내로 흡인될 수 있다. 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이 하나 이상의 제2 구동 유체 라인들(142)을 통해 제2 구동 유체 챔버(129) 내에 가압된 구동 유체를 제공함으로써 제2 플런저(122)가 연장될 수 있고, 제1 플런저(120)가 압축될 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 두 개의 제2 구동 유체 라인들(142)이 도 1에 도시되어 있다. 또한, 제2 절환 도관(146)은 적어도, 제2 플런저(122)가 도 1의 사시도에서 볼 때 좌측으로 완전히 연장되었을 때 같은 펌프(100)의 사이클의 일부 동안 제2 구동 유체 챔버(129)와 유체 연통할 수 있다.
일부 실시예들에서, 펌프 바디(102) 및 펌프(100)의 다른 구성요소들은 적어도 실질적으로 하나의 폴리머 재료로 구성될 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 이런 폴리머 재료는 플루오로폴리머, 네오프렌, 부나-N, 에틸렌 디엔 M-클래스(EPDM), VITON®, 폴리우레탄, HYTREL®, SANTOPRENE®, 불화 에틸렌-프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시(PFA) 플루오로카본 수지, 에틸렌-클로로트리플루오로에틸렌 공중합체(ECTFE), 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 나일론, 폴리에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), NORDELTM, 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 클로로트리플루오로에틸렌(CTFE) 및 니트릴을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 구동 유체 챔버(127)는 펌프(100)의 동작 동안 하나 이상의 제1 구동 유체 라인들(140)을 통해 공급되는 구동 유체로 가압될 수 있다. 가압된 구동 유체는 제1 플런저(120)를 우측(도 1의 사시도로부터)으로 추진할 수 있다. 제1 플런저(120)가 우측으로 이동할 때, 제2 구동 유체 챔버(129)는 가압해제될 수 있고, 제2 플런저(122)는 커넥팅 로드(138)를 통해 제1 플런저(120)에 의해 우측으로 추진될 수 있다. 제2 구동 유체 챔버(129)는 제2 절환 도관(146) 및 제2 구동 유체 라인들(142) 중 적어도 하나를 통해 내부에 감소된 압력을 제공함으로써 또는 대기로 환기시킴으로써 압력해제될 수 있다. 제1 플런저(120) 및 제2 플런저(122)가 우측(도 1의 사시도로부터)으로 이동할 때, 제1 대상 유체 챔버(126) 내의 임의의 대상 유체는 제1 대상 유체 출구(134)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126)로부터 축출될 수 있으며, 대상 유체는 제2 대상 유체 입구(132)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128) 내로 흡인된다.
제1 플런저(120)가 그 완전 연장 위치(즉, 도 1의 사시도에서 볼 때 우측)에 접근할 때, 직전에 설명된 동작이 반대가 될 수 있다. 예로서, 제2 구동 유체 챔버(129)는 하나 이상의 제2 구동 유체 라인들(142)을 통해 공급되는 가압된 구동 유체로 가압되며, 이는 제2 플런저(122)를 좌측으로(도 1의 사시도로부터) 추진한다. 제2 플런저(122)가 좌측으로 이동할 때, 제1 구동 유체 챔버(127)가 가압해제되고(예를 들어, 대기로 환기되고, 감소된 압력을 받음), 제1 플런저(120)는 커넥팅 로드(138)를 통해 제2 플런저(122)에 의해 좌측으로 추진될 수 있다. 상술한 제2 구동 유체 챔버(129)의 압력해제와 유사하게, 제1 구동 유체 챔버(127)는 제1 절환 도관(144) 및 제1 구동 유체 라인들(140) 중 적어도 하나를 통해 압력해제될 수 있다. 제1 플런저(120) 및 제2 플런저(122)가 좌측으로 이동할 때(도 1의 사시도로부터), 제2 대상 유체 챔버(128) 내의 대상 유체는 제2 대상 유체 출구(136)를 통해 제2 대상 유체 챔버(128)로부터 축출되고, 대상 유체는 제1 대상 유체 입구(130)를 통해 제1 대상 유체 챔버(126) 내로 흡인된다.
따라서, 펌프(100)의 펌핑 작용을 구동하기 위해, 제1 구동 유체 챔버(127) 및 제2 구동 유체 챔버(129)는 교번적 또는 주기적 방식으로 가압됨으로써 제1 플런저(120) 및 제2 플런저(122)가 상술한 바와 같이 펌프 바디(102) 내에서 전후로 왕복하게 할 수 있다.
도 2는 제1 플런저(120)가 완전 연장 위치에 있는, 도 1의 펌프(100)의 구성요소들의 확대 부분 단면도이다. 도 2와 연계하여 도 1을 참조하면, 펌프(100)는 제1 구동 유체 챔버(127)와 제2 구동 유체 챔버(129) 사이에서 가압된 구동 유체의 유동을 전후로 절환시키기 위한 절환 메커니즘을 포함할 수 있다. 절환 메커니즘은 예로서, 하나 이상의 절환 피스톤들(150, 152)과, 하나 이상의 절환 캐니스터 조립체들(158, 168)과, 셔틀 밸브(미도시)를 포함할 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 펌프(100)와 함께 사용하기에 적합한 셔틀 밸브는 2010년 1월 8일자로 출원된 발명의 명칭이 "하나 이상의 나선형 연장 특징부들을 갖는 벨로우즈 플런저들, 이런 벨로우즈 플런저들을 포함하는 펌프들 및 관련 방법들(BELLOWS PLUNGERS HAVING ONE OR MORE HELICALLY EXTENDING FEATURES, PUMPS INCLUDING SUCH BELLOWS PLUNGERS, AND RELATED METHODS)"인 미국 특허 출원 제12/684,528호(이하, '528 출원')에 개시되어 있다.
제1 절환 캐니스터 조립체(158)는 제1 절환 캐니스터(160) 및 제1 절환 캐니스터 캡(162)을 포함할 수 있다. 제1 절환 피스톤(150)은 나사부들, 접착제, 억지끼워맞춤, 기계적 간섭 등에 의한 것 같이 제1 플런저(120)에 결합될 수 있다. 예로서, 제1 절환 피스톤(150)은 나사부들로 제1 플런저(120)에 결합될 수 있으며, 길이방향 구멍(151)은 제1 절환 피스톤(150)의 적어도 일부를 통해 제1 플런저(120)의 적어도 일부 내로 형성(예를 들어, 천공)될 수 있다. 보유 부재(예를 들어 핀)(미도시)는 추가적 기계적 간섭을 제공하고, 제1 플런저(120)에 대해 제 위치에 제1 절환 피스톤(150)을 로킹하기 위해 길이방향 구멍(151) 내로 삽입될 수 있다. 다른 예로서, 제1 절환 피스톤(150)은 제1 플런저(120)의 일체부일 수 있다. 제1 절환 피스톤(150)은 그를 따라 제1 플런저(120)가 연장 및 압축하는 축에 대체로 평행하게 배향된 세장형의 대체로 원통형 본체를 포함할 수 있다. 펌프(100)가 조립될 때, 제1 절환 피스톤(150)은 제1 절환 캐니스터(160)에 제1 플런저(120)를 결합(예를 들어, 활주식으로 결합)하기 위해 제1 절환 캐니스터(160) 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 제1 절환 피스톤(150)의 제1 단부(153)는 그와 조립될 때 제1 절환 캐니스터(160) 내에 배치되는 일체형 플랜지(152)(즉, 확장 부분)를 포함할 수 있다. 제1 절환 캐니스터(160)는 일반적으로 원통형 및 중공일 수 있다. 제1 절환 캐니스터(160)의 일 단부는 내향 연장하는 립부(161; lip)를 포함할 수 있다. 립부(161)는 절환 캐니스터(160)의 측벽들과 함께 일체로(예를 들어, 그와 동일한 본체의 일부로서) 형성될 수 있다. 제1 절환 피스톤(150)의 플랜지(152)는 제1 플런저(120)가 도 2에 도시된 바와 같이 완전 연장 위치에 접근할 때 제1 절환 캐니스터(160)의 립부(161)에 대해 결합하도록 구성될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프(100)의 제1 절환 캐니스터 캡(162)의 다양한 도면들을 예시한다. 도 1 및 도 2와 연계하여 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 제1 절환 캐니스터 조립체(158)를 형성하도록 립부(161)에 대향한 제1 절환 캐니스터(160)의 단부에 부착(예를 들어, 나사부들, 접착제, 억지끼워맞춤, 기계적 간섭 등에 의해)될 수 있다. 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 제1 절환 캐니스터 캡(162)의 일 측부로부터 그 대향 측부로(즉, 절환 캐니스터 조립체(158)의 외부와 내부 사이에서) 유체 연통을 제공하도록 적어도 하나의 관통 구멍(163)을 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 복수의 관통 구멍들(163)이 제1 절환 캐니스터 캡(162)을 통해 형성될 수 있다. 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 밀봉 표면(165)을 포함할 수 있으며, 이 밀봉 표면은 펌프 바디(102)에 대한 밀봉을 위해 제공되며, 결과적으로, 밀봉시 제1 절환 도관(144)과 제1 구동 유체 챔버(127) 사이의 구동 유체의 유동을 억제한다. 선택적으로, 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 그 밀봉 측부로부터 제1 절환 캐니스터 캡(162)의 본체 내로 부분적으로 연장하는 적어도 하나의 맹공(164)을 포함하며, 이는 제1 절환 캐니스터(160)와 제1 절환 캐니스터 캡(162)을 조립하는 데 유용할 수 있다. 예로서, 제1 절환 캐니스터 캡(162)이 나사부들을 통해 제1 절환 캐니스터(160)에 부착되는 실시예에서, 두 개의 맹공들(164)이 제1 절환 캐니스터(160)에 관하여 제1 절환 캐니스터 캡(162)을 회전시키고 그 나사부들과 결합하도록 사용되는 툴의 대응 특징부들과 결합될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 펌프(100)는 또한 제2 절환 캐니스터(170)와 제2 절환 캐니스터 캡(172)을 포함하는 제2 절환 캐니스터 조립체(168)와 제2 플런저(122)에 결합된 제2 절환 피스톤(156)을 포함할 수 있다. 제2 절환 피스톤(156)과 제2 절환 캐니스터 조립체(168)는 각각 제1 절환 피스톤(150) 및 제1 절환 캐니스터 조립체(158)와 적어도 실질적으로 동일할 수 있으며, 따라서, 별도로 상세히 설명하지 않는다.
비록, 도면들에 도시되어 있지 않지만, 셔틀 밸브는 제1 및 제2 구동 유체 챔버들(127, 129) 사이에서 가압된 구동 유체의 유동을 교번적으로 절환시키기 위해 펌프(100)의 제1 및 제2 절환 도관들(144, 146)에, 그리고, 제1 및 제2 구동 유체 라인들(140, 142)에 작동식으로 연결될 수 있다. 이런 셔틀 밸브들은 왕복 펌프들의 기술에서 잘 알려져 있으며, 따라서, 본 내용에서는 상세히 예시되거나 설명되어 있지 않다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 펌프와 함께 사용하기에 적합할 수 있는 예시적 셔틀 밸브가 '528 출원에 개시되어 있다. 일반적으로 말하면, 셔틀 밸브는 제1 위치로부터 제2 위치로 절환하는 스풀을 포함할 수 있다. 제1 위치에서, 가압된 구동 유체는 셔틀 밸브를 통해 제1 구동 유체 라인들(140)로 공급되고, 구동 유체는 제2 절환 도관(146)과 제2 구동 유체 라인들(142) 중 적어도 하나를 통해 제2 구동 유체 챔버(129)로부터 벗어나게 허용된다. 따라서, 셔틀 밸브의 스풀이 제1 위치에 있는 동안, 가압된 구동 유체는 상술한 바와 같이 도 1의 사시도에서 볼 때 우측으로 제1 및 제2 플런저들(120, 122)을 민다. 제2 위치에서, 가압된 구동 유체는 셔틀 밸브를 통해 제2 구동 유체 라인들(142)로 공급되고, 구동 유체는 제2 절환 도관(144)과 제1 구동 유체 라인들(140) 중 적어도 하나를 통해 제1 구동 유체 챔버(127)로부터 벗어나는 것이 허용된다. 따라서, 셔틀 밸브의 스풀이 제2 위치에 있는 동안, 가압된 구동 유체는 상술한 바와 같이 도 1의 사시도에서 볼 때 좌측으로 제1 및 제2 플런저들(120, 122)을 민다.
펌프(100) 및 관련 절환 메커니즘의 동작의 완전한 이해를 촉진하기 위해, 펌프(100)의 완전한 펌핑 사이클(플런저들(120, 122) 각각의 우향 행정 및 좌향 행정을 포함)이 도 1 및 도 2를 참조로 후술된다.
펌핑 사이클은 도 1 및 도 2에 도시된 위치에서 펌프(100)의 내부 구성요소들에 의해 시작될 수 있다. 달리 말하면, 제1 플런저(120)는 완전히 압축될 수 있으며, 제2 플런저는 도 1 및 도 2의 사시도들에서 좌측으로 완전히 연장될 수 있다. 상술한 바와 같이, 가압된 구동 유체는 제1 및 제2 플런저들(120, 122)을 우측으로 밀기 위해 제1 구동 유체 라인들(140)을 통해 제1 구동 유체 챔버(127)로 도입될 수 있다.
제1 플런저(120)가 그 완전 연장 위치(즉, 도 1 및 도 2의 사시도에서 볼 때 우측)에 접근할 때, 제1 절환 피스톤(150)의 플랜지(152)는 제1 절환 캐니스터(160)의 립부(161)에 대해 접할 수 있으며(도 2 참조), 이는 펌프 바디(102)에 대해 제1 절환 캐니스터 캡(162)을 밀봉해제하고 제1 절환 도관(144)과 구동 유체 챔버(127) 사이의 유체 연통을 가능하게 하도록 우측(도 1 및 도 2의 사시도에서 볼 때)으로 제1 절환 캐니스터 조립체(158)를 추진(당김)한다. 도 2의 화살표들에 의해 나타난 바와 같이, 구동 유체는 제1 절환 캐니스터(160)의 내부에 도달하도록 제1 절환 피스톤(150)의 플랜지(152) 주변에서 제1 구동 유체 챔버(127)로부터 유동할 수 있다. 구동 유체는 제1 절환 캐니스터(160)의 내부로부터 제1 절환 캐니스터 단부 캡(162) 내의 적어도 하나의 관통 구멍(163)을 통해 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 인접한 영역으로 유동할 수 있다. 그후, 구동 유체는 제1 절환 도관(144)에 진입할 수 있고, 내부의 압력이 증가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 조립된 구성요소들 사이의 간극들에 따라서, 구동 유체는 또한 제1 절환 피스톤(150) 및 플랜지(152) 둘레 및/또는 제1 절환 캐니스터(160)의 측벽들 둘레를 통과함으로써 제1 절환 도관(144)을 향해 유동할 수 있다. 따라서, 제1 구동 유체 챔버(127) 내의 압력은 제1 플런저(120)가 그 완전 연장 위치에 있거나 그에 접근할 때 제1 절환 도관(144)으로 도입될 수 있다. 이런 압력은 제1 위치로부터 제2 위치로 셔틀 밸브의 스풀이 절환되게 할 수 있다.
셔틀 밸브의 스풀이 제1 위치로부터 제2 위치로 절환될 때, 구동 유체는 제2 구동 유체 라인들(142)로 안내될 수 있고, 제1 구동 유체 라인들(140)은 예로서, 대기로의 통기에 의해 압력해제되어 감소된 압력을 받게 되는 등이다. 상술한 바와 같이, 구동 유체 압력의 이런 절환은 제1 및 제2 플런저들(120, 122)이 반대 방향으로(즉, 도 1의 사시도에서 볼 때 좌측으로) 이동하여 제2 플런저(122)를 연장시키고 제1 플런저(120)를 압축시킬 수 있다. 제1 플런저(120)가 짧은 거리 압축된 이후, 제1 절환 캐니스터(160)에 대한 제1 절환 피스톤(150)의 힘은 해제될 수 있다. 따라서, 제1 절환 캐니스터 조립체(158)는 제1 절환 캐니스터 캡(162)이 펌프 바디(102)에 대해 접하는 위치로 역방향 이동이 자유로워서 예로서, 가압된 구동 유체가 제1 구동 유체 챔버(127)에 도입되는 것에 응답하여 제1 절환 도관(144)의 내부 개구 둘레에 밀봉부를 형성할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제2 플런저(122)가 완전 연장 위치에 접근할 때, 제2 절환 피스톤(156)은 제2 절환 캐니스터(170)와 결합하고, 제2 절환 캐니스터 조립체(168)를 좌측으로 추진(당김)하여 펌프 바디(102)에 대해 제2 절환 캐니스터 캡(172)을 밀봉해제한다. 제2 절환 도관(146)은 결과적으로 제1 절환 도관(144)에 관하여 상술한 것과 유사한 방식으로 제2 구동 유체 챔버(129)로부터의 압력에 노출될 수 있다. 셔틀 밸브의 스풀은 제2 절환 도관(146) 내의 압력에 응답하여 제1 위치로 역방향 절환될 수 있다. 셔틀 밸브의 스풀이 제1 위치로 역방향 절환된 이후, 가압된 구동 유체는 다시 제1 구동 유체 챔버(127)로 도입될 수 있고, 제2 구동 유체 라인들(142)은 제2 구동 유체 챔버(129)를 압력해제하도록 압력해제될 수 있다. 이 지점에서, 펌프(100)는 다시 도 1에 도시된 위치에 있고, 이는 펌프(100)의 하나의 전체 사이클을 완성한다. 이 왕복 작용은 반복될 수 있고, 이는 상술한 바와 같이 펌프(100)를 통한 대상 유체의 적어도 실질적으로 연속적인 유동을 초래할 수 있다.
도 6은 도 2와 유사하지만 제1 플런저(120)가 완전 압축 위치에 있는 도 1의 펌프(100)의 구성요소들의 확대 부분 단면도이다. 도 6과 연계하여 도 1을 참조하면, 가압된 구동 유체가 셔틀 밸브의 절환에 기인하여 제1 구동 유체 챔버(127) 내로 도입될 때, 가압된 구동 유체는 제1 절환 캐니스터 단부 캡(162)의 밀봉 표면(165)에 의해 밀봉된 영역에 비례하는 힘으로 제1 절환 캐니스터 조립체(158)에 대해 가압할 수 있다. 구동 유체가 제1 절환 캐니스터 조립체(158)에 대해 가압하는 힘은 이하의 수학식 (1)로 표현된다.
F = P x A (1)
여기서, F는 가압된 구동 유체에 의해 작용되는 힘이고, P는 구동 유체의 압력이고, A는 펌프(100)의 동작 동안 밀봉부가 형성될 때 펌프 바디(102)와 밀봉 표면(165) 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역이다. 또한, 영역(A)은 "밀봉 영역 A"이라 본 명세서에서 지칭된다. 따라서, 주어진 압력(P)에서 절환시 밀봉 표면(165)과 펌프 바디(102) 사이의 밀봉부를 극복하기 위해 요구되는 힘(F)(본 명세서에서 "절환력 F"라고도 지칭됨)은 밀봉 영역(A)에 비례한다.
일부 실시예들에서, 절환력(F)은 이전에 알려진 절환 캐니스터들에 비해 밀봉 영역(A)을 감소시킴으로써 감소될 수 있다. 이전에 알려진 밀봉 영역들은 대응하는 절환 캐니스터의 외부 단면적의 비교적 높은 분율, 예를 들어, 동작 동안 절환 캐니스터의 이동의 의도된 방향에 적어도 실질적으로 수직인 평면에서 취해지는 대응 절환 캐니스터의 단면의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역의 약 77%를 초과할 수 있다. 그러나, 본 발명의 펌프 바디(102)와 밀봉 표면(165) 사이의 밀봉 영역(A)은 절환 캐니스터(160)의 외부 단면적의 비교적 낮은 분율일 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 본 발명의 밀봉 영역(A)은 동작 동안 절환 캐니스터 조립체의 의도된 이동 방향에 적어도 실질적으로 수직인 평면에서 취해지는 절환 캐니스터(160)의 외부 단면적의 약 75%보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 밀봉 영역(A)은 예로서, 절환 캐니스터(160)의 외부 단면적의 약 50% 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 밀봉 영역(A)은 예로서 절환 캐니스터(160)의 외부 단면적의 약 40% 미만일 수 있다.
본 명세서의 도면들에 도시된 실시예들 같은 적어도 실질적 원형 밀봉 표면(165)을 포함하는 실시예들에서, 밀봉 영역(A)은 이하의 수학식 (2)에 따라 절환 밀봉 직경(DS)의 함수로서 표현될 수 있다.
A = π x (DS)2/4 (2)
이들 두 수학식들 (1) 및 (2)을 조합하면, 힘(F)은 이하의 수학식 (3)에서 압력(P)과 절환 밀봉 직경(DS)의 함수로서 표현될 수 있다.
F = P x π x (DS)2/4
따라서, 실질적 원형 밀봉 표면(165)을 포함하는 실시예들에서, 주어진 압력(P)에서의 절환력(F)은 절환 밀봉 직경(DS)의 자승에 비례한다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 절환 밀봉 직경(DS)은 이전에 알려진 밀봉 직경들에 비교시 감소되어 주어진 구동 유체 압력에서 절환 밀봉부를 극복하기 위해 요구되는 힘이 감소될 수 있다. 예로서, 이전에 알려진 밀봉 표면들은 연계된 절환 캐니스터와 직경이 거의 같으며, 예로서, 연계된 절환 캐니스터의 외경의 약 85%를 초과한다. 그러나, 본 발명의 절환 밀봉 직경(DS)은 제1 절환 캐니스터(160)의 외경보다 작을 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 절환 밀봉 직경(DS)은 제1 절환 캐니스터(160)의 외경의 약 85% 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 절환 밀봉 직경(DS)은 절환 캐니스터(160)의 외경의 약 70% 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 절환 밀봉 직경(DS)은 절환 캐니스터(160)의 외경의 약 60% 미만일 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 절환 밀봉 직경(DS)은 절환 캐니스터(160)의 외경이 약 0.95 in(2.41 cm)을 초과할 때 약 0.8 in(2.03 cm) 미만일 수 있다. 특정 실시예에서, 절환 밀봉 직경(DS)은 예로서 절환 캐니스터(160)의 외경이 약 0.95 in(2.41 cm)일 때 약 0.65 in(1.65 cm)일 수 있다. 다른 실시예에서, 절환 밀봉 직경(DS)은 절환 캐니스터의 외경이 약 1.12 in(2.84 cm)일 때 약 0.65 in(1.65 cm)일 수 있다.
본 발명에 따른 일부 실시예들에서, 절환력은 약 60 psi(414 kPa)로부터 약 100 psi(689 kPa)까지 연장하는 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 50 lbs(222 N) 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 절환력은 동일 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 40 lbs(178 N) 미만일 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 절환력은 동일 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 35 lbs(156 N) 미만일 수 있다.
간략히 상술한 바와 같이, 절환 캐니스터들을 포함하는 이전에 알려진 펌프들은 절환 밀봉부들을 극복하기 위해 요구되는 힘들에 적어도 부분적으로 기인하여 제한들을 갖는다. 본 발명의 감소된 절환 밀봉 직경(DS)은 펌프(100)의 구성요소들의 기계적 고장 없이, 그 펌핑 속도를 증가시키기 위해 더 높은 구동 유체 압력으로 펌프(100)가 구동될 수 있게 하거나 주어진 구동 압력에서 제1 절환 도관(144)의 개구를 밀봉해제하기 위해 필요한 힘의 감소 또는 양자 모두를 가능하게 한다. 따라서, 이전에 알려진 펌프들의 제한들 중 적어도 일부가 본 발명의 비교적 더 작은 절환 밀봉 직경(DS)에 의해 극복되거나 감소된다.
또한, 상술한 바와 같이, 이전에 알려진 펌프들은 밀봉 표면에 대향한 절환 캐니스터의 측부 상에 위치된 절환 캐니스터 캡을 포함한다. 따라서, 절환 피스톤은 절환 밀봉부를 극복하기 위해 요구되는 힘으로 각 펌핑 행정 동안 그 나사부들에 인접한 절환 캐니스터 캡에 대하여 직접적으로 가압하며, 이는 변형, 마모 및 심지어 그 고장을 유발하는 것으로 관찰되었다. 대조적으로, 본 발명의 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 제1 절환 캐니스터 조립체(158)의 밀봉 측부 상에 위치될 수 있고, 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 제1 절환 캐니스터(160) 사이의 결합부(예를 들어, 나사부들)가 절환력이 인가되는 위치로부터 비교적 떨어져 있을 수 있다. 절환력은 절환 캐니스터(160)의 측벽들과 일체일 수 있는 절환 캐니스터(160)의 립부(161) 상에 인가될 수 있다. 이런 구성은 더 강한 본체를 제공할 수 있고, 절환력을 인가할 때 이 본체에 대해 제1 절환 피스톤(150)의 플랜지(152)가 가압되고, 이는 힘 인가의 대응 위치에서 또는 그 부근에서 빈번히 관찰되는 변형, 마모 및 고장을 피하거나 감소시킬 수 있다.
또한, 이전에 알려진 절환 캐니스터들은 절환 밀봉부에 가장 근접한 절환 캐니스터의 단부와 구동 유체 챔버 사이에 유체 연통을 제공하도록 그 측벽을 통해 길이방향으로 연장하는 하나 이상의 보어들을 포함한다. 이런 보어들을 형성하는 것은 이전에 알려진 왕복 펌프들의 제조 비용들을 추가시킨다. 그러나, 본 발명의 제1 절환 캐니스터 캡(162)은 절환 캐니스터의 측벽들이 실질적으로 중실체가 될 수 있도록 절환 캐니스터의 측벽들을 통한 보어들 대신 적어도 하나의 관통 구멍(163)을 포함한다. 밀봉부를 훼손하지 않는 방식으로 이전에 알려진 절환 캐니스터의 밀봉 단부에 관통 구멍들을 형성하는 것은 그 길이방향 단부를 통해 관통 구멍이 형성될 공간을 남기지 않거나 거의 남기지 않으면서 절환 캐니스터의 거의 전체 폭으로 반경방향으로 연장하는 절환 밀봉부에 기인하여 어렵거나 불가능할 수 있다. 본 발명에 따른 관통 구멍들(163)을 제조하는 것은 절환 캐니스터의 측벽을 통해 이전에 알려진 보어들을 형성하는 것 보다 더 용이하고 더 신속하며, 결과적으로 더 저렴하다. 따라서, 본 발명에 따른 펌프(100)는 이전에 알려진 펌프들에 비교할 때 제1 절환 도관(144)과 제1 구동 유체 챔버(127) 사이에 유체 연통을 제공하는 것과 연계된 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 절환 캐니스터 캡(162A, 162B, 162C, 162D)의 다양한 실시예들을 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도들이다. 명료성과 편의성을 위해, 절환 피스톤(150)은 도 7 내지 도 10의 도면들로부터 제거되어 있지만, 절환 피스톤(150)이 완전히 조립된 펌프에 포함될 것이라는 것을 알 수 있을 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡(162A)은 절환 캐니스터 캡(162A)이 제1 절환 도관(144)에 가장 근접한 그 길이방향 단부에서 제1 절환 캐니스터(160)에 부착되도록 구성될 수 있다는 점에서 도 1 내지 도 6을 참조로 상술된 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 유사할 수 있다. 추가적으로, 적어도 하나의 관통 구멍(163)은 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 인접한 체적과 제1 절환 캐니스터(160)의 내부 사이의 유체 연통을 제공하기 위해 도 7의 절환 캐니스터 캡(162A)을 통해 연장할 수 있다. 그러나, 절환 캐니스터 캡(162A)은 절환 캐니스터 캡(162A)이 그에 대해 환형 밀봉 부재(180)(예를 들어, O-링)가 밀봉할 수 있는 실질적으로 평탄한 영역을 제공하도록 구성된 밀봉 표면(165A)을 포함할 수 있다는 점에서 상술한 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 다를 수 있다. 이런 구성에서, 펌프 바디(102)는 도 7에 도시된 바와 같이 환형 밀봉 부재(180)의 적어도 일부를 위치설정 및 수용하기 위한 제1 절환 도관(144)의 내부 개구 둘레에 형성된 환형 리세스(182)를 포함할 수 있다. 밀봉될 때 환형 밀봉 부재(180)에 대해 접할 수 있는 절환 캐니스터 캡(162A)의 밀봉 표면(165A)은 절환 캐니스터(160)의 길이방향 단부 표면과 실질적으로 표면 일치되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들(미도시)에서, 절환 캐니스터 캡(162A)은 돌출부를 포함할 수 있으며, 그래서, 밀봉 표면(165A)이 절환 캐니스터(160)의 길이방향 단부 표면보다 펌프 바디(102)에 더 근접한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 절환 밀봉 직경(DS)은 환형 밀봉 부재(180)의 직경에 대응할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡(162B)은 절환 캐니스터 캡(162B)이 제1 절환 도관(144)에 가장 근접한 그 길이방향 단부에서 제1 절환 캐니스터(160)에 부착되도록 구성될 수 있다는 점에서 도 1 내지 도 6을 참조로 상술한 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 유사할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 관통 구멍(163)이 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 인접한 체적과 제1 절환 캐니스터(160)의 내부 사이에 유체 연통을 제공하도록 도 8의 절환 캐니스터 캡(162B)을 통해 연장할 수 있다. 그러나, 절환 캐니스터 캡(162B)은 절환 캐니스터 캡(162B)이 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 가장 근접한 그 표면에 형성된 환형 리세스(184)를 포함할 수 있다는 점에서 상술한 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 다를 수 있다. 환형 리세스(184)는 환형 밀봉 부재(181)의 적어도 일부를 위치설정 및 수용하도록 구성될 수 있다. 환형 리세스(184)는 내부에 위치된 환형 밀봉 부재(181)가 펌프 바디(102)에 대해 밀봉될 때 제1 절환 도관(144)의 내부 개구를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 절환 밀봉 직경(DS)은 환형 밀봉 부재(181)의 직경에 대응한다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터 캡(162C)은 절환 캐니스터 캡(162C)이 제1 절환 도관(144)에 가장 근접한 그 길이방향 단부에서 제1 절환 캐니스터(160)에 부착되도록 구성될 수 있다는 점에서 도 1 내지 도 6을 참조로 상술한 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 유사할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 관통 구멍(163)은 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 근접한 체적과 제1 절환 캐니스터(160)의 내부 사이의 유체 연통을 제공하도록 도 9의 절환 캐니스터 캡(162C)을 통해 연장할 수 있다. 그러나, 절환 캐니스터 캡(162C)은 절환 캐니스터 캡(162C)이 제1 절환 도관(144)의 내부 개구에 대해 밀봉되도록 구성될 수 있는 돌출부(186)를 그 밀봉 측부 상에 포함할 수 있다는 점에서 상술한 제1 절환 캐니스터 캡(162)과 다를 수 있다. 돌출부(186)는 밀봉될 때 제1 절환 도관(144)의 내부 개구 내에 그 적어도 일부가 배치되도록 크기설정 및 구성될 수 있다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 돌출부(186)는 실질적 원추형, 절두원추형(도 9에 도시된 바와 같이) 또는 반구형의 형상을 가질 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 절환 밀봉 직경(DS)은 밀봉될 때 그에 대해 돌출부(186)가 접할 수 있는 제1 절환 도관(144)의 내부 개구의 직경에 대응할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 교체가능한 좌대(194)와 절환 캐니스터 캡(162D)을 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도이다. 절환 캐니스터 캡(162D)은 도 10에 도시된 절환 캐니스터 캡(162D)이 제1 절환 캐니스터(160)의 길이방향 단부에 대해 접하도록 구성될 수 있는 실질적 환형 돌출부(166)를 포함할 수 있다는 것을 제외하면, 전술한 임의의 절환 캐니스터 캡들(162, 162A, 162B, 162C)과 실질적으로 유사할 수 있다. 따라서, 제1 절환 캐니스터(160)와의 절환 캐니스터 캡(162D)의 조립 동안, 절환 캐니스터 캡(162D)은 환형 돌출부(166)가 제1 절환 캐니스터(160)의 길이방향 단부에 대해 접할때까지 절환 캐니스터(160)에 관하여 위치설정(예를 들어, 나사결합, 삽입, 억지끼워맞춤 등)될 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자는 상술한 임의의 절환 캐니스터 캡들(162, 162A, 162B, 162C)도 환형 돌출부(166)를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
비록, 도 7 내지 도 10의 도면들에 도시되어 있지 않지만, 임의의 절환 캐니스터 캡들(162A, 162B, 162C, 162D)은 제1 절환 캐니스터 캡(162)에 관하여 상술된 적어도 하나의 맹공(164)과 유사한, 제1 절환 캐니스터(160)와의 조립을 돕기 위한 하나 이상의 맹공들을 포함할 수 있다. 또한, 비록, 도 7 내지 도 10이 제1 절환 캐니스터(160)에 대해 결합되는 절환 캐니스터 캡(162A, 162B, 162C, 162D)의 다양한 실시예에 관하여 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련자는 절환 캐니스터 캡들(162A, 162B, 162C, 162D)이 또한 제2 절환 캐니스터(170)(도 1)에 대해 결합되는 제2 절환 캐니스터 캡(172) 대신 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 10을 다시 참조하면, 펌프 바디(102)는 적어도 하나의 교체가능한 좌대(194)를 포함할 수 있다. 비록, 교체가능한 좌대(194)가 단지 도 10에 도시되어 있지만, 도 1, 도 2 및 도 6 내지 도 9 중 임의의 도면의 실시예들은 또한 교체가능한 좌대(194)를 포함하도록 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 교체가능한 좌대(194)는 예로서, 나사식 연결, 기계적 간섭, 억지끼워맞춤 등에 의해 펌프 바디(102)의 제1 단부편(106)에 부착될 수 있다. 교체가능한 좌대(194)는 제1 절환 도관(144)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 교체가능한 좌대(194)는 암형 연결부(예를 들어, 암형 나사부들, 억지끼워맞춤 개구 등)를 포함할 수 있으며, 그에 대해 절환 도관(144)이 부착될 수 있다. 교체가능한 좌대(194)는 밀봉 좌대 표면(195)을 포함할 수 있으며, 그에 대해 절환 캐니스터 캡(160D)의(또는 도 1 내지 도 9에 도시된 절환 캐니스터 캡들(162, 162A, 162B, 162C 또는 172) 중 임의의 것의) 밀봉 표면(165)이 동작 동안 밀봉부를 형성할 수 있다.
선택적으로, 교체가능한 좌대(194)는 펌프 바디(102)의 내부로부터의 구동 유체가 교체가능한 좌대(194) 둘레에서 펌프 바디(102)의 외부로 이동하는 것을 억제하도록 유체 밀폐 밀봉부를 형성하기 위해 제1 단부편(106)과 교체가능한 좌대(194) 사이에 추가적 표면 영역을 제공하도록 환형 돌출부(196)를 포함할 수 있다. 제1 단부편(106)은 환형 돌출부(196)에 상보적인 홈을 포함할 수 있으며, 그 내부에 환형 돌출부(196)가 적어도 부분적으로 배치되어 소위 "텅-인-그루브(tongue-in-groove)" 연결부(198)를 형성할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 환형 돌출부(196) 없이 충분한 유체 밀폐 밀봉부가 제1 단부편(106)과 교체가능한 좌대(194) 사이에 제공될 수 있으며, 그래서, 환형 돌출부(196)는 이런 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 본 기술 분야의 숙련자는 환형 돌출부(196)가 포함되는 경우 환형 돌출부(196)는 왕복 유체 펌프의 내부측(도 10에 도시된 바와 같이)이 아닌 외부측에 있는 교체가능한 좌대(194)의 측부 상에 위치될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
비록, 절환 캐니스터(160)가 내부에 배치되는 내부 보어보다 대체로 작은 것으로 도 10에 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예로서, 일부 실시예들에서, 교체가능한 좌대(194)는 내부 보어와 대략 동일한 크기인 직경을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 교체가능한 좌대(194)는 내부 보어보다 큰 직경을 가질 수 있다. 따라서, 본 기술분야의 숙련자가 인지할 수 있는 바와 같이, 교체가능한 좌대(194)와 제1 단부편(106)의 다양한 구성들이 본 발명의 실시예들에 사용될 수 있다.
상술한 펌프의 왕복 작용에 기인하여, 밀봉 표면(165)은 반복적으로 밀봉 좌대 표면(195)과 결합 및 분리될 수 있으며, 이는 밀봉 좌대 표면(195)의 마모를 유발하지 않는다. 이런 마모는 밀봉 표면(165)과 밀봉 좌대 표면(195) 사이에 형성된 밀봉부가 적어도 부분적으로 고장나게 할 수 있으며, 따라서, 제1 절환 도관(144) 내로 적어도 일부 구동 유체가 통과할 수 있는 누설부를 형성할 수 있다. 이런 누설이 발생하는 경우, 펌프의 효율은 감소될 수 있거나, 심지어 펌프가 작동하지 못할 수 있다. 교체가능한 좌대(194)는 이런 고장을 방지하도록 주기적으로 교체될 수 있거나 펌프를 재보급 또는 교체하는 비용들을 감소시키기 위해 이런 고장 이후에 교체될 수 있다.
도 11은 펌프(100)(도 1)의 제1 및 제2 절환 캐니스터들(160, 170) 중 하나 또는 양자 모두 대신 사용될 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 절환 캐니스터(160A)를 포함하는 펌프의 구성요소들의 확대 부분 단면도이다. 명료성 및 편의성을 위해, 절환 피스톤은 도 10의 도면으로부터 제거되어 있다. 절환 캐니스터(160A)는 제1 외주를 갖는 제1 길이방향 부분(190)과 제1 외주보다 작은 제2 외주를 갖는 제2 길이방향 부분(192)을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 것 같은 실질적 원형 절환 캐니스터(160A)를 포함하는 실시예들에서, 제1 길이방향 부분(190)은 제1 외경(D1)을 가질 수 있고, 제2 길이방향 부분(192)은 제1 외경(D1)보다 작은 제2 외경(D2)을 가질 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 길이방향 부분(190)은 제2 길이방향 부분(192)보다 제1 절환 도관(144)에 더 근접하게 위치된다. 예로서, 그리고, 비제한적으로, 제1 외경(D1)과 제2 외경(D2) 사이의 편차는 약 0.020 in(0.5 mm)와 약 0.040 in(1.0 mm) 사이일 수 있다. 제1 및 제2 외경들(D1, D2)의 편차의 결과로서, 절환 캐니스터(160A)의 제1 길이방향 부분(190)과 펌프 바디(102)의 주변 부분 사이의 제1 간극(X1)의 두께는 절환 캐니스터(160A)의 제2 길이방향 부분(192)과 펌프 바디(102)의 주변 부분 사이의 제2 간극(X2)의 두께보다 작을 수 있다. 일 실시예에서, 제1 간극(X1)의 두께는 약 0.007 in(0.18 mm)일 수 있고, 제2 간극(X2)의 두께는 예로서 약 0.017 in(0.43 mm)일 수 있다.
비록, 절환 캐니스터(160A)의 제1 길이방향 부분(190)과 제2 길이방향 부분(192) 사이의 전이부가 도 11에 단차형 전이부로서 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예로서, 제1 및 제2 길이방향 부분들(190, 192) 사이의 전이부는 단일 단차형, 다중 단차형, 굴곡형 및 테이퍼형 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 절환 캐니스터(160A)는 상술된 절환 캐니스터 캡들(162, 162A, 162B, 162C, 162D 또는 172) 중 임의의 것과 함께 사용될 수 있다.
절환 캐니스터(160A)의 구성은 일반적으로 균일한 외경을 가지는 절환 캐니스터를 갖는 실시예들과 비교할 때 펌프 바디(102)와 절환 캐니스터(160A)의 제2 길이방향 부분(192) 사이에 더 큰 간극을 제공함으로써 절환 캐니스터(160A)와 주변 펌프 바디(102) 사이의 마찰 및 마모를 감소시킬 수 있다. 비교적 더 큰 제2 간극(X2)은 제2 길이방향 부분(192)의 적어도 일부를 따라 주변 펌프 바디(102)에 대해 마찰될 가능성이 감소된 상태로 절환 캐니스터(160A)가 길이방향으로(즉, 도 10의 사시도에서 볼 때 좌측 및 우측으로) 이동하게 할 수 있다.
본 발명은 펌프를 형성하는 방법들을 포함한다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 펌프(100) 같은 펌프를 형성하기 위한 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 본 방법(500)의 동작(502)은 절환 캐니스터(160, 160A)에 절환 피스톤(150)을 결합(예를 들어, 활주식으로 결합)하는 단계를 포함한다. 예로서, 절환 피스톤(150)의 확장 단부는 절환 캐니스터(160, 160A) 내에 배치될 수 있으며, 그 확장 단부에 대향한 절환 피스톤(150)의 다른 단부는 절환 캐니스터(160, 160A)의 길이방향 단부를 통과할 수 있다. 동작(504)에 도시된 바와 같이, 절환 피스톤(150)의 다른 단부는 나사부들, 기계적 간섭, 접착제, 억지 끼워맞춤 등 중 적어도 하나에 의한 것에 같이 플런저(120)에 결합될 수 있다. 동작(506)에서, 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)은 나사부들, 기계적 간섭, 접착제, 억지 끼워맞춤 등 중 적어도 하나에 의한 것 같이 절환 캐니스터(160, 160A)에 부착될 수 있다. 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)은 절환 피스톤(150)의 다른 단부가 통과하는 길이방향 단부에 대향한 절환 캐니스터(160, 160A)의 단부에 부착될 수 있다. 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)은 밀봉 표면을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법(500)은 다른 동작(미도시)을 포함할 수 있으며, 절환 피스톤(150), 절환 캐니스터(160, 160A), 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D) 및 플런저(120)는 펌프 바디의 공동 내에 배치될 수 있다. 예로서, 플런저(120)는 플런저(120)의 일 측부 상에 대상 유체 챔버를 형성하기 위해, 그리고, 플런저(120)의 다른 대향 측부 상에 구동 유체 챔버를 형성하기 위해 공동 내에 배치될 수 있다. 절환 피스톤(150), 절환 캐니스터(160, 160A) 및 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)은 구동 유체 챔버 내에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 방법(500)은 절환 캐니스터(160, 160A) 및 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)이 형성되는 다른 동작(미도시)을 포함할 수 있다. 예로서, 절환 캐니스터(160, 160A)는 그를 통한 길이방향 보어가 없는 실질적으로 중실 측벽들을 갖도록 형성될 수 있으며, 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)은 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하도록 형성될 수 있다. 적어도 하나의 관통 구멍은 밀봉 표면을 포함하는 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)의 측부로부터 절환 캐니스터 캡(162, 162A, 162B, 162C, 162D)의 다른 대향 측부로 연장할 수 있다. 펌프 형성 방법(500)은 본 발명을 전체로서 고려할 때 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자가 명백히 알 수 있는 다른 동작들을 포함할 수도 있다.
추가적 비 제한적 예시적 실시예들이 후술되어 있다.
실시예 1: 대상 유체를 펌핑하기 위한 왕복 펌프로서, 왕복 펌프는 내부에 적어도 하나의 공동을 포함하는 펌프 바디와, 펌프 바디의 적어도 하나의 공동 내에 적어도 부분적으로 위치된 적어도 하나의 플런저로서 왕복 펌프의 동작 동안 적어도 하나의 공동 내에 적어도 하나의 대상 유체 챔버를 통해 대상 유체를 펌핑하도록 왕복 작동으로 팽창 및 압축하도록 구성된 적어도 하나의 플런저와, 적어도 하나의 공동 내에 배치된 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체를 포함하고, 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 왕복 펌프의 동작 동안 펌프 바디와 밀봉 표면 사이에 밀봉부를 형성하도록 펌프 바디와 접촉하도록 구성된 밀봉 표면을 포함하고, 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉될 때 펌프 바디와 밀봉 표면 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역은 동작 동안 절환 캐니스터 조립체의 의도된 이동 방향에 적어도 실질적으로 수직인 평면에서 취한 절환 캐니스터 조립체의 단면의 주연부에 의해 둘러싸인 영역의 약 75% 미만인 왕복 펌프.
제2 실시예: 제1 실시예에 있어서, 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 외부 단면에서 적어도 실질적으로 원형이고, 밀봉 표면은 적어도 실질적으로 원형인 왕복 펌프.
제3 실시예: 제1 또는 제2 실시예에 있어서, 밀봉 표면은 적어도 약 0.8 in(2.03 cm)의 직경을 갖는 실질적 원형 밀봉 표면을 포함하는 왕복 펌프.
제4 실시예: 제1 내지 제3 실시예 중 어느 하나에 있어서, 펌프 바디의 적어도 하나의 공동 내의 적어도 하나의 구동 유체 챔버를 더 포함하고, 적어도 하나의 플런저는 적어도 하나의 공동 내의 적어도 하나의 대상 유체 챔버로부터 적어도 하나의 구동 유체 챔버를 분리시키는 왕복 펌프.
제5 실시예: 제4 실시예에 있어서, 적어도 하나의 구동 유체 챔버와 펌프 바디의 외부 사이에서 적어도 연장하는 절환 도관을 더 포함하고, 절환 도관은 절환 도관이 적어도 하나의 구동 유체 챔버 내부로부터 가압된 구동 유체를 수용할 때 적어도 하나의 플런저의 이동 방향을 절환시키는 왕복 펌프.
제6 실시예: 제5 실시예에 있어서, 밀봉 표면은 왕복 펌프의 사이클의 일부 동안 적어도 하나의 절환 도관과 구동 유체 챔버 사이의 구동 유체의 유동을 억제하도록 절환 도관의 개구 둘레에 밀봉부를 형성하도록 펌프 바디와 접촉하게 구성되는 왕복 펌프.
제7 실시예: 제1 내지 제6 실시예 중 어느 하나에 있어서, 밀봉 표면을 포함하는 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 절환 캐니스터 캡과 절환 캐니스터를 포함하는 왕복 펌프.
제8 실시예: 제7 실시예에 있어서, 절환 캐니스터 캡은 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면을 포함하는 왕복 펌프.
제9 실시예: 제7 또는 제8 실시예에 있어서, 절환 캐니스터 캡은 나사부들, 접착제, 억지끼워맞춤 및 기계적 간섭 중 적어도 하나에 의해 절환 캐니스터에 부착되는 왕복 펌프.
제10 실시예: 제7 내지 제9 실시예 중 어느 하나에 있어서, 절환 캐니스터 캡은 절환 캐니스터 조립체의 외부와 절환 캐니스터 조립체의 내부 사이에 유체 연통을 제공하도록 위치된 그 두께를 가로질러 연장하는 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하는 왕복 펌프.
제11 실시예: 제1 내지 제10 실시예 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면과 펌프 바디 중 하나 내에 형성된 환형 리세스 내에 적어도 부분적으로 위치되는 환형 밀봉 부재를 더 포함하는 왕복 펌프.
제12 실시예: 제1 내지 제11 실시예 중 어느 하나에 있어서, 절환 캐니스터 조립체는 밀봉 표면을 포함하는 돌출부를 포함하고, 돌출부는 원추형, 절두원추형 또는 반구형인 형상을 가지는 왕복 펌프.
제13 실시예: 제1 내지 제12 실시예 중 어느 하나에 있어서, 절환 캐니스터 조립체는 제1 외경을 갖는 제1 길이방향 부분과, 제1 외경보다 작은 제2 외경을 가지는 제2 길이방향 부분을 가지는 왕복 펌프.
제14 실시예: 제1 내지 제13 실시예 중 어느 하나에 있어서, 그에 의해 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면이 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉부를 형성하도록 구성되는 펌프 바디의 부분은 교체가능한 좌대를 포함하는 왕복 펌프.
제15 실시예: 제1 내지 제14 실시예 중 어느 하나에 있어서, 펌프 바디와 밀봉 표면 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여지는 영역은 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉될 때 동작 동안 절환 캐니스터 조립체의 의도된 이동 방향에 적어도 실질적으로 수직인 평면에서 취해진 절환 캐니스터 조립체의 단면의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역의 약 50% 미만인 왕복 펌프.
제16 실시예: 대상 유체를 펌핑하기 위한 왕복 펌프로서, 왕복 펌프는 펌프 바디와, 적어도, 펌프 바디 내의 구동 유체 챔버와 펌프 바디의 외부 사이에서 연장하는 절환 도관과, 왕복 펌프의 동작 사이클의 일부에 대해 구동 유체 챔버로부터 절환 도관을 격리시키기 위한 밀봉부를 형성하도록 구성되는 구동 유체 챔버 내의 절환 캐니스터 조립체를 포함하고, 밀봉부를 극복하기 위해 요구되는 절환력은 약 60 psi(414 kPa) 내지 약 100 psi(689 kPa)에서 연장하는 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 50 lbs(222 N) 미만인 왕복 펌프.
제17 실시예: 제16 실시예에 있어서, 절환력은 약 60 psi(414 kPa) 내지 약 100 psi(689 kPa)에서 연장하는 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 40 lbs(178 N)보다 작은 왕복 펌프.
제18 실시예: 제16 또는 제17 실시예에 있어서, 절환력은 약 60 psi(414 kPa) 내지 약 100 psi(689 kPa)에서 연장하는 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 35 lbs(156 N)보다 작은 왕복 펌프.
제19 실시예: 제7 내지 제10 실시예 및 제16 내지 제18 실시예 중 어느 하나에 있어서, 펌프 바디와 절환 캐니스터는 각각 적어도 실질적으로 적어도 하나의 폴리머 재료로 구성되는 왕복 펌프.
제20 실시예: 제16 내지 제19 실시예 중 어느 하나에 있어서, 그에 대해 절환 캐니스터 조립체가 밀봉부를 형성하도록 구성되는 펌프 바디에 부착된 교체가능한 좌대를 더 포함하는 왕복 펌프.
제21 실시예: 제20 실시예에 있어서, 교체가능한 좌대는 그 사이에 유체 밀폐 밀봉부를 형성하기 위해 펌프 바디와 교체가능한 좌대 사이에 추가적 표면적을 제공하기 위한 환형 돌출부를 포함하는 왕복 펌프.
제22 실시예: 제21 실시예에 있어서, 환형 돌출부는 왕복 유체 펌프에 대해 내부에 있는 교체가능한 좌대의 측부 상에 위치되는 왕복 펌프.
제23 실시예: 왕복 유체 펌프로서, 절환 캐니스터, 절환 캐니스터 내에 적어도 부분적으로 배치된 절환 피스톤 및 절환 피스톤에 대향한 절환 캐니스터의 길이방향 단부 상에서 절환 캐니스터에 부착된 절환 캐니스터 캡을 포함하는 왕복 유체 펌프.
제24 실시예: 제23 실시예에 있어서, 절환 캐니스터 캡은 왕복 유체 펌프의 펌프 바디에 대해 유체 밀폐 밀봉부를 제공하도록 밀봉 표면을 포함하는 왕복 유체 펌프.
제25 실시예: 제23 또는 제24 실시예에 있어서, 절환 피스톤은 확장 단부를 갖는 세장형 본체를 포함하고, 세장형 단부는 절환 캐니스터 내에 배치되는 왕복 유체 펌프.
제26 실시예: 제25 실시예에 있어서, 절환 캐니스터는 립부를 포함하고, 립부는 내향 연장하고 왕복 유체 펌프의 동작의 적어도 일부 동안 절환 피스톤의 확장 단부에 대해 결합하도록 구성되는 왕복 유체 펌프.
제27 실시예: 제26 실시예에 있어서, 립부는 절환 캐니스터의 측벽들과 일체로 형성되는 왕복 유체 펌프.
제28 실시예: 제23 내지 제27 실시예 중 어느 하나에 있어서, 절환 피스톤은 절환 캐니스터의 내부와 왕복 유체 펌프의 챔버 사이에서 유체 연통을 제공하도록 구성된 관통 구멍을 포함하는 왕복 유체 펌프.
제29 실시예: 왕복 유체 펌프로서, 펌프 바디와, 펌프 바디 내의 구동 유체 챔버와, 왕복 유체 펌프의 동작 동안 구동 유체의 유동을 절환시키기 위한 구동 유체 챔버 내의 절환 캐니스터 조립체를 포함하고, 절환 캐니스터 조립체는 제1 외주를 갖는 제1 길이방향 부분과, 제1 외주보다 작은 제2 외주를 갖는 제2 길이방향 부분을 포함하는 왕복 유체 펌프.
제30 실시예: 제29 실시예에 있어서, 절환 캐니스터 조립체는 제1 길이방향 부분과 제2 길이방향 부분을 포함하는 절환 캐니스터와, 그 밀봉 단부에서 절환 캐니스터에 부착되는 절환 캐니스터 캡을 포함하는 왕복 유체 펌프.
제31 실시예: 제29 또는 제30 실시예에 있어서, 제1 길이방향 부분은 제1 외경을 가지고, 제2 길이방향 부분은 제1 외경보다 작은 제2 직경을 가지며, 제1 외경과 제2 외경 사이의 편차는 약 0.020 in(0.5 mm)와 약 0.040 in(1.0 mm) 사이인 왕복 유체 펌프.
제32 실시예: 왕복 유체 펌프를 형성하는 방법으로서, 절환 캐니스터 내에 절환 피스톤의 확장 단부를 배치하고 절환 피스톤을 절환 캐니스터에 결합하도록 절환 캐니스터의 길이방향 단부를 통해 확장 단부에 대향한 절환 피스톤의 다른 단부를 통과시키는 단계와, 확장 단부에 대향한 절환 피스톤의 다른 단부를 플런저에 결합하는 단계와, 절환 피스톤의 다른 단부가 그를 통과하는 길이방향 단부에 대향한 절환 캐니스터의 다른 길이방향 단부에 절환 캐니스터 캡을 부착하는 단계를 포함하고, 절환 캐니스터 캡은 밀봉 표면을 포함하는 왕복 유체 펌프 형성 방법.
제33 실시예: 제32 실시예에 있어서, 펌프 바디의 공동 내에 절환 피스톤, 절환 캐니스터, 절환 캐니스터 캡 및 플런저를 배치하는 단계를 더 포함하는 왕복 유체 펌프 형성 방법.
제34 실시예: 제32 또는 제33 실시예에 있어서, 그를 통한 길이방향 보어가 없는 실질적 중실 측벽들을 갖도록 절환 캐니스터를 형성하는 단계와, 밀봉 표면을 포함하는 절환 캐니스터 캡의 측부로부터 절환 캐니스터 캡의 다른 대향 측부로 연장하는 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하도록 절환 캐니스터 캡을 형성하는 단계를 더 포함하는 왕복 유체 펌프 형성 방법.
제35 실시예: 왕복 유체 펌프를 형성하는 방법으로서, 제1 내지 제31 실시예 중 어느 하나에 따른 왕복 유체 펌프를 형성하는 단계를 포함하는 왕복 유체 펌프 형성 방법.
특정 실시예들을 첨부 도면들에 도시하고 설명하였지만, 이런 실시예들은 단지 예시적이며, 본 발명의 범주를 제한하지 않는다. 본 발명은 도시되고 설명된 특정 구성들 및 배열들에 제한되지 않으며, 그 이유는 본 기술 분야의 숙련자들에게 설명된 실시예들에 대한 다양한 다른 추가들 및 변형들과 그로부터의 삭제들이 명백하기 때문이다. 예로서, 일 실시예에 관련하여 설명된 요소들 또는 특징들은 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 다른 실시예들에 구현될 수 있다. 본 발명의 범주는 이하의 청구항 및 그 법적 균등물들에 의해서만 제한된다.

Claims (20)

  1. 대상 유체를 펌핑하기 위한 왕복 펌프에 있어서,
    내부에 적어도 하나의 공동을 포함하는 펌프 바디;
    상기 펌프 바디의 적어도 하나의 공동 내에 적어도 부분적으로 위치된 적어도 하나의 플런저로서, 상기 왕복 펌프의 동작 동안 상기 적어도 하나의 공동 내의 적어도 하나의 대상 유체 챔버를 통해 대상 유체를 펌핑하도록 왕복 작용으로 팽창 및 압축되게 구성되는, 상기 적어도 하나의 플런저; 및
    상기 적어도 하나의 공동 내에 배치된 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 상기 왕복 펌프의 동작 동안 상기 펌프 바디와 밀봉 표면 사이에 밀봉부를 형성하도록 상기 펌프 바디와 접촉하도록 구성되는 밀봉 표면을 포함하며,
    상기 펌프 바디와 상기 밀봉 표면 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역은 상기 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉될 때 동작 동안 상기 절환 캐니스터 조립체의 의도된 이동 방향에 대해 적어도 실질적으로 수직인 평면에서 취해진 상기 절환 캐니스터 조립체의 단면의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역의 약 75% 미만인 왕복 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 외부 단면에서 적어도 실질적으로 원형이며, 상기 밀봉 표면은 적어도 실질적으로 원형인 왕복 펌프.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 밀봉 표면은 약 0.8 in(2.03 cm) 미만인 직경을 갖는 실질적 원형 밀봉 표면을 포함하는 왕복 펌프.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면과 상기 펌프 바디 중 하나에 형성된 환형 리세스 내에 적어도 부분적으로 위치된 환형 밀봉 부재를 더 포함하는 왕복 펌프.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 절환 캐니스터 조립체는 상기 밀봉 표면을 포함하는 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 원추형, 절두원추형 또는 반구형인 형상을 갖는 왕복 펌프.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절환 캐니스터 조립체는 제1 외경을 갖는 제1 길이방향 부분과 상기 제1 외경보다 작은 제2 외경을 갖는 제2 길이방향 부분을 갖는 왕복 펌프.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프 바디와 상기 밀봉 표면 사이의 접촉 영역의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역은 상기 왕복 펌프의 동작 동안 밀봉될 때 동작 동안 상기 절환 캐니스터 조립체의 의도된 이동 방향에 적어도 실질적으로 수직인 상기 평면 내에서 취해진 상기 절환 캐니스터 조립체의 단면의 주연부에 의해 둘러싸여진 영역의 약 50% 미만인 왕복 펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 바디의 적어도 하나의 공동 내에 적어도 하나의 구동 유체 챔버를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 플런저는 상기 적어도 하나의 공동 내의 적어도 하나의 대상 유체 챔버로부터 상기 적어도 하나의 구동 유체 챔버를 분리시키는 왕복 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 구동 유체 챔버와 상기 펌프 바디의 외부 사이에서 적어도 연장하는 절환 도관을 더 포함하고, 상기 절환 도관은 상기 절환 도관이 상기 적어도 하나의 구동 유체 챔버 내부로부터 가압된 구동 유체를 수용할 때 상기 적어도 하나의 플런저의 이동 방향을 절환시키기 위한 것인 왕복 펌프.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 절환 캐니스터 조립체는 상기 구동 유체 챔버 내에 배치되고, 상기 왕복 펌프의 동작 사이클의 일부 동안 상기 구동 유체 챔버로부터 상기 절환 도관을 격리시키기 위한 밀봉부를 형성하도록 구성되며, 상기 밀봉부를 극복하기 위해 필요한 절환력은 약 60 psi(414 kPa) 내지 약 100 psi(689 kPa)에서 연장하는 동작 구동 유체 압력 범위 전반에 걸쳐 약 50 lbs(222 N) 보다 작은 왕복 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 펌프 바디와 상기 절환 캐니스터 조립체는 각각 적어도 실질적으로 적어도 하나의 폴리머 재료로 구성되는 왕복 펌프.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체는 절환 캐니스터에 부착된 절환 캐니스터 캡을 포함하고, 상기 절환 캐니스터 캡은 상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면을 포함하는 왕복 펌프.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 절환 캐니스터 내에 적어도 부분적으로 배치된 절환 피스톤을 더 포함하고, 상기 절환 캐니스터 캡은 상기 절환 피스톤에 대향한 상기 절환 캐니스터의 길이방향 단부 상에서 상기 절환 캐니스터에 부착되는 왕복 유체 펌프.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 절환 피스톤은 확장 단부를 갖는 세장형 본체를 포함하고, 상기 확장 단부는 상기 절환 캐니스터 내에 배치되고, 상기 절환 캐니스터는 립부를 더 포함하고, 상기 립부는 내향으로 연장하며 상기 왕복 유체 펌프의 동작의 적어도 일부 동안 상기 절환 피스톤의 확장 단부에 대해 결합하도록 구성되는 왕복 유체 펌프.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 립부는 상기 절환 캐니스터의 측벽들과 일체로 형성되는 왕복 유체 펌프.
  16. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 절환 캐니스터 조립체의 밀봉 표면이 상기 왕복 펌프의 동작 동안 함께 상기 밀봉부를 형성하도록 구성되는 상기 펌프 바디의 일부는 교체가능한 좌대를 포함하는 왕복 펌프.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 교체가능한 좌대는 그 사이에 유체 밀폐 밀봉부를 형성하도록 상기 펌프 바디와 상기 교체가능한 좌대 사이에 추가적 표면 영역을 제공하기 위해 환형 돌출부를 포함하고, 상기 환형 돌출부는 상기 왕복 유체 펌프에 대해 내부에 있는 상기 교체가능한 좌대의 측부 상에 위치되는 왕복 펌프.
  18. 왕복 유체 펌프를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    절환 캐니스터 내에 절환 피스톤의 확장 단부를 배치하고 상기 절환 피스톤을 상기 절환 캐니스터에 결합하기 위해 상기 절환 캐니스터의 길이방향 단부를 통해 상기 확장 단부에 대향한 상기 절환 피스톤의 다른 단부를 통과시키는 단계;
    상기 확장 단부에 대향한 상기 절환 피스톤의 다른 단부를 플런저에 결합하는 단계; 그리고
    상기 절환 피스톤의 다른 단부가 통과하는 상기 길이방향 단부에 대향한 상기 절환 캐니스터의 다른 길이방향 단부에 절환 캐니스터 캡을 부착하는 단계를 포함하고,
    상기 절환 캐니스터 캡은 밀봉 표면을 포함하는 왕복 유체 펌프를 형성하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 펌프 바디의 공동 내에 상기 절환 피스톤, 절환 캐니스터, 절환 캐니스터 캡 및 플런저를 배치하는 단계를 더 포함하는 왕복 유체 펌프를 형성하기 위한 방법.
  20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    관통하는 길이방향 보어가 없는 실질적 중실 측벽들을 갖도록 상기 절환 캐니스터를 형성하는 단계; 그리고
    상기 밀봉 표면을 포함하는 상기 절환 캐니스터 캡의 측부로부터 상기 절환 캐니스터 캡의 다른 대향 측부로 연장하는 적어도 하나의 관통 구멍을 포함하도록 상기 절환 캐니스터 캡을 형성하는 단계를 포함하는 왕복 유체 펌프를 형성하기 위한 방법.

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