KR20150081261A - 펌프 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이물질이 혼입된 작동 유체로부터 이물질을 분리하는 기능을 가지고 있으며, 또한, 작동 유체의 대유량화의 요구에 대응할 수 있는 펌프 장치의 제공을 목적으로 하고 있다. 이를 위해 본 발명의 펌프장치는 제 1 펌프(3)와; 그 제 1 펌프(3)의 회전축(10)과 동심의 회전축을 가지고 있는 한편, 제 1 펌프(3)의 흡입구(30i)보다 하방에 설치된 제 2 펌프(8)와; 그 제 2 펌프(8)보다 위쪽에 있는 한편, 제 1 펌프(3)의 흡입구(30i)보다 아래쪽 영역에 설치되어 작동 유체로부터 이물질을 분리하는 기능을 갖는 적어도 하나의 사이클론(6); 및 그 사이클론(6)에서 분리된 이물질을 포함하는 작동 유체를 배출하는 토출구(46o)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

Description

펌프 장치{Pump Device}

본 발명은 액체를 흡입하여 토출하는 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이물질이 혼입된 작동 유체(예를 들어, 공작 기계의 윤활유, 냉각제 등의 액체)에서 이물질(예를 들어, 절삭 칩)을 분리하는 기능을 갖는 펌프 장치에 관한 것이다.

그러한 펌프 장치로서 정기적인 유지 보수가 필요 없고, 경량, 소형의 펌프 장치에 있어서, 용적형 펌프와, 비-용적형 펌프와, 1차 사이클론 및 2차 사이클론을 마련해 1차 사이클론 및 2 차 사이클론은 분리된 이물질(절삭 칩 등)을 배출하는 기구(배출구)를 마련하고, 비-용적형 펌프의 토출 유량은 상기 용적형 펌프의 토출 유량보다 크게 된 형태로 설정되어 있으며, 상기 용적형 펌프와 상기 사이클론 필터와 상기 비-용적형 펌프는 수직 방향으로 직선으로 연결하여 배치되어 있는 펌프 장치가 제안되고 있다(특허 문헌 1 참조).

관련 펌프 장치(특허 문헌 1) 유용한 것이다.

그러나 최근 공작 기계에 있어서 냉각제를 대량으로 처리하는 요청(이른바 "대(大)-유량화의 요청")이 존재한다. 그러한 대 유량화의 요청에 대해 위의 펌프 장치는 이른바 "트로코이드 펌프 (기어 펌프)"와 같은 용적형 펌프로 작동 유체를 처리하고 있기 때문에, 작동 유체 처리 유량이 적고, 냉각제 처리의 대 유량화의 요청에 부응하는 것은 어려웠다.

특허 문헌 1 : 국제 공개 특허 제 2012/053231 호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안하여 제안된 것으로, 이물질이 혼입된 작동 유체(예를 들어, 공작 기계의 윤활유, 냉각제 등의 액체)로부터 이물질(예를 들어, 절삭 칩)을 분리하는 기능을 가지고 있으며, 또한, 작동 유체의 대유량화의 요구에 대응할 수 있는 펌프 장치의 제공을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 펌프 장치는 작동 유체(예를 들어 냉각제) 저장부(예를 들어 냉각제 탱크)보다 위쪽에 마련된 제 1 펌프(예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프(3))와, 제 1 펌프(3)의 회전축(10)과 동심의 회전축을 가지고 있는 한편, 제 1 펌프(3)의 흡입구(30i)보다 하방(상류 측)에 설치된 제 2 펌프(예를 들어 임펠러 같은 원심 펌프(8))와, 제 2 펌프(8)보다 위쪽에 있는 한편, 제 1 펌프(3)의 흡입구(30i)보다 아래쪽 영역에 설치되어 작동 유체로부터 이물질을 분리하는 기능을 갖는 적어도 하나의 사이클론(6)과, 사이클론(6)에서 분리된 이물질을 포함하는 작동 유체의 토출구(46o)를 구비하고 있고 해당 토출구(46o)는 작동 유체 저장부(예를 들어 냉각제 탱크)보다 위쪽에 설치되어 있으며, 상기 사이클론(6)의 토출구(6o) 수준에서 상기 토출구(46o)에 연통하는 배관(11)을 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제 2 펌프(예를 들면 임펠러와 같은 원심 펌프(8))로부터 위쪽의 영역이며 제 2 펌프(8)의 반경 방향 바깥 쪽 영역에는, 제 1 펌프(3) 및 제 2 펌프(8)의 회전축(10)의 방향으로 연장되는 가이드 부재(7)가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 가이드 부재(7)의 펌프 회전축 방향 치수가 긴 것(최대한 상기 가이드 상단이 사이클론(6)의 유입구(6ai)와 동일한 수준에 도달하는 정도)이 바람직하다. 이는 선회류(swirl flow)를 생성하는 데 안성맞춤이기 때문이다.

또한 본 발명에 있어서, 사이클론(6)의 유입구(6i)는 원주 방향으로 연장되는 유입 통로(49)와 연통되어 있으며, 해당 유입 통로(49)는 상기 가이드 부재(7)에 따라 선회류에 대해서 개구되어 있는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 사이클론(6)의 하단부에 조리개 부재(원뿔 형상의 부재 : 콘 형상 부재 13)를 마련하는 것이 바람직하다.

이 외에도 펌프 회전축(10)의 마모를 줄이기 위해, 본 발명은 제 1 펌프(3) 및 제 2 펌프(8)의 회전축(10)이 기계적 밀봉(MS, 메카니컬 시일)으로 축 지지되는 것이 바람직하다.

또한 해당 메카니컬 시일(MS)로부터(위쪽으로) 누설된 기름을 드레인시켜 탱크 내에 다시 되돌리는 드레인 회로(Ld)를 설치하고, 메커니컬 시일(MS)에서 유출된 기름이 작동 유체 저장부(예를 들어 냉각 탱크) 외부로 유출하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 제 1 펌프(3)를 비-용적형 펌프(예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프)로 구성할 수 있으므로, 대 유량(예를 들어, 150리터 / 1분, 혹은 그 이상의 유량)에 대해서도 대응할 수 있다. 따라서 공작 기계 냉각제의 처리량이 커지는 것(대 유량화 요청)에 대응할 수 있다.

여기서 비-용적형 펌프(예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프(3))는 스스로의 흡입 성능이 부족한 때문에 작동 유체 저장부(예를 들어 냉각제 탱크)보다 위쪽에 설치 한 경우에는 당해 저장부에서 작동 액체를 흡수하는 것이 곤란하다. 그러나, 본 발명은 제 2 펌프(8)를 가지고 있으며, 해당 펌프(8)에 의해 저장부 내의 작동 유체를 상방(제 1 펌프(3)의 흡입구 30i 측)으로 밀어내어 제 1 비-용적형 펌프(3)에도 필요한 작업을 수행 할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 사이클론(6)에 의해 작동 유체에서 절삭 칩 등의 이물질을 분리할 수 있다.

본 발명에서 제 1 펌프(3)를 비-용적형(예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프)로 구성하면, 제 1 펌프 토출구(30i)에 릴리프 밸브를 설치할 필요가 없다.

제 1 펌프를 용적형으로 구성하는 경우에는 그 토출구의 하류 측에서 작동 유체의 흐름이 멈춰 버리면 해당 토출구 근방의 작동 유체 압력이 과대하게 되어 버리므로, 릴리프 밸브와 작동 유체의 우회 배출 경로는 필수적이다.

반면, 제 1 펌프가 비-용적형 펌프, 예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프(3)이면 해당 펌프 토출구(3o)의 하류 측에서 작동 유체의 흐름이 멈춘다 해도 임펠러(31b, 32b, 33b, 34b, 35b)가 단지 아이들 구동할 뿐 토출구(3o) 근방의 작동 유체 압력이 과대하게 상승되지 않는다. 따라서 토출구(3o) 근방에 릴리프 밸브와 유체의 우회 배출 경로를 형성 할 필요가 없고, 그만큼 제조하는 데에 지출할 비용이 절감된다. 또한 릴리프 밸브와 유체의 우회 배출 경로의 유지 보수가 필요 없고 유지 비용도 감소한다.

여기서, 종래 기술에서는 2 단의 사이클론(1 차 사이클론과 2 차 사이클론)을 설치 한 구조로 되어 있기 때문에 이른바 '대유량화 요청'에 대해서는 대처가 곤란하고, 대 유량의 작동 유체를 충분히 고체와 액체를 분리하는 것이 곤란했다. 반면, 본 발명에 의하면, 사이클론은 1 단에만 설치되어 있기 때문에, 작동 유체가 대유량화된 경우에도 작동 유체를 충분히 고액(고체와 액체) 분리할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 사이클론(6)의 토출구(하단부 6o) 수준에서 상기 토출구(46o)에 연통하는 배관(11)을 가지고 있기 때문에, 사이클론 토출구(6o)에서 배출된 이물질을 포함하는 작동 유체는 당해 배관(11)을 통해 작동 유체 저장부(예를 들어 냉각제 탱크)보다 위쪽의 해당 토출구(46o)에 배출된다.

따라서, 작동 유체 저장부의 위쪽에 있어서, 상기 토출구(46o)에서 이물질 처리 시설(예를 들어 필터 등 : 미 도시)에 연통하는 배관을 배치하여 사이클론(6)에서 분리된 이물질을 포함하는 작동 유체를 당해 이물질 처리 시설에 쉽게 공급할 수 있다.

바꾸어 말하면, 관련 배관(11)을 가지고 있지 않은 종래 기술에서는 사이클론(6)에서 분리된 이물질을 포함하는 작동 유체는 작동 유체 저장부에 배출되어 있기 때문에 이물질을 포함하는 작동 유체를 상기 이물질 처리 시설에 공급하기 위해서는 작동 유체 저장부에 이물질을 이물질 처리 시설에 송출하기 위한 기구와 배관을 별도로 설치해야만 했다.

이에 대해 본 발명에 의하면, 작동 유체 저장부에 이물질을 이물질 처리 시설에 송출하기 위한 기구와 배관을 별도로 마련할 필요가 없고, 그만큼 제조비용을 절감할 수 있다.

본 발명에서 제 2 펌프(8)에 의해 흡입되어 반경 방향 바깥쪽에 토출 된 유체가 원주 방향으로 흐르는 선회류(소용돌이 흐름, swirl flow)를 형성하고 펌프 장치 내를 상승하면서 사이클론(6) 안에 유입된다. 그러나, 상기 가이드 부재(7)가 존재하지 않는 경우에는 펌프 장치의 사이클론(6)에 의해 선회류에 저항이 생겨 양호한 선회류가 발생하지 않을 가능성이 있다.

상기 제 2 펌프(예를 들면 임펠러와 같은 원심 펌프(8))에서 위쪽의 영역이며, 제 2 펌프(8)의 반경 방향 바깥 쪽 영역에는 제 1 펌프(3) 및 제 2 펌프(8)의 회전축(10)의 방향으로 연장되는 가이드 부재(7)가 설치되어 있으므로 해당 가이드 부재(7)에 안내되어 해당 가이드 부재(7)에 따라 원주 방향으로 흐르는 양호한 선회류가 형성되고, 제 2 펌프(8)에서 흡입된 작동 유체가 효율적으로 펌프 장치 내를 상승하여 사이클론(6)에 유입된다.

그리고 본 발명에서 사이클론(6)의 유입구(6ai)는 원주 방향으로 연장되는 유입 통로(49)와 연통되어 있으며, 해당 유입 통로(49)는 상기 가이드 부재(7)에 대하여 선회류에 개구되어 있으면, 제 2 펌프(8)에 의해 흡입된 작동 유체가 사이클론(6) 내부에 침입하기 쉬워 사이클론(6)의 원심 분리 작용에 의해 작동 유체에 포함된 이물질이 작동 유체에서 효율적으로 분리된다.

또한 본 발명에서는 사이클론(6)의 하단부(6o)에 조리개 부재(원뿔 형상의 부재 : 콘 형상 부재 13)를 마련하면 해당 조리개 부재(13)는 사이클론 하단부의 유출구(6o)의 단면적을 작게(조르는) 할 수 있다.

그리고 조리개 부재(13)에 의해 사이클론 하단부의 유출구(6o)의 단면적을 조르고 있다(작게 하고 있다). 때문에, 유출구(6o)의 작동 유체의 유속은 증가한다. 즉 사이클론(6)의 축 방향의 길이를 단축해도 필요한 유량을 조정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 사이클론(6)의 펌프 회전축 방향(상하 방향) 길이를 길게 하지 않고 제 1 펌프(3)보다 아래쪽 영역의 크기를 작게 하여 펌프 장비 전체를 소형화 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 1 실시 예에 있어서 사이클론 유입구의 형상을 나타내는 평단면도이다.
도 3은 제 1 실시 예에 있어서 펌프 구동축의 측면도이다.
도 4는 제 1 실시 예에 있어서 제 1 펌프를 설명하는 부분 단면도이다.
도 5는 제 1 실시 예에 있어서 사이클론을 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 6은 제 1 실시 예에 있어서 제 2의 펌프를 설명하기 위한 부분 단면도이다.
도 7은 제 2 펌프 케이싱의 단면도이다.
도 8은 제 2 펌프 임펠러의 단면도이다.
도 9는 제 2 펌프의 임펠러를 간접적으로 펌프 구동축에 고정하는 고정 부재의 단면도이다.
도 10은 이물질 배출 펌프의 케이싱의 단면도이다.
도 11은 이물질 배출 펌프의 임펠러의 단면도이다.
도 12는 사이클론 측의 영역과 이물질 배출 펌프 측의 영역의 칸막이의 단면도이다.
도 13은 이물질 배출용 임펠러 펌프 구동축에 고정하는 고정 부재의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시 예에 있어서 사이클론 유입구의 형상을 나타내는 평단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 펌프 장치에 대해 설명한다. 또한, 도 1에 나타내는 단면은 도 2의 X-X 선을 따른 단면이다.

본 발명의 제 1 실시 예에 따른 펌프 장치는 도 1에서 전체를 부호 100으로 표시하고 있다. 그리고 펌프 장치(100)는 전동 모터(1)와, 제 1 하우징(2), 제 1 펌프(3)와, 제 2 하우징(4), 원통형 케이싱(5)과, 여러 개(도시한 것에서는 4 개)의 사이클론(6)과, 원통형 가이드 부재(7)와, 제 2 펌프(8)와, 이물질 배출 펌프(9)와, 커버 부재(Cb)와, 펌프 구동 샤프트(10)를 구비하고 있다.

제 1 펌프(3)는 도시된 실시 예에서, 임펠러를 갖는 펌프 유닛(31 ~ 35)을 5단 상하 방향으로 적층 한 비용적형 원심 펌프이다(도 4 참조). 여기서, 제 1 펌프(3)에 대한 공지된 상용의 비용적형 원심 펌프를 적용하는 것이 가능하다.

제 2 펌프(8)는 도 1에서 가장 아래쪽 영역에 배치되어 있다.

제 1 하우징(2)은 도 1의 상방으로 개구하는 원통형 중공부(21)를 가지며, 샤프트 관통 구멍(22)이 형성되어 있다. 샤프트 관통 구멍(22)은 원통형 중공부(21)의 하부 중심(21c)에서 하우징 하단면(2e)의 중심까지 관통하고 있다.

샤프트 관통 구멍(22)에 밀봉 저장 챔버(23)가 형성되고, 밀봉 저장 챔버(23)에는 시일(MS, 메카니컬 시일)이 구비되어 있다. 메카니컬 시일(MS)은 펌프 구동 샤프트(10)를 회전 가능하게 축지지 함과 동시에, 샤프트 관통 구멍(22)을 통해 작동 유체가 제 1 펌프(3)의 원통형 중공부(21)에 누출되는 것을 방지하고 있다.

도 4에서와 같이 메카니컬 시일(MS)은 저장 시설(23)에 보관되어 있다.

도 1에서, 제 1 하우징(2)의 아래쪽 영역에는 유로(24)가 형성되어 있다. 제 1 하우징(2)에 있어서 하우징 외주(2f)에는 보스부(25)가 형성되어 있고, 보스부(25)는 하우징의 중심 축(Lh)에 직교하고 또한, 중심 축(Lh)에 이격하는 방향으로 돌출되어 있다.

보스 부(25)에는 토출구(26)가 개구되어 있으며, 토출구(26)는 유로(24)와 연통되어 있다. 제 1 펌프(3)에서 승압된 작동 유체는 토출구(26)로부터 토출된다. 유로(24)는 제 1 펌프(3)의 토출측(3o)(도 4 참조)에 연통되어 있다. 또한 토출구(26)의 내주면에는 관용 테이퍼 암나사가 형성되어 있다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 하우징(2)의 원통형 중공부(21)에서 커플 링(CP)이 전동 모터(1)의 축(1S)과 펌프 구동 샤프트(10)의 상단부(커플링 체결부 10a)를 연결하고 있다.

도 3에서 펌프 구동 샤프트(10)는 커플링 체결부(10a), 메카니컬 시일 계합부 (10b), 제 1 하우징 계합부(10c), 플랜지부(10d), 제 1 펌프 계합부(10e), 제 2 하우징 계합부(10f), 첨단 축부(10g)를 갖고 있다.

첨단 축부(10g)의 단면(도 3의 하단면)(10h)에는 암나사를 마련한 나사 구멍(10i)이 형성되어 있다. 상술 한 바와 같이, 펌프 구동 샤프트(10)의 커플링 체결부(10a)는 커플링(CP)의 결합공(미 도시)에 결합되어 있다.

도 4에서, 펌프 구동 샤프트(10)의 제 1 하우징 계합부(10c)는 베어링 슬리브(SL1)에 대해 슬라이딩 가능하며, 베어링 슬리브(SL1)는 제 1 하우징(2)의 중심으로 형성된 관통 구멍(22)에 고정되어 있다.

도 4에서, 펌프 구동 샤프트(10)의 플랜지부(10d)의 아래쪽 단면(10db)은 제 1 펌프(3)의 최상단 펌프 유닛(35)의 임펠러(35b)의 상단면에 맞닿아 있고 아래쪽 단면(10db)과 임펠러(35b)의 상단면은 접하지 않는다. 플랜지부(10d)는 제 1 펌프(3)(상향 측에서)의 위치 결정 부재로서의 기능을 발휘한다. 펌프 구동 샤프트(10)의 제 1 펌프 계합부(10e) 아래쪽 영역(제 2 하우징 계합부(10f)와의 경계 부근)에는 수나사(10j)가 형성되어 있다.

도 1 및 도 4에서 제 1 펌프(3)는 흡입 측 연결 부재(30)와, 제 1 펌프 유닛(31)(하단 유닛) ~ 제 5 펌프 유닛(35)(최상단 유닛)이 적층되어 있다.

도 4에서, 제 1 펌프 유닛(31)은 환상의 펌프 하우징(31a)과, 임펠러(31b)와, 시일 부재인 O- 링(31c)과, 칸막이(31d)를 구비하고 있다. 제 2 펌프 유닛(32) ~ 제 5 펌프 유닛(35)도 같은 구성이다.

도 4에서, 펌프 유닛(31 ~ 35)을 적층하여 조립한 상태에서 펌프 구동 샤프트(10)를 펌프 유닛(31 ~ 35)의 각 슬리브의 안쪽에 삽입 관통시켜 고정 너트(LN)를 펌프 구동 샤프트(10)의 수나(10j)에 나사 결합시켜 조립된다.

이에 따라 제 1 펌프(3)는 펌프 구동 샤프트(10)에 고정되고, 각 펌프 유닛(31 ~ 35)의 임펠러는 펌프 구동 샤프트(10)와 일체로 회전 가능하게 된다. 또는 잠금 너트(LN)를 이용하지 않고 펌프 구동 샤프트(10)의 제 1 펌프 계합부(10e)를 스플라인으로 구성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 1, 도 4를 참조하여 제 2 하우징(4)에 대해 설명한다.

도 1 및 도 4에서, 제 2 하우징(4)은 펌프 샤프트 구멍(41)과 더스트 시일 저장 구멍(42)(도 4 참조)과, 장착 플랜지(43)와, 사이클론 상방 챔버(44)와, 보스부 (45)(도 1 참조 : 도 4에는 미 도시)와, 유로(46)(도 1 참조 : 도 4에서는 미 도시)와, 수직 유로(48)(도 1 참조 : 도 4에서는 미 도시)를 구비하고 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이 장착 플랜지(43)에는 장착용 볼트 구멍(40h)이 여러 개(제 1 실시 예에서는 4 개소 : 도 2 참조) 형성되어 있다.

도 1에서 수직 유로(48)에는 이물질 배출관(11)의 상단부(11t)가 결합되어 있다. 이물질 배출관(11)의 하단부(11b)는 이물질 배출 펌프(9)(상부 뚜껑부재 (93)의 설치공(931) : 도 12 참조)에 연결되어 있다. 따라서 이물질 배출 펌프(9)와 수직 유로(48)는 이물질 배출관(11)을 통해 연통한다.

도 4에 도시한 것과 같이, 더스트 시일 저장 구멍(42)은 펌프 샤프트 구멍(41)의 상부에 형성되어 있다. 더스트 시일 저장 구멍(42)은 대직경 구멍(42a)과 소직경 구멍(42b)을 갖추고 있어 대직경 구멍(42a)은 제 2 하우징(4)의 상단면에 개구하고 있으며, 소직경 구멍(42b)에는 더스트 시일(DS)이 수용되어 있다. 대직경 구멍(42a)에는 탈락 방지판(15)이 설치되어, 더스트 시일(DS)이 더스트 시일 저장 구멍(42)에서 빗나가 버리는 것을 방지하고 있다.

도 4에서, 사이클론 상부 챔버(44)의 하부에는 사이클론 상단 계합구멍(44a)이 형성되고, 사이클론 상단 계합구멍(44a)은 사이클론(6)의 상단(사이클론 유입구 6ai)이 연결되어 있다. 사이클론 상부 챔버(44)의 캐노피 부분에는 토출구(관통구)(460)와, 사이클론 토출관 설치 구멍(462)이 형성되어 있다. 여기서 작동 유체는 토출구(관통 구멍 460)를 통해 제 1 펌프(3) 측에 토출된다. 또한 사이클론 토출관(60)의 상단부(60b)는 사이클론 토출관 설치 구멍(462)에 결합하고 있다.

여기서, 사이클론 토출관 설치 구멍(462)은 토출구(460)와 동심으로 배치되어 있으며, 사이클론 토출관 설치 구멍(462)의 내경은 사이클론 토출 관(60)의 상단부(60b)의 외경과 대략 동일하게 설정되어 있다. 또한 토출구(사이클론 출구) 460의 내경 치수는 사이클론 토출 관(60)의 내경 치수와 대략 같다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시 예에서는 사이클론 상부 챔버(44)가 4 개 형성되어 있으며, 사이클론 상부 챔버(44)의 각각은 챔버(44)의 반경 방향 바깥쪽에서 개략적 접선 방향으로 구부러져 연장하는 유입 유로(이른바 사이클론 포트)(49)가 연통되어 있으며, 해당 유입 유로(49)와 챔버(44)의 평면 형상은 전체적으로 이른바 '곡옥(comma-shaped bead)'과 같은 형태로 되어있다.

유입 유로(49)는 작동 유체가 사이클론(6)에 유입된 때에 선회를 발생하기 쉽게 하기 위해 챔버(44)의 반경 방향 바깥쪽에서 개략적인 접선 방향으로 구부러져 연장되는 형상으로 되어 있다. 도 2에서 유입 유로(49)의 개략적인 단면은 유입 유로(49)의 중심축을 따른 단면을 보여주고 있다. 해당 단면에서 알 수 있듯이, 작동 유체가 유입하기 쉽게 하기 위해 유입 유로(49)의 사이클론 상부 챔버(44)로부터 이격된 공간만큼 얕아지는 형태로 형성되어 있다. 또한, 도 2의 부호 4m은 4 개의 사이클론 조립용 관통볼트(B2)(도 1 참조)와 나사 결합하는 암나사 구멍이다.

다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 사이클론(6) 및 제 2 펌프(8)에 대해 설명한다. 도 5는 사이클론(6)을 설명하고, 도 6은 제 2 펌프(8)를 설명하고 있다. 여기서 도 5와 도 6은 동일한 부분 단면을 나타내고 있지만, 참조 설명해야 부재(구성)가 상이하기 때문에 지시선의 위치와 그 부호가 다르다.

도 1 및 도 5에서 사이클론(6)은 상향 영역에서 직선관부(6a)와 아래쪽 영역에서 테이퍼(6b)를 가지고 있다. 사이클론(6)은 원통형 가이드 부재(7)의 반경 방향 내측 영역에 설치되며, 도 2에 나타낸 바와 같이 펌프 구동 샤프트(10)에 대해 점대칭 위치에 4 개가 배치되어 있다.

그리고 사이클론(6)은 제 2 하우징(4)(도 1 참조)에서 사이클론 상단 결합구멍(44a)(도 4 참조)과, 원통형 가이드 부재(7)(도 5)에 있어서 사이클론 하단 결합구멍(75)(도 5 참조) 사이의 공간에 설치되어 있다.

도 5에서 부호 6i는 사이클론(6)의 내주면을 나타내고 있다. 작동 유체에 포함된 비중량이 큰 이물질은 선회류에 의해 선회하면서 이 내주면(6i)에 따라 하강한다.

도 5에서 원통형 가이드 부재(7)는 상향 직선관부(71)와, 하부 테이퍼 부(72)와, 바닥부(73)와, 하단 바깥 돌출부(74)를 가지고 있다. 아래쪽 테이퍼 부(72)의 외주면과 하단 바깥 돌출부(74)의 외주면은 연속하는 테이퍼면을 구성하고 있다. 바닥부(73)의 평면 형상은 명확하게 도시되어 있지 않지만 대략 원형이며 그 중심에는 펌프 구동 샤프트 삽입공(73c)이 형성되어 있다.

바닥부(73)에서 중심점(펌프 구동 샤프트 삽입공 73c의 중심점)에 대해 점대칭으로 4 개소의 위치에 사이클론 하단 결합구멍(75)가 형성되어 있다. 사이클론 하단 결합구멍(75)의 위치는 제 2 하우징(4)의 사이클론 상단 결합구멍(44a)(도 4 참조)의 투영 위치가 된다.

도 5에서 사이클론 하단 결합구멍(75)의 아래쪽에서 사이클론 하단 결합구멍(75)의 반경 방향 내측 영역에 관통 구멍(76)이 형성되어 있다. 관통 구멍(76)의 내경 치수는 사이클론(6)의 하단(6c)의 내경 치수와 동일하게 설정되어 있다.

사이클론 하단 결합구멍(75)의 내경 치수는 사이클론(6) 하단부의 외경 치수보다 크고, 사이클론 하단 결합구멍(75)과 사이클론(6) 하단의 외주면 사이의 환상의 틈새에는 O 링 또는 시일 부재(OS)가 개재되어 있다. 사이클론(6)의 반경 방향 내측에서 사이클론(6)의 하단(6c) 근방에는 조리개 부재(이하 "콘 형상 부재"라 하다)(13)가 배치되어 있다.

도 5에서 콘 형상 부재(13)는 콘 모양 헤드(원추형 헤드)(131), 원반부(132), 원통부(133)와 매설부(134)를 가지고 있다. 원반부(132)의 직경은 콘 모양 헤드(131)의 하단 직경과 같고, 원통부(133)의 직경은 원반부(132)의 직경보다 가늘다. 매설부(134)의 직경은 원반부(132)의 직경보다 가늘게 설정되어 있고, 도 6에서 나타내는 이물질 배출 펌프(9)의 상방 뚜껑 부재(93)의 관통 구멍(93ah)과 동일하다. 그리고 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 콘 형상 부재(13)(도 5)의 매설부(134)(도 5)는 이물질 배출 펌프(9)의 상방 뚜껑 부재(93)(도 6)의 상면(93a)(도 6)에 형성된 관통 구멍(93ah)(도 6)에 결합되어 있다.

도 5와 같이, 콘 모양 헤드(131)와 원반부(132)의 경계는 사이클론(6)의 하단(6c)에 일치하도록 설정되어 있다. 콘 형상 부재(13)를 사이클론 하단의 유출구(6o)(도 6 참조)에 설치함으로써 사이클론 하단부의 유출구(6o)의 개구 면적이 감소하여 유출구(6o)에서 작동 유체의 유속은 증가한다. 사이클론(6)의 고체 액체 분리 성능을 제대로 발휘하기 위해서는 사이클론 하단의 유출구(6o)(도 6 참조)의 단면적을 작게 하여 조를 필요가 있다.

여기에서 예를 들어, 사이클론(6)의 테이퍼부(6b)의 테이퍼에 의해서는 사이클론(6)의 상하 방향 치수를 크게 하지 않으면, 상기 유출구(6o)를 충분히 조를 수 없는 경우가 존재한다. 하지만 사이클론(6)의 상하 방향 치수는 최소화해야 한다.

도시한 제 1 실시 예에서, 콘 형상 부재(13)를 사이클론 하단부의 유출구(6o)(도 6 참조)에 설치함으로써 사이클론(6)의 상하 방향 치수를 크게 하지 않아도 사이클론 하단의 유출구(6o)( 도 6 참조)의 단면적을 충분히 작게 하여 조를 수 있다. 그 결과, 사이클론(6)의 고액 분리 성능을 저하시키지 않고 사이클론(6)의 상하 방향 치수를 작게 할 수 있다.

다음 도 6 ~ 도 13을 참조하여 제 2 펌프(8)와 이물질 배출 펌프(9)를 설명한다.

도 6에서 제 2 펌프(8)는 케이싱(81,91)을 가지고 있다. 또한, 본 명세서에서 케이싱(81,91)을 "펌프 케이싱"이라고 총칭하는 경우가 있다. 여기서, 케이싱(91)은 제 2 펌프(8)와 이물질 배출 펌프(9)에서 공유되고 있다.

제 2 펌프(8)의 케이싱(81)의 전체적인 형상은 도 7에 나와 있다. 도 7에서 케이싱(81)은 플랜지부(81a)와 원통부(81b)와 바닥부(81c)를 가지고 있다. 플랜지부(81a)는 원통부(81b) 상단에서 반경 방향 바깥쪽에 돌출되어 있다. 그리고 원통부(81b)와 바닥부(81c)와의 연결 부분에는 테이퍼부(81d)가 형성되어있다. 테이퍼부(81d)는 케이싱(81) 내를 흐르는 유체의 유로 저항을 감소시키기 위해 형성되어 있다. 여기서 테이퍼 대신에 곡면을 형성하여도 좋다. 바닥부(81c)의 반경 방향 중심에는 내경 치수를 부호 D81i으로 표시한 관통 구멍(81i)이 형성되어 있다.

플랜지부(81a)의 상면 측에 외주 직경을 부호 D81o으로 나타내는 환상 돌출부 (81t)가 형성되어 있다. 환상 돌출부(81t)의 외주 직경 D81o는 도 5에서 나타낸 바와 같이 원통형 케이싱(5) 하단의 내주 측에 형성된 단부(5d)(도 5)의 내경 치수 D5i(도 5)와 대략 동일하며, 환상 돌출부(81t)의 외주(81to)는 원통형 케이싱(5) 하단의 단부 5d의 내경에 결합되어 있다.

제 2 펌프(8)의 임펠러(82)는 그 전체적인 형상이 도 8에 나와 있다.

도 8에서 임펠러(82)는 위쪽 원반 부재(82a)와, 여러 개의 블레이드(82b)와, 하부 원반 형상 부재(82c)를 가지고 있다. 하부 원반 형상 부재(82c)는 원반부(821c)와 원통부(822c)가 일체로 성형되어 있으며, 원통부(822c)의 외경 치수는 부호 D82로 나타내고 있다. 위쪽 원반 부재(82a)의 중심에는 관통 구멍(82ai)이 형성되어 있고, 관통 구멍(82ai)의 내경 치수가 부호 d82로 나타내고 있다.

원통부(822c)의 외경 치수 D82는 케이싱(81)의 바닥부(81c)에 형성된 관통 구멍(81i) 직경 D81i(도 7 참조)보다 작게 설정되어 있다. 그리고 케이싱(81)의 관통 구멍(81i)에 임펠러(82)의 원통부(822c)가 삽입된다.

도 9는 임펠러(82)를 펌프 구동 샤프트(10)에 고정하기 위한 고정 부재(제 2 고정 부재)(15)를 나타내고 있다. 도 9에서 제 2 고정 부재(15)는 내경의 구멍 15a(대직경 구멍), 15b(소직경 구멍)를 연속하여 형성하고, 구멍(15a, 15b)에 의해 어깨의 관통 구멍을 형성하고 있다.

대직경 구멍(15a)의 내경 치수 Da15에는 제 1 고정 부재(12)(도 13 참조)의 돌출부(12b)의 외경 치수 Dd12가 결합한다. 그리고 소직경 구멍(15b)의 내경 치수 Db15는 펌프 임펠러 고정 볼트(14)의 축부(142)(도 6 참조)보다 약간 크게 설정되어 있다.

도 6에서 이물질 배출 펌프(9)는 케이싱(91)과 임펠러(92) 상부 뚜껑부재(93)를 갖추고 있다. 상술한 바와 같이, 케이싱(91)은 이물질 배출 펌프(9)와 제 2 펌프(8)에서 공유되고 있다.

도 10에서 케이싱(91)의 전체적인 형상이 나타나고 있으며, 원통부(91a)와 바닥부(91b), 돌출 원통부(91c)를 가지고 있다. 도 10에서 돌출 원통부(91c)가 바닥부(91b)의 반경 방향 중앙 아래쪽에 형성되어 있으며, 돌출 원통부(91c)의 내주면(91bi)에는 베어링 슬리브(SL3)가 마련되어 있다.

슬리브(SL3)의 내경 치수가 부호 d91로 나타내고 있으며, 원통부(91a)의 내경 치수가 부호 D91로 나타내고 있다. 슬리브(SL3)의 내경 치수 d91은 고정 부재(12)의 외경 치수 D12(도 13 참조)와 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다.

도 11은 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)의 전체적인 형상을 나타내고 있다.

도 11에서 임펠러(92)는 하부 원반 부재(92a)와 여러 개의 블레이드(92b)와 위쪽 원반 형상 부재(92c)를 가지고 있다. 위쪽 원반 형상 부재(92c)는 원반부 (921c)와 외경 치수 D92의 원통부(922c)가 일체로 성형되어 있다.

그리고 아래쪽 원반 부재(92a)의 반경 방향 중앙에는 내경 치수 d92의 관통 구멍(92ai)이 형성되어 있다. 관통 구멍(92ai)의 내경 치수 d92는 제 1 고정부재(12)의 돌출부(12b)의 외경 치수 Dd12(도 13 참조)와 대략 동일하게 설정되어 있다. 또한 원통부(922c)의 외경 치수 D92은 도 12에 표시된 상부 뚜껑부재(93)의 중심 관통 구멍(93bi)보다 약간 낮게 설정되어 있다.

도 11에서 임펠러(92)의 원통부(922c)는 상부 뚜껑부재(93)의 중심 관통 구멍 (93bi)(도 12 참조)에 삽입되어 임펠러(92)(원통부(922c)는 관통 구멍(93bi) 내에서 회전 가능하다.

도 12는 이물질 배출 펌프(9)의 상부 뚜껑 부재(93)의 전체적인 형상을 나타내고 있다. 도 12에서 상부 뚜껑부재(93)는 전체가 대략 원반 모양으로 구성되어 있으며, 바깥쪽 부분(이하 "상면"이라 한다)(93a)과 원형의 하방 돌출부(93b)와 중앙 함몰부(93c)와를 구비하고 있다. 중앙 함몰부(93c)의 내경 치수는 하향 돌출부(93b)의 외경 치수보다 작다.

상면(93a)의 원주 방향을 4 등분하는 위치에 4 개의 관통 구멍(93ah)이 형성되어 있다. 그리고 상면(93a)의 외연 근방에는 결합구멍(931)이 4 개소에 형성되어 있으며, 결합구멍(931)에 이물질 배출관(11)의 하단(11b)이 결합한다.

도 12에서는 편의적으로 관통구멍(93ah)과 결합구멍(931)을 나타내고 있다. 중앙 함몰부(93c)의 반경 방향 중앙에는 관통구멍(93bi)이 형성되어 있고, 관통구멍(93bi)의 내경 치수는 부호 D93로 나타내고 있다.

상부 뚜껑부재(93)의 상면(93a)의 외연부(93e)에서 상단 쪽에는 계단 모양 노치(93et)가 원주 방향 전역에 걸쳐 형성되고, 하면 측에 계단 모양 노치(93eb)가 원주 방향 전역에 걸쳐 형성되어 있다. 상면 측의 계단 모양 노치(93et)에서 수직면의 외경 치수 D93t는 도 5 원통형 가이드 부재(7)의 하단 바깥 돌출부(74)의 내경 치수보다 약간 작게 설정되어 있기 때문에, 도 5, 도 6에서 상부 뚜껑부재(93)는 원통형 가이드 부재(7)의 하단 바깥 쪽 돌출부(74)에 결합되어 있다.

도 12에서 계단 모양 노치(93eb)의 수직면의 외경 치수 D93b는 케이싱(91)의 원통부(91a)의 내경 치수 D91(도 10 참조)에 대해 약간 작게 설정되어 있기 때문에 도 5, 도 6 에서 상부 뚜껑부재(93)는 케이싱(91)의 원통부(91a)의 상단에 결합한다. 다시 말해 상부 뚜껑부재(93)의 외연부(93e)(도 12)는 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이 원통형 가이드 부재(7)의 하단 바깥 쪽 돌출부(74)와 케이싱(91)의 원통부(91a)의 상단에 끼워져 결합하고 있다.

도 13은 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)를 펌프 구동 샤프트(10)의 선단에 장착하기 위한 고정 부재(제 1 고정 부재)(12)를 나타내고 있다. 도 13에서 고정 부재(12)는 외경 치수 D12의 원통형의 축부(12a)와 외경 치수 Dd12의 원주상의 소직경 돌출부(12b)를 가지고 있다. 여기에, 원주상의 소직경 돌출부(12b)의 외경 치수 Dd12는 원주의 축부(12a)의 외경 치수 D12보다 작은 값이다.

원통형의 축부(12a)와 원주상의 소직경 돌출부(12b)와 동심이며, 내경 치수 d12의 관통 구멍(12c)이 형성되어 있다. 원주상의 소직경 돌출부(12b)의 외경 Dd12는 임펠러(82)에서 상부 원반 부재(82a)의 관통 구멍(82ai)의 내경(d82)(도 8 참조)보다 약간 작게 설정되어 있다.

제 2 펌프(8)의 임펠러(82)와, 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)를 펌프 구동 샤프트(10)의 선단 측에 고정하기 위한 절차를 설명한다.

먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이 고정 볼트(14)의 볼트 헤드(141)가 하방에 위치하는 형태로 배치하여 제 2 고정 부재(15)의 소직경 구멍(15b)(도 9)에서 고정 볼트(14)의 선단(도 6에서는 상단)을 삽입 관통한다. 그 때 볼트 헤드(141)의 이면측(141a)은 고정 부재(15)의 소직경 구멍(15b)이 개구된 면(도 9에서는 하단면)을 맞닿게 한다.

다음으로, 도 6에서 제 2 펌프(8)의 임펠러(82)의 원통부(822c)(도 8)를 하측의 상태에서 관통 구멍(82ai)에 볼트(14)를 삽입 관통한다. 그때 임펠러(82)의 원반 형상 부재(82a)의 뒷면(도 8은 하단면 : 블레이드 82b 측면)의 반경 방향 내측의 영역이 제 2 고정 부재(15)의 대직경 구멍(15a)의 개구 측의 단면에 접촉하는 형상으로 배치한다.

제 2 펌프(8)의 임펠러(82)를 볼트(14)가 삽입 통과했다면, 도 6에서 제 1 고정 부재(12)(도 13 참조)의 소직경 돌출부(12b) 측으로부터 볼트(14)에 삽입 관통시킨다. 제 1 고정 부재(12)를 볼트(14)에 삽입 통과시켰을 때 제 1 고정 부재(12)의 소직경 돌출부(12b)를 제 2 펌프(8)의 임펠러(82)에서 상부 원반 형상 부재(82a)의 관통 구멍(82ai)(도 8 참조)에 끼워 맞추며, 또한, 제 2 고정 부재(15)의 대직경 구멍(15a)(도 9 참조)에 결합한다.

제 1 고정 부재(12)를 볼트(14)에 삽입 관통시킨 후 이물질 배출 펌프(9)의 케이싱(91)을 돌출 원통부(91c) 측으로부터 볼트(14)에 삽입 관통한다. 그때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제 1 고정 부재(12)의 축부(12a)(도 13 참조)의 상단이 케이싱(91)의 바닥부(91b)의 위쪽으로 돌출할 때까지 케이싱(91)을 내리누르는 형태로 볼트(14)에 삽입 관통한다. 케이싱(91)을 볼트(14)에 삽입 관통한 상태에서 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)를 하부 원반 부재(92a)의 관통 구멍(92ai)(도 11 참조)에서 볼트(14)에 삽입 관통한다. 임펠러(92)를 볼트(14)에 삽입 관통시킬 때, 도 6에 나타낸 바와 같이, 하부 원반 부재 92a(도 11 참조)의 하면을 제 1 고정 부재(12)의 상단에 접촉시킨다.

제 2 고정 부재(15), 제 2 펌프(8)의 임펠러(82), 제 1 고정 부재(12), 이물질 배출 펌프(9)의 케이싱(91), 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)의 순서로 고정 볼트(14)가 서로 관통한다면, 도 6에 나타낸 바와 같이 볼트(14)의 수나사(143)를 펌프 구동 샤프트(10)의 선단에 형성된 암나사(10i)에 나사 결합시켜 소정의 공구로 조인다. 따라서 제 2 펌프(8)의 임펠러(82) 및 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)가 펌프 구동 샤프트(10)의 선단에 고정된다.

도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 펌프 장치(100)의 가장 하부는 커버 부재(Cb)로 덮여 있다. 커버 부재(Cb)는 제 2 펌프(8)의 흡입 측을 덮는 것으로, 비교적 큰 이물질이 펌프 장치(100) 내부에 흡입되어 버리는 것을 방지하고 있다.

도 5에서 커버 부재(Cb)는 원통부(Cba)와 바닥부(Cbb)를 가지고 있다. 그리고 커버 부재(Cb)는 바닥부(Cbb)에서 원통부(Cba)의 수직 중간 영역에 걸쳐 예를 들어, 다수의 원형 구멍이 개구된 펀칭 메탈로 구성되어 있다. 도시는 되어 있지 않지만, 커버 부재(Cb)의 전체가 작동 유체 중에 침적된다. 명확하게 도시하고 있지 않지만, 바닥부(Cbb)의 외연 근방에는 커버 부재(Cb)를 제 2의 하우징(4)(도 1 참조)에 설치하므로 체결 볼트(B2)용의 볼트 삽입구멍이 형성되어 있다. 또한 케이싱(81)에도 체결볼트(B2)용의 볼트 삽입구멍이 형성되어 있다(도 7에서는 도시를 생략).

도 1, 도 5에서 체결볼트(B2)는 커버 부재(Cb) 및 펌프 케이싱(81)에 형성된 볼트 삽입구멍을 관통하고 있으며, 체결볼트(B2) 선단의 수나사가 제 2 하우징(4)의 하단면에 형성된 암나사(4m)(도 2 참조)와 나사 결합되어 있다. 체결볼트(B2)의 볼트 헤드의 뒷면은 커버 부재(Cb)의 바닥부(Cbb)의 외연 근방에 맞닿아 있기 때문에 체결볼트(B2)의 축 방향 힘은 커버 부재(Cb)에 전달된다. 도 5에서 체결볼트(B1)는 케이싱(91)을 제 2 하우징(4) 측에 장착하기 위한 볼트이다.

도 6에서 이물질 배출 펌프(9)의 케이싱(91)은 바닥부(91b)의 반경 방향 바깥 쪽 가장자리 근방의 4 개소에 볼트(B1)를 삽입시키는 삽입구멍이 형성되어 있다(도시는 생략).

도 5, 도 6에서 이물질 배출 펌프(9)의 상부 뚜껑 부재(93)(도 6)와 원통형 가이드 부재(7)의 바닥부(73)(도 5)의 각각에서도 체결볼트(B1)의 삽입구멍(미 도시)이 형성되어 있다. 체결볼트(B1)는 케이싱(91), 상부 뚜껑부재(93), 원통형 가이드 부재(7)에 형성된 볼트 삽입구멍을 관통하고 있다. 도 1에서 체결볼트(B1) 선단의 수나사(미 도시)는 제 2 하우징(4)의 하단면에 형성된 암나사(4p)(도 2 참조)에 나사로 체결되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 체결볼트(B1) 헤드의 뒷면은 케이싱(91)의 바닥부(91b)의 반경 방향 바깥 쪽 가장자리 근방에 맞닿아 있기 때문에 체결볼트(B1)의 축 방향 힘은 케이싱(91)에 전달된다.

다음으로, 도 1, 도 4 내지 도 6을 참조하여 작동 유체의 흐름에 대해 설명한다.

보다 상세하게는 이물질이 혼입된 작동 유체에서 이물질을 분리하여 청정화 된 작동 유체와 이물질을 포함한 유체의 각각이 토출구(26,46o)에서 배출되는 과정을 설명한다. 도시의 번잡함을 방지하기 위해 도 1에서는 작동 유체의 흐름에 있어서 F6 ~ F10을 생략하고 있다.

제 1 실시 예의 펌프 장치(100)는 예를 들어, 작동 유체를 저장한 도시하지 않은 탱크의 뚜껑체의 상부에 고정시킬 수 있다. 즉, 펌프 장치(100)의 제 1 하우징의 플랜지(43)는 도시하지 않은 고정 볼트에 의해 도시하지 않은 탱크의 뚜껑에 재치된 채 고정되어 있다. 그리고 펌프 장치(100) 하단의 커버 부재(Cb)는 도시하지 않은 탱크 내의 유체 중에 침적되어 있다.

도 1에서 펌프 장치(100)의 도시하지 않은 작동 스위치를 "ON" 상태로 하면 전동 모터(1)가 회전을 시작한다. 전동 모터(1)의 회전과 함께 펌프 구동 샤프트(10)가 회전하며, 펌프 구동 샤프트(10)의 선단 측에 설치된 제 2 펌프(8)의 임펠러(82)가 회전한다. 또한 펌프 구동 샤프트(10)의 선단에 직접 고정된 이물질 배출 펌프(9)의 임펠러(92)도 회전한다.

도 5, 도 6에서 도시하지 않은 탱크에서의 작동 유체는 제 2 펌프(8)의 임펠러(82)로 흡입 상승되어지고(도 5, 도 6의 화살표 F1의 흐름), 제 2 펌프(8)의 케이싱(81)과, 이물질 배출 펌프(9)의 케이싱(91) 사이의 환상 공간을 흘러 지나서(화살표 F2 흐름), 도 4의 사이클론 상부 챔버(44)에 유입한다(도 4의 화살표 F3 흐름).

도시는 생략하지만 원통형 케이싱(5)의 반경 방향에 있어 내부와, 원통형 가이드 부재(7)의 반경 방향에 있어 바깥쪽에, 나선형의 안내 부재를 마련하여 화살표 F3에서 나타내는 선회류의 선회 성분을 크게 할 수 있다.

도 4에서, 사이클론 상부 챔버(44)에서 사이클론 유입구(6ai)를 통해 사이클론(6) 내로 유입된 작동 유체에 있어서 절삭분 등의 비중량이 큰 이물질을 포함하지 않는 청정한 작동 유체가 화살표 F4, F5로 표시되어 있다.

당해 청정한 작동 유체는 사이클론 토출관(60)의 하단부(60a)으로부터 제 1 펌프(3) 측(위쪽)에 빨려 들어가 사이클론 토출관(60)을 상승한다. 그리고 흡입 측 연결 부재(30)의 중공부(30i)에 유입되어 제 1 펌프(3)에 유입된다(화살표 F6 흐름). 흡입측 연결 부재(30)의 중공부(30i)로 유입된 작동 유체는 제 1 펌프 유닛(31)의 임펠러(31b)의 원심력에 의해 압력수두(head)가 부가되어 유속이 증가(화살표 F7)함으로써 임펠러(31b)의 반경 방향 바깥쪽으로 토출된다. 임펠러(31b)의 반경 방향 바깥쪽으로 토출된 유체는 펌프 하우징(31a)의 내벽면에 부딪혀 방향이 바뀌며(화살표 F8), 다음 단의 펌프 유닛(32)으로 유입된다.

이하, 각 단의 펌프 유닛(32 ~ 35)에서 압력이 상승되어져(화살표 F8와 화살표 F9), 펌프 토출구(3o)에서 제 1 하우징(2)의 유로(24), 토출구(26)를 흘러가며(F10), 도시하지 않은 커넥터 및 배관을 통해서, 예를 들어 도시하지 않은 기계에 보내진다.

사이클론(6) 내에 유입된 작동 유체에서 비중량이 큰 이물질은 선회류 (F4)에 의한 원심력에 의해 사이클론 내주면(6i) 측으로 밀려나게 되고, 사이클론 내주면(6i)에 따라 하강한다(화살표 Fd1의 흐름).

도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이, 내주면(6i)을 따라 강하한 이물질을 포함한 유체는 사이클론 유출구(6o)에서 조리개 부재인 콘 부재(13)에 의해 점차 좁혀지면서 유속이 증가하여 이물질 배출 펌프의 임펠러(92)에 유입된다(화살표 Fd2). 그리고 도 1, 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이, 이물질을 포함한 유체는 임펠러(92)의 회전에 의해 압력수두(헤드)가 증가하고 증속되어 임펠러(92)에서 토출된다(화살표 Fd3).

도 1에서와 같이, 임펠러(92)에서 토출된 작동 유체(화살표 Fd3 : 이물질을 포함한 작동유체)는 이물질 배출관(11)을 흘러(화살표 Fd4), 유로(46)를 통해(화살표 Fd5) 토출구(46o)에서 토출된다(Fd6). 그리고 도시하지 않은 배관을 통해 도시하지 않은 이물질 처리 시설로 보내진다. 이 이물질 처리 설비에 대해서는 공지 기술에 관한 설비를 적용 할 수 있으며, 특별히 한정 조건은 존재하지 않는다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 제 1 하우징(2)으로부터 제 2 하우징(4)을 통해 반환 유로(Ld)가 형성되어 있다. 반환 유로(Ld)는 메카니컬 시일(MS) 위쪽까지 유출된 작동 유체의 드레인 유로로서 기능하고, 제 1 하우징(2)의 원통형 중공부(21)에 있어 하단 모서리 부(코너)에서 하우징 하단면(2e)의 반경 방향 바깥 쪽 가장자리를 경유하여 제 1 펌프(3) 하우징의 반경 방향 바깥 근방을 수직 방향으로 연장하고 있고, 제 2 하우징(4)의 하단면에 있어 반경 방향 바깥 쪽 근방의 개구부(Lde, 구멍부)에 연통하고 있다.

제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에 있어, 메카니컬 시일(MS)보다 위쪽의 영역에서 작동 유체의 누설이 억제되고 있다. 만일 메카니컬 시일(MS)보다 위쪽 공간에서 작동 유체가 누설했다고 해도 당해 누설된 작동 유체는 반환 유로(Ld)를 통해 개구부(Lde)로 되돌려진다. 개구부(Lde)의 위치는 장착 플랜지(43)에 형성되는 체결용 볼트 구멍(40h)에 대해 반경 방향의 내측에 되는 위치에 설치되어 있다.

상술 한 바와 같이, 펌프 장치(100)는 작동 유체를 저장하는 도시하지 않은 탱크의 상부에 고정되어 있고, 도시하지 않은 탱크 뚜껑, 예를 들어 관통 구멍을 형성하고, 당해 도시하지 않은 관통 구멍에 장착 플랜지(43)의 반경 방향 내측의 단부가 돌출로 장착된다. 장착 플랜지(43)의 반경 방향 내측의 단부는 부호 Tm(도 4)으로 표시되며, 단부(Tm)의 외경 치수는 도시하지 않은 탱크 뚜껑의 관통 구멍의 내경과 같다.

도 1에 있어서, 상기 누설된 작동 유체는 반환 유로(Ld), 개구부(Lde) 및 관통 구멍을 통해 도시하지 않은 저장 탱크에 되돌려진다.

도 1 내지 도 13을 참조하여 상술한 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에 의하면, 제 1 펌프(3)의 임펠러를 갖는 원심 펌프로 구성되어 있기 때문에, 대 유량(예를 들어, 150 리터 / 분, 혹은 그 이상의 유량)에 대해서도 대응할 수 있다. 따라서 공작 기계의 냉각제 처리의 대유량화에 대응할 수 있다.

여기에서 임펠러를 갖는 원심 펌프는 자체 흡입 성능이 부족한 때문에 제 1 펌프(3)를 작동 유체 저장부(예를 들어 냉각제 탱크)보다 위쪽에 설치한 경우에는 당해 저장부 내의 작동 유체를 빨아들이는 것이 곤란하다. 그러나 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)는 제 2 펌프(8)를 가지고 있으며, 당해 제 2 펌프(8) 의해 저장부 내의 작동 유체를 제 1의 펌프(3)의 흡입구(30i) 측으로 밀어 넣을 수 있다. 그래서 흡입 성능이 부족한 제 1 펌프(3)(비 용적형)에 의해서도 원하는 작업을 할 수 있다.

또한 펌프 장치(100)에 의하면, 사이클론(6)에 의해 작동 유체에서 절삭 칩 등의 이물질을 분리할 수 있다.

제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에서 제 1 펌프(3)가 임펠러를 갖는 원심 펌프로 구성되어 있기 때문에, 제 1 펌프의 토출구(30i)에 릴리프 밸브를 설치할 필요가 없다.

제 1 펌프를 용적형으로 구성하는 경우에는 용적형의 토출구의 하류 측에서 작동 유체의 흐름이 멈춰 버리면, 토출구 부근의 작동 유체 압력이 과대하게 되어, 용적형 펌프가 파손될 가능성이 있다. 따라서 용적형 펌프를 사용하는 경우에는 릴리프 밸브와 작동유체 릴리프 유로는 필수적이다.

반면, 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)는 제 1 펌프(3)로서 임펠러를 갖는 원심 펌프(3)가 사용되고 있기 때문에 펌프 토출구(3o)의 하류 측(미 도시)에서 작동 유체의 흐름이 방해된다(멈춘다) 하더라도 제 1 펌프(3)의 임펠러는 단지 공회전하고, 그리고 토출구(3o) 근방의 작동 유체 압력은 과대하게 되지는 아니한다. 따라서 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)는 토출구(3o) 근방에 릴리프 밸브와 작동유체 릴리프 유로를 형성할 필요가 없고, 릴리프 밸브와 작동유체 릴리프 유로만큼 제조비용이 절감되고, 릴리프 밸브와 작동유체 릴리프 유로의 유지 관리가 더 이상 필요하지 않다.

종래 기술에서는 2 단의 사이클론(1 차 사이클론과 2 차 사이클론)을 마련한 구조로 한 경우에는 작동 유체가 대유량화된 경우(즉, 유량이 크게 증가한 경우) 2 단의 사이클론에 의해 작동 유체를 충분히 고체 - 액체로 분리 할 수 없었다.

반면, 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에 의하면, 사이클론(6)은 1 단에만 설치되어 있기 때문에, 작동 유체가 대유량화된 경우에도 작동 유체를 충분히 고액 분리할 수 있다. 그러나 사이클론(6)을 복수 단 설치하는 것이 불가능하지는 않다.

또한 도시한 제 1 실시 예에 의하면, 사이클론(6)의 토출구(하단부)(6o)에서 토출구(46o)에 연통하는 이물질 배출관(11)을 가지고 있다. 따라서 사이클론의 토출구(6o)에서 배출된 이물질을 포함하는 작동 유체는 이물질 배출관(11)을 통해 작동 유체 저장부(예를 들면 도시하지 않은 냉각제 탱크)보다도 위쪽의 해당 토출구(46o)로 배출된다.

작동 유체 저장부(미 도시)의 상부에 있어서, 상기 토출구(46o)에서 이물질 처리 시설(예를 들어 필터 등 : 미 도시)에 연통하는 배관을 배치하면 이물질을 포함하는 작동 유체를 당해 이물질 처리 시설에 쉽게 공급할 수 있다.

바꾸어 말하면, 이물질 배출관(11)을 가지지 않은 종래 기술에서는 이물질을 포함하는 작동 유체가 작동 유체 저장부 내에 배출되어 있기 때문에 이물질을 포함하는 작동 유체를 상기 이물질 처리 시설에 공급하기 위해서는 작동 유체저장부에 이물질을 이물질 처리 시설에 송출하기 위한 기구와 배관을 별도로 마련하지 않으면 아니되었다. 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)라면, 작동 유체 저장부에 이물질을 이물질 처리 시설에 송출하기 위한 기구와 배관을 별도로 마련할 필요가 없고, 그만큼 제조비용을 절감할 수 있다.

도시한 제 1 실시 예에서, 제 2 펌프(8)에 의해 흡입되어 반경 방향 바깥쪽에 토출된 유체가 원주 방향으로 흐르는 선회류를 형성하여 원통형 케이싱(5)을 상승하면서 사이클론(6) 내로 유입한다. 여기서, 펌프 장치(100) 내의 사이클론(6), 기타 부재에 의해 선회류의 선회 방향에 저항이 생겨 양호한 선회류가 발생하지 않고, 사이클론(6) 내로 유입되지 않을 수 있다.

이에 대해 제 1 실시 예에 따른 펌프 장치(100)는 제 2 펌프(8)에서 위쪽의 영역이며, 제 2 펌프(8)의 반경 방향 바깥 쪽 영역에는 제 1 펌프(3) 및 제 2 펌프(8) 회전축(10)의 방향으로 연장하는 원통형 가이드 부재(7)가 설치되어 있다. 따라서 원통형 가이드 부재(7)의 반경 방향 바깥쪽에는 돌기 등이 존재하지 않고, 작동 유체는 원통형 가이드 부재(7)에 안내되어, 해당 가이드 부재(7)에 따라 원주 방향으로 원활하게 흐르고, 양호한 선회류를 형성한다. 그리고 제 2 펌프(8)에서 흡입된 작동 유체는 효율적으로 펌프 장치(100) 내를 상승하여 사이클론(6) 내로 유입될 수 있다.

제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에서 사이클론(6)의 유입구(6ai)는 원주 방향으로 연장하는 유입 통로(49)와 연통되어 있으며, 유입 통로(49)는 원통형 가이드 부재(7)에 따른 선회류에 대해 열려져 있다. 따라서 제 2 펌프(8)에 의해 흡입된 작동 유체가 사이클론(6) 내부에 침입하기 쉬워 사이클론(6)에서 원심 분리 작용에 의해 작동 유체에 포함된 이물질이 작동 유체에서 효율적으로 분리된다.

또한 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)는 사이클론(6)의 하단부(6c)에 조리개 부재(콘 형상 부재)(13)를 마련하고, 해당 조리개 부재(13)에 의해 사이클론 하단부의 유출구(6o)의 단면적을 작게 하고 있다( 좁게 만들고 있다). 그리고 조리개 부재(13)에 의해 사이클론 하단부의 유출구(6o)의 단면적을 좁아지게 하고 있기 때문에 유출구(6o)에서 작동 유체의 유량을 조정할 수 있다. 그 결과, 사이클론(6)의 축 방향의 길이를 단축해도 작동 유체의 유량이 조정된다.

즉, 제 1 실시 예의 펌프 장치(100)에 의하면, 사이클론(6)의 펌프 회전축 방향(상하 방향)의 치수를 크게 하지 않고 제 1 펌프(3)보다 아래쪽 영역의 크기를 작게 하여 펌프 장치 전체를 소형화할 수 있다.

다음으로 도 14를 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 대해 설명한다.

제 1 실시 예에서는 도 2와 같이 사이클론이 4 개 설치되어 있는데, 도 3의 제 2 실시 예에서는 사이클론은 3 개가 설치되어 있다.

도 14는 제 2 실시 예에서 제 2 하우징(4A)을 하우징(4A)의 아래쪽에서 본 도면이다.

도 14에서 하우징 센터(Pc)에 대해 점대칭으로 3 개의 위치에 사이클론 상부 챔버(44A)가 형성되어 있으며, 3 개의 사이클론 상부 챔버(44A)의 각각의 반경 방향 외측에는 반경 방향 바깥쪽의 접선 방향에 개략적 연장하고 있으며, 사이클론 상부 챔버(44A) 쪽으로 연결된 유입 유로(사이클론 포트)(49A)가 형성되어 있다. 사이클론 상부 챔버(44A)와 사이클론 포트(49A)는 개략적으로 "곡옥(comma-shaped bead)"같은 평면 형상으로 되어 있다. 상기 유입 유로(49A)의 형상은 제 1 실시 예에서의 유입 유로(49)(도 2 참조)와 동일하다.

도 14의 부호 4Am는 암나사 구멍이며, 그 암나사 구멍은 도시하지 않은 3 개의 사이클론 조립용 관통 볼트의 나사와 나사 결합한다. 또한 부호 44Ao는 사이클론의 출구를 나타내고 있다.

제 2 실시 예에 있어서의 기타 구성 및 작용 효과에 대해서는 도 1 내지 도 13의 제 1 실시 예와 동일하다.

도시한 실시 예는 어디 까지나 예시이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 취지의 설명이 아님을 부기한다.

예를 들어, 도시한 실시 예에서는 사이클론은 4 개(도 2 참조) 또는 3 개(도 14 참조) 마련되어 있지만, 사이클론을 5 개 이상 구비하는 것도 가능하다, 또한 사이클론을 1 개만 설치해도 좋다.

또한 도시한 실시 예에서는 제 1 펌프는 비-용적형 펌프(예를 들면 임펠러를 갖는 원심 펌프)이지만, 제 1 펌프를 용적형 펌프(예를 들어, 기어 펌프 혹은 이른바 트로코이드 펌프)로 구성하는 것도 가능하다.

또한, 도시한 실시 예에서는 냉각제(냉각 오일)를 퍼 올리는 경우에 대해 설명되어 있지만, 그 이외의 용도에 대하여 본 발명을 적용하는 것도 가능하다.

이 외에도, 도시한 실시 예에서 이물질 배출 펌프(9)를 생략할 수 있다.

1 ... 전동 모터
2 ... 제 1 하우징
3 ... 제 1 펌프
4 ... 제 2 하우징
5 ... 원통형 케이싱
6 ... 사이클론
7 ... 원통형 가이드 부재
8 ... 제 2 펌프
9 ... 이물질 배출 펌프
10 ... 펌프 구동 샤프트
11 ... 이물질 배출관

Claims (4)

1. 작동 유체 저장부보다 위쪽에 마련된 제 1의 펌프와,
   상기 제 1 펌프의 회전축과 동심의 회전축을 가지고 있는 한편 제 1 펌프 흡입구보다 아래쪽에 마련된 제 2의 펌프와,
   상기 제 2 펌프보다 위쪽에 있는 한편 제 1 펌프의 흡입구보다 아래쪽 영역에 설치되어 작동 유체에서 이물질을 분리하는 기능을 갖는 적어도 하나의 사이클론 및
   상기 사이클론에 의해서 분리된 이물질을 포함하는 작동 유체의 토출구를 포함하고 있으며,
   상기 토출구는 작동 유체 저장부보다 위쪽에 설치되어 있으며, 상기 사이클론의 토출구 수준에서 상기 토출구에 연통하는 배관을 가지고 있음을 특징으로 하는 펌프 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제 2 펌프로부터 위쪽의 영역에 있으며, 제 2 펌프의 반경 방향 바깥쪽 영역에는 상기 제 1 펌프 및 제 2 펌프의 회전축 방향으로 연장되는 가이드 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 사이클론의 유입구는 원주 방향으로 연장되는 유입 통로와 연통되어 있으며, 상기 유입 통로는 상기 가이드 부재에 따른 선회류에 대해서 열려져 있는 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사이클론의 하단부에 조리개 부재를 마련한 것을 특징으로 하는 펌프 장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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