KR20160034342A - 분무 시스템을 위한 펌프 전환 알고리즘 - Google Patents

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데이비드 엘. 페르
존 알. 잉그브랜드
제프리 유. 쉐퍼
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그라코 미네소타 인크.
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Abstract

본 발명은 왕복 플런저를 갖춘 복동식 펌프 조립체를 작동시키는 방법에 관한 것으로서, 방법은 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 단계와, 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하는 단계와, 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간에 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하는 단계와, 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 신호를 전송하는 단계를 포함한다.

Description

분무 시스템을 위한 펌프 전환 알고리즘{PUMP CHANGEOVER ALGORITHM FOR SPRAY SYSTEM}
본 발명은 전체적으로 페인트, 밀폐제, 코팅 등과 같은 유체를 분무하는데 사용되는 도포기 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 분무 시스템에서 전환시의 정지 시간을 감소시키기 위한 펌프 전환 알고리즘에 관한 것이다.
유체 분무 시스템은 페인팅, 접착제 도포 및 발포체 분무를 포함하는 광범위한 어플리케이션에 사용된다. 몇몇의 유체 도포기는 상이한 유체 성분을 이송하는 별개의 "A-측" 및 "B-측" 유체 시스템(예컨대, 펌프, 저장조 및 유체 라인)을 갖지만, 다른 유체 도포기는 단일의 분무 재료만을 펌핑하고 분무한다. 분무 시스템에서 펌핑되는 공통 재료는 페인트, 폴리우레탄, 이소시아네이트, 폴리에스테르, 에폭시 및 아크릴을 포함한다.
많은 유체 분무 시스템은 적절한 분무 압력을 제공하기 위해 기어 펌프를 사용한다. 몇몇의 그런 시스템은 왕복 펌프를 대신 사용하지만, 왕복 펌프는 밸브가 펌프 상태를 스위칭하도록 개방되거나 폐쇄될 때 펌핑의 정지로 인해 전환시에 펌핑 압력의 변동을 야기할 수 있다.
제1 실시예에서, 분무 시스템은 분무 유체를 위한 유체 공급원과, 분무 유체를 분무하도록 배치되는 분무기와, 펌프와, 제어 장치를 포함한다. 펌프는 왕복 플런저를 갖춘 계량된 복동식 펌핑 실린더와, 제1 및 제2 유입구 밸브와, 제1 및 제2 유출구 밸브를 포함한다. 제어 장치는 제1 유입구 및 유출구 밸브가 펌프 전환을 위해 폐쇄되게 하는 제1 신호를 송신하도록 구성되고, 그리고 또한 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브의 개방을 시작하게 하는 제2 신호를 송신하도록 구성된다.
제2 실시예에서, 왕복 플런저를 갖춘 복동식 펌프 조립체를 작동시키는 방법은 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 단계와; 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하는 단계와; 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간(dwell period)에 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하는 단계와, 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
도 1은 분무 시스템의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 분무 시스템의 펌프의 운용 상태에 대한 개략도이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 펌프의 전환을 제어하는 방법을 도시하는 방법 흐름도이다.
도 4는 도 3의 방법에 따른 시간의 함수로서의 펌프 압력 및 밸브 상태의 예시적인 그래프이다.
본 발명은 분무 시스템의 용적형(positive displacement) 왕복 펌프의 전환 동안 밸브 작동의 타이밍을 위한 시스템 및 방법이다. 밸브 작동으로부터 휴지 시간을 중첩시키도록 밸브 작동을 타이밍하는 것은 펌프 전환 동안의 전체 정지 시간을 감소시키고, 그리고 이에 따라 바람직하지 않은 압력 변동을 감소시킨다.
도 1은 분무 시스템(10), 즉 분무될 때만 단지 결합되는 별개의 유체 성분을 이송하도록 구성된 A-측 및 B-측을 갖는 2측 분무 시스템의 개략도이다. 분무 시스템(10)은 예컨대, 분무시에 A-측 페인트를 B-측 촉매(예컨대, 폴리우레탄, 아크릴, 폴리에스테르 또는 에폭시)와 결합시킬 수 있다. 분무 시스템(10)은 주로 페인트를 분무하기 위한 시스템으로서 이하에 기술되지만, 본 발명은 발포체, 접착제 및 다른 재료를 위한 분무기에 유사하게 적용될 수 있다. 분무 시스템(10)의 많은 구성요소들은 시스템의 A-측 및 B-측 양자 모두에 병렬적으로 존재한다. 명확함을 위해, A-측 구성요소는 아래 첨자 "a"로 표기되며, B-측 구성요소는 아래 첨자 "b"로 표기된다. 이하에선, 아래 첨자가 없는 도면 부호는 분무 시스템(10)의 A-측 및 B-측 양자 모두에 병렬적으로 존재하는 요소와 양 측 모두에 공통적인 요소를 포괄적으로 나타내는데 사용되지만, 특정한 A-측 및 B-측 대응 요소는 적절하게 아래 첨자 "a" 또는 "b"로 표기된다. 예컨대, "펌프(12a)" 및 "펌프(12b)"는 각각 분무 시스템의 A-측 및 B-측 서브시스템의 특정 요소이다. (아래 첨자가 없는) "펌프(12)"와 관련된 설명은 포괄적으로 펌프에 관한 것이다.
분무 시스템(10)은 유입 매니폴드(14)로부터 유입 라인(Ia, Ib)을 통해 유출 라인(Oa, Ob)을 통해 유출 매니폴드(16)까지 유체를 펌핑하는 A-측 및 B-측 펌프(12)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 펌프(12)는 윤활 시스템(20)에 의해 윤활되는 시일을 갖춘 동력식 액추에이터(18)에 의해 구동되는 복동식 왕복 실린더 펌프이다. 동력식 액추에이터(18)는 예컨대, 선형 DC 스텝 모터일 수 있다. 윤활 시스템(20)은 적어도 하나의 윤활제 저장조와, 윤활 시스템(20)으로부터 펌프(12)의 밸브 시일 및 다른 스로트 시일까지 윤활제를 이송하는데 적합한 유체 전달 라인을 포함한다. 윤활 시스템(20)은 단일 시스템으로서 도시되어 있지만, 분무 시스템(10)의 몇몇 실시예는 예컨대, 상이한 윤활제를 이용하는 별개의 A-측 및 B-측 윤활 시스템을 사용할 수 있다.
유입 및 유출 매니폴드(14, 16)는 각각 펌프(12)를 복수의 유체 공급원 및 토출부에 선택적으로 커플링시키는 밸브식 매니폴드이다. 유입 및 유출 매니폴드(14, 16)로 인해 분무 시스템(10)은 유체 라인들의 연결해제 또는 재연결의 필요 없이 복수의 연결된 유체 라인들 사이에서 스위칭할 수 있다. 각각의 유출 매니폴드(16)는 3개의 유출구를 갖고 있는 것으로 도시되어 있으며, 각각의 유입 매니폴드(14)는 3개의 유입구를 갖고 있는 것으로 도시되어 있지만, 임의의 개수의 유입구와 유출구가 사용될 수 있다. 정상 작동 상태 하에서, 매니폴드(14, 16)에서의 밸빙은 한 번에 단지 하나의 유입 또는 토출 라인이 개방되는 것을 허용한다. 몇몇의 실시예에서, 유입 및 유출 매니폴드(14, 16)는 제어 장치(40)와 관련하여 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이 전자적으로 제어된다. 다른 실시예에서, 유입 및 유출 매니폴드(14, 16)는 수동으로 작동될 수 있다. 분무 시스템(10)의 몇몇 실시예는 유입 및 유출 매니폴드(14, 16)의 전자식 밸브 작동과 수동식 밸브 작동 양자 모두를 허용할 수 있다.
도시된 실시예에서, 유입 매니폴드(14)는 펌프(12)를 유체 라인(F1, F2)을 통해 1차 유체 공급원(22, 24)에 각각 그리고 용매 라인(S)을 통해 용매 공급원(26)에 선택적으로 연결한다. 1차 유체 공급원(22a, 24a)은 예컨대 제1 및 제2 페인트(P1, P2)일 수 있으며, 1차 유체 공급원(22b, 24b)은 예컨대 제1 및 제2 촉매 유체(C1, C2)일 수 있다. 용매 공급원(26a, 26b)은 용매 재료의 공통 저장조에서 유입하거나, 상이한 용매 재료를 사용할 수 있다.
도시된 실시예에서, 유출 매니폴드(16)는 유사하게는 펌프(12)를 분무 라인(S1, S2)을 통해 분무기(28, 30)에 그리고 폐기물 라인(W)을 통해 폐기 유체 덤프(31)에 선택적으로 연결한다. 폐기 유체 덤프(31)는 [예컨대, 제1 페인트(P1) 및 제1 촉매 유체(C1)에서 제2 페인트(P2) 및 제2 촉매 유체(C2)로 스위칭될 때] 분무 시스템(10)으로부터 플러싱된 폐기 페인트, 촉매 및 용매를 수용한다. 분무기(28, 30)는 각각 A-측 및 B-측 유출 매니폴드(16) 양자 모두로부터의 분무 라인을 수용한다. 분무기(28)는 예컨대, A-측 유출 매니폴드(16a)로부터의 분무 라인(S1a) 및 B-측 유출 매니폴드(16b)로부터의 분무 라인(S1b)을 수용한다. 단지 2개의 분무기(28, 30)가 도 1에 도시되어 있지만, 임의 개수의 별개의 분무기가 사용될 수 있다. 각각의 분무기는 상이한 유체들의 혼합 또는 오염을 방지하기 위해 (예컨대, 페인트 및 촉매의) 단일 분무 유체 결합물에 대해 전용일 수 있다. 따라서, 추가의 유체 공급원을 갖는 실시예는 유리하게는 추가의 분무기를 또한 포함한다. 다르게는, 분무기들은 특정한 유체 결합물에 대해 전용일 필요가 없으며, 그리고 상이한 유체를 이용하는 분무 기간들 사이에서 세척되어야 하는 경우에는 복수의 다른 유체 결합물을 위해 순차적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 분무기(28, 30)는 사용자 촉발식 분무건 또는 기계 작동식 자동 분무기일 수 있다.
몇몇의 실시예에서, 1차 유체 공급원(22, 24) 및 용매 공급원(26)은 펌프(12)의 토출 압력의 적어도 50%를 공급할 수 있는 사전 가압된 공급원이다. 사전 가압된 공급원은 동력식 액추에이터(18)에 대한 펌핑 부하를 완화함으로써, 펌프(12)는 (상술된 경우에서는) 토출 압력의 50% 미만을 단지 공급하기만 하면 된다. 공급원(22, 24, 26)은 사전 가압된 유체를 위한 전용 펌프를 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 펌프(12)는 변위 로드(34)를 이송하는 도우징 실린더(32)를 갖춘 계량된 선형 펌프이다. 변위 로드(34)는 동력식 액추에이터(18)에 의해 구동되며, 양쪽 변위 로드는 플런저(36)를 위치설정하고 플런저를 구동한다. 몇몇의 실시예에서, 도우징 실린더(32), 변위 로드(34) 및 플런저(36)는 상향 행정 및 하향 행정시 사전 가압된 공급원(예컨대, 22, 24)으로부터 동일한 압력을 수용하기 위해 작업 표면적이 밸런싱될 수도 있다.
동력식 액추에이터(18)의 모터 속도는 가변적이며, 그리고 펌프(12)의 배출량을 결정한다. 변위 로드(34)는 로드 저장조(38) 내로 연장되는데, 몇몇 실시예에서 이 로드 저장조에는 윤활 시스템(20)으로부터의 윤활제가 가득 찰 수 있다. 펌프(12)는 각각 유체를 플런저(36)의 위로 또는 아래로 안내하기 위해 변위 로드(34)의 상향 행정과 하향 행정 사이에서 작동하는 유입구 및 유출구 밸브를 갖는다.
분무 시스템(10)은 제어 장치(40)에 의해 제어된다. 제어 장치(40)는 관련된 메모리 및 지역 운용자 인터페이스(42)를 갖춘 마이크로프로세서 또는 마이크로프로세서들의 집합체와 같은 컴퓨팅 장치이다. 지역 운용자 인터페이스(42)는 예컨대, 스크린, 키, 다이얼 및/또는 게이지를 갖춘 사용자 인터페이스이다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 지역 운용자 인터페이스(42)는 사용자 작업식 태블릿 또는 컴퓨터를 위한 유선 또는 무선 연결부일 수 있다. 다른 실시예에서, 지역 운용자 인터페이스(42)는 직접적인 사용자 입력을 수용하고 그리고 진단 및 작업 데이터를 사용자에게 직접 제공하도록 구성된 집적 인터페이스일 수 있다. 예컨대, 지역 운용자 인터페이스(42)는 사용자가 A-측 유체와 B-측 유체의 각각의 결합물을 위한 A-측 유체 유동과 B-측 유체 유동의 목표 비율, 및 목표 토출 압력을 입력할 수 있게 한다. 지역 운용자 인터페이스(42)는 (예컨대, 막힘 또는 누출과 관련된) 고장 표시, 분무 통계(예컨대, 분무된 또는 잔류하는 유체 체적), 및 상태 표시(예컨대, "세정중", "분무중" 또는 "오프라인")를 포함하지만 이에 제한되지 않는 진단 정보를 사용자에게 또한 제공할 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 제어 장치(40)는 공지된 또는 종래의 구성의 데이터베이스(예컨대, 특정한 재료에 대한 목표 비율 및/또는 압력)를 포함할 수도 있어, 지역 운용자 인터페이스(42)에 있는 사용자는 몇 개의 선택 사항들로부터 구성을 단지 선택하기만 하면 된다.
제어 장치(40)는 모터 속도 제어 신호(Cs)를 통해 동력식 액추에이터(18)를 제어하며, 그리고 펌프 밸브 제어 신호(Cpv)를 통해 펌프(12)의 펌프 밸빙을 제어한다. 제어 장치(40)는 플런저(36)가 도우징 실린더(32) 내에서 플런저의 운동 거리의 최상위 또는 최하위에 도달할 때 정지 시간을 최소화하기 위해 펌프(12)의 밸브 작동을 펌프 전환과 동기화한다. 몇몇의 실시예에서, 제어 장치(40)는 또한 유입구 밸브 제어 신호(CIV) 및 유출구 밸브 제어 신호(COV)를 통해 유입 매니폴드(14) 및 유출 매니폴드(16)의 밸빙을 각각 제어할 수도 있다. 제어 장치(40)는 압력 센서(44a, 44b)로부터 감지된 압력 값(Pa, Pb)을 각각 수신하며, 그리고 동력식 액추에이터(18a, 18b)로부터 모터 상태를 반영하는 인코더 피드백 데이터(fa, fb)를 각각 수신한다.
펌핑 시스템(10)은 특정한 압력 및 재료 비율에서의 펌프 전환을 통해 균일하고 연속적인 분무 압력을 사실상 제공한다. 펌핑 시스템(10)은 유체 오염의 위험 없이 그리고 긴 정지 시간의 필요없이 큰 체적의 세척 용매를 사용할 필요없이 완벽하고 효율적인 펌핑 및 유체 스위칭을 가능케 한다.
도 2a 및 도 2b는 펌프(12)에[즉, 12a 또는 12b에 동등하게] 초점을 맞춘 분무 시스템(10)의 개략도이다. 도 2a 및 도 2b는 펌프(12)의 운용 상태를 도시하는데, 도 2a는 하향 행정 밸브 상태의 펌프(12)를 도시하며 도 2b는 상향 행정 밸브 상태의 펌프(12)를 도시한다. 도 2a 및 도 2b에는 도 1과 관련하여 상술된 바와 같은 유입 매니폴드(14), 유출 매니폴드(16), 동력식 액추에이터(18), 1차 유체 공급원(22, 24), 용매 공급원(26), 분무기(28, 30), 폐기 유체 덤프(31), 도우징 실린더(32), 변위 로드(34), 플런저(36), 및 다양한 연결 유체 라인이 도시되어 있다. 도 2a 및 도 2b에는 펌프(12)의 본체(100), 각각의 "업(up)" 및 "다운(down)" 유입구 밸브(102, 104), 각각의 "업" 및 "다운" 유출구 밸브(106, 108), 유입 매니폴드(110, 112, 114), 및 유출 매니폴드(116, 118, 120)가 또한 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b에는 유입 매니폴드(14)는 1차 유체 공급원(22)에 결합되어 있고 유출 매니폴드(16)는 분무기(28)에 결합되어 있는 분무 시스템(10)의 상태가 도시되어 있다. 따라서, 유체 라인(F1)에 대한 유입 매니폴드 밸브(110)는 개방되어 있으며, 유체 라인(F2) 및 용매 라인(S)에 대한 유입 매니폴드 밸브(112, 114)는 각각 폐쇄되어 있다. 유사하게는, 분무기(28)에 대한 유출 매니폴드 밸브(116)는 개방되어 있지만, 분무기(30) 및 폐기 유체 덤프(31)에 대한 유출 매니폴드 밸브(118, 120)는 각각 폐쇄되어 있다. 밸브(110, 112, 114, 116, 118, 120)는 핀 밸브로서 도시되어 있지만, 임의의 압력 수용가능 밸브가 동등하게 사용될 수도 있다. 도 1과 관련하여 기술된 바와 같이, 이들 밸브는 제어 장치(40)에 의해 작동되거나 사용자에 의해 직접 작동될 수도 있다. 정상적으로는 단지 하나의 유입 매니폴드 밸브(110, 112, 114) 및 하나의 유출 매니폴드 밸브(116, 118, 120)가 언제든지 개방될 것이다.
펌프(12)의 유입구 밸브(102, 104) 및 유출구 밸브(106, 108)는 변위 로드(34)와 플런저(36)의 상향 행정 및 하향 행정과 조화되게 제어 장치(40)에 의해 작동된다. 변위 로드(34)와 플런저(36)가 상향 이동되는 동안(도 2b) "업" 유입구 및 유출구 밸브(102, 106)는 각각 개방되고 "다운" 유입구 및 유출구 밸브(104, 108)는 각각 폐쇄된다. 변위 로드(34)와 플런저(36)가 하향 이동되는 동안(도 2a) "업" 유입구 및 유출구 밸브(102, 106)는 각각 폐쇄되고 "다운" 유입구 및 유출구 밸브(104, 108)는 각각 개방된다. 제어 장치(40)는 펌프 전환 동안 펌프 정지 시간을 최소화하기 위해 펌프 행정들 사이에서 이들 밸브들을 작동시킨다. 긴 전환 시간은 토출 압력을 달리 감소시켜 바람직하지 않은 압력 변동을 야기할 수 있다. 플런저(36)의 왕복 운동은 1차 유체 공급원(22)으로부터의 유체를 유입구(I)로부터 펌프 본체(100) 내로 유입시키며, 그리고 유체를 펌프 본체(100)로부터 유출구(O)를 통해 분무기(28)를 향해 추진시킨다. 도 1과 관련하여 상술된 바와 같이, 펌프(12)는 사전 가압된 유체 공급원(즉, 22, 24, 26)으로부터 동일한 압력 지원을 받도록 밸런싱될 수 있다. 밸런싱된 펌프(12)의 실시예는 동일한 상향 행정 및 하향 행정 작업 표면적을 갖는 변위 로드(34) 및 플런저(36)를 갖는다.
도 3은 방법(200)을 도시하는 방법 흐름도이다. 방법(200)은 펌프(12)의 상향 행정에서 하향 행정으로의 전환시의 밸브 작동에 대한 타이밍 순서를 도시하는 제어 방법이다. 도 4는 방법(200)에 따른 시간의 함수로서의 펌프 압력 및 밸브 상태의 예시적인 그래프이다. 도 3 및 도 4는 전환시의 펌프 정지 시간을 감소시킴으로써 바람직하지 않은 압력 변동을 감소시키는 밸브 작동 공정을 함께 도시한다. 방법(200) 및 이하의 수반되는 설명은 펌프(12)의 상향 행정에서 하향 행정으로의 전환에 초점을 맞추고 있지만, 전체적인 공정은 하향 행정에서 상향 행정으로의 펌프 전환에도 동등하게 적용될 수 있다.
펌프 전환의 개시시, 시간 t0에서, 제어 장치(40)는 동력식 액추에이터(18)를 정지시키기 위한 신호를 전송하여, 펌프(12)의 왕복 운동을 중단시킨다(단계 S1). 동력식 액추에이터(18)는 순간적으로 중단되는 것이 아니라, 시간 t2에서 정지되도록 감속된다. 시간 t0에서 또는 t0에 근접하여, 제어 장치(40)는 "업" 사이드 밸브(102, 106)의 폐쇄를 명령하는 작동 신호를 송신한다(단계 S2). 제어 장치(40)는 "업" 및 "다운" 밸브들이 동시에 개방되지 않도록 적절한 휴지 시간을 보장하기 위해 대기하고(단계 S3), 후속하여 시간 t1에서 "다운" 사이드 밸브(104, 108)의 개방을 명령하는 작동 신호를 송신한다(단계 S4). 몇몇의 실시예에서, 이 두 번째 작동 신호는 펌프(12)가 정지되도록 감속되는 과정 중에 있을 때 송신된다. 밸브(102, 104, 106, 108)는 순간적으로 폐쇄되거나 개방되지 않는다. 오히려, "업" 사이드 밸브(102, 106)는 펌프(12)가 정지되는 시간 t2와 사실상 상응하는 후속 시간에 기계적으로 폐쇄되기 시작하며, 그리고 후속 시간 t3에서 폐쇄가 완료된다. 유사하게는, "다운" 사이드 밸브(104, 108)는 밸브(102, 106)가 완전히 폐쇄된 후에 시간 t4에서만 개방되기 시작하며, 그리고 펌프(12)가 반대 방향으로 왕복 운동을 시작한 직후일 수도 있는 후속 시간 t5에서만 개방이 완료된다. 그러나, 어떤 경우에도 펌프(12)는 시간 t4 이전에는 재시작되지 않으며, 그리고 t4는 모든 경우 적어도 t3 이후의 휴지 시간 ΔtD이라서, 밸브(102, 104, 106, 108)는 절대 동시에 개방되지 않는다. 신호 송신과 밸브(102, 104, 106, 108)의 기계적인 작동 사이의 지연에 따라, 몇몇의 실시예에서 t0은 t1에 매우 근접해 있을 수도 있다. 일반적으로, 밸브(102, 104, 106, 108)로의 작동 신호의 송신은 유동과 관련된 문제 또는 다른 기계적인 문제를 방지하기 위해 적절한 휴지 시간을 보장하면서 전체 전환 기간을 최소화하도록 타이밍된다. 몇몇의 실시예에서, 밸브 작동 신호는 밸브(102, 104, 106, 108)를 위한 대기 시간에 따라 동력식 액추에이터(18)가 중단되도록 명령을 받은 직후에만 또는 심지어는 직전에만 전송될 수도 있다.
휴지 시간 ΔtD는 밸브(104, 108)의 개방이 시작되기 전에 밸브(102, 106)가 완전히 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 운용상 허용 오차로 요구되는 최소 기간이다. 몇몇의 실시예에서, 휴지 시간 ΔtD는 예컨대 10 밀리세컨드 미만일 수 있으며, 총 펌프 전환 시간은 예컨대 60 밀리세컨드 미만일 수 있다. "다운" 사이드 밸브(104, 108)가 기계적으로 개방되기 시작하면, 제어 장치(40)는 모터(12)를 재시작시키기 위한 신호를 전송하여 플런저(36)를 반대 방향으로 구동시킨다.
방법(200) 및 분무 시스템(10)은 "업" 사이드 및 "다운" 사이드 밸브의 대기 기간을 중첩시키도록 밸브 작동 신호를 타이밍함으로써 펌프(12)의 상향 행정과 하향 행정 간의 전환 중에 펌프 정지 시간을 최소화한다. 그 결과 야기되는 감소된 전환 시간은 평균 토출 압력을 상승시키고 분무 압력의 일관성을 향상시킨다.
가능한 실시예에 대한 논의
이하는 본 발명의 가능한 실시예에 대한 비배타적인 설명이다.
분무 시스템은 분무 유체를 위한 유체 공급원과; 분무 유체를 분무하도록 배치되는 분무기와; 펌프로서, 왕복 플런저를 갖춘 계량된 복동식 펌핑 실린더와, 제1 및 제2 유입구 밸브와, 제1 및 제2 유출구 밸브를 포함하는 펌프와; 제1 유입구 및 유출구 밸브가 펌프 전환을 위해 폐쇄되게 하는 제1 신호를 송신하도록 구성되고, 그리고 또한 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브의 개방을 시작하게 하는 제2 신호를 송신하도록 구성되는 제어 장치를 포함한다.
이전 단락의 분무 시스템은 다음의 특징, 구성 및/또는 추가적인 구성요소 중 임의의 하나 이상을 임의로, 추가적으로 그리고/또는 대안적으로 포함할 수 있다:
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 제어 장치는 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하도록, 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키는 위한 신호를 전송하도록, 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하도록, 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간 동안 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하도록, 그리고 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 명령을 전송하도록 구성된다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 휴지 기간은 제2 유입구 및 유출구 밸브가 개방되기 시작하기 전에 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 운용상 허용 오차로 요구되는 최소 기간이다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 펌프의 "상향" 행정 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브는 개방되어 있고 제2 유입구 및 유출구 밸브는 폐쇄되어 있으며, 펌프의 "하향" 행정 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브는 개방되어 있고 제1 유입구 및 유출구 밸브는 폐쇄되어 있다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 분무기는 또한 제2 유체 공급원으로부터 제2 가압 유체를 수납하며, 분무기는 분무 유체와 제2 가압 유체를 결합시켜 분무 유체와 제2 가압 유체의 결합물을 분무한다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 유체 공급원은 사전 가압된다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 유체 공급원은 분무기에서 분무 유체의 압력의 50% 미만이 펌프에 의해 제공되도록 목표 압력의 적어도 50%로 사전 가압된다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 제어 장치는 제1 유입구 및 유출구 밸브의 폐쇄가 완료되기 전에 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하지만, 제2 유입구 및 유출구 밸브는 제1 유입구 및 유출구 밸브의 폐쇄가 완료된 후까지 기계적으로 개방되기 시작하지 않는다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 펌프 전환은 60 밀리세컨드 미만으로 지속된다.
상술된 분무 시스템의 다른 실시예에서, 제1 유입구 및 유출구 밸브의 완전한 폐쇄와 제2 유입구 및 유출구 밸브의 개방 시작 사이에서의 전환 동안 10 밀리세컨드 미만이 경과된다.
왕복 플런저를 갖춘 복동식 펌프 조립체를 작동시키는 방법은 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 단계와; 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하는 단계와; 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간에 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하는 단계와; 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 신호를 전송하는 단계를 포함한다.
이전 단락의 방법은 다음의 특징, 구성 및/또는 추가적인 구성요소 중 임의의 하나 이상을 임의로, 추가적으로 그리고/또는 대안적으로 포함할 수 있다:
상술된 방법의 다른 실시예에서, 펌프는 사실상 제1 유입구 및 유출구 밸브가 기계적으로 폐쇄되기 시작할 때 완전히 중단된다.
상술된 방법의 다른 실시예에서, 휴지 기간은 제2 유입구 및 유출구 밸브가 개방되기 시작하기 전에 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 운용상 허용 오차로 요구되는 최소 기간이다.
상술된 방법의 다른 실시예에서, 제1 유입구 및 유출구 밸브의 기계적인 폐쇄는 펌프의 완전한 중단과 사실상 대응한다.
상술된 방법의 다른 실시예에서, 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 것과 제2 유입구 및 유출구 밸브가 기계적으로 개방되기 시작하는 것 사이에는 60 밀리세컨드 미만이 경과된다.
본 발명은 예시적인 실시예(들)를 참조하여 기술되었지만, 통상의 기술자는 다양한 변형예 및 등가예가 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 요소들을 대체할 수도 있음을 알 것이다. 또한, 특정한 상황 또는 재료를 본 발명의 기본 범주를 벗어나지 않고 본 발명의 교시에 맞추기 위해 많은 변경이 이루어질 수도 있다. 따라서, 본 발명은 개시된 특정 실시예(들)에 제한되는 것이 아니라, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에 있는 모든 실시예들을 포함하는 것이다.

Claims (15)

  1. 분무 시스템이며,
    분무 유체를 위한 유체 공급원과,
    상기 분무 유체를 분무하도록 배치되는 분무기와,
    펌프로서, 왕복 플런저를 갖춘 계량된 복동식 펌핑 실린더와, 제1 및 제2 유입구 밸브와, 제1 및 제2 유출구 밸브를 포함하는 펌프와,
    상기 제1 유입구 및 유출구 밸브가 펌프 전환을 위해 폐쇄되게 하는 제1 신호를 송신하도록 구성되고, 그리고 또한 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브의 개방을 시작하게 하는 제2 신호를 송신하도록 구성되는 제어 장치를 포함하는 분무 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는
    상기 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하도록,
    상기 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키는 위한 신호를 전송하도록,
    상기 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하도록,
    상기 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간에 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하도록,
    상기 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 명령을 전송하도록 구성되는 분무 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 휴지 기간은 제2 유입구 및 유출구 밸브가 개방되기 시작하기 전에 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 운용상 허용 오차로 요구되는 최소 기간인 분무 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 펌프의 "상향" 행정 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브는 개방되어 있고 제2 유입구 및 유출구 밸브는 폐쇄되어 있으며, 펌프의 "하향" 행정 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브는 개방되어 있고 제1 유입구 및 유출구 밸브는 폐쇄되어 있는 분무 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분무기는 또한 제2 유체 공급원으로부터 제2 가압 유체를 수납하며, 분무기는 분무 유체와 제2 가압 유체를 결합시켜 분무 유체와 제2 가압 유체의 결합물을 분무하는 분무 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유체 공급원은 사전 가압되는 분무 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유체 공급원은 분무기에서 분무 유체의 압력의 50% 미만이 펌프에 의해 제공되도록 목표 압력의 적어도 50%로 사전 가압되는 분무 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 제1 유입구 및 유출구 밸브의 폐쇄가 완료되기 전에 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하지만, 제2 유입구 및 유출구 밸브는 제1 유입구 및 유출구 밸브의 폐쇄가 완료된 후까지 기계적으로 개방되기 시작하지 않는 분무 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 펌프 전환은 60 밀리세컨드 미만으로 지속되는 분무 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 유입구 및 유출구 밸브의 완전한 폐쇄와 제2 유입구 및 유출구 밸브의 개방 시작 사이에서의 전환 동안 10 밀리세컨드 미만이 경과되는 분무 시스템.
  11. 왕복 플런저를 갖춘 복동식 펌프 조립체를 작동시키는 방법이며,
    상기 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 단계와,
    상기 펌프가 중단되는 동안 제1 유입구 및 유출구 밸브를 폐쇄시키기 위한 신호를 전송하는 단계와,
    상기 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄된 후에 제2 유입구 및 유출구 밸브가 적어도 휴지 기간에 기계적으로 개방되기 시작하도록 제1 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 제2 유입구 및 유출구 밸브를 개방시키기 위한 신호를 전송하는 단계와,
    상기 제2 유입구 및 유출구 밸브가 폐쇄되는 동안 왕복 플런저의 이동 시작 신호를 전송하는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 펌프는 사실상 제1 유입구 및 유출구 밸브가 기계적으로 폐쇄되기 시작할 때 완전히 중단되는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 휴지 기간은 제2 유입구 및 유출구 밸브가 개방되기 시작하기 전에 제1 유입구 및 유출구 밸브가 완전히 폐쇄되는 것을 보장하기 위해 운용상 허용 오차로 요구되는 최소 기간인 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제1 유입구 및 유출구 밸브의 기계적인 폐쇄는 펌프의 완전한 중단과 사실상 대응하는 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 왕복 플런저를 전환 기간 동안 중단시키기 위한 신호를 전송하는 것과 제2 유입구 및 유출구 밸브가 기계적으로 개방되기 시작하는 것 사이에는 60 밀리세컨드 미만이 경과되는 방법.
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