KR20210004391A - 원밸브 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 밸브에 의해 인가 또는 차단되는 부압과 중력을 이용하여 액체를 펌핑할 수 있도록 하며 구조가 단순하여 고장의 우려가 적고 유지 보수 비용이 절감되는 원밸브 펌프에 관한 것으로,
저장소(50)로부터 일정 정도 상측에 배치됨과 아울러, 하단부가 저장소(50)에 흡입관(51)으로 연결되고 상단부는 진공관(52)에 연결되어, 저장소(50)의 유체를 진공 흡입하는 바디(10)와; 제1피스톤(22)이 왕복 이동하면서 후단측으로 유입된 유체를 토출하도록 토출관(40)이 연결되는 제1실린더(21)를 포함하는 토출용 실린더장치(20)와; 상기 제1피스톤(22)과 일체로 이동되는 제2피스톤(32)이 구비된 제2실린더(31) 및 상기 제2피스톤(32)이 후방측으로 이동하도록 상기 제2피스톤(32)에 이동력을 제공하는 중량체(35)를 포함하는 구동용 실린더장치(30);를 포함하고, 상기 진공밸브(15)에 의한 바디(10)의 부압 인가 여부에 따라 상기 제1피스톤(22)이 왕복 이동됨과 아울러, 상기 제1피스톤(22)의 왕복 이동에 따라 상기 제1실린더(21)의 후단측으로 유체가 유입된 후 토출관(40)을 통해 토출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

원밸브 펌프{One Valve Pump}

본 발명은 원밸브 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 밸브에 의해 인가 또는 차단되는 부압과 중력을 이용하여 액체를 펌핑할 수 있도록 하며 구조가 단순하여 고장의 우려가 적고 유지 보수 비용이 절감되는 원밸브 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프란 압력 작용을 이용하여 액체나 기체로 이루어진 유체를 관을 통해 수송하거나 저압의 용기 속에 있는 유체를 관을 통하여 고압의 용기 속으로 압송하는 장치를 의미한다. 이러한 펌프는 왕복 펌프와, 로터리 펌프, 원심펌프, 축류펌프 및 마찰 펌프 등으로 구분되고 있다.

왕복 펌프는 실린더 안을 피스톤 또는 플런저가 왕복운동하면서 송출밸브와 흡입밸브가 교체로 개폐되면서 유체를 또는 송출하는 펌프로서, 하나의 실린더와 한 조의 밸브로 이루어진 것을 단동식 펌프라 한다. 하지만, 단동식 펌프는 송수의 맥동이 발생하므로 송수량을 균일화하기 위하여 복동식이나 차동식으로 구성하거나 단동식 펌프를 다수개 조합하여 사용하고 있다. 이러한 왕복 펌프는 양정이 크고 유량이 작은 경우에 적합하며, 수압기 또는 보일러용으로 사용되고 있다.

로터리 펌프는 펌프의 피스톤 작용을 하는 부분이 회전운동을 하여 피스톤 작용을 로터에 행하게 하는 것으로, 송출밸브나 흡입밸브를 사용하지 않는 특징이 있다. 이러한 로터리 펌프에는 로터에 미끄러져 움직이는 깃이 구비된 베인펌프와, 맞물리는 2개의 기어를 구비한 기어펌프 및 나사 펌프가 있다. 상기한 로터리 펌프는 왕복 펌프에 비해 송출량의 변동이 적고, 용도가 매우 넓을 뿐 아니라 자동제어용 유압펌프로도 널리 사용되고 있다.

원심펌프는 회전하는 임펠러의 바깥쪽에 스파이럴형의 통로가 구비된 펌프로서, 공업 분야에서 널리 사용되고 있으며, 양정이 클 때에는 다단식 구조로 조합하여 사용한다. 그리고, 축류펌프는 양정이 낮고 양수량이 많을 때 사용되는 것으로, 프로펠러형의 임펠러가 회전하여 물을 축방향으로 보내는 펌프이다.

그러나, 상기한 종래의 펌프들은 피스톤을 왕복 이동시키거나 로터 등을 회전시키기 위하여 별도의 구동장치를 연결해야 하고, 그로 인해 에너지의 소비가 증가할 수밖에 없을 뿐 아니라 구조가 복잡하고 고장의 우려가 있으며, 유지 보수 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과, 동일 또는 유사한 특허문헌을 찾지 못하였고, 인접 기술 분야의 특허문헌을 검색한 결과 다음의 특허문헌이 검색되었다.

특허문헌 1은, 서로 연결되는 두 개의 진공펌프; 펌프 하우징에 직접적으로 부착되어 두 개의 진공펌프를 연결하여 연결 사이트를 형성하는 연결 요소;를 포함하고, 상부 펌프의 출구 플랜지는 커다란 힘 또는 모멘트의 전달을 유발함이 없이 하부 펌프의 입구 플랜지상에 직접적으로 놓이는 형태로 이루어짐으로써 소형화된 크기를 가지는 진공 펌프 시스템을 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 극저온의 액체에 디핑된 상태에서, 액체를 압축하여 이송시키는 펌프를 시험하기 위한 장치로서, 액체를 담을 수 있는 용기본체와, 용기본체를 개폐하는 커버로 구성되고, 각각 내부케이싱과 외부케이싱 사이에 단열재가 충진되고 진공화된 용기로 구성되고, 상기 용기는, 극저온 액체가 공급되는 입구포트와, 액체에 디핑된 상태에서 액체를 압력을 가하는 펌프에 의하여 가압된 액체가 외부로 공급되는 출구포트와, 상기 용기 내에서의 액체의 수면에 대응하는 위치에 설치되는 리턴포트 및 내부의 액체 수위를 측정할 수 있는 수위측정장치를 포함하는, 천연액화가스용 저압 펌프 시험장치를 개시하고 있다.

KR 10-2012-0054061 A KR 10-2016-0016035 A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 진공관에 구비된 밸브를 개폐하는 동작만으로도 피스톤의 왕복 이동이 가능하게 구성되어 유체의 이송에 필요한 에너지 소비가 최소화되고, 그 구조가 매우 단순하여 고장의 우려가 적고 운영비는 물론 유지 보수 비용이 대폭 절감되도록 한 원밸브 펌프를 제공하는데그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 원밸브 펌프는, 저장소로부터 일정 정도 상측에 배치됨과 아울러, 하단부가 저장소에 흡입관으로 연결되고 상단부는 진공관에 연결되어, 상기 진공관에 구비된 진공밸브에 의해 인가되는 부압을 이용하여 저장소의 유체를 진공 흡입하는 바디와; 내부에 제1피스톤이 왕복 이동하면서 후단측으로 유입된 유체를 토출하도록 선단부에 유체가 유입되는 개구부가 형성되고 후단측에 유체를 토출하는 토출관이 연결됨과 아울러 바디 내부의 유체가 유입되는 유입구와 내부의 액상 물질이 토출관으로 토출되도록 하는 토출구가 형성되는 제1실린더를 포함하며, 상기 바디의 내측에 구비되는 토출용 실린더장치와; 상기 제1피스톤과 일체로 이동되는 제2피스톤이 구비되고, 선단부에 상기 제1실린더의 후단에 연통되는 개구부가 형성되고 후단부에 공기가 출입하는 개구부가 형성된 제2실린더 및 상기 제2피스톤의 로드에 와이어로 연결되며 상기 제2피스톤이 후방측으로 이동하도록 상기 제2피스톤에 이동력을 제공하는 중량체를 포함하는 구동용 실린더장치;를 포함하고,

상기 진공밸브에 의한 바디의 부압 인가 여부에 따라 상기 제1피스톤이 왕복 이동됨과 아울러, 상기 제1피스톤의 왕복 이동에 따라 상기 제1실린더의 후단측으로 유체가 유입된 후 토출관을 통해 토출되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 원밸브 펌프에 따르면, 상기 제1실린더의 유입구에 유체의 유입은 허용하면서도 유출은 차단하는 제1체크밸브가 구비되고, 상기 토출관이 연결되는 제1실린더의 토출구에 유체의 유입은 차단하고 유출은 허용하는 제2체크밸브가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 원밸브 펌프에 따르면, 상기 제1실린더의 내측에 상기 제1피스톤의 전진을 제한하는 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 원밸브 펌프에 따르면, 상기 진공밸브는 작업자에 의해 수동으로 온오프 작동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 원밸브 펌프에 따르면, 상기 진공밸브는 정해진 간격으로 인가되는 전기적 신호에 따라 온오프 작동되는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 원밸브 펌프는 바디에 연결된 진공관에 구비된 진공밸브를 개폐하는 동작만으로 피스톤이 실린더 내에서 왕복 이동하면서 실린더의 내부로 액상물지을 유입시키거나 토출관 통해 토출할 수 있으므로, 진공과 밸브를 조작하는데 필요한 힘을 제외하고는 대부분이 기구식으로 구성되어 추가적인 에너지 소비가 발생하지 않고, 그 구조가 매우 단순하여 고장이 우려가 없을 뿐 아니라 운전 비용과 유지 보수 비용을 대폭 절감할 수 있고 작동 과정에서 소음이 거의 발생하지 않게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원밸브 펌프를 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명의 원밸브 펌프에서 진공밸브가 의해 바디에 부압이 인가된 상태를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 바디 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 원밸브 펌프에서 진공밸브가 차단단 상태를 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 바디 부분 확대도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 원밸브 펌프에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예를 나타내기 위한, 도 1은 본 발명에 따른 원밸브 펌프를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 원밸브 펌프에서 진공밸브가 의해 바디에 부압이 인가된 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2의 바디 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 원밸브 펌프에서 진공밸브가 차단단 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 바디 부분 확대도이다.

본 발명에 의한 원밸브 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이, 저장소(50)의 유체를 흡입 저장하는 바디(10)와, 유체를 토출관(40)을 통해 토출하도록 상기 바디(10)의 내측에 구비되는 토출용 실린더장치(20)와, 유체의 토출을 위하여 상기 토출용 실린더장치(20)를 작동시키는 구동용 실린더장치(30)를 포함한다.

상기 바디(10)는 저장소(50)로부터 일정 정도 상측에 배치됨과 아울러, 하단부가 저장소(50)에 흡입관(51)으로 연결되고 상단부는 진공관(52)에 연결되는 것으로, 상기 진공관(52)에 구비된 진공밸브(15)에 의해 인가되는 부압을 이용하여 저장소(50)의 유체를 진공 흡입하도록 구성된다. 통상적으로 저장소(50)가 개방형인 경우 대기압이 작용하므로, 상기 저장소(50)의 수두(H)는 10m가 된다. 따라서, 상기 바디(10)는 저장소(50)의 액면으로부터 10m 이내의 높이에 배치되어야 하며, 유체는 수두인 10m 이상으로는 올라가지 않게 된다.

그리고, 상기 토출용 실린더장치(20)는 바디(10)의 내부에 임시 저장된 유체를 토출관(40)을 통해 토출하기 위한 장치로, 상기 바디(10)의 내부에 설치된다. 이를 위하여 상기 토출용 실린더장치(20)는 선단부에 유체가 유입되는 개구부가 형성되고 후단측에 유체를 토출하는 토출관(40)이 연결됨과 아울러 바디 내부의 유체가 유입되는 유입구와 내부의 액상 물질이 토출관(40)으로 토출되도록 하는 토출구가 형성되는 제1실린더(21)와, 상기 토출관(40)을 통해 유체가 토출되도록 상기 제1실린더(21)의 내부에서 왕복 이동되는 제1피스톤(22)과, 상기 제1실린더(21)의 내측에 구비되어 상기 제1피스톤(22)의 전진을 제한하는 스토퍼(23)를 포함한다. 이때, 상기 스토퍼(23)가 설치되는 위치는 상기 토출관(40)을 통해 1회에 배출될 수 있는 송출량에 따라 결정한다.

상기 제1피스톤(22)는 제1실린더(21)의 선단부에 형성된 개구부를 통해 인가되는 부압에 의해 전진 이동되어 상기 제1실린더(21)의 후단측에 형성된 유입구를 통해 유체가 제1실린더(21)의 후단 내측으로 유입되도록 하고, 상기 제1피스톤(22)이 후퇴하는 과정에서 상기 제1실린더(21)의 후단 내측에 있던 유체가 상기 토출관(40)을 통해 토출되도록 한다.

그리고, 상기 진공관(52)에 의해 상기 바디(10)에 인가되는 부압이 상기 제1실린더(21)의 후단측에는 작용하지 않도록 함과 아울러 상기 제1피스톤(22)이 후퇴할 때 제1실린더(21)의 유체가 바디(10) 측으로 역류하지 않도록 상기 제1실린더(21)의 유입구에는 유체의 유입은 허용하면서도 유출은 차단하는 제1체크밸브(41)가 구비된다. 또, 상기 토출관(40)이 연결되는 제1실린더(21)의 토출구에 유체의 유입은 차단하고 유출은 허용하는 제2체크밸브(42)가 구비됨으로써, 상기 제1피스톤(22)이 전진 이동할 때 상기 토출관(40)의 유체가 제1실린더(21)의 후단 내측으로 역류하지 않도록 한다.

상기 구동용 실린더장치(30)는 토출용 실린더장치(20)의 제1피스톤(22)을 왕복 이동시키기 위한 것으로, 상기 토출용 실린더장치(20)의 후단측에 설치된다. 구체적으로, 상기 구동용 실린더장치(30)는 선단부에 상기 제1실린더(21)의 후단에 연통되는 개구부가 형성되고 후단부에 공기가 출입하는 하나 이상의 개구부가 형성된 제2실린더(31)와, 상기 제1피스톤(22)과 일체로 이동하도록 상기 제2실린더(31)의 내부에 구비되는 제2피스톤(32)과, 상기 바디(10)에 인가되는 부압에 대응하여 상기 제1피스톤(22)과 제2피스톤(32)을 후방측으로 이동시키는 이동력이 발생하도록 상기 제2피스톤(32)의 로드에 와이어로 연결되는 중량체(35)를 포함한다.

이때, 상기 중량체(35)의 중량은 상기 진공밸브(15)에 의해 부압이 차단되었을 때 상기 제1피스톤(22)과 제2피스톤(32)을 후방으로 이동시킬 수 있으면서도, 상기 진공밸브(15)에 의해 부압이 인가되었을 때에는 상기 제1피스톤(22)과 제2피스톤(32)이 전방으로 이동할 수 있는 정도로 설정한다

그리고, 상기 진공밸브(15)는 작업자에 의해 수동으로 온오프 작동되는 수동식 밸브일 수도 있고, 정해진 간격으로 인가되는 전기적 신호에 따라 온오프 작동되는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수도 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 원밸브 펌프는 진공밸브를 조작하여 저장소의 유체를 토출관을 통해 토출하게 된다.

구체적으로, 진공관(52)에 구비된 진공밸브(15)를 조작하여 바디(10)에 부압을 인가하거나 부압을 차단함에 따라 상기 제1피스톤(22)이 왕복 이동되면서 제1실린더(21)의 후단측으로 유입된 유체를 토출관(40)을 통해 토출하게 된다.

상기 진공밸브(15)에 의해 바디(10)에 부압이 인가되면, 이 부압에 의해 상기 제1피스톤(22)이 전방으로 이동하면서 제1실린더(21)의 후단 내측으로 바디(10)의 유체가 유입되고, 상기 진공밸브(15)에 의해 진공관(52)이 차단되어 부압이 약해지면 상기 중량체(35)에 의해 제2피스톤(32)과 제1피스톤(22)이 후방으로 이동하면서 제1실린더(21)의 후단 내측으로 유입된 유체가 토출관(40)을 통해 토출된다.

이를 더욱 자세하게 설명해보면 다음과 같다.

상기 진공밸브(15)를 조작하여 바디(10)에 부압을 인가하면, 도 2와 3에 도시된 바와 같이, 부압에 의해 저장소(50)의 유체가 흡입관(51)을 통해 흡입되어 바디(10)의 내부로 유입된다. 이와 동시에, 상기 바디(10)에 인가된 부압에 의해 토출 실린더장치(20)의 제1피스톤(22)과 구동 실린더장치(30)의 제2피스톤(32)이 전진 이동하면서 중량체(35)가 상향 이동된다. 이때, 상기 구동 실린더장치(30)의 제2실린더(32)는 후단부에 공기가 유입되는 개구부가 형성되어 있으므로 큰 저항을 받지 않고 전진 이동하게 된다. 그리고, 상기 제1피스톤(22)이 전진 이동함에 따라, 상기 제1피스톤(220의 후방측에 부압이 인가되어 상기 바디(10)의 유체가 제1실린더(21)의 유입구에 구비된 제1체크밸브(41)를 통과하여 상기 제1실린더(21)의 후방 내측으로 유입된다.

이후, 상기 진공밸브(15)를 조작하여 상기 바디(10)에 인가되는 부압을 차단하면, 상기 제1피스톤(22)에 부압이 작용하지 않게 된다. 이에 따라, 도 4와 5에 도시된 바와 같이, 상기 중량체(35)의 하중에 의해 상기 토출 실린더장치(20)의 제1피스톤(22)과 구동 실린더장치(30)의 제2피스톤(32)이 후진 이동하게 되고, 상기 제1실린더(21)와 제2실린더(31)의 전방측으로 바디(10)의 유체가 유입된다. 그리고, 상기 제1실린더(21)의 후단 내측으로 유입된 유체는 제1피스톤(22)의 후퇴에 따라 작용하는 압력에 의하여 토출관(40)과의 연결부에 구비된 제2체크밸브(42)를 거쳐 토출관(42)으로 토출된다.

이상의 과정을 반복하게 되면, 상기 저장소(50)의 유체가 바디(10)와 제1실린더(21)를 거쳐 토출관(40)으로 토출된다. 이때, 상기 진공밸브(15)는 작업자가 수동으로 조작할 수도 있고, 솔레노이드 장치에 의해 자동으로 개폐되어 유체가 펌핑되도록 할 수도 있다.

상기한 본 발명의 원밸브 펌프는 저수지 등의 물을 일정 높이로 끌어올리는 양수펌프 등으로 활용될 수 있으며, 진공밸브가 자동으로 개폐되도록 구성하여 자동 양수펌프를 구성할 수 있다.

이상에서는 제1피스톤과 제2피스톤이 후방으로 이동되도록 하기 위하여 중량체를 사용하는 것에 대하여 설명하였으나, 중량체를 사용하는 대신에 스프링을 사용할 수도 있다. 즉, 제2실린더의 내측에 구비된 제2피스톤의 앞쪽에 스프링을 설치함으로써 스프링의 탄성력에 의해 제1피스톤과 제2피스톤이 후방으로 이동되도록 구성할 수도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...바디
15...진공밸브
20...토출용 실린더장치
21...제1실린더
22...제1피스톤
23...스토퍼
30...구동용 실린더장치
31...제2실린더
32...제2피스톤
35...중량체
40...토출관
41...제1체크밸브
42...제2체크밸브
50...저장소

Claims (5)

1. 저장소(50)로부터 일정 정도 상측에 배치됨과 아울러, 하단부가 저장소(50)에 흡입관(51)으로 연결되고 상단부는 진공관(52)에 연결되어, 상기 진공관(52)에 구비된 진공밸브(15)에 의해 인가되는 부압을 이용하여 저장소(50)의 유체를 진공 흡입하는 바디(10)와;
   내부에 제1피스톤(22)이 왕복 이동하면서 후단측으로 유입된 유체를 토출하도록 선단부에 유체가 유입되는 개구부가 형성되고 후단측에 유체를 토출하는 토출관(40)이 연결됨과 아울러 바디 내부의 유체가 유입되는 유입구와 내부의 액상 물질이 토출관(40)으로 토출되도록 하는 토출구가 형성되는 제1실린더(21)를 포함하며, 상기 바디(10)의 내측에 구비되는 토출용 실린더장치(20)와;
   상기 제1피스톤(22)과 일체로 이동되는 제2피스톤(32)이 구비되고, 선단부에 상기 제1실린더(21)의 후단에 연통되는 개구부가 형성되고 후단부에 공기가 출입하는 개구부가 형성된 제2실린더(31) 및 상기 제2피스톤(32)의 로드에 와이어로 연결되며 상기 제2피스톤(32)이 후방측으로 이동하도록 상기 제2피스톤(32)에 이동력을 제공하는 중량체(35)를 포함하는 구동용 실린더장치(30);를 포함하고,
   상기 진공밸브(15)에 의한 바디(10)의 부압 인가 여부에 따라 상기 제1피스톤(22)이 왕복 이동됨과 아울러, 상기 제1피스톤(22)의 왕복 이동에 따라 상기 제1실린더(21)의 후단측으로 유체가 유입된 후 토출관(40)을 통해 토출되도록 하는 것을 특징으로 하는 원밸브 펌프.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1실린더(21)의 유입구에 유체의 유입은 허용하면서도 유출은 차단하는 제1체크밸브(41)가 구비되고,
   상기 토출관(40)이 연결되는 제1실린더(21)의 토출구에 유체의 유입은 차단하고 유출은 허용하는 제2체크밸브(42)가 구비되는 것을 특징으로 하는 원밸브 펌프.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1실린더(21)의 내측에 상기 제1피스톤(22)의 전진을 제한하는 스토퍼(23)가 구비되는 것을 특징으로 하는 원밸브 펌프.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공밸브(15)는 작업자에 의해 수동으로 온오프 작동되는 것을 특징으로 하는 원밸브 펌프.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공밸브(15)는 정해진 간격으로 인가되는 전기적 신호에 따라 온오프 작동되는 솔레노이드 밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 원밸브 펌프.
   

Images