KR20230136496A - 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치 - Google Patents

부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부스터 펌프의 내부에 축적되는 에어를 자동으로 배출하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치는 상부 케이싱(45)에 장착되어, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부(상부 케이싱(45)의 하부)에 축적되는 에어를 측정하는 모이스처 센서(110)와, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부에 쌓인 에어를 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브(120)와, 솔레노이드 밸브(120)의 작동을 제어하는 제어모듈(130)과, 제어모듈(130)의 정보를 부스터 펌프 시스템의 제어부(7)로 제공하고, 상기 제어부(7)의 신호를 제어모듈(130)로 전달하는 통신부(140)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치{SMART AIR VENTING DEVICE FOR BOOSTER PUMP}
본 발명은 부스터 펌프의 내부 상단부에 축적되는 에어를 자동으로 배출하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부스터 펌프가 기동을 정지하거나, 저수위가 발생하면, 모이스처 센서의 통전신호가 제어모듈로 입력되고, 제어모듈에서 통전신호의 측정 전압을 설정된 기준압력과 비교하여 솔레노이드 밸브를 개방함으로써, 부스터 펌프의 내부 상단부에 찬 에어를 자동으로 배출하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출장치에 관한 것이다.
대한민국 특허등록 제10-1071558호(2011년 10월 4일, 등록)에 "부스터 펌프시스템의 자동에어배출장치"가 소개되어 있다.
상기 부스터 펌프 시스템의 자동에어배출장치는 제어판넬에는 중앙처리장치(CPU)와 타이머가 구성되는 마이컴과, 모터를 제어하는 다수의 인버터가 설치되고, 상기 모터에는 펌프 케이싱의 상단에 부착된 솔레노이드밸브가 설치되며, 상기 펌프케이싱으로는 흡입밸브와 체크밸브가 부착된 토출배관이 설치되도록 구성되는 부스퍼 펌프시스템에 있어서, 상기 인버터로부터 출력되는 전류의 크기를 실시간으로 모니터링하여 출력되는 전류의 크기가 펌프의 공회전으로 감지되면 펌프를 제어한 뒤 배관과 펌프내에 발생된 에어를 솔레노이드 밸브를 통해 배출하고, 시스템을 재가동하여 시스템의 이상진단에서 즉각적인 시스템 정지, 조치, 다시 재기동까지의 일련의 과정을 마이컴을 통해 정확히 제어한다.
그러나, 상기 부스터 펌프시스템의 자동에어배출장치는 출력 전류값을 연산하여 저수위를 판단하고, 저수위로 판단되면, 솔레노이드 밸브를 개방하여 에어를 제거하기 때문에, 저수위 발생원인이 다양하여 출력 전류값으로 저수위를 판단하는 것은 오작동의 여지가 있으며, 저수위가 발생했어도 펌프의 내부에 에어가 꼭 차있는 것은 아니어서, 저수위 판단시 무조건 솔레노이드 밸브를 개방하는 것은 효율적이 제어라고 할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 부스터 펌프의 상부 케이싱에 모이스처 센서(moisture sensor)를 장착하여, 부스터 펌프가 기동을 정지하거나, 저수위가 발생하면, 모이스처 센서의 통전신호가 제어모듈로 입력되고, 제어모듈에서 통전신호의 측정 전압을 설정된 기준 전압과 비교하여, 솔레노이드 밸브를 개방함으로써, 부스터 펌프의 내부 상단부에 찬 에어를 자동으로 배출할 수 있어, 미케니컬 씰 등과 같은 부품의 파손을 예방할 수 있는 부스터 펌프용 스마트 에어배출장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부스터펌프용 스마트 에어배출 장치는 상부 케이싱에 장착되어, 부스터 펌프의 내부 상단부(상부 케이싱의 하부)에 축적되는 에어를 측정하는 모이스처 센서와, 부스터 펌프의 내부 상단부에 쌓인 에어를 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브와, 솔레노이드 밸브의 작동을 제어하는 제어모듈과, 제어모듈의 정보를 부스터 펌프 시스템의 제어부로 제공하고, 상기 제어부의 신호를 제어모듈로 전달하는 통신부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 모이스처 센서는 한 쌍의 탐침자가 부스터 펌프의 내부 상단부(상부 케이싱의 하부)에 배치되어, 한 쌍의 탐침자가 물에 닿는 수위에 따라 통전신호의 측정전압이 달라지며, 설정된 임계 수위(Hcritical)에서 가장 낮은 전압(Vcritical)이 측정되고, 에어배출정지수위(Hmax)에서 가장 높은 에어배출정지 전압(Vmax)이 측정되는 것을 특징으로 한다.
상기 솔레노이드 밸브는 개폐만을 제어하거나, 모이스처 센서의 측정전압에 따라 개폐를 비례제어를 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 부스터펌프용 스마트 에어 배출장치는 부스터 펌프의 에어 제거를 자동화할 수 있고, 부스터 펌프의 내부 상단부에 에어가 축적되어 발생하는 공회전으로 인한 부스터 펌프의 오작동이나 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 부스터펌프시스템을 도시한 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 부스터 펌프용 스마트 에어배출장치가 장착된 부스터 펌프를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 부스터 펌프용 스마트 에어배출장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 모이스처 센서가 부스터 펌프 내에서 수위를 검출하는 예를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스마트 에어 배출 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스마트 에어 배출 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 부스터 펌프 시스템은 흡입배관(1)과 토출배관(2) 사이에 복수개의 부스터 펌프(5)가 병렬로 배열되고, 각각의 부스터 펌프(5)가 자신의 인버터(6)에 의해 각각 제어되고, 각각의 인버터(6)가 제어부(7)에 의해 제어되고, 흡입배관(1)에 저수위 센서(3)가 장착되어, 저수위 센서(3)가 흡입배관(1)의 저수위를 감지하게 된다.
도 2를 참조하면, 상기 부스터 펌프(5)는 입형다단원심펌프로서, 흡입구(11)와 토출구(12)가 형성된 하부 케이싱(10)에 아웃터 슬리브(20)와 다단으로 적층된 스테이지(30)가 각각 장착되고, 아웃터 슬리브(20)의 내부에 다단으로 적층된 스테이지(30)가 배치되어, 다단으로 적층된 스테이지(30)와 아웃터 슬리브(20) 사이에 유로(25)이 형성되며, 아웃터 슬리브(20)의 상단에 상부 케이싱(45)이 장착되고, 각각의 스테이지(30) 내부에 임펠러(330)와 디퓨져(350)가 배치되며, 모터(50)의 구동축(55)과 커플링(65)에 의해 연결된 회전축(60)에 임펠러(330)가 결합되어, 회전축(60)에 의해 임펠러(330)가 스테이지(30) 내에서 회전하게 되며, 회전축(60)에 끼워진 미케니컬 시일(70)에 의해 유체의 누출이 방지된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치(100)는 부스터 펌프(5)의 상부 커버(45)에 장착되어, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부에 쌓인 에어를 검출하고 자동으로 배출하기 위한 것으로서, 상부 케이싱(45)에 장착되어, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부(상부 케이싱(45)의 하부)에 축적되는 에어를 측정하는 모이스처 센서(110)와, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부에 쌓인 에어를 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브(120)와, 솔레노이드 밸브(120)의 작동을 제어하는 제어모듈(130)과, 제어모듈(130)의 정보를 부스터 펌프 시스템의 제어부(7 ; 도 1 참조)로 제공하고, 상기 제어부(7)의 신호를 제어모듈(130)로 전달하는 통신부(140)로 구성된다.
상기 모이스처 센서(110)는 도 4에 도시된 것처럼, 한 쌍의 탐침자(111)가 부스터 펌프(5)의 내부 상단부(상부 케이싱(45)의 하부)에 배치되어, 한 쌍의 탐침자(111)가 물에 닿는 수위에 따라 통전신호의 측정전압이 달라지며, 설정된 임계 수위(Hcritical)에서 가장 낮은 전압(Vcritical)이 측정되고, 에어배출정지 수위(Hmax)에서 가장 높은 에어배출정지 전압(Vmax)이 측정된다.
상기 솔레노이드 밸브(120)는 이미 잘 알려져 있어 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 상기 솔레노이드 밸브(120)는 개폐만을 제어하거나, 모이스처 센서(110)의 측정전압에 따라 개폐를 비례제어를 할 수 있다.
상기 통신부(140)는 부스터 펌프 시스템의 제어부(7)의 통신부와 유선 또는 무선 통신을 수행하게 된다. 특히, 무선 통신은 지그비(Zigbee) 통신일 수 있다.
상기와 같이 구성된 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치(100)를 이용한 본 발명에 따른 스마트 에어 배출 방법은 정기적으로 관리하는 방법과 부스터 펌프 시스템에서 저수위가 판정되었을 때 수행하는 비상관리방법으로 구분된다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스마트 에어 배출 방법은 정기적으로 관리하는 방법이다.
어느 한 부스터 펌프(5a ; 도 1 참조)가 설정시간(tcritical) 동안 구동한 후 정지하면, 인버터 부스터 펌프 시스템의 제어부는 해당 부스터 펌프를 에어관리모드로 전환한다(S111).
상기 설정시간(tcritical)은 일반적으로 일주일에 1번 관리될 수 있도록, 예를 들어 100시간으로 설정되며, 부스터 펌프의 설치 및 운전 환경에 따라 변동될 수 있다. 그리고, 에어관리모드에서는 해당 부스터 펌프의 정지상태가 계속해서 유지된다.
이후, 해당 부스터 펌프(5a)에 장착된 스마트 에어배출 장치(100)의 통신부(140)를 통해 제어모듈(130)로 에어관리신호를 제공한다(S112).
상기 제어모듈(130)은 해당 부스터 펌프에 장착된 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는다(S113).
그리고, 상기 제어모듈(130)은 입력된 통전신호의 측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)±편차 범위내에 있는가?를 판단한다(S114).
측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)±편차 범위내에 있으면, 솔레노이드 밸브를 개방한다(S115).
이때, 측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)+편차 이상으로 에어배출정지 전압(Vmax)을 초과하면, 제어모듈(130)은 작업을 종료하고, 종료 신호를 부스터 펌프 시스템의 제어부로 전송하는 S118 단계로 점프한다.
솔레노이드 밸브(120)를 개방한 후, 제어모듈(130)은 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는다(S116).
그리고, 상기 제어모듈(130)은 입력된 통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작은가?를 판단한다(S117).
통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작지않으면, 제어모듈(130)은 솔레노이드 밸브(120)를 닫고, 종료 신호를 부스터 펌프 시스템의 제어부로 전송한다(S118).
통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작으면, 솔레노이드 밸브(120)의 개방 상태를 유지하면서, 제어모듈(130)은 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는 S116 단계로 피드백한다.
상기 제어부는 종료 신호가 입력되면, 에어관리모드 정지하고 일반 모드로 전환한다(S119).
상기 기준전압(Vaverage)은 모이스처 센서의 감지를 위한 기준값을 의미하며, 예를 들어, 2.5V로 설정되고, 민감도 조절을 위해 기준이 조절될 수 있다.
상기 에어배출정지 전압(Vmax)은 개방된 솔레노이드 밸브의 닫기 위한 문턱값이며, 기준전압(Vaverage) + 닫힘 편차(close offset)로 표현되고, 기준전압값보다 0.1V ~1.0V 높게 설정된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스마트 에어 배출 방법은 부스터 펌프 시스템에서 저수위가 판정되었을 때 수행하는 비상관리 방법이다.
저수위가 판정되면, 인버터 부스터 펌프 시스템의 제어부는 모든 부스터 펌프의 작동을 일지 정지한다(S211).
이후, 제어부는 모든 부스터 펌프를 에어관리모드로 전환한다(S212).
이후, 제어부는 모든 부스터 펌프에 장착된 스마트 에어배출 장치(100)의 제어모듈(130)로 에어관리신호를 제공한다(S213).
각각의 제어모듈(130)은 자신의 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는다(S214).
그리고, 각각의 제어모듈(130)은 입력된 통전신호의 측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)±편차 범위내에 있는가?를 판단한다(S215).
측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)±편차 범위내에 있으면, 해당 부스터 펌프의 솔레노이드 밸브를 개방한다(S216).
이때, 측정 전압(V)이 기준전압(Vaverage)+편차 이상으로 에어배출정지 전압(Vmax)을 초과하면, 각각의 제어모듈(130)은 작업을 종료하고, 종료 신호를 부스터 펌프 시스템의 제어부로 전송하는 S219 단계로 점프한다.
솔레노이드 밸브(120)를 개방한 후, 제어모듈(130)은 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는다(S217).
그리고, 상기 제어모듈(130)은 입력된 통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작은가?를 판단한다(S218).
통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작지않으면, 제어모듈(130)은 솔레노이드 밸브(120)를 닫고, 종료 신호를 부스터 펌프 시스템의 제어부로 전송한다(S219).
통전신호의 측정 전압(V)이 에어배출정지 전압(Vmax)보다 작으면, 솔레노이드 밸브(120)의 개방 상태를 유지하면서, 제어모듈(130)은 모이스처 센서(110)로부터 통전신호를 입력받는 S217 단계로 피드백한다.
상기 제어부는 모든 부스터 펌프의 제어모듈로부터 종료 신호가 입력되면, 에어관리모드 정지하고 일반 모드로 전환한다(S220).
상기와 같은 본 발명에 따른 부스터 펌프용 스마트 공기배출 장치 및 방법은 임계시간 이상 구동후 정지한 부스터 펌프를 에어관리모드로 전환하여 부스터 펌프의 내부 상단부에 찬 에어를 제거하고, 부스터 펌프 시스템에 저수위가 발생하면, 모든 부스터 펌프를 정지하고, 에어관리모드로 전환하여, 각각의 부스터 펌프의 내부 상단부에 찬 에어를 제거함으로써, 에어 제거를 자동화할 수 있고, 부스터 펌프의 오작동이나 파손을 방지할 수 있는 장점이 있다.
100 : 스마트 에어배출장치 110 : 솔레노이드 밸브
120 : 모이스처 센서 130 : 제어모듈
140 : 통신부

Claims (3)

  1. 상부 케이싱(45)에 장착되어, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부(상부 케이싱(45)의 하부)에 축적되는 에어를 측정하는 모이스처 센서(110)와, 부스터 펌프(5)의 내부 상단부에 쌓인 에어를 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브(120)와, 솔레노이드 밸브(120)의 작동을 제어하는 제어모듈(130)과, 제어모듈(130)의 정보를 부스터 펌프 시스템의 제어부(7)로 제공하고, 상기 제어부(7)의 신호를 제어모듈(130)로 전달하는 통신부(140)로 구성되는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모이스처 센서(110)는 한 쌍의 탐침자(111)가 부스터 펌프(5)의 내부 상단부(상부 케이싱(45)의 하부)에 배치되어, 한 쌍의 탐침자(111)가 물에 닿는 수위에 따라 통전신호의 측정전압이 달라지며, 설정된 임계 수위(Hcritical)에서 가장 낮은 전압(Vcritical)이 측정되고, 에어배출정지수위(Hmax)에서 가장 높은 에어배출정지 전압(Vmax)이 측정되는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브(120)는 개폐만을 제어하거나, 모이스처 센서(110)의 측정전압에 따라 개폐를 비례제어를 할 수 있는 것을 특징으로 하는 부스터 펌프용 스마트 에어배출 장치.
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