KR20150075889A

KR20150075889A - 복동전자식 펌프

Info

Publication number: KR20150075889A
Application number: KR1020130164283A
Authority: KR
Inventors: 고용권; 박정균; 권장순; 박경우; 지성훈; 류지훈
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-07-06
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: KR101588686B1

Abstract

본 발명은 전자석의 세기를 강하게 하는 것에 양수시 흡입력 및 배출력을 증대시킬 수 있고, 간단한 구조를 가지면서도 배출되는 양수량을 보장할 수 있는 복동전자식 펌프에 관한 것으로, 내부에 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 일측에 배치되는 제1전자석; 상기 하우징의 타측에 배치되고 상기 제1전자석과 다른 극성을 가지도록 제2전자석; 상기 공간 내에 이동가능하도록 설치되고, 상기 공간을 상기 제1전자석 측의 제1공간과 상기 제2전자석측의 제2공간으로 상호 격리되도록 구분하는 영구자석을 가지는 피스톤; 상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트; 상기 제2공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제2흡입포트; 상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트; 상기 제1공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제1배출포트; 및 상기 제2공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제2배출포트를 포함하고, 상기 제1전자석과 상기 제2전자석은 상기 피스톤을 왕복이동하도록 극성이 변하는 것을 특징으로 한다.

Description

복동전자식 펌프{Dual acting electromagnetic pump}

본 발명은 복동전자식 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자석의 세기를 강하게 하는 것에 양수시 흡입력 및 배출력을 증대시킬 수 있고, 간단한 구조를 가지면서도 배출되는 양수량을 보장할 수 있는 복동전자식 펌프에 관한 것이다.

시추공에서 종래에는 지하수를 양수하기 위하여 양수펌프와 수중펌프를 사용하여 왔다. 양수펌프는 지상에서 흡입력으로 지하수를 양수하는 것으로 양수심도에 제약이 있었다. 수중펌프의 경우 양수 펌프에 비해 더 깊은 심도에서 지하수를 양수할 수 있으나, 채취 심도가 증가할수록 펌프의 용량과 크기가 커져야 하는데 시추공의 내부에 설치되어야 하므로 펌프의 크기가 시추공의 크기의 의해 제한되어 펌프의 용량 및 채취 심도를 증가시키는 것이 실질적으로 한계가 있었다.

작은 시추공에서 보다 깊은 지하수를 양수할 수 있도록 관성펌프 형태의 전동식 채취장치가 몇가지 개발되어 있으며, 대표적인 것으로 관성볼(한국특허등록 제10-0770051호) 또는 개폐유닛(한국특허등록 제10-1124075호)을 상하운동을 시켜 지하수를 채취한다.

그러나 상기 장치들은 지하수 취수관이 펌프 중앙에 위치하여 전자석내 철심을 삽입할 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 전자석의 세기를 강하게 하는데 제약이 따랐으며, 지하수를 양수할 수 있도록 관성볼 또는 개패유닛이 왕복할 수 있는 동력을 충분히 제공하지 못한다. 또한, 관성볼 또는 개폐유닛을 사용하기 때문에 지하수의 양수량이 매우 적은 문제점이 있다.

한국특허등록 제10-0770051호 한국특허등록 제10-1124075호

상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 전자석을 이용하여 시추공에 크기에 제약을 받지 않고 지하수의 양수 심도를 증가시키는 지하수 펌프를 제공하는데 있을 뿐만 아니라, 다양한 분야에 적용될 수 있는 간단한 구조의 복동전자식 펌프를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 해결하기 위한 본 발명은, 내부에 공간을 가지는 하우징; 상기 하우징의 일측에 배치되는 제1전자석; 상기 하우징의 타측에 배치되고 상기 제1전자석과 다른 극성을 가지도록 제2전자석; 상기 공간 내에 이동가능하도록 설치되고, 상기 공간을 상기 제1전자석 측의 제1공간과 상기 제2전자석측의 제2공간으로 상호 격리되도록 구분하는 영구자석을 가지는 피스톤; 상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트; 상기 제2공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제2흡입포트; 상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트; 상기 제1공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제1배출포트; 및 상기 제2공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제2배출포트를 포함하고, 상기 제1전자석과 상기제2전자석은 상기 피스톤을 왕복이동하도록 극성이 변하는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프이다.

상기 제1전자석과 상기 제2전자석 중 어느 일방이 상기 피스톤에 대하여 인력을 부여하는 극성을 가지는 경우, 타방은 상기 피스톤에 대하여 척력을 부여하는 극성을 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1배출포트와 상기 제2배출포트는 하나의 메인배출관에 연결되는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1흡입포트와 상기 제1배출포트, 그리고, 상기 제2흡입포트와 상기 제2배출포트는 같은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 제1흡입포트와 상기 제2흡입포트는 하나의 메인흡입관에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 간단한 구조를 갖는 복동방식의 전자석 펌프를 이용하여 시추공에서 지하수를 양수할 수 있다. 특히, 시추공의 크기가 작다하더라도 펌프의 크기는 조절하여 지하수를 양수할 수 있을 뿐만 아니라 전자석의 유전력으로 생기는 영구자석에 걸리는 왕복운동의 힘이 일반 수중펌프에 비해 월등히 크고, 원하는 심도만큼 전자석의 힘을 조절함으로서, 종래 기술에서 도달하기 힘들었던 고심도 지하수도 채취가능하다. 더욱이 상기 발명 펌프는 수중펌프로만 사용 가능한 것이 아니라 간단한 구조를 가짐으로 수㎝ 크기의 극소형 펌프제작이 가능하여 유압 뿐만 아니라 공기압을 사용하는 모든 분야에 다양하게 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복동전자식 펌프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 복동전자식 펌프의 단면도이며, 피스톤이 상사점 상태이다.
도 3은 도 1의 복동전자식 펌프의 단면도이며, 피스톤이 이동 상태이다.
도 4는 도 1의 복동전자식 펌프의 단면도이며, 피스톤이 하사점 상태이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 4에서 도면부호 100은 본 발명의 실시예에 따른 복동전자식 펌프를 지시한다. 상기 복동전자식 펌프(100)는 내부에 공간(104,106)을 가지는 하우징(102)과, 상기 하우징(102)의 일측에 배치되는 제1전자석(112)과, 상기 하우징(102)의 타측에 배치되고 상기 제1전자석(112)과 다른 극성을 가지도록 제2전자석(114)과, 상기 공간(104,106) 내에 이동가능하도록 설치되고 상기 공간(104,106)을 상기 제1전자석 측의 제1공간(104)과 상기 제2전자석측의 제2공간(106)으로 상호 격리되도록 구분하는 영구자석을 가지는 피스톤(103)과, 상기 제1공간(104)에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트(116)과, 상기 제2공간(106)에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제2흡입포트(118)과, 상기 제1공간(104)에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트(126)와, 상기 제1공간(104)에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제1배출포트(134)와, 상기 제2공간(106)에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제2배출포트(136)를 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(102)은 공간을 가지며, 이 공간 내에서 상기 피스톤(103)이 왕복운동한다. 상기 하우징(102)의 일측에는 제1전자석케이싱(108)이 일체로 연결되고, 상기 하우징(102)의 타측에는 제2전자석케이싱(110)이 일체로 연결된다.

상기 제1전자석(112)과 상기 제2전자석(114)은 도시되지 않은 전기공급수단에 의해 전류가 공급되어 원하는 극성으로 자화가 되며, 항상 서로 다른 극성을 가지도록 제어된다. 상기 전기공급수단에 대한 설명은 생략한다.

상기 피스톤(103)은 영구자석 자체, 영구자석 성분이 포함된 금속 또는 플라스틱으로 형성된 것, 영구자석을 금속 또는 플라스틱으로 둘러싼 것 중 어느 하나를 선택할 수 있다. 특히, 상기 피스톤(103)은 상기 공간(104,106)을 서로 격리할 수 있도록 상기 하우징(102)의 내벽면에 대하여 실링이 완벽하게 이루어져야 하며, 추가적으로 피스톤링 등이 설치될 수 있다.

상기 피스톤(103)은 상기 제1전자석(112)과 상기 제2전자석(114)을 향하는 방향으로 양극(N과 S극)이 선택적으로 배치된다. 따라서, 상술한 바와 같이, 상기 제1전자석(112)2전자석 중 어느 일방이 상기 피스톤(103)에 대하여 인력을 부여하는 극성을 가지는 경우, 타방은 상기 피스톤(103)에 대하여 척력을 부여하는 극성을 가지는 것에 의해, 인력과 척력의 동시작용으로 상기 복동전자식 펌프(100)의 출력을 크게 할 수 있다.

그리고, 상기 제1공간(104)에는 상기 제1전자석케이싱(108)에 근접하여 제1흡입포트(116)와 제1배출포트(134)가 설치된다. 상기 제1흡입포트(116)와 상기 제1배출포트(134)는 상기 제1전자석케이싱(108)에 최대한 근접하여 같은 레벨에 위치하는 것이 유체의 흡입 및 배출에 바람직하다.

마찬가지로, 상기 제2공간(106)에는 상기 제2전자석케이싱(110)에 근접하여 제2흡입포트(118)와 제2배출포트(136)가 설치된다. 상기 제2흡입포트(118)와 상기 제2배출포트(136)는 상기 제2전자석케이싱(110)에 최대한 근접하여 같은 레벨에 위치하는 것이 유체의 흡입 및 배출에 바람직하다.

그리고, 상기 제1흡입포트(116) 및 상기 제2흡입포트(118)에는 외부로부터 유체가 유입될 경우에만 개방되는 제1흡입체크밸브(130) 및 제2흡입체크밸브(132)가 설치된다. 또, 상기 제1배출포트(134)와 상기 제2배출포트(136)에는 내부의 유체가 배출될 경우에만 개발되는 제1배출체크밸브(126) 및 제2배출체크밸브(128)이 설치된다.

상기 제1배출포트(134)는 제1배출관(120)과 연결되고, 상기 제2배출포트(136)는 제2배출관(122)과 연결되어 내부의 유체를 배출한다. 상기 제1배출관(120)과 상기 제2배출관(122)는 하나의 메인배출관(124)에 연결될 수 있다.

또, 상기 제1흡입포트(130)는 제1흡입관(138)과 연결되고, 상기 제2흡입포트(132)는 제2흡입관(140)과 연결되어 유체를 흡입할 수 있다. 그리고, 상기 제1흡입(138)과 상기 제2흡입관(140)는 하나의 메인흡입관(142)에 연결될 수 있다.

그리고, 상기 피스톤(103)의 위치가 상기 하우징의 일측 내벽에 닿거나, 타측 내벽의 닿은 경우를 검측하여 바로 상기 제1 및 제2전자석(112,114)의 극성을 바꿀 수 있도록 피스톤위치센서(144,146)가 상기 하우징(102)에 설치된다. 상기 피스톤위치센서(144,146)는 상기 제1 및 제2전자석(112,114)에 근접하여 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 복동전자식 펌프(100)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 복동전자식 펌프(100)의 작동과정에 대하여 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 복동전자식 펌프(100)를 양수하고자 하는 장소에 설치한다. 상기 복동전자식 펌프(100)를 직접 유체 내부에 침전시킨 상태에서 작업할 수도 있고, 상기 메인흡입관(142)을 양수할 유체 중에 위치시킨 상태로 작업하는 것도 가능하다.

최초에 도 2 내지 도 4의 어느 상태로 있을 수 있으며, 이하에서는 도 2의 상태로 개시한다고 하여 설명한다.

도 2의 상태에서, 제1공간(104) 내에는 잔존공기 또는 잔존유체가 있을 수 있다. 이 상태에서, 상기 제1전자석(112)에 상기 피스톤(103)에 인력을 부여하는 극성을 부여하고, 상기 제2전자석(114)에 상기 피스톤(103)에 척력을 부여하는 극성을 부여하면, 상기 피스톤(103)은 상승하기 시작하여 도 3의 상태를 거쳐 도 4의 상태가 된다. 이 때, 상기 제1공간(104) 내의 잔존공기 또는 잔존유체는 상기 피스톤(103)의 가압으로 인해 상기 제1배출포트(134)를 통해 배출되고, 상기 피스톤(103)의 이동으로 부압이 형성되는 제2공간(106)으로 상기 제2흡입포트(118)를 통해 양수하고자 하는 유체가 유입된다.

도 4의 상태로 피스톤(103)이 위치하면 반대로, 상기 제1전자석(112)에 상기 피스톤(103)에 척력을 부여하는 극성을 부여하고, 상기 제2전자석(114)에 상기 피스톤(103)에 인력을 부여하는 극성을 부여하면, 상기 피스톤(103)은 하강하기 시작하여 도 3의 상태를 거쳐 도 2의 상태가 된다. 이 때, 상기 제2공간(106) 내의 유체는 상기 피스톤(103)의 가압으로 인해 상기 제2배출포트(136)를 통해 배출되고, 상기 피스톤(103)의 이동으로 부압이 형성되는 제1공간(104)으로 상기 제1흡입포트(116)를 통해 양수하고자 하는 유체가 유입된다.

위와 같은 과정을 지속적으로 반복하면 연속적으로 유체를 양수할 수 있게 된다. 상기 펌프에 구비되는 체크밸브(126,128,130,132), 제1 및제2 배출관(120,122), 제1 및 제2흡입관(138,140)을 상기 하우징(102)에 일체형으로 제작하는 것도 가능하다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 복동전자식 펌프 102: 하우징
103: 피스톤 104: 제1공간
106: 제2공간 108: 제1전자석케이싱
110: 제2전자석케이싱 112: 제1전자석
114: 제2전자석 116: 제1흡입포트
118: 제2흡입포트 120: 제1배출관
122: 제2배출관 124: 메인배출관
126: 제1배출체크밸브 128: 제2배출체크밸브
130: 제1흡입체크밸브 132: 제2흡입체크밸브
134: 제1배출포트 136: 제2배출포트
138: 제1흡입관 140: 제2흡입관
142: 메인흡입관 144,146: 피스톤위치센서

Claims

내부에 공간을 가지는 하우징;
상기 하우징의 일측에 배치되는 제1전자석;
상기 하우징의 타측에 배치되고 상기 제1전자석과 다른 극성을 가지도록 제2전자석;
상기 공간 내에 이동가능하도록 설치되고, 상기 공간을 상기 제1전자석 측의 제1공간과 상기 제2전자석측의 제2공간으로 상호 격리되도록 구분하는 영구자석을 가지는 피스톤;
상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트;
상기 제2공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제2흡입포트;
상기 제1공간에 설치되어 부압시에만 외부로부터 유체를 흡입하는 제1흡입포트;
상기 제1공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제1배출포트; 및
상기 제2공간에 설치되어 정압시에만 내부의 유체를 배출하는 제2배출포트를 포함하고,
상기 제1전자석과 상기 제2전자석은 상기 피스톤을 왕복이동하도록 극성이 변하는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1전자석과 상기 제2전자석 중 어느 일방이 상기 피스톤에 대하여 인력을 부여하는 극성을 가지는 경우, 타방은 상기 피스톤에 대하여 척력을 부여하는 극성을 가지는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1배출포트와 상기 제2배출포트는 하나의 메인배출관에 연결되는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1흡입포트와 상기 제1배출포트, 그리고, 상기 제2흡입포트와 상기 제2배출포트는 같은 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1흡입포트와 상기 제2흡입포트는 하나의 메인흡입관에 연결되는 것을 특징으로 하는 복동전자식 펌프.