KR101553369B1 - 공압식 유체펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공압식 유체펌프에 관한 것으로, 좀더 상세하게 설명하자면, 압축공기에 의해서 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러를 내장하고 있는 케이싱 및 커버와, 상기 케이싱을 받쳐주는 받침대, 그리고 상기 임펠러로 압축공기를 공급하는 공기압축기로 구성되어 있어서, 마치 토네이도(tornado)처럼 회전하는 압축공기의 힘으로 유체를 흡입하여 다시 토출하기 때문에 회전모터가 필요 없고, 특히 맨홀용으로 사용하기에 적합한 공압식 유체펌프에 관한 것이다.

Description

공압식 유체펌프{Pneumatic fluid pump}

본 발명은 공압식 유체펌프에 관한 것으로, 좀더 상세하게 설명하자면, 압축공기에 의해서 회전하는 임펠러와, 상기 임펠러를 내장하고 있는 케이싱 및 커버와, 상기 케이싱을 받쳐주는 받침대, 그리고 상기 임펠러로 압축공기를 공급하는 공기압축기로 구성되어 있어서, 마치 토네이도(tornado)처럼 회전하는 압축공기의 힘으로 유체를 흡입하여 다시 토출하기 때문에 회전모터가 필요 없고, 특히 맨홀용으로 사용하기에 적합한 공압식 유체펌프에 관한 것이다.

유체펌프는 일반적으로 모터나 엔진, 터빈 등의 구동기로부터 동력을 전달받아 이송관을 통해 물과 같은 유체를 수송하는 장치로서, 예컨대 탄광이나 건물, 선박 등의 배수용이나 양수용, 상하수도용 또는 각종 플랜트용 등으로 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 유체펌프는 그 구조에 따라 왕복펌프, 로터리(회전)펌프, 원심펌프, 축류펌프, 마찰펌프 및 기타 펌프로 대별되며, 물 뿐만 아니라 석유나 각종 약품 또는 펄프, 생활오수 등과 같은 특수한 유체를 수송하는 용도로 사용되기도 한다.

종래에 예컨대 하수도 맨홀에 고인 빗물이나 오수를 배수하는 용도로 사용하기에 적합하도록 개발된 유체펌프를 살펴보면, 예컨대 공개특허 제10-2004-0092606호(2004년 11월 04일)에는 맨홀 바닥으로 유입되는 오수가 한 곳으로 모이도록 원형조가 형성된 블록을 설치하고, 상기 블록의 원형조 내에는 와류 유도용 스크류형 펌프를 설치하여, 상기 펌프의 가동시 임펠러의 회전에 의해 상기 원형조의 내부 전체에는 펌프 측으로 흡입되어 올라가는 강한 와류를 유도하는 우수 및 오수처리용 맨홀의 배수펌프장치가 소개되어 있다.

또한, 등록실용신안 제20-0173312호(1999년 12월 17일)에는 첨부 도 1과 같이, 유입구(31)와 토출구(33)가 설치된 케이싱(30)과, 상기 케이싱(30)의 내부에서 회전하는 임펠러(40)와, 상기 임펠러(40)를 회전시켜 주는 플렉시블 케이블(20)과. 상기 플렉시블 케이블(20)에 회전통력을 제공하는 원동기(도시하지 않음)로 구성된 맨홀용 펌프가 소개되어 있다.

상기 맨홀용 펌프는 케이싱과 원동기가 분리되어 있어서, 맨홀 속에는 상기 케이싱만 설치하고, 상기 원동기는 맨홀 밖에 설치함으로써 전체적인 장비의 성능과 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

공개특허 제10-2004-0092606호(2004년 11월 04일) 등록실용신안 제20-0173312호(1999년 12월 17일)

그러나 종래의 유체 펌프는 기본적으로 유체가 임펠러의 날개를 통과하기 때문에 상기 유체 속에 나뭇잎 등과 같은 부유물이 포함되어 있을 경우에는 상기 부유물들이 임펠러 날개에 끼어서 잦은 고장을 일으키는 원인된다. 또한, 상기 임펠러를 회전시켜 주는 수단으로 대부분 모터를 사용하고 있기 때문에 이를 지하실이나 맨홀과 같이 습기가 많은 장소에 장시간 설치할 경우에는 상기 모터 내부에 녹이 발생하는 등 내구성이 크게 단축되는 문제가 있었다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압축공기의 힘으로 유체를 흡입하여 다시 압축공기의 힘으로 유체를 토출하기 때문에 습기에 강하고, 또한 유체 중에 나뭇잎과 같은 부유물이 포함되어 있어도 이를 효율적으로 흡입하여 토출할 수 있는 공압식 유체펌프를 제공하는 것이다.

본 고안에 따른 공압식 유체펌프는, 원통형 흡입관과, 상기 흡입관의 하단 및 상단에 각각 설치된 플랜지와, 상기 플랜지 사이에서 상기 흡입관에 나란히 부착된 다수개의 회전날개와, 상기 흡입관을 관통하여 안쪽으로 비스듬히 상향 돌출된 다수개의 제1 공압노즐로 이루어진 임펠러와; 상기 임펠러의 측면을 둘러싸는 원통형 임펠러 하우징과, 상기 임펠러 하우징의 하단에서 상기 임펠러의 하단 플랜지를 받쳐주는 하단지지부와, 상기 하단 플랜지와 하단지지부 사이에 설치된 베어링과, 상기 하단지지부의 안쪽둘레에서 상기 흡입관과 연통하도록 하향 돌출된 흡입구와, 상기 하우징에 둘레방향으로 설치되어 상기 회전날개를 향하여 압축공기를 분사하는 다수개의 제2 공압노즐을 갖는 케이싱과; 상기 하우징의 상단에 결합되어 상기 임펠러의 상단 플랜지를 덮는 상단지지부와, 상기 상단 플랜지와 상단지지부 사이에 설치된 베어링과, 상기 상단지지부의 안쪽둘레에서 상기 흡입관과 연통하도록 상향 돌출된 토출구를 갖는 커버와; 상기 하단지지부의 저면에 설치되어 상기 케이싱을 받쳐주면서 받침대와; 상기 제2 공압노즐에 각각 압축공기를 공급하는 공기압축기; 를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 공압식 유체펌프는 모터를 사용하지 않기 때문에 습기에 강하고, 또한 유체 중에 부유물이 포함되어 있어도 이를 효율적으로 이송시킬 수 있기 때문에 특히 지하실이나 맨홀과 같이 습기가 많은 장소에 장시간 설치해 두고 사용하기에 적합한 효과가 있다.

도 1은 종래 맨홀용 펌프의 구조를 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 공압식 유체펌프의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 상기 도 2에서 임펠러(10)의 구조를 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 다만, 종래 기술로 예시한 도 1과 상관없이, 본 발명을 설명하는 도 2 내지 도 3에서는 모든 구성요소에 대하여 새로운 명칭과 도면부호를 부여한다. 그리고, 본 발명을 실시하는데 꼭 필요한 구성이라 하더라도 통상적인 기술에 속하거나 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

본 발명에 따른 공압식 유체펌프는 임펠러(10)와, 상기 임펠러(10)를 내장하고 있는 케이싱(20) 및 커버(30), 상기 케이싱(20)을 받쳐주는 받침대(40), 그리고 상기 임펠러(10)로 압축공기를 공급하는 공기압축기(50)를 포함하여 구성된다.

먼저 임펠러(10)는 원통형 흡입관(11)의 하단 및 상단에 각각 수평방향으로 확장된 플랜지(12a,12b))가 설치되어 있고, 상기 흡입관(11)의 바깥둘레에는 양쪽플랜지(12a,12b) 사이에 다수개의 회전날개(13)가 나란히 부착되어 있는 구조로 이루어진다.

그리고, 상기 흡입관(11)에는 상기 회전날개(13)들 사이의 공간에서 흡입관(11)을 관통하여 흡입관(11) 안쪽으로 비스듬히 상향 돌출된 다수개의 제1 공압노즐(14)이 설치되어 있다.

이때, 상기 제1 공압노즐(14)은 도 2 및 3에서 보는 바와 같이, 상기 흡입관(11)의 상단에 설치되는 것이 바람직하고, 각도는 상단 플랜지(12b)에 대하여 40~60도의 경사각을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1 공압노즐(14)의 개수는 상기 흡입관(11)의 직경에 따라 차이가 있으나, 6 ~ 18개 정도 설치되는 것이 바람직하다.

다음으로 케이싱(20)은 상기 임펠러(10)의 측면과 하면을 둘러싸는 것으로, 임펠러 하우징(21)과 하단지지부(22), 베어링(23), 흡입구(24) 및 제2 공압노즐(25)을 갖는다.

상기 임펠러 하우징(21)은 원통형 구조로서 상기 회전날개(13)를 둘레방향으로 감싸고 있다. 상기 하단지지부(22)는 상기 임펠러 하우징(21)의 하단에서 상기 임펠러(10)의 하단 플랜지(12a)를 받쳐주고 있으며, 상기 베어링(23)은 하단 플랜지(12a)와 하단지지부(22) 사이에 설치되어 있다. 상기 흡입구(24)는 상기 하단지지부(22)의 안쪽둘레에서 상기 흡입관(11)과 연통하도록 하향 돌출되어 있다.

그리고 상기 제2 공압노즐(25)은 상기 하우징(21)에 둘레방향으로 다수개 설치되어 상기 회전날개(13)를 향하여 압축공기를 분사하도록 구성되어 있다. 이를 위해 상기 회전날개(13)의 단부와 하우징(21)의 내벽 사이에는 약간의 간격을 두고 있는 것이 바람직하다. 그래서 상기 제2 공압노즐(25)을 통해 분사되는 압축공기가 상기 회전날개(13)에 부딪치는 힘에 의해서 상기 임펠러(10)가 회전하도록 구성되어 있다.

상기 흡입구(24)의 상단은 상기 흡입관(11)과 같은 직경을 갖지만, 밑으로 갈수록 내경이 축소되는 깔대기 형상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 회전날개(13)는 상기 제2 공압노즐(25)에서 분사되는 압축공기의 손실을 줄일 수 있도록 상기 흡입관(11)의 반지름 방향에 대하여 일 방향으로 경사를 갖거나, 나선형 구조를 갖는 것이 바람직하다.

다음으로 커버(30)는 상단지지부(31)와 베어링(32) 및 토출구(33)로 구성된다. 상기 상단지지부(31)는 상기 하우징(21)의 상단에 결합되어 상기 임펠러(10)의 상단 플랜지(12b)를 덮고 있다. 상기 베어링(32)은 상기 상단 플랜지(12b)와 상단지지부(31) 사이에 설치되고, 상기 토출구(33)는 상기 상단지지부(31)의 안쪽둘레에서 상기 흡입관(11)과 연통하도록 상향 돌출되어 있다. 상기 토출구(33)에는 배출호스(34)가 연결되어 있다.

상기 하우징(21)의 상단 테두리와 상기 상단지지부(31)의 외곽 테두리에는 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 케이싱(20)과 커버(30)를 한몸으로 결합해 주는 결합볼트와 결합너트가 체결되어 있다. 그리고 상기 베어링(23,32)은 상기 임펠러(10)가 임펠러 하우징(21) 내에서 원활하게 회전하도록 도와준다.

상기 받침대(40)는 상기 케이싱(20)을 받쳐주는 것으로, 상기 하단지지부(22)의 저면에 설치되어 상기 흡입구(24)를 둘러싸고 있다. 이때, 상기 받침대(40)의 높이는 상기 흡입구(24)의 하단이 지면과 약간의 간격을 두고 있을 정도의 높이를 갖는 것이 바람직하다. 상기 받침대(40)는 그 주변에 고여 있는 유체가 상기 흡입구(24) 쪽으로 흘러들어 올수 있도록 지면과 접촉하는 부분에 다수개의 공간을 갖는 것이 바람직하다.

마지막으로 공기압축기(50)는 상기 제2 공압노즐(25)에 각각 압축공기를 공급하는 기능을 하는 것으로, 이러한 목적을 달성할 수 있는 것이라면, 종래의 공기압축기 중 어느 것을 사용해도 좋다. 상기 공기압축기(50)와 상기 제2 공압노즐(25)은 공압호스(51)에 의해서 서로 연결되어 있다.

이하, 맨홀 속에 고인 오수를 배출하는 경우를 상정하여 본 발명에 따른 공압식 유체펌프의 사용방법과 작용효과를 설명한다. 상기 맨홀 속에 본 발명의 유체펌프를 설치하되, 공기압축기(50)는 맨홀 밖에 배치하고, 투출구(33)에 연결된 배출호스(34)는 출구가 맨홀 밖으로 향하도록 설치한다.

상기 공기압축기(50)에 연결된 공압호스(51)를 통해서 제2 공압노즐(25)로 압축공기를 공급하면, 상기 제2 공압노즐(25)를 통해 분사되는 압축공기가 임펠러(10)를 회전시키면서 동시에 제1 공압노즐(14)을 통과하여 토출구(33) 속으로 분출된다.

이와 같이, 상기 임펠러(10)가 고속으로 회전하면서 제1 공압노즐(14)를 통해서 압출공기를 분사하면, 상기 압출공기가 함께 마치 토네이도(tornado)처럼 회오리 바람을 일으키면서 상기 흡입관(11) 내부에 있는 공기와 함께 투출구(33)로 빠져 나가게 된다.

이렇게 되면, 소위 ‘베르누이의 원리’에 의해서 상기 흡입구(24)의 압력이 급격히 저하되면서 상기 흡입구(24) 주변에 있는 유체, 즉 맨홀 바닥에 고여 있는 빗물이나 오수, 슬러지 등이 상기 흡입구(24) 속으로 빨려 들어간 다음, 흡입관(11)과 도출구(33) 및 배출호스(34)를 통해서 맨홀 밖으로 배출된다.

이때, 상기 받침대(40)에는 맨홀 내부의 수위를 측정할 수 있는 센서를 설치하여, 상기 맨홀 내부에 고인 오수가 일정 수위 이상으로 차오르면, 상기 센서에 의해서 상기 공기압축기(50)가 작동하도록 구성할 수도 있다. 또한 상기 흡입구(24)에는 필요에 따라 소정 거리만큼 이격된 위치에서 유체를 흡입할 수 있도록 유입호스(도시하지 않음)을 연결할 수도 있다.

본 발명에 따른 공압식 유체펌프는 모터를 사용하지 않고 외부로부터 공급되는 압축공기에 의해서 임펠러(10)가 회전하기 때문에 습기에 강하고, 나아가 외부로 배출되는 유체가 상기 임펠러(10)의 회전날개(13)를 거치지 않고, 흡입관(11)을 통해서 흡입 및 배출되기 때문에 상기 유체에 부유물이 있는 경우에도 이러한 부유물들이 상기 회전날개(13)에 감기거나 끼는 고장이 발생할 우려가 전혀 없다.

이상 바람직한 실시예를 이용하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 이들 실시예에 의해서 본 발명의 보호범위가 제한되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자라면, 상기 실시예와 균등한 범위 내에서 다양한 설계 변경이 가능할 것이고, 본 발명의 실질적인 보호범위는 첨부하는 특허청구범위에 의하여 결정되기 때문이다.

10; 임펠러 11; 흡입관
12a,12b; 플랜지 13; 회전날개
14,25; 공압노즐
20; 케이싱 21; 하우징
22; 하단지지부 23,32; 베어링
24; 흡입구
30; 커버 31; 상단지지부
33; 토출구 34; 배출호스
40; 받침대
50; 공기압축기 51; 공압호스

Claims (4)

1. 원통형 흡입관(11)과, 상기 흡입관(11)의 하단 및 상단에 각각 설치된 플랜지(12a,12b)와, 상기 플랜지(12a,12b) 사이에서 상기 흡입관(11)에 나란히 부착된 다수개의 회전날개(13)와, 상기 흡입관(11)을 관통하여 안쪽으로 비스듬히 상향 돌출된 다수개의 제1 공압노즐(14)로 이루어진 임펠러(10)와;
   상기 임펠러(10)의 측면을 둘러싸는 원통형 임펠러 하우징(21)과, 상기 임펠러 하우징(21)의 하단에서 상기 임펠러(10)의 하단 플랜지(12a)를 받쳐주는 하단지지부(22)와, 상기 하단 플랜지(12a)와 하단지지부(22) 사이에 설치된 베어링(23)과, 상기 하단지지부(22)의 안쪽둘레에서 상기 흡입관(11)과 연통하도록 하향 돌출된 흡입구(24)와, 상기 하우징(21)에 둘레방향으로 설치되어 상기 회전날개(13)를 향하여 압축공기를 분사하는 다수개의 제2 공압노즐(25)을 갖는 케이싱(20)과;
   상기 하우징(21)의 상단에 결합되어 상기 임펠러(10)의 상단 플랜지(12b)를 덮는 상단지지부(31)와, 상기 상단 플랜지(12b)와 상단지지부(31) 사이에 설치된 베어링(32)과, 상기 상단지지부(31)의 안쪽둘레에서 상기 흡입관(11)과 연통하도록 상향 돌출된 토출구(33)를 갖는 커버(30)와;
   상기 하단지지부(22)의 저면에 설치되어 상기 케이싱(20)을 받쳐주면서 받침대(40)와;
   상기 제2 공압노즐(25)에 각각 압축공기를 공급하는 공기압축기(50);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공압식 유체펌프.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 공압노즐(14)은 상기 흡입관(11)의 상단에 설치된 것을 특징으로 하는 공압식 유체펌프.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 흡입구(24)는 밑으로 갈수록 내경이 축소되는 깔대기 형상이고, 상기 토출구(33)는 위로 갈수록 내경이 확대되는 역 깔대기 형상인 것을 특징으로 하는 공압식 유체펌프.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 받침대(40)에는 수위 측정용 센서가 설치되어 있고, 상기 공기압축기(50)는 상기 센서에 의해서 자동으로 전원이 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 공압식 유체펌프.

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