로터리 피스톤 펌프

로터리 피스톤 펌프{ROTARY PISTON PUMP}

본 발명은 시추공의 특정심도에 위치하는 지하수를 채취하기 위한 로터리 피스톤 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 시추공의 특정 심도에 존재하는 지하수를 양수할 때에는 수중펌프가 주로 사용되고 있다.

수중펌프는 임펠라를 회전시켜 물에 회전력을 부가함으로서 발생하는 원심력작용으로 양수하는 방식이 적용되고 있다.

이 때, 수중펌프는 지상펌프보다 깊은 심도 까지 지하수를 양수할 수 있으나, 채취 심도가 증가할수록 수중펌프의 용량과 크기가 커져야 함으로, 수중펌프의 용량과 크기가 시추공의 크기에 맞춰서 제한되어 수중펌프의 용량 및 채취심도를 증가시키는 것은 실질적으로 어려운 한계점이 있었다.

이에 본 출원인은 한국등록특허 제1124075호의 시추공에 삽입되어 지하수를 채취하기 위한 지하수 채취장치에 있어서, 취수관의 일부를 형성하는 쉘; 내부를 분할하는 세퍼레이터에 지하수의 유동을 위한 다수의 취수홀이 형성되고, 상기 쉘 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 구비되어서 상하로 운동함에 따라 상기 시추공 내의 지하수를 상기 취수관으로 유입시키는 작동유닛; 상기 작동유닛의 상부와 하부에 각각 전자석이 구비되어 상기 작동유닛을 상하 운동시키는 구동유닛; 및 상기 작동유닛 내부에 구비되어 상기 작동유닛의 상하 운동에 따라 상기 취수홀을 개폐하도록 상기 세퍼레이터에 힌지 결합된 블레이드를 포함하는 개폐유닛;을 포함하고, 상기 블레이드는 상기 작동유닛의 상부 이동 시 상기 취수홀을 개방하고 상기 작동유닛의 하부 이동 시에는 상기 취수홀을 폐쇄하여 시추공에서 좀 더 깊은 심도에 위치하는 지하수를 양수할 수 있는 것을 특징으로 하는 전동식 지하수 채취장치를 제시한 적이 있었다.

그러나 종래기술은 작동유닛이 상하로 이동하면서 압력을 발생시켜 지하수를 양수하는 일종의 왕복펌프로서, 지하수를 끌어 올릴 수 있는 시추공의 심도(흡입 양정)에 한계점이 있는 문제점이 있었다.

따라서 상술한 문제점을 해결하기 위한 다양한 지하수 채취 장치의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 지하수를 끌어 올릴 수 있는 시추공의 심도(흡입 양정)를 최대화할 수 있고, 지하수의 채취량을 최대화할 수 있는 로터리 피스톤 펌프를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)는 내부에 수납부(110)가 각각 형성되는 로터하우징(100); 상기 로터하우징(100)의 하면에 각각 설치되며 부압시에만 열린 상태가 되는 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230); 상기 로터하우징(100)의 상면에 각각 설치되며 정압시에만 열린 상태가 되며 지상연결관(50)과 연통되는 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240); 상기 수납부(110)에 설치되어 상기 수납부(110)를 다수의 용적변동공간으로 구획하는 로터(300); 및 상기 로터(300)와 편심되게 결합되는 구동축(410)을 포함하는 모터(400);를 포함하며, 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 다수의 용적변동공간이 팽창 또는 압축되어 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 시추공에 위치하는 지하수를 상기 수납부(110)로 유입하는 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되며 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 닫힌 상태 또는 상기 수납부(110)에 위치하는 지하수를 상기 지상연결관(50)으로 배출하는 열린 상태가 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터리 피스톤 펌프(1000)는 상기 로터하우징(100)의 상측에 설치되며, 내부에 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)와 연통되며 상기 모터(400)가 수납되는 기계실부(510)가 형성되는 모터하우징(500);을 더 포함하며, 상기 지상연결관(50)이 상기 기계실부(510)와 연통되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터하우징(100)은 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 하면에 좌우방향으로 배열 형성되고 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 상면에 전후방향으로 배열 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터리 피스톤 펌프(1000)는 상기 로터(300)의 외주면에서 상기 로터하우징(100)의 내면에 맞닿는 부위에 설치되는 로터씰(610); 및 상기 로터씰(610)의 내면과 로터(300)의 내면 사이에 설치되는 탄성재(620);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터씰(610)은 방추형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 로터하우징(100)은 서로 상하방향으로 다수개 연결이 가능한 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프는 로터의 회전에 의해 다수의 용적변동공간이 팽창 또는 압축되어 제1유입체크밸브 및 제2유입체크밸브가 시추공에 위치하는 지하수를 수납부로 유입하는 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되며 제1배출체크밸브 및 제2배출체크밸브가 닫힌 상태 또는 수납부에 위치하는 지하수를 지상연결관으로 배출하는 열린 상태가 됨으로써, 시추공의 압력에 상관없이 지하수를 끌어 올릴 수 있어서 지하수를 양수할 수 있는 시추공의 심도(흡입 양정)를 최대화할 수 있고 지하수의 채취량을 최대화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 단면도
도 3은 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 분해사시도
도 4는 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 구동원리를 나타낸 개념도
도 5는 본 발명에 따른 로터의 사시도

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 분해사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)는 로터하우징(100), 제1유입체크밸브(210), 제2유입체크밸브(230), 제1배출체크밸브(220), 제2배출체크밸브(240), 로터(300) 및 모터(400)를 포함한다.

상기 로터하우징(100)은 시추공의 특정 심도에 배치되며, 원통형 구조로 형성되며, 내부에 수납부(110)가 형성된다.

상기 수납부(110)는 상기 로터하우징(100)의 내부(중앙)에 에피트로코이드(epitrochoid) 곡선 구조로 형성된다.

상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)는 상기 로터하우징(100)의 하면에 각각 설치되어 시추공에 위치하는 지하수를 상기 수납부(110)로 유입하는 역할을 하며 부압시에만 열린 상태가 되며 정압시에 닫힌 상태가 된다.

상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)는 상기 로터하우징(100)의 상면에 각각 설치되어 지상연결관(50)과 연통되며 상기 수납부(110)에 위치하는 지하수를 상기 지상관으로 배출하는 역할을 하며 정압시에만 열린 상태가 되며 부압시에 닫힌 상태가 된다.

상기 로터(300)는 상기 수납부(110)에 설치되어 상기 수납부(110)를 다수의 용적변동공간으로 구획하며 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 다수의 용적변동공간이 팽창 또는 압축되어 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 시추공에 위치하는 지하수를 상기 수납부(110)로 유입하는 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되며 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 닫힌 상태 또는 상기 수납부(110)에 위치하는 지하수를 상기 지상연결관(50)으로 배출하는 열린 상태가 된다.

상기 모터(400)는 상기 로터(300)와 편심되게 결합되는 구동축(410)을 포함하며, 상기 로터(300)를 회전시키는 역할을 한다. 상기 구동축(410)은 편심으로 회전되어 상기 로터(300)와 마찰이 발생되며, 상기 마찰을 저감하기 위하여 상기 구동축(410)과 로터(300) 사이에 베어링을 결합시킬 수 있으며, 상기 구동축(410)과 로터(300)가 서로 기어결합 될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 구동원리를 나타낸 개념도이다. 이 때, 도 4에는 좀 더 간편한 설명을 위하여 상기 제1유입체크밸브(210), 제2유입체크밸브(230), 제1배출체크밸브(220), 제2배출체크밸브(240)가 상기 로터하우징(100)의 둘레에 도시되었으며, 상기 로터(300)에 의해 상기 수납부(110)에 구획된 3개의 용적변동공간을 각각 제1용적변동공간(A), 제2용적변동공간(B), 제3용적변동공간(C)으로 정의하였다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)가 지하수를 채취하는 원리에 대해 설명하기로 한다.

1)상기 모터(400)가 상기 로터(300)를 회전시킨다. 이때, 상기 제1용적변동공간(A)은 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제1배출체크밸브(220)와 연통되며, 상기 제2용적변동공간(B)은 상기 제2유입체크밸브(230)와 연통되며, 상기 제3용적변동공간(C)은 상기 제2배출체크밸브(240)와 연통된다.

2)상기 로터(300)가 소정 각도 회전되어 상기 제1용적변동공간(A)과 제3용적변동공간(C)이 압축되고 상기 제2용적변동공간(B)이 팽창된다. 이 때, 상기 제1용적변동공간(A)은 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제1배출체크밸브(220)와 연통되며, 상기 제2용적변동공간(B)은 상기 제2유입체크밸브(230)와 연통되며, 상기 제3용적변동공간(C)은 상기 제2배출체크밸브(240)와 연통된다.

2-1)상기 제1용적변동공간(A)이 압축됨으로써, 상기 제1유입체크밸브(210)가 닫힌 상태가 되며, 상기 제1배출체크밸브(220)가 열린 상태가 되어 상기 제1용적변동공간(A)에 위치하던 유체가 상기 제1배출체크밸브(220)릍 통해 상기 제1용적변동공간(A)의 외부(또는 지상연결관(50))로 배출된다.

2-2)상기 제2용적변동공간(B)이 팽창됨으로써, 상기 제2유입체크밸브(230)가 열린 상태가 되어 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제2유입체크밸브(230)를 통해 상기 제2용적변동공간(B)로 유입된다.

2-3)상기 제3용적변동공간(C)이 압축됨으로써, 상기 제2배출체크밸브(240)가 열린 상태가 되어 상기 제3용적변동공간(C)에 위치하던 유체가 상기 제2배출체크밸브(240)를 통해 상기 제3용적변동공간(C)의 외부(또는 지상연결관(50))로 배출된다.

3)다시 상기 로터(300)가 소정 각도 회전되어 상기 제1용적변동공간(A)이 더욱 압축되고 상기 제2용적변동공간(B)과 제3용적변동공간(C)이 팽창된다. 이때, 상기 제1용적변동공간(A)은 상기 제1배출체크밸브(220)와 연통되며, 상기 제2용적변동공간(B)은 상기 제2유입체크밸브(230) 및 제2배출체크밸브(240)와 연통되며, 상기 제3용적변동공간(C)은 상기 제1유입체크밸브(210)와 연통된다.

3-1)상기 제1용적변동공간(A)이 더욱 압축됨으로써, 상기 제1배출체크밸브(220)가 열린 상태를 유지하며 상기 제1용적변동공간(A)에 위치하던 유체가 상기 제1배출체크밸브(220)를 통해 상기 제1용적변동공간(A)의 외부(또는 지상연결관(50))로 지속적으로 배출된다.

3-2)상기 제2용적변동공간(B)이 팽창된 상태를 유지함으로써, 상기 제2유입체크밸브(230)가 열린 상태가 되어 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제2유입체크밸브(230)를 통해 상기 제2용적변동공간(B)로 지속적으로 유입되며, 상기 제2배출체크밸브(240)가 닫힌 상태가 된다.

3-3)상기 제3용적변동공간(C)이 팽창됨으로써, 상기 제1유입체크밸브(210)가 열린 상태가 되어 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제1유입체크밸브(210)를 통해 상기 제3용적변동공간(C)로 유입된다.

4)다시 상기 로터(300)가 소정 각도 회전되어 상기 제1용적변동공간(A)이 더욱 압축되고 상기 제2용적변동공간(B)이 압축되고 제3용적변동공간(C)이 팽창된다. 이때, 상기 제1용적변동공간(A)은 상기 제1배출체크밸브(220)와 연통되며, 상기 제2용적변동공간(B)은 상기 제2유입체크밸브(230) 및 제2배출체크밸브(240)와 연통되며, 상기 제3용적변동공간(C)은 상기 제1유입체크밸브(210)와 연통된다.

4-1)상기 제1용적변동공간(A)이 더욱 압축됨으로써, 상기 제1배출체크밸브(220)가 열린 상태를 유지하며, 상기 제1용적변동공간(A)에 위치하던 지하수가 상기 제1배출체크밸브(220)를 통해 상기 제1용적변동공간(A)의 외부(또는 지상연결관(50))로 지속적으로 배출된다.

4-2)상기 제2용적변동공간(B)이 압축됨으로써, 상기 제2유입체크밸브(230)가 닫힌 상태가 되며, 상기 제2배출체크밸브(240)가 열린 상태가 되어 상기 제2용적변동공간(B)에 위치하던 지하수가 상기 제2배출체크밸브(240)를 통해 상기 제1용적변동공간(A)의 외부(또는 지상연결관(50))로 배출된다.

4-3)상기 제3용적변동공간(C)이 더욱 팽창됨으로써, 상기 제1유입체크밸브(210)가 열린 상태를 유지하며 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제1유입체크밸브(210)를 통해 상기 제3용적변동공간(C)로 유입된다.

5)다시 상기 로터(300)가 소정각도 회전되어 상기 제1용적변동공간(A)이 팽창되고 상기 제2용적변동공간(B)이 더욱 압축되고 상기 제3용적변동공간(C)이 압축된다. 이때, 상기 제1용적변동공간(A)은 상기 제2유입체크밸브(230)와 연통되며, 상기 제2용적변동공간(B)은 상기 제2배출체크밸브(240)와 연통되며, 상기 제3용적변동공간(C)은 상기 제1유입체크밸브(210) 및 상기 제1배출체크밸브(220)와 연통된다.

5-1)상기 제1용적변동공간(A)이 팽창됨으로써, 상기 제2유입체크밸브(230)가 열린 상태가 되어 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제2유입체크밸브(230)를 통해 상기 제1용적변동공간(A)으로 유입된다.

5-2)상기 제2용적변동공간(B)이 더욱 압축됨으로써, 상기 제2배출체크밸브(240)가 열린 상태가 되어 상기 제2용적변동공간(B)에 위치하던 지하수가 상기 제2배출체크밸브(240)를 통해 상기 제1용적변동공간(A)의 외부(또는 지상연결관(50))로 배출된다.

5-3)상기 제3용적변동공간(C)이 팽창됨으로써, 상기 제1유입체크밸브(210)가 열린 상태를 유지하며 시추공에 위치하던 지하수가 상기 제1유입체크밸브(210)를 통해 상기 제3용적변동공간(C)로 지속적으로 유입되며, 상기 제1배출체크밸브(220)가 닫힌 상태가 된다.

상술한 바와 같이, 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 제1용적변동공간(A), 제2용적변동공간(B), 제3용적변동공간(C)이 팽창 및 압축을 반복하면서 지하수의 유입 및 배출이 반복적으로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)는 로터(300)의 회전에 의해 다수의 용적변동공간이 팽창 또는 압축되어 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 시추공에 위치하는 지하수를 수납부(110)로 유입하는 열린 상태 또는 닫힌 상태가 되며 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 닫힌 상태 또는 수납부(110)에 위치하는 지하수를 지상연결관(50)으로 배출하는 열린 상태가 됨으로써, 시추공의 압력에 상관없이 지하수를 끌어 올릴 수 있어서 지하수를 끌어 올릴 수 있는 시추공의 심도(흡입 양정)를 최대화할 수 있고 지하수의 채취량을 최대화할 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)는 모터하우징(500)을 더 포함할 수 있다.

상기 모터하우징(500)은 상기 로터하우징(100)의 상측에 설치되며, 내부에 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)와 연통되며 상기 모터(400)가 수납되는 기계실부(510)가 형성된다.

이 때, 상기 기계실부(510)에는 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)에서 배출된 지하수가 유입되어 상기 모터(400)를 냉각시킬 수 있다.

또한, 상기 로터하우징(100)은 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)가 좌우방향으로 배열 형성되고 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 전후방향으로 배열 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)와 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 서로 직교하는 방향으로 배열 형성되는 것이다.

이 때, 상기 제1유입체크밸브(210) 및 제2유입체크밸브(230)와 상기 제1배출체크밸브(220) 및 제2배출체크밸브(240)가 서로 직교하는 방향으로 배열 형성되는 것이 상기 로터(300)의 회전에 의해 상기 다수의 용적변동공간이 팽창 및 압축되는 주기를 효율적으로 활용할 수 있어서 바람직하다.

도 5는 본 발명에 따른 로터의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프(1000)는 로터씰(610) 및 탄성재(620)를 더 포함할 수 있다.

상기 로터씰(610)은 상기 로터(300)의 외주면에서 상기 로터하우징(100)의 내면에 맞닿는 부위에 설치된다.

상기 로터씰(610)은 상기 로터(300)의 외주면에서 상기 로터하우징(100)의 내면에 맞닿는 부위에 설치된다.

이 때, 상기 로터씰(610)은 상기 로터하우징(100)과의 기밀을 극대화하기 위하여 방추형으로 형성될 수 있다.

상기 탄성재(620)는 상기 로터씰(610)의 내면과 로터(300)의 내면 사이에 설치되어 상기 로터씰(610)에 가해지는 충격을 흡수하는 일종의 스프링 역할을 한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

상기 로터하우징(100)의 외주면은 2개의 에피트로코이드 곡면 뿐만 아니라 3개 이상의 에피트로코이드 곡면이 적용될 수 있으며, 다양한 변형 실시가 가능한다.

한편, 도면에는 상기 로터하우징(100)이 1개로 구성되어 있으나, 상기 로터하우징(100)은 서로 상하방향으로 다수개 연결이 가능하다. 또한, 상기 로터하우징(100)의 하단부에 모터하우징(500)을 더 추가하여, 로터리 피스톤 펌프의 성능(양수량과 양정고)을 증가시킬 수 있다. 이와 더불어 본 발명은 지하수의 양수 뿐만 아니라 지상에서 유체이동장치 또는 고압발생장치로 변형실시할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하여 소형화가 가능하다.

1000 : 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프
100 : 로터하우징
110 : 수납부
A : 제1용적변동공간
B : 제2용적변동공간
C : 제3용적변동공간
210 : 제1유입체크밸브
220 : 제1배출체크밸브
230 : 제2유입체크밸브
240 : 제2배출체크밸브
300 : 로터
400 : 모터
410 : 구동축
500 : 모터하우징
510 : 기계실부
610 : 로터씰
620 : 탄성재