KR101401213B1 - 오프셋 밸브 축을 갖는 다이어프램 펌프 위치 제어 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다이어프램 펌프는, 제1 축을 따라 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동가능한 다이어프램(33)과, 상기 다이어프램의 일 측면에 배치되며, 펌프되는 유체를 수송하는 펌핑 챔버(24)와, 상기 다이어프램의 타 측면에 배치되며, 유압 유체로 채워지는 트랜스퍼 챔버(20)와, 제1 및 제2 일방향 밸브들과, 상기 제1 및 제2 밸브들을 통해 상기 트랜스퍼 챔버와 유체 소통 가능한 유체 저장소와, 상기 제1 및 제2 밸브들을 통해 유체 유동을 제어하도록 상기 트랜스퍼 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 및 제2 밸브들의 개구들과 관련있는 복수의 위치들 사이에서 상기 제1 축과 다른 제2 축을 따라 이동가능한 밸브 스풀(42)을 포함한다.

다이어프램, 펌프, 피스톤, 비동기식 펌프, 동기식 펌프, 다이어프램 펌프, 유압 펌프

Description

오프셋 밸브 축을 갖는 다이어프램 펌프 위치 제어 {DIAPHRAGM PUMP POSITION CONTROL WITH OFFSET VALVE AXIS}

본 발명은 일반적으로 유체 펌프에 관한 것으로, 더 상세하게는 유압 구동 다이어프램 펌프에 관한 것이다.

이 출원은 PCT 국제 특허 출원으로서, 미국을 제외한 모든 국가에 대한 출원인으로는 미국 회사인 워너 엔지니어링 인코포레이티드(Wanner Engineering, Inc.)를, 미국에서만의 출원인으로는 미국 시민인 리차드 디. 헴브리(Richard D. HEMBREE)를 지정하였고, 2007년 5월 2일 출원된 미국 유틸리티 특허 출원 제11/743,505호의 우선권을 주장하여, 2008년 5월 1일에 출원되었다.

유압 구동 다이어프램 펌프(hydraulically driven diaphragm pump)는 적어도 2개의 그룹으로 분리될 수 있다. 제1 그룹은 다이어프램의 스트로크(stroke)보다 유압 피스톤 또는 플런저를 위해 다른 스트로크를 사용하는 펌프들을 포함한다. 이러한 펌프들은 비동기식(asynchronous) 펌프들이다. 비동기식 펌프들은 일반적으로 단지 소량(숏 스트로크)이 부족한 큰 직경의 다이어프램을 갖는 것이 바람직한 곳에 큰 다이어프램 펌프들을 계량하는데 사용된다. 숏 스트로크 다이어프램은 일반적으로 매우 긴 스트로크를 갖는 유압 플런저 또는 피스톤에 의해 구동된다. 상기 피스톤의 긴 스트로크는 피스톤이 작은 직경으로 사용될 수 있도록 하고, 스트로크를 통해 피스톤을 이동시켜야 하는 크랭크샤프트(crankshaft)와 크랭크케이스(crankcase)에 더 적은 부하(load)를 일으킨다.

제2 그룹은 다이어프램 센터(center)가 유압 피스톤과 동일한 거리를 이동하는 펌프를 포함한다. 이러한 펌프들은 동기식 펌프들이다. 동기식 펌프 내 다이어프램 위치는 피스톤과 다이어프램 센터 사이에서 일정한 거리를 유지하는 피스톤 내 밸브에 의해 조절된다.

동기식 펌프의 다이어프램 위치 제어를 위한 예시적인 밸브 시스템이 미국등록특허 제3,884,598호(워너)에 개시되며, 여기에 참조로써 병합된다. 워너는, 피스톤에 대한 다이어프램의 위치를 감지하고 다이어프램의 위치를 일정하게 유지시키도록 기능하는 시스템을 개시한다. 워너 시스템은 시스템이 스트로크의 마지막에서 스탑(stop) 표면과 접촉할 필요가 없는 탄성 중합체 다이어프램을 사용할 수 있도록 하기 때문에 고속으로 작동해야 하는 펌프 또는 펌프 연마 재료에 사용하는데 유용하다. 그러나, 만약 피스톤이 다이어프램의 이동 거리보다 더 이동한다면, 이 시스템은 펌프를 적합하게 작동시키는 다이어프램 후방의 유압 유체량을 적당하게 유지시킬 수 없을 것이다.

비동기식 펌프들의 예시들이 미국등록특허 제5,246,351호(혼(horn)), 미국등록특허 제5,667,368호(아우구스틴(Augustyn)) 및 미국등록특허 제4,883,412호(말리자드(Malizard))에 개시되어 있다. 이러한 예시적 펌프들은 모두 다이어프램 위치 제어에 유사한 접근법을 사용한다. 이러한 펌프들 각각은 스크로크마다 상부 또는 저부에서 오일의 양을 일시적으로 조정한다. 다이어프램이 전방으로 너무 이동하여 이동 한계에 이르렀을 때, 과충전(overfill) 상태가 탐지된다. 이는 유압 유체의 압력을 정상보다 높게 하며, 밸브를 일시적으로 개방시키면서 일부 초과 유체를 배출시킨다. 다이어프램이 정지하거나 또는 다이어프램을 더 이동시키도록 더 높은 압력이 요구되는 단순한 탐지의 말단점(end point)에 이르렀을 때, 이 초과 압력이 발생한다. 이 압력은 펌프된(pumped) 유체에 전달되지 않으며, 따라서 다이어프램에 걸쳐 불안정한 압력 저하를 일으킨다. 과충전에 의해 생성된 압력을 다루는 이 방법은 다이어프램 실패 없이 이 불안정한 압력을 다루는데 적합한 재료와 구성을 포함하는 다이어프램을 필요로 한다. 다이어프램 재료와 디자인에 대한 이 제한은 매우 큰 직경, 낮은 편차(deflection) 다이어프램을 사용하도록 하며, 이는 펌프의 크기와 비용을 크게 증가시킨다.

공지의 비동기식 유압 구동 펌프들은 적어도 상기 언급된 이유들에 대해 상대적으로 소형이며, 큰 편차들을 견딜 수 있는 매우 유연한 탄성 중합체 다이어프램들의 사용을 허용하지 않는다. 그 결과, 이러한 유형의 다이어프램들의 사용은 동기식 펌들로 제한된다. 동기식 펌프의 피스톤 스트로크는 그것이 다이어프램 스트로크로 제한되므로 상대적으로 단기간이어야 한다. 이는 펌프의 구동 측면을 더 비싸게 하면서, 크랭크샤프트와 크랭크케이스가 더 큰 직경을 갖는 피스톤의 더 큰 부하들을 견딜 수 있도록 한다.

다른 예시적인 유압 구동 펌프가 미국등록특허 제3,769,879호(로프퀴스트(Lofquist))에 개시된다. 로프퀴스트는 피스톤 스트로크의 말단들에서 다이어프 램 후방의 유체 저장소(reservoir)와 유압 챔버(예를 들어, 트랜스퍼(transfer) 챔버) 사이의 포트들(ports)을 일시적으로 개방하도록 다이어프램의 스트로크마다 이동하는 스풀(spool)을 개시한다. 포트들과 이동하는 스풀은 과충전 또는 미충전(underfill) 상태를 보정하기 위해 각각의 스트로크를 지나는 유체의 작은 펄스만을 허용한다.

로프퀴스트는 극도의 미충전 또는 과충전(예를 들어, 펌핑된 유체에 대한 매우 낮거나 매우 높은 펌프 입구 압력에 의해 발생하는 상태들)의 상태 하에 일부 상당한 단점들을 갖는다. 극도의 과충전 상태 하에서, 각각의 스트로크에 허용되는 유체의 작은 펄스는 과충전을 즉시 보정하는데 불충분하며, 이는 과충전 상태를 보정하도록 충분한 스트로크가 발생할 때까지 다이어프램에 압력을 가한다. 로프퀴스트의 다른 단점은 다이어프램이 바이어스(bias)되는 방향에 관련된다. 극도의 상태들(예를 들어, 펌프에 차단된 입구에 의해 발생하는 펌프된 유체에 대한 낮은 입구 및 출구 압력) 하에서, 로프퀴스트 시스템은 오일의 과충전을 배출시키는 다이어프램에 적용되는 어떠한 바이어스 없이 트랜스퍼 챔버에 오일을 더하는 경향이 있다. 그 결과, 과충전은 해소될 수 없으며, 다이어프램은 실패할 것이다.

다이어프램 펌프들을 위한 다이어프램 위치 제어의 개선이 요구된다.

본 발명의 일 양상은 피스톤, 다이어프램, 펌핑 및 트랜스퍼 챔버들, 제1 및 제2 밸브들, 유체 저장소, 및 밸브 스풀을 포함하는 다이어프램 펌프에 관한 것이다. 상기 피스톤은 제1 피스톤과 제2 피스톤 사이의 상호 간 이동에 적합하다. 상기 다이어프램은, 제1 및 제2 피스톤 위치들과 서로 관련이 있는 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동할 수 있다. 상기 트랜스퍼 챔버는 다이어프램의 일측면에 위치하며, 다이어프램과 피스톤의 상대적인 위치들에 의해 부분적으로 형성된다. 상기 트랜스퍼 챔버는 유압 유체들로 채워진다. 상기 펌핑 챔버는 상기 트랜스퍼 챔버와 상기 다이어프램의 반대 측면 상에 위치한다. 상기 유체 저장소는 제1 및 제2 밸브들을 통해 트랜스퍼 챔버와 유체 소통 가능하다. 상기 밸브 스풀은 상기 트랜스퍼 챔버 내에 위치하며, 밸브 스풀이 제1 위치에 있을 때 제1 및 제1 밸브들의 접근 개구들(access openings)을 폐쇄하며, 밸브 스풀이 제2 위치에 있을 때 제1 밸브의 개구를 폐쇄하면서 제2 밸브의 개구를 개방하고, 밸브 스풀이 제3 위치에 있을 때 제1 밸브의 개구를 개방하면서 제2 밸브의 개구를 폐쇄하도록 배열된다. 상기 스풀은 일반적으로 상기 스풀을 제2 위치로 이동시키는 트랜스퍼 챔버 내에 과충전 상태가 발생할 때까지, 또는 상기 스풀을 제3 위치로 이동시키는 트랜스퍼 챔버 내에 미충전 상태가 발생할 때까지 제1 위치를 유지한다. 또한, 펌프는 상기 스풀이 제1, 제2 및 제3 위치들 사이에서 이동하도록 상기 스풀에 맞물리는 다이어프램의 이동 부분에 부착되는 액추에이팅(actuating) 부재를 포함한다. 상기 액추에이팅 부재는 다이어프램 바이어스(bias) 압력을 제공하도록 사용되는 스프링 및 로드(rod)와 다른 축 상에 상기 스풀의 배치를 허용한다. 상기 스풀은 다이어프램, 다이어프램 로드와 스프링, 및 펌프의 메인(main) 피스톤과 별개 축 상에 위치될 수 있다.

또한, 펌프 내 유체 압력을 제어하도록 상기 다이어프램 펌프를 작동시키는 관련된 방법들은 본 개시의 중요한 양상들이다.

상기 요약은 여기에 개시된 본 발명의 양상들의 각각의 개시된 실시예 또는 모든 실행을 기술하도록 의도되지 않았다. 후술하는 상세한 설명 및 도면들은 본 발명의 특정 양상들이 실행되는 방법의 예시들을 통해 본 발명의 특징들을 더 상세히 설명한다. 특정 실시예들이 설명되고 기술되었으나, 본 개시는 그러한 실시예들에 제한되지 않는다는 것이 인식될 것이다.

도 1은 정상 충전(fill) 상태에서 하사점(bottom dead center, BDC) 위치인 펌프 피스톤을 갖는 본 개시의 원리에 따른 예시적인 펌프의 단면도이다.

도 2는 정상 충전 상태에서 상사점(top dead center, TDC) 위치인 펌프 피스톤을 갖는 도 1에 도시된 예시적인 펌프의 단면도이다.

도 2a는 도 2에 도시된 밸브 위치들의 확대도이다.

도 3은 미충전(underfill) 상태에서 하사점(BDC) 위치인 펌프 피스톤을 갖는 도 1에 도시된 예시적 펌프의 단면도이다.

도 3a는 도 3에 도시된 밸브들의 확대도이다.

도 4는 과충전(overfill) 상태에서 상사점(TDC) 위치인 펌프 피스톤을 갖는 도 2에 도시된 예시적 펌프의 단면도이다.

도 4a는 도 4에 도시된 밸브들의 확대도이다.

도 5는 BDC 미충전 상태에서 도시된 대안적인 레버 타입 액추에이터 암의 예시적 단면도이다.

도 5a는 도 5에 도시된 밸브들의 확대도이다.

도 6은 TDC 정상 충전 상태에서 도 5에 도시된 밸브의 도면이다.

도 6a는 도 6에 도시된 밸브들의 확대도이다.

다양한 실시예들이 도면을 참조하여 설명될 것이며, 여러 도면들에서 유사한 참조 부호는 유사한 부품 및 조립체를 나타낸다. 다양한 실시예들의 참조는 여기에 첨부된 청구항들의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 이 명세서의 이후의 예시들은 첨부된 청구항들을 제한하도록 의도되지 않았으며, 많은 가능한 실시예들의 일부를 나타낼 뿐이다.

후술하는 설명은 본 발명이 수행되는 적합한 환경의 간단하고, 일반적인 설명을 제공하도록 의도되었다. 필요하지는 않으나, 본 발명은 다이어프램 펌프의 일반적인 환경에서 설명될 것이다. 일부 예시적인 다이어프램 위치 제어 장치들과 시스템들의 구조, 생성, 사용, 및 이와 관련된 사용 방법들이 후술될 것이다.

본 개시는 일반적으로 유압 구동 다이어프램 펌프들과 같은 유체 펌프들에 관한 것이다. 본 개시의 원리들은 동기식과 비동기식 펌프들에 동일하게 적용될 수 있다. 비동기식 펌프들에서 다이어프램 스트로크에 대한 유압 피스톤의 스트로크는 다르다. 일반적으로 다이어프램은 상대적으로 큰 직경이며, 상대적으로 소량으로 편향되도록 구성된다. 이 숏 스트로크 다이어프램은 더 큰 스트로크 유압 플런저 또는 피스톤에 의해 구동된다. 유압 플런저 또는 피스톤의 스트로크가 길수록 피스톤의 직경은 더 작을 것이 요구되며, 이는 펌프의 크랭크샤프트와 크랭크케이스에 더 작은 부하를 준다.

동기식 펌프들은 유압 피스톤이 이동함에 따라 동일한 거리로 다이어프램의 센터가 이동하도록 구성된다. 그러한 펌프들에서, 상대적으로 작은 직경 피스톤의 사용에 의해 크랭크케이스와 크랭크샤프트 상의 부하를 최소화하도록 피스톤 스트로크에 상응하여 다이어프램은 큰 거리를 편향해야 한다. 만약 다이어프램이 상대적으로 작은 직경 피스톤을 확보하는데 필요한 범위로 편향될 수 없다면, 피스톤 직경은 커져야 하며, 크랭크샤프트와 크랭크케이스에 더 큰 부하를 발생시킨다. 본 개시는 다이어프램의 실패가 되지 않게 다이어프램이 미리 설정된 거리를 넘어 확장 또는 수축하지 않도록 하면서 다이어프램의 위치 제어를 돕도록 비동기식 또는 동기식 펌프들에 사용될 수 있다.

공지된 많은 다이어프램 위치 제어 시스템들은 유체가 펌프되는 반대편 다이어프램의 측면 상의 트랜스퍼 챔버 내의 유압 압력 조건들에 기초하여 작용한다. 그러한 압력-기반 시스템은 일반적으로 특정 압력 수준에 반응하여 개방 또는 폐쇄되는 릴리프(relief) 밸브들을 사용한다. 릴리프 밸브들은 일반적으로 유압 챔버와 유압 유체의 저장소 사이에 배치된다. 과압력을 경감하기 위해 디자인된 시스템들에서, 릴리프 밸브는 최대 압력을 넘으면, 유압 유체의 일부를 저장소로 배출하도록 일시적으로 개방된다. 미압력을 경감하기 위해 디자인된 시스템들에서, 압력이 최소 압력 이하로 떨어질 때 일부 유압 유체를 저장소로부터 끌어들이도록 개별적인 릴리프 밸브가 일시적으로 개방된다.

과압력은 일반적으로 다이어프램을 더 편향시키도록 높은 압력이 요구되는 편향의 말단에서와 같이 다이어프램이 스탑(stop)에 도달하는 지점에서 상기 시스 템들 내에 발생한다. 과압력 상태들을 고려하도록, 다이어프램은 고저 압력의 반복되는 주기 후에 실패를 견딜 수 있는 강하고, 견고한 재료로 만들어질 수 있다. 또한, 직경을 증가시키고, 다이어프램이 만드는 편향 양(amount)을 감소시키는 것은 높은 압력 상태들을 만족시킬 수 있으나, 펌프의 크기와 비용을 크게 증가시킬 수 있다.

압력-기반 시스템에 관한 다른 문제는 공동 현상(cavitation)이다. 트랜스퍼 챔버 내 초과 압력은 일반적으로 펌프된 유체로 전달되지 않으며, 따라서 다이어프램에 걸쳐 불안정한 압력 상태(즉, 압력 강하)를 발생시킨다. 이 압력 강하는 유압 유체 내 공동 현상을 이끌 수 있는 피스톤 스트로크의 특정 과정들 중에 진공 상태로 이끌 수 있다. 공동 현상은 유압 유체들에 노출된 구성요소들의 마모(예를 들어, 피팅(pitting))를 증가시킬 수 있다.

본 개시는 유압 챔버 내의 압력보다 체적에 기반하여 작용한다. 유압 챔버 내의 미충전 또는 과충전 체적 상태에 따라, 이동가능한 밸브 스풀은, 유압 저장소와 유압 챔버 사이에 위치하는 밸브들을 점검하도록 개구들을 폐쇄하거나 개방하는 위치들 사이를 유압 챔버 내에서 이동한다. 밸브 스풀을 이동시키는 것은 유체에 의해 발생하는 압력 상태보다 유체 그 자체이다. 미충전 및 과충전 체적 상태들은 일반적으로 피스톤 스트로크의 상부 또는 저부에서 가장 잘 평가된다. 본 개시는 미충전 또는 과충전 상태를 보정하도록 피스톤 스트로크의 상부 또는 저부에서만 밸브 스풀이 이동하도록 구성된다.

출원인의 동시 계류중인 미국특허공개 제2006/0239840호는 여기에 참조로써 병합되며, 다이어프램이 안전 이동 범위 내에서 작동할 수 있도록 유압 구동 다이어프램 펌프 내 다이어프램의 위치를 제어하는 시스템을 설명한다. 상기 시스템은 오일이 충전된 트랜스퍼 챔버가 과충전 또는 미충전일 때 이동되는 밸브 스풀을 사용한다. 트랜스퍼 챔버가 오일로 과충전될 때, 다이어프램은 전방으로 너무 이동하며, 피스톤은 피스톤 스크로크의 상부에 있다. 이 과충전된 위치는, 제1 일방향(one-way) 밸브를 통해 오일이 트랜스퍼 챔버를 빠져나가도록 하는 포트를 개방시키면서, 밸브 스풀을 이동시킨다. 트랜스퍼 챔버가 미충전일 때, 다이어프램은 너무 후방으로 이동하며, 이에 의해 밸브 스풀이 제2 일방향 밸브를 통해 트랜스퍼 챔버 내로 오일을 유입시키는 포트를 노출시키도록 밸브 스풀을 이동시킨다.

미국특허공개 제2006/0239840호는 다이어프램의 센터에 부착된 로드와 동축인 다이어프램의 축을 따라 밸브 스풀이 위치한다는 것을 도시한다. 이 다이어프램 로드는 일반적으로 다이어프램의 타측에 펌프된 유체보다 트랜스퍼 챔버 내 오일을 약간 더 높은 압력으로 만드는 바이어스(bias) 스프링의 힘을 저지하는데 사용된다. 또한 로드는 과충전 또는 미충전 상태가 존재할 때 스풀과 접하는 피쳐(feature)를 가지며, 이에 의해 상술한 바와 같이 밸브를 이동시킨다. 동축의 스풀은 로드 상의 피쳐와 접하도록 디자인 되어야 하며, 동시에 동축 스프링이 다이어프램 로드의 내측 또는 외측에 있을 수 있도록 한다. 미국특허공개 제2006/0239840호에 개시된 다이어프램 펌프에 대한 전체 구조 및 형상은 상대적으로 복잡하고 조립하기 어려우며, 스풀과 다른 구성요소들에 대해 바람직하지 않은 크기를 초래할 수 있다.

본 개시는 제어 밸브 시스템에 대해 예를 들어, 미국특허공개 제2006/0239840호에 사용되는 것보다 더 단순한 구성요소들과 구조를 제공한다. 그러한 구성요소는 다이어프램의 이동 부분에 부착된 액추에이팅 부재이다. 상기 액추에이팅 부재는 과충전과 미충전 상태 중에 트랜스퍼 챔버와 오일 저장소 사이의 오일 유동을 제어하도록 밸브 스풀과 접한다. 상기 액추에이팅 부재는 다이어프램 바이어스 압력을 제공하는데 사용되는 스프링과 다이어프램 로드의 축과 다른 축 상에 밸브 스풀을 위치시키도록 한다. 밸브 스풀을 다른 축 상에 위치시키는 것은 다이어프램 펌프를 다양한 방법으로 단순화시킨다. 예를 들어, 다이어프램 로드와 바이어스 압력 스프링은 압력 바이어스를 가하는 제한된 기능을 제공하는데만 필요하다. 일반적으로 이는 스프링의 크기가 더 작아질 수 있으며, (다이어프램 로드의 내부에 스프링을 위치시키는 경우) 스프링이 끼워지는 보어(bore)가 더 작아질 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 스풀 부재는 밸브 스풀을 위해 보어가 요구하는 매우 매끄러운 마무리(finish)를 필요로 하지 않는다.

별개 축 상에 밸브 스풀을 제공하는 다른 장점은 밸브 스풀의 직경이 훨씬 더 작아질 수 있다는 것이다. 상기 스풀은 다이어프램 바이어스 스프링을 수용하도록 그 축을 따라 홀(hole)을 가질 필요가 없으므로, 상기 스풀은 직경이 훨씬 더 작아질 수 있으며, 상기 스풀을 수용하는 상응하는 보어도 훨씬 더 작아질 수 있다. 다이어프램 바이어스 스프링과 스풀에 대해 더 작은 보어들은 트랜스퍼 챔버 내 발생한 높은 압력이 펌프 하우징 내의 더 적은 영역으로 노출되도록 하며, 이는 일반적으로 펌프 내에 더 낮은 압력을 일으킨다. 또한 더 작은 보어들은 트랜스퍼 챔버에 필요한 오일의 체적을 감소시키며, 시스템에 대해 더 낮은 체적 탄성률(bulk modulus)과 더 높은 체적 효율(volumetric efficiency)을 가져온다.

별개 축 상에 밸브 스풀을 제공하는 또 다른 장점은 밸브 스풀이 실린더형일 필요가 없다는 것이다. 밸브 스풀은 세라믹 디스크 부재 또는 다른 구조와 같은 평평한 구조를 포함할 수 있다. 평평한 구조는 상대적으로 낮은 클리어런스 실(clearance seal) 경계면과 일부 경우에 있어 더 낮은 비용 디자인의 옵션(option)을 제공할 수 있다.

도 1 내지 4a의 예시적인 다이어프램 펌프

도 1 내지 4a를 참조하여, 본 개시의 원리들을 설명하는 예시적인 비동기식 다이어프램 펌프(10)가 도시되며 설명된다. 도 1은 정상 충전(fill) 상태의 하사점(bottom dead center, BDC)에서 펌프 피스톤을 설명한다. 도 2는 정상 충전 상태의 상사점(top dead center, TDC)에서 피스톤을 설명한다. 도 3은 미충전(underfill) 상태의 하사점(BDC)에서 피스톤을 설명한다. 도 4는 과충전(overfill) 상태의 상사점(TDC)에서 피스톤을 설명한다.

펌프(10)는 크랭크케이스(12), 피스톤 하우징(14), 및 매니폴드(manifold)(16)를 포함한다. 피스톤 하우징(14)은 저장소(18), 트랜스퍼 또는 유압 챔버(20), 및 플런저 챔버(22)를 형성한다. 매니폴드(16)는 펌핑 챔버(24)를 형성하며, 입구 및 출구 밸브들(72, 74)을 포함한다.

크랭크샤프트(26), 컨넥팅 로드(28), 및 슬라이더(30)는 상기 크랭크케이 스(12) 내에 배치된다. 슬라이더(30)는 플런저 챔버(22) 내에 위치하는 플런저(32)에 연결된다. 트랜스퍼 및 플런저 챔버들(20, 22)은 서로 유체 소통 가능하여, 플런저 챔버(22) 내로 유입되거나 배출되는 유체는 각각 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 수축된 위치로 다이어프램을 끌거나, 확장된 위치로 다이어프램을 나아가게 한다.

다이어프램 로드(34)는 트랜스퍼 챔버(20)를 통해 연장한다. 스프링(36)은 펌핑 챔버(24) 내보다 트랜스퍼 챔버(20) 내에서 더 높은 압력 상태 유지를 돕도록 후방에서 다이어프램에 바이어스 힘을 가하도록 로드(34)와 동축에 위치한다. 트랜스퍼 챔버(20) 내 더 높은 압력 상태를 유지하는 것은 흡인 입구 상태 하에서 펌프(10)의 성능을 향상시킬 수 있다.

스풀 보어(54)는 다이어프램 로드(34)에 접하는 피스톤 하우징(14) 내에 형성된다. 상기 스풀 보어는 밸브 스풀(42)을 수용하는 크기이다. 스풀 오목부(52)는 밸브 스풀(42)이 다이어프램 로드(34)의 이동에 평행한 방향으로 이동할 수 있는 크기이다. 밸브 스풀(42)은 미충전 밸브(44)의 개구(56)로의 접근을 제공하며 과충전 밸브(46)의 개구(64)를 폐쇄하는 제1 위치(도 2 및 2a의 미충전 위치 참조)와, 실질적으로 개구들(56, 64)을 폐쇄하는 제2 위치(도 3 및 3a의 정상상태 위치 참조)와, 개구(56)를 폐쇄하며 개구(64)로의 접근을 제공하는 제3 위치(도 4 및 4a의 과충전 위치 참조) 사이에서 이동가능하다. 도 2a, 3a 및 4a의 확대도들은 각각 정상-상태, 미충전 및 과충전 상태에서 개구들(56, 64)의 개방 또는 폐쇄 상태를 더 명확히 설명한다.

다이어프램 펌프(10)는 개구(56)과 관련된 미충전 밸브(44)와, 개구(64)와 관련된 과충전 밸브(46)를 포함한다. 미충전 밸브(44)는 저장소(18)에 인접하여 위치하는 다른 개구(57)를 포함한다. 또한 미충전 밸브(44)는 시트(58), 스프링(60) 및 플러그(62)를 포함한다. 스프링(60)은 스풀(42)이 개구(56)를 개방하도록 이동할 때까지 플러그(62)를 시트(58)에 대해 바이어스 시킨다. 개구(56)가 개방되면, 유체는 미충전 밸브(44)를 거쳐 트랜스퍼 챔버(20)로 유입된다. 과충전 밸브(46)는 시트(seat)(66), 볼(ball)(68) 및 스프링(70)을 포함한다. 스프링(70)은 스풀(42)이 개구(64)를 개방하도록 이동할 때까지 시트(66)에 대해 볼(68)을 바이어스 시킨다. 개구(64)가 개방되면, 유체는 과충전 밸브(46)을 거쳐 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출된다. 미충전 및 과충전 밸브들(44, 46)은 일방향으로 유체를 유동시키는 체크(check) 밸브들이다.

밸브 스풀(42)은 트랜스퍼 챔버(20) 내 미충전, 과충전 및 정상-상태 조건들동안 트랜스퍼 챔버(20)와 저장소(18) 사이에서 유체 유동을 제어하는 중요한 기능을 제공한다. 밸브 스풀(42)은 다이어프램(33)의 위치에 따라 이동한다. 밸브 암(43)의 일단은 다이어프램(33)에 설치되며, 밸브 암(43)의 반대편 말단은 밸브 스풀(42)의 스풀 오목부(spool recess)(52) 내에 배치된다. 스풀 오목부(52)는 정상상태 작동 조건들동안 다이어프램(33)의 이동량보다 더 큰 길이를 갖는다. 스풀 오목부(52)는 "휴지(dwell) 영역"을 제공하며, 트랜스퍼 챔버(20) 내에서 과충전 또는 미충전 상태가 발생할 때까지 밸브 스풀(42)의 이동없이 밸브 암(43)은 자유롭게 이동할 수 있다.

펌프(10)의 정상 고압력 작동에서, 플런저 피스톤(32)이 내부에서 이동하는 보어(31)와 플러저 피스톤(32) 사이의 유극(clearance)에 의해 플런저 챔버(22)로부터 저장소(18)로 소량의 오일이 유동할 것이다. 이 오일의 손실은 펌프(10)의 흡입 스트로크 동안 미충전 밸브(44)를 통해 트랜스퍼 챔버(20)로 유입되는 오일에 의해 대체된다. 이 정상 작동 상태에서, 도 1, 2, 2a에 도시된 바와 같이, 스풀(42)은 미충전 개구(56) 부분을 노출하도록 배치된다. 이 정상 평형 위치는 다이어프램(33)이 그 하사점(BC) 위치에 있을 때 달성되며, 부착된 밸브 암(43)은 개구(56)가 충분히 개방될 때까지 스풀(42)을 후방으로 이동시켜서, 개구(56)를 통해 트랜스퍼 챔버(18)로 유입되는 유체는 플런저 피스톤(32)과 보어(31) 사이의 유극을 통해 배출되는 유체와 동일하게 된다. 이 평형화 과정은, 다이어프램(33)이 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출되는 유체 손실과 함께 점점 더 후방으로 이동함에 따라 펌프(10)의 각각의 스트로크들에서 발생한다. 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출되는 유체량과 밸브(44)를 통해 트랜스퍼 챔버로 유입되는 유체량이 평형 상태에 이르면, 스풀(42)은 유체 손실량이 변하는 펌핑 상태에 어떤 변화가 생길 때까지 스풀(42)은 정지된다.

도 3, 3a, 4, 4a에 도시된 다른 위치들로의 스풀(42)의 이동은 펌프(10)에 대한 펌핑 조건들에 따른다. 제1 일반적(common) 조건은 펌프(10)의 개시에서 발생한다. 펌프(10)가 작동하지 않을 때, 트랜스퍼 챔버로부터의 유체는, 스프링(36)으로부터 또는 펌프(10) 내 잔류 압력으로부터 다이어프램(33)으로 가해지는 압력에 의해 플런저 피스톤(32)과 보어(31) 사이의 유극을 통해 누출된다. 펌프(10)가 재 가동될 때, 트랜스퍼 챔버(20) 내에는 너무 적은 유체가 존재하며, 이는 플런저 피스톤(32)이 하사점(BDC)에 있을 때, 다이어프램(33)이 트랜스퍼 챔버(20) 내에서 너무 후방으로 이동하게 한다 (예를 들어, 도 3, 3a 참조). 이 상태는 상기 언급된 미충전 상태이다. 미충전 상태가 존재할 때, 다이어프램(33)과 같이 이동하는 밸브 암(43)은 스풀(42)을 이동시켜서, 스풀(42)은 과충전 개구(64)를 완전히 폐쇄하고, 미충전 개구(56)를 개방시킨다 (도 3, 3a 참조). 스풀(42)이 이 위치에 있으면, 펌프(10)의 흡입 스트로크 동안 미충전 밸브(44)를 통해 저장소(18)로부터 트랜스퍼 챔버(20)로 유체가 유입된다. 트랜스퍼 챔버(20)가 펌프의 각각의 연속적인 스트로크에서 다소 과충전 되면, 도 1, 2, 2a를 참조하여 전술한 정상상태 평형 위치를 결과적으로 달성하도록 밸브 암(43)은 밸브 스풀(42)을 전방으로 이동시킨다.

저압력 입구 상태와 출구 압력의 손실을 유발하는 펌프(10)로의 입구 라인(line)에 제한이 있을 때, 제2 일반적인 조건이 발생한다. 저압력 입구 상태는 플런저가 상사점(TDC)에 있을 때, 정상보다 더 전방으로 다이어프램(33)을 이동시킨다. 이 상태는 과충전 상태로 불리며, 도 4, 4a를 참조하여 도시된다. 과충전 상태가 존재하면, 밸브 암(43)은 스풀(42)을 전방으로 이동시켜서 스풀(42)이 미충전 개구(56)를 완전히 폐쇄하며, 과충전 개구(64)를 개방시킨다. 초과 유체는 과충전 개구(64)와 과충전 밸브(46)를 통해 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출되어 저장소(18)로 이동된다.

전술한 바와 같이, 스풀은 트랜스퍼 챔버(20)로 유입 및 배출되는 유체의 유동이 대등해지는 평형 위치를 찾을 것이다. 스풀(42)의 위치는 밸브 암(43)이 스 풀(42)을 이동시키도록 펌핑 상태들이 변할 때까지 변하지 않는다. 진동 또는 중력에 의해 스풀(42) 그 자체의 이동을 막도록, 펌프(10)는 밸브 암(43)에 의해 가동될 때까지 스풀(42)의 이동을 막는 장치를 포함해야 한다. 볼(92)과 스프링(94)을 갖는 스풀 리테이너(90)는 스풀(42)의 스풀 리테이너 오목부(96) 내에 배치된다. 스풀 리테이너(90)는 스풀 보어에 대해 마찰력을 발생시켜서 스풀(42)은 그 자체가 이동하지 않는다.

특정 펌핑 상태에 대한 평형 정상상태 위치의 달성은 도 1, 2, 2a를 참조하여 더 상세히 후술된다. 평형 정상상태 조건들 동안, 스풀(42)은 펌프 조건들이 변할 때까지 이동하지 않는다. 트랜스퍼 챔버(20) 내부 및 외부로의 유체 유동의 상기 미세한 조정은 다이어프램 TDC 또는 BDC 위치들에서의 매우 작은 변화들로부터 기인한다. 이러한 변화들은 플런저의 변위에 의해 구분되는, 스트로크 마다 트랜스퍼 챔버로부터의 누출 속도(rate)에 비례한다. 예를 들어, 약 200 세제곱 센티미터(cc)의 실린더 변위를 갖는 실-레스(seal-less) 펌프에서, 최대 압력에서 작동할 때 트랜스퍼 챔버로부터의 누출 속도는 스트로크당 약 1cc가 될 것이다. 밸브가 과충전 및 미충전 개구들(56, 64) 모두를 폐쇄하여, 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출되는 유체는 플런저 피스톤(32) 주위의 누출만일 때, 다이어프램 스트로크 위치는 다이어프램 스트로크의 약 1/200 만큼 이동할 것이다. 200cc 변위의 예시에서, 다이어프램(33)은 약 1.5 인치(inch)일 것이며, 스트로크 당 BDC의 감소는 약 0.0075 인치이다. 다이어프램의 스트로크 위치는 스풀(42)이 미충전 개구(56)의 개방을 시작할 때까지 각 스트로크에서 0.0075 인치 후방으로 이동할 것이다. 미충전 개 구(56)가 약간 개방되면, 각각의 흡입 스트로크마다 소량의 유체가 트랜스퍼 챔버(20)로 유입된다. 상기 유입되는 오일은 플런저 피스톤(32)을 통해 트랜스퍼 챔버(42)로부터 배출되는 유체 양으로부터 차감되어, 스트로크 당 순(net) 손실은 다음 스트로크에서 더 적어진다.

일 실시예에서, 만약 밸브 암(43)과 결합에 의해 스풀(42)의 제1 이동에서 스풀(42)이 0.007 인치 개방되면, 흡입 스트로크에서 트랜스퍼 챔버(20)로 유입되는 유체는 0.5 cc가 될 수 있으며, 트랜스퍼 챔버(20)에서 배출되는 순 유체는 단지 0.5 cc이다. 다음 스트로크는 앞서 이동의 절반만큼 스풀(42)을 이동시킬 것이며, 각 스트로크에서 더 미세한 조정들이 이어진다. 실제로 이 조정 과정은 펌프 작동 설정에 따라 수초보다 적게 펌프(10)의 여러 스트로크들을 취한다. 펌핑 조건들이 과충전 상태를 유발할 때 동일한 과정이 발생한다. 과충전 상태는 펌프(10)로의 입구가 제한되며 펌프(10)의 출구에서 저압력 일 때 발생한다. 이러한 조건들 하에서, 트랜스퍼 챔버(20)는 각각의 스트로크에서 다시 소량으로(예를 들어 스트로크 당 1cc) 유체 체적을 서서히 증가시킬 것이다. 플런저 피스톤 유극으로부터 트랜스퍼 챔버(20)로 유입되는 유체량이 과충전 밸브(46)를 통해 트랜스퍼 챔버(20)에서 배출되는 양과 동일하게 될 때까지 과충전 개구(64)를 점진적으로 개방하는 유사한 과정이 발생한다.

도 1은 (예를 들어, 펌프 개시 동안) 공기가 트랜스퍼 챔버(20)로부터 배출되도록 하나 정상 작동 시에 상당한 액체(예를 들어, 유압 유체 또는 오일) 누출을 막도록 디자인된 공기 배출(bleed) 밸브(98)를 더 설명한다. 와이퍼 실(wiper seal)(99)은 저장소(18) 내 유압 오일을 포함하도록 플런저(32) 상에 배치된다. 이 실은 트랜스퍼 챔버(20)의 고압을 유지하도록 구성되지 않는다. 트랜스퍼 챔버(20)의 고압은 플런저(32)와 보어(31) 사이의 밀착 끼움(close fit)에 의해 유지된다. 플런저(32)와 보어(31) 사이의 이 고압 유극을 지나는 유체는 저장소(18)와 동일한 압력으로 유지되며, 와이퍼 실(99)이 저장소(18) 내 유체를 유지시켜서, 유체는 크랭크케이스(12) 내에 담긴 오일로부터 분리되지 않는다.

도 5 내지 6a의 예시적인 다이어프램 펌프

도 5 내지 6a를 참조하면, 본 개시의 원리들을 병합하는 다른 예시적인 펌프(100)가 도시되고 설명된다. 펌프(100)는 도 1 내지 4a를 참조하여 전술한 많은 동일한 특징들을 갖는다. 펌프(100)는 레버(80)를 사용하여 작동되는 다른 밸브 스풀(142)을 포함한다. 밸브 스풀(142)은 다이어프램 로드(34)로부터 오프셋되는 스풀 보어(154) 내 배치된다. 밸브 스풀(142)은 다이어프램 로드(34)와 다이어프램(33)의 이동 방향과 평행한 방향으로 이동가능하다. 레버(80)는 효과적으로 다이어프램 로드(34)와 밸브 스풀(142)을 결합시킨다. 레버(80)는 받침점(81), 제1 및 제2 접속점들(83, 84)을 포함한다. 레버(80)는 받침점(81)을 축으로 회전한다. 제1 접속점(83)은 다이어프램 로드(34)에 연결된다. 제2 접속점(84)은 밸브 스풀(142)에 연결된다. 제1 접속점(83)은 다이어프램 로드(34) 상에 레버(80)의 슬라이딩 결합을 제공한다. 한 쌍의 제1 및 제2 스탑들(85, 86)은 다이어프램 로드(34)를 따라 레버(80)에 대한 이동 거리를 제어하도록 다이어프램 로드(34)를 따라 배치된다.

스탑들(85, 86) 사이에 형성되는 공간은, 트랜스퍼 챔버(20) 내 과충전 또는 미충전 상태의 발생까지 펌프(10)의 정상상태 작동동안 밸브 스풀(142)을 정지하도록 하는 "휴지 영역"을 형성한다. 미충전 상태에서, 미충전 개구(56)를 개방하도록 밸브 스풀(42)을 전방으로 이동시키기 위해 스탑(86)이 받침점(81)에 대해 레버(80)를 회전시키도록 하면서, 다이어프램(33)은 트랜스퍼 챔버(20) 내에서 더 후방으로 이동할 수 있다. 과충전 상태에서, 다이어프램(33)은 과충전 개구(64)를 개방하도록 밸브 스풀(142)을 후방으로 이동시키기 위해 스탑(85)이 레버(80)를 받침점(81)에 대해 회전시키도록 하면서, 다이어프램(33)은 정상상태 조건보다 더 전방으로 이동한다.

도 1 내지 6a를 참조하여 도시된 밸브 스풀 배열들의 많은 변형들이 가능하다. 일 예에서, 펌프 내에 단일 피스(piece)로 설치되는 선-조립(pre-assembled) 제품으로서 밸브 스풀, 관련 과충전 및 미충전 밸브들이 함께 결합될 수 있다. 다른 예에서, 밸브 스풀은 다이어프램 로드와 다이어프램의 이동 방향에 대해 수직 방향(또는 다른 비평행(non-parallel) 방향)으로 이동하도록 배열될 수 있다. 또한, 도 1 내지 6에 도시된 바와 같이 다이어프램의 수직한 하부의 밸브 스풀의 위치에 대향하여, 다이어프램 로드에 수직한 상부 또는 측면에 밸브 스풀이 비스듬히(laterally) 배치될 수 있다.

추가 고려 사항들

다이어프램의 후방의 트랜스퍼 챔버 내에 유압 오일의 정확한 양이 있는 한, 상기 예시들을 참조하여 설명한 밸브 스풀은 정지 위치를 유지할 수 있다. 밸브 스풀은, 완전히 확장 및 완전히 수축된 위치들 사이의 스트로크 동안 다이어프램의 위치와 상관없이 이 정지 상태를 유지할 수 있다. 정지 상태에 있을 때, 밸브 스풀은 트랜스퍼 챔버와 유체 저장소 사이에 배치된 체크 밸브들로 개구들을 폐쇄한다. 따라서, 밸브들은 일반적으로 과충전 또는 미충전 상태일 때만 작동되어, 밸브 스풀은 하나 또는 다른 체크 밸브들로 개구를 개방하도록 이동한다. 릴리프 밸브의 제한된 작동은 피스톤 스트로크마다 상부 또는 저부에서 릴리프 밸브가 구동되는 압력-기반 시스템들에서 상당한 장점들을 제공한다. 밸브가 작동할 수록 밸브는 마모되기 쉽다.

여기에 개시된 예시적인 펌프들의 다른 장점은 펌프 내 과충전과 미충전 상태들 모두를 보정하는데 필요한 구성요소들의 수와 관련된다. 압력-기반 시스템들은 일반적으로 미충전 상태들에 대해 과충전 상태들을 대처하도록(address) 별개의 구성요소들을 필요로 한다. 여기에 개시된 예시적인 펌프들은 과충전과 미충전 상태들을 모두 보정하도록 단일 스풀 부재를 사용한다. 또한, 여기에 개시된 예시적인 밸브 스풀들은, 과충전 또는 미충전 상태들이 존재할 때만 활성화되기 때문에 마모가 거의 없이 사용되는 상대적으로 간소한 한 쌍의 체크 밸브들과 관련하여 기능한다. 밸브 스풀들의 제한된 활동은 마모를 제한하고 유지비를 감소시킨다.

결론

본 개시의 일 양상은 다이어프램, 펌핑 챔버, 트랜스퍼 챔버, 제1 및 제2 유 체 밸브들, 유체 저장소, 및 밸브 스풀을 포함하는 다이어프램 펌프에 관한 것이다. 다이어프램은 제1 축을 따라 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동가능하다. 펌핑 챔버는 다이어프램의 일측면에 형성되며, 펌프되는 유체를 수송하는데 적합하다. 트랜스퍼 챔버는 다이어프램의 타 측면에 형성되며 유압 유체로 채워진다. 제1 및 제2 밸브들은 일방향 밸브로서 구성된다. 유체 저장소는 제1 및 제2 밸브들을 통해 트랜스퍼 챔버와 유체 소통 가능하다. 밸브 스풀은 제1 및 제2 밸브들을 통해 유체 유동을 제어하도록 트랜스퍼 챔버 내에 배치된다. 밸브 스풀은 제1 및 제2 밸브들의 개구들과 관련있는 복수의 위치들 사이에서 제1 축과 다른 제2 축을 따라 이동가능하다.

본 개시의 다른 양상은 다이어프램, 피스톤, 트랜스퍼 챔버, 유체 저장소, 및 스풀 부재를 포함하는 유압 구동 펌프에 관한 것이다. 다이어프램은 제1 축에 대해 이동가능하다. 트랜스퍼 챔버는 다이어프램과 피스톤 사이에서 형성되며 유압 유체로 채워진다. 유체 저장소는 하나 이상의 밸브를 통해 트랜스퍼 챔버와 유체 소통 가능하다. 스풀 부재는 트랜스퍼 챔버와 유체 저장소 사이의 유체 유동을 제어하도록 구성된다. 스풀 부재는 트랜스퍼 챔버 내에 과충전 상태 또는 미충전 상태가 존재할 때, 하나 이상의 밸브와 관련하여 이동가능하다. 스풀 부재는 제1 축과 비-동축으로(non-coaxial) 배열된다.

본 개시의 다른 양상은 유압 구동 다이어프램 펌프 내 유체 압력 평형유지 방법에 관한 것이다. 다이어프램 펌프는 다이어프램, 피스톤, 다이어프램과 피스톤 사이에 삽입된 트랜스퍼 챔버, 유체 저장소, 밸브 스풀, 및 유체 저장소와 트랜스 퍼 챔버 사이의 유체 소통을 제공하는 하나 이상의 밸브를 포함한다. 상기 방법은 제1 축을 따라 다이어프램을 이동시키도록 피스톤을 이동시키는 단계, 및 유체 저장소와 트랜스퍼 챔버 사이의 유체 유동을 제어하도록 하나 이상의 밸브 부재와 관련하여 밸브 스풀을 이동시키는 단계를 포함한다. 밸브 스풀은 제1 축과 비-동축인 제2 축을 따라 이동한다.

앞서의 상세한 설명에서, 본 개시를 간소화할 목적으로 다양한 특징들이 때때로 단일 실시예로 그룹화 되었다. 본 개시의 방법은 주제의 청구된 실시예들이 각각의 청구항에 표현적으로 언급된 것보다 더 많은 특징들을 요구하는 의도를 방영하도록 해석되지 않는다. 후술하는 청구항들에서, 발명의 주제는 단일 개시된 실시예의 모든 특징들보다 더 적게 놓여진다. 따라서, 여기서 후술하는 청구항들은 상세한 설명에 병합되며, 각각의 청구항은 별개의 바람직한 실시예로서 그 자신에 기초한다. 따라서, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 형태의 설명에 제한되지 않는다.

Claims (21)

1. 제1 축을 따라 제1 및 제2 위치들 사이에서 이동가능한 다이어프램;

   상기 다이어프램의 제1 측면에 배치되며, 펌프되는 유체를 수송하는 펌핑 챔버;

   피스톤; 및

   상기 다이어프램의 제2 측면 상의 피스톤과 상기 다이어프램 사이에 형성되며, 유압 유체로 채워지는 트랜스퍼 챔버를 포함하는 다이어프램 펌프로서,

   제1 및 제2 일방향 밸브들;

   유체 저장소로 직접 연결되는 제1 도관(conduit)과, 상기 제1 일방향 체크 밸브와, 상기 유체 저장소로부터 상기 트랜스퍼 챔버로 직접 연장하는 제2 도관과, 상기 제2 일방향 체크 밸브를 통해 상기 트랜스퍼 챔버와 유체 소통 가능한 유체 저장소; 및

   상기 제1 및 제2 밸브들을 통해 유체 유동을 제어하도록 상기 트랜스퍼 챔버 내에 배치되며, 상기 제1 및 제2 밸브들의 개구들과 관련있는 복수의 위치들 사이에서 상기 제1 축과 다른 제2 축을 따라 이동가능한 밸브 스풀을 포함하는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 스풀은 상기 제1 및 제2 밸브들의 개구들을 폐쇄하는 제1 위치와, 상기 제1 밸브의 개구를 폐쇄하고, 상기 제2 밸브의 개구는 개방하는 제2 위치와, 상기 제2 밸브의 개구를 폐쇄하고, 상기 제1 밸브의 개구는 개방하는 제3 위치 사이에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 스풀은 상기 밸브 스풀을 이동시키는 상기 트랜스퍼 챔버 내에 과충전 상태 또는 미충전 상태가 발생할 때까지 상기 제1 위치를 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이어프램에 연결되며, 상기 트랜스퍼 챔버 내에 과충전 상태 또는 미충전 상태가 발생할 때, 상기 밸브 스풀을 이동시키기 위해 상기 밸브 스풀과 접촉하도록 구성되는 밸브 암을 더 포함하며, 상기 밸브 스풀은 오목부를 포함하고, 상기 밸브 암의 일부분은 과충전 상태 또는 미충전 상태가 발생할 때까지 상기 밸브 스풀을 이동시키지 않고 상기 오목부 내에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 다이어어프램 로드와 바이어스 부재를 포함하는 다이어프램 로드 조립체를 더 포함하며, 상기 다이어프램 로드는 상기 다이어프램에 고정되고 상기 다이어프램 로드 조립체는 상기 제1 축을 따른 방향으로 상기 다이어프램에 바이어스 힘을 가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 펌프 내에서 상호 왕복 이동하도록 구성되는 플런저 피스톤을 더 포함하며, 상기 플런저 피스톤과 다이어프램 로드는 상기 피스톤과 다이어프램의 비동기식 이동을 제공하도록 서로 2축(biaxial)을 이루는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 다이어프램 로드 조립체는 상기 트랜스퍼 챔버 내의 압력 상태를 상기 펌핑 챔버 내의 압력 상태보다 크게 발생하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 스풀은 상기 트랜스퍼 챔버와 상기 제1 및 제2 밸브들 사이에서 유체 유동을 제공하도록 상기 밸브 스풀의 길이의 적어도 일부분을 따라 형성되는 유체 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펌프 내에서 상호 왕복 이동하도록 구성되는 플런저 피스톤을 더 포함하며, 상기 플런저 피스톤과 상기 밸브 스풀은 평행한 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 스풀은 일 측면에 오목부가 형성되며, 상기 밸브 스풀은, 상기 밸브 스풀의 말단이 상기 트랜스퍼 챔버와 상기 유체 저장소 사이에 유체 소통을 제공하도록 상기 제2 위치에서 상기 제1 밸브를 개방하며, 상기 오목부가 상기 트랜스퍼 챔버와 상기 유체 저장소 사이에 유체 소통을 제공하도록 상기 제3 위치에서 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
11. 유압 구동 다이어프램 펌프 내의 유체 압력 평형유지 방법으로서,

    상기 다이어프램 펌프는 다이어프램, 피스톤, 상기 다이어프램과 상기 피스톤 사이에 배치되는 트랜스퍼 챔버, 유체 저장소, 밸브 스풀, 및 상기 트랜스퍼 챔버로부터 상기 유체 저장소로 직접 유체 유동을 제공하는 제1 도관과 제1 일방향 밸브, 및 상기 유체 저장소로부터 상기 트랜스퍼 챔버로 직접 유체 유동을 제공하는 제2 도관과 제2 일방향 밸브를 포함하며,

    제1 축을 따라 상기 다이어프램을 이동시키도록 상기 피스톤을 이동시키는 단계; 및

    상기 유체 저장소와 상기 트랜스퍼 챔버 사이의 유체 유동을 제어하도록 상기 제1 일방향 밸브 및 상기 제2 일방향 밸브와 관련하여 밸브 스풀을 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 밸브 스풀은 상기 제1 축과 비-동축인 제2 축을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 평형유지 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 밸브 스풀을 이동시키는 단계는, 상기 트랜스퍼 챔버 내에 유체의 과충전 상태가 발생할 때까지 다이어프램을 이동시키면서 상기 제1 밸브를 통한 유체 유동을 제한하며, 상기 트랜스퍼 챔버 내에 유체의 미충전 상태가 발생할 때까지 다이어프램을 이동시키면서 상기 제2 밸브를 통한 유동을 제한하는 제1 위치에 상기 밸브 스풀을 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 평형유지 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 밸브 스풀을 이동시키는 단계는 상기 다이어프램에 연결되는 밸브 암과 상기 밸브 스풀이 접촉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 평형유지 방법.
14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 밸브 스풀은 측면에 오목부가 형성되며, 상기 제1 밸브는 상기 트랜스퍼 챔버로부터 상기 유체 저장소로 유체를 유동시키도록 구성되며, 상기 제2 밸브는 상기 유체 저장소로부터 상기 트랜스퍼 챔버로 유체를 유동시키도록 구성되고,

    상기 밸브 스풀을 이동시키는 단계는 과충전 압력 상태일 때 상기 제1 밸브의 개구를 개방시키면서 상기 제2 밸브의 개구를 폐쇄하는 제1 위치로 상기 밸브 스풀을 이동시키는 단계와, 미충전 압력 상태일 때 상기 제1 밸브의 개구를 폐쇄시키면서 상기 밸브 스풀의 오목부를 상기 제2 밸브의 개구로 개방시키는 제2 위치로 상기 밸브 스풀을 이동시키는 단계를 포함하며,

    상기 밸브 스풀은 상기 피스톤을 통한 상기 트랜스퍼 챔버로부터의 유체 누출을 보상하도록 상기 다이어프램 펌프의 정상 상태 작동 동안 상기 제2 위치를 유지하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 평형유지 방법.
15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 다이어프램 펌프는 공기 배출 부재를 더 포함하며,

    상기 트랜스퍼 챔버로부터 액체 유동을 제한하면서 상기 공기 배출 부재를 통해 상기 트랜스퍼 챔버로부터 공기를 배출시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 평형유지 방법.
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