기초 강좌｜정밀펌프기술 4-1. 에어 챔버의 원리

에어 챔버란

펌프의 맥동을 감소시키기 위해 일반적으로 사용되는 기기.
용기 내 공기의 신축을 이용하여 왕복동 펌프의 맥동을 억제해서 안정된 액체의 흐름을 만듭니다.
배관의 진동이나 오버피드 현상 등 맥동에 관련된 여러 문제를 경감할 수 있습니다.

에어 챔버 사용 시 토출 파형

그림 1은 다이아프램 펌프의 토출 파형을 나타내고 있습니다.
A 부분에서는 액체를 토출하고 있습니다.
B 부분에서는 액체를 빨아들이고 있습니다(펌프 헤드 내에 액체가 빨려 들여가고 있어, 액체는 토출되고 있지 않은 상태).
에어 챔버는 공기의 신축을 이용하여 그림 1의 파형을 그림 3과 같이 균일하게 합니다.
그림 3에서는 맥동이 없어져 연속 일정한 흐름임을 알 수 있습니다.

맥동이 감소하는 메커니즘

펌프가 토출 행정 시 펌프가 토출한 압력에 의해 에어 챔버 내의 공기가 압축되어, 에어 챔버 내에 액체가 증가합니다.
펌프가 흡인 행정 시(액체가 펌프로부터 토출되지 않는 동안)에는 펌프로부터의 토출 압력은 걸리지 않기 때문에 에어 챔버 내에서 압축된 공기의 압력에 의해 에어 챔버 내의 액체를 밀어 냅니다.
즉, 펌프가 토출 행정에 있을 때는 펌프로부터 토출된 액체의 일부가 에어 챔버에 흐르고, 펌프가 흡입 행정에 있을 때는 에어 챔버 내의 액체가 배관에 흐릅니다.
이 메커니즘으로 맥동이 감소됩니다.

어큐뮬레이터란

어큐뮬레이터는, 공기가 직접 액체에 접촉하지 않도록 에어 챔버 내에 고무 격막이 설치되어 있는 이미지를 떠올리시면 됩니다. 실제로는, 블래더라고 하는 고무 풍선과 같은 것이 들어 있고 일정한 압력까지 압축된 가스(일반적으로 질소 가스)가 봉입되어 있습니다. 또한 맥동 저감 원리는 에어 챔버와 같습니다. 어큐뮬레이터를 사용하면 공기와 액체가 직접 접촉하지 않기 때문에, 공기가 액체에 용해되거나 액체가 산화・열화되지 않습니다.

에어 챔버의 단점

에어 챔버 내의 공기가 액체에 용해되어 적어지면 맥동이 커지기 때문에, 정기적으로 에어를 보충해야 한다.
공기에 의해 영향을 받는 액체에는 사용할 수 없다.
펌프의 토출량을 바꿀 때마다 스로틀 밸브를 재조정해야 한다.
에어 챔버 내부의 에어가 충분히 축압되는 데 시간이 걸리기 때문에, 액이 토출되기까지 시간이 걸린다. (펌프 기동 시 토출 지연)
펌프 정지 시 에어 챔버 내에 축압된 에어가 액을 밀어 내기 때문에, 에어 챔버 내의 에어 압력이 다 내려갈 때까지 액이 계속 나온다. (펌프 정지 시 액 흘러내림)