다니엘 콜리(Daniel Kohli)와 함께하는 부드러운 유량의 비하인드 스토리

저맥동 펌프가 필요하다고 본 이유는 무엇입니까? 

KNF는 고객에게 가장 큰 부가가치를 제공하는 혁신을 추구합니다. 그래서 저희는 고객과 응용 분야의 요구사항에 맞춰 조정할 수 있는 견고하고 유연한 제품 플랫폼을 개발 및 생산하고 있습니다. 이노베이션 워크샵에서 저희는 시장 내의 문제점들을 살펴보았습니다.  이 때, 두 가지 요소가 눈에 띄었고 Smooth Flow 펌프 개발의 필요성을 느꼈습니다. 첫째, 모든 용적형 펌프와 같이 다이어프램 펌프는 맥동을 발생시킵니다. 저희는 기술 리더십을 통해 이러한 단점을 없애고 싶었습니다. 둘째, 디지털 인쇄 시장에서 유량 4 l/min 및 극저맥동 펌프에 대한 강력한 수요가 있었으며 이탈리아의 한 고객이 이 솔루션을 원했습니다. 

Smooth Flow 펌프는 어떻게 작동하나요? 

Smooth Flow 기술을 설명하기 전에 먼저 맥류에 대해 설명해야 할 것 같습니다. 액체 다이어프램 펌프에서는 편심에 의해 멤브레인이 위아래로 움직입니다. 멤브레인이 내려가면 액체가 빨려 들어오고, 위로 올라가면 액체를 밀어냅니다. 이 과정은 정상 작동 시 초당 약 50회 발생하며, 이로 인해 입구와 출구 양쪽에서 액체의 움직임이 가다 서다를 반복하는데 이를 맥류라고 합니다. 호스, 스크린 또는 필터를 통한 고객 시스템의 저항은 맥류를 일으켜 압력 펄스를 형성하여 펌프와 고객 시스템 수명을 모두 떨어뜨릴 수 있습니다. 

저희 FP 펌프에 사용된 Smooth Flow 기술은 액체 이송 시스템의 맥동을 최소화합니다.  저희는 두 가지 접근 방법을 통해 이를 달성합니다. 

FP 150 및 FP 400과 같은 부드러운 유량 펌프는 직렬로 연결된 5개의 다이어프램으로 설계되었습니다. 각 멤브레인은 같은 속도로 작동하지만 각 다이어프램은 1/5의 위상차를 가집니다. 이로 인해 가다 서다 동작이 5배 더 자주 발생하며 스트로크 용량은 1/5로 감소하고 맥동은 약 1/10로 줄어듭니다. 

FP 7, FP 25 또는 FP 70과 같은 소형 FP 펌프에는 펌프의 흡입구와 배출구 쪽에 패시브 댐퍼가 통합되어 있습니다. 배출 과정에서 배출구쪽 댐퍼가 액체의 일부를 저장했다가 흡입 과정에서 다시 방출합니다.  이러한 개념으로 맥동을 약 1/100로 줄일 수 있으며, 특별한 설계를 통해 고객 시스템에서 압력 맥동을 1mbar 미만으로 낮추기도 했습니다. 이것은 다이어프램 펌프 역사에 한 획을 그은 일입니다! 

Smooth Flow 펌프는 어떤 장점이 있나요? 

뛰어난 다이어프램 펌프 기술에도 불구하고, 맥동은 특정 액체 이송 분야에서는 문제점으로 여겨져 왔습니다. 다이어프램 액체 펌프의 장점으로는 셀프 프라이밍 및 건식 작동 능력, 높은 내화학성, 최소한의 유지 보수, 누출 없는 깨끗한 작동 등이 있습니다. Smooth Flow 기술은 여기에 저맥동을 결합하여 FP 펌프에 기어 펌프와 같은 다른 액체 이송 시스템에 비해 상당한 이점을 가지게 합니다. 고객은 저맥동으로 인한 안정적인 유속의 이점을 얻게 되며 소음과 진동을 최소화할 수 있게 됩니다. 저희 멀티 다이어프램 펌프가 얼마나 조용히 작동하는지 저는 여전히 놀랍습니다. 

또한 일정하고 예측 가능한 유량은 고객 시스템 내의 저항으로 인해 발생하는 최대 압력을 줄여 줍니다. 이는 펌프뿐만 아니라 전체 시스템 및 부속품의 수명을 연장시켜 궁극적으로 고객 시스템의 종합설비효율(OEE)을 향상시킵니다. 

어떤 산업이 저맥동 펌프의 이점을 누릴 수 있나요? 

저희는 처음에 드롭-온-디맨드(DoD) 및 연속 잉크젯 인쇄(CIJ)와 같은 디지털 인쇄 분야에서 부드러운 유량 기술의 높은 잠재력을 확인했습니다. 하지만 지금은 모든 산업 분야의 고객들이 저희 FP 펌프의 이점을 크게 누리고 있다는 것을 알게 되었습니다. 예를 들어 의료 기기, 세탁 및 연구실 설비 등이 여기에 포함됩니다. 

KNF Smooth Flow 펌프가 어떤 차이점을 만들어 내는지 구체적인 사용 사례를 들어 설명해 주실 수 있나요? 

고객 맞춤형 FP 펌프가 사용되는 디지털 인쇄 분야의 사례를 하나 소개해 드리겠습니다. 디지털 프린터에는 아주 작은 잉크 방울들이 프린트 헤드에서 분사되어 예를 들어 포스터와 같은 고해상도 인쇄물을 만듭니다. 이 잉크 방울들이 일정한 품질로 분사되려면 잉크가 프린트 헤드에서 맥동없이 운반되고 회수되어야 합니다. 일반적으로 프린트 헤드는 액체 압력 이송 시스템으로 잉크를 공급받는데, 이는 부드러운 재순환 흐름과 안정적인 진공을 유지하기 위한 추가 부품이 필요하며 상당히 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 저희는 고객 맞춤형 Smooth Flow 펌프를 사용하여 별도의 맥동 펌프용 부품을 설치할 필요 없이 매우 엄격한 맥동 요구사항을 충족할 수 있습니다. 이를 통해 고객들은 더 비용 효율적이고 단순한 잉크젯 인쇄 시스템을 설계할 수 있습니다. 잉크 시스템의 발전에 대한 더 자세한 깊이 있는 정보를 원하신다면 저희 블로그인 드롭-온-디맨드 디지털 잉크젯을 위한 펌프를 읽어 보세요. 

돌이켜볼 때, Smooth Flow가 향후 개발 프로젝트에 긍정적인 영향을 미쳤다고 생각하세요? 

물론입니다. 예를 들어, 맥동 댐퍼나 드라이브를 설계할 때 시뮬레이션 도구를 사용하면 제품 개발 속도가 크게 빨라진다는 점을 깨달았습니다. 저희는 동료인 라파엘 프레이가 개발한 유압 시스템 모델링 전용 도구와 비선형 유한 요소 해석, 전산 유체 역학(CFD), 그리고 베어링 계산을 위한 추가 도구들을 사용했습니다. 프로토타입은 여전히 수많은 실험을 통해 검증 중이지만, 시뮬레이션을 통해 한계를 탐구하고 프로토타입을 제작하기 전에 어떤 것이 효과가 있을 지 판단할 수 있게 되었습니다. 

또한, 초기의 고객 샘플링은 매우 중요했습니다. 기존 응용 분야에서 프로토타입이 어떻게 작동하는지 확인하면서 엔지니어들 간의 교류를 통해 깊이 있는 응용 분야의 지식을 습득할 수 있었습니다. 이를 통해 해당 고객 요구사항을 제품 개발에 직접 반영할 수 있었습니다. 이러한 협력은 양측 모두의 깊은 신뢰를 필요로 하며 저희는 이것을 당연하게 여기지 않습니다. 저희는 고객과의 오랜 신뢰 관계를 바탕으로 하고 있으며, 이런 경험을 통해 그 관계가 더욱 강화되었습니다. 

혁신적 관점에서: Smooth Flow가 중요한 이유는 무엇인가요? 

저희가 처음으로 지능형 펌프를 만들 수 있는 기반이 되기 때문입니다. 액체 이송 시스템에서 맥동을 줄임으로써, 저희는 다이어프램 펌프 기술에서 중요한 이정표를 세우게 됐습니다. 이제 우리의 한계를 더욱 넓혀 고객이 원하는 유속을 직접 지정하고 설정할 수 있도록 할 계획입니다. 현재 개발 중인 펌프는 저희 FP 펌프에 센서를 결합하여 압력이나 온도와 같이 변하는 외부 환경 조건에서도 유량을 자동으로 조절할 수 있습니다. 센서와의 결합은 Smooth Flow 펌프가 이뤄 낸 엄청난 맥동 감소 덕분에 가능해 졌습니다. 일반 다이어프램 펌프의 경우 맥동이 너무 높아 유속을 측정하는 것은 매우 어려울 것입니다.  

Smooth Flow 개발이 KNF의 혁신 접근 방식을 반영한다고 볼 수 있나요?  

KNF에게 혁신이란 그저 뛰어난 기술 솔루션 만을 의미하지 않습니다. 저희 제품이 고객에게 실질적인 가치를 제공할 때만이 비로소 진정한 혁신이라고 여깁니다.  저는 저희가 Smooth Flow 펌프를 통해 혁신을 달성했다고 확신합니다. 유량 맥동을 크게 줄임으로써 다이어프램 펌프 성능의 한계를 새롭게 정의했기 때문입니다.