KR101130858B1 - 온수매트의 온수 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온수를 순환시켜 난방을 수행하는 온수매트에서 순환펌프를 구동시켜 온수를 공급하는 온수 순환부에서 누수가 발생되지 않고, 온수를 원활하게 공급할 수 있도록 하는 온수매트의 온수 공급장치에 관한 것으로서 상기 온수 순환관을 순환한 온수의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온수가 상기 온수 순환관을 순환하게 하는 온수 순환부와, 상기 온수 순환부에서 토출되는 온수의 압력을 조절함과 동시에 히터로 온수를 가열한 후 상기 온수 순환관으로 토출하는 완충 가열부를 포함하고, 온수 순환부는 온수가 입수되는 입수구 및 온수가 토출되는 토출구가 구비되고, 바닥면에는 지지봉이 상향 돌출되는 함체와, 상기 함체에 회전가능하게 설치되고, 복수 개의 영구자석으로 이루어지는 로터와, 상기 로터의 회전에 따라 함께 회전되면서 상기 입수구로 입수되는 온수를 상기 토출구로 토출하는 임펠러와, 상기 함체의 외측에 복수 개의 코일이 구비되어 교번되는 자력선을 발생하고, 발생하는 자력선과 상기 영구자석이 발생하는 자력선의 상호작용에 의해 상기 로터가 회전되게 하는 스테이터를 포함하여 구성된다.

Description

온수매트의 온수 공급장치{Apparatus for suppling hot water in a hot water mat}

본 발명은 온수매트의 온수 공급장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 온수를 순환시켜 난방을 수행하는 온수매트에 있어서, 순환펌프를 구동시켜 온수를 공급하는 온수 순환부에서 누수가 발생되지 않고, 온수를 원활하게 공급할 수 있도록 하는 온수매트의 온수 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로 난방용 매트는 국부난방이 필요하거나 환절기일 경우에 임시난방으로 사용하는 것으로서, 통상적으로 매트의 내부 전면에 걸쳐 전기 발열선을 배열하고, 교류전력에 의한 전기 발열선의 발열로 인해 난방용 매트를 가온시켜 난방을 수행한다.

그러나 상기와 같은 난방용 매트는 매트의 내부에 전기 발열선을 배열하여 난방효과를 내도록 한 것으로서 국부적으로 열을 발산하여 비효율적이고, 매트를 보관할 경우에 절첩하여 보관하므로 전기발열선이 끊어지게 되는 문제점이 있었다.

또한 상기한 난방용 매트는 전기발열선으로 교류전압이 공급되므로 전기발열선에서 인체에 해로운 많은 전자기파를 발생하는 문제점도 있었다.

그러므로 최근에는 순환펌프가 내장된 온수매트가 사용되고 있다. 상기 온수매트는 매트 본체의 내부 전체 면에 온수 순환관을 일정한 간격으로 배열하여 매입하고, 매트 본체의 일측에는 온수 공급장치를 구비한다. 상기 온수 공급장치는 사용자가 요구하는 소정 온도의 온수를 공급하고, 온수 공급장치가 공급하는 온수가 상기 온수 순환관을 순환하면서 열교환되면서 난방을 수행한다.

상기한 온수매트는 온수를 순환시켜 난방을 수행하므로 전자기파를 발생하지 않는 이점이 있다.

그러나 상기 온수 매트에 구비되어 있는 온수 공급장치는 순환펌프를 이용하여 온수를 순환시킴에 따라 누수가 발생하고, 이로 인하여 제품에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 종래의 온수 공급장치는 온수 순환부를 구비하고 있다. 상기 온수 순환부는 외측에 순환펌프의 전동기를 구비하고, 온수 순환부의 내측에는 임펠러를 구비하였다. 그리고 상기 순환펌프의 전동기의 회전축을 온수 순환부를 관통하여 내측으로 연장함과 아울러 연장한 회전축에 상기 임펠러를 설치하여 상기 전동기의 구동에 따라 상기 임펠러가 회전하면서 온수를 순환시키게 구성되어 있다.

그러므로 전동기의 회전축을 온수 순환부의 내측으로 연장하면서 발생하는 틈새로 온수가 누수되고, 이러한 누수는 온수 매트를 장기간 사용함에 따라 더욱 크게 발생하여 제품에 대한 신뢰성을 저하시키게 되는 요인으로 작용하였다.

본 발명이 해결하려는 과제는 전동기의 회전축을 온수 순환부의 외측에서 내측으로 연장하지 않아도 되도록 하여 누수가 발생하지 않는 온수매트의 온수 공급장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 온수매트의 온수 공급장치는 장기간 사용하여도 누수가 발생하지 않는 온수매트의 온수 공급장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 온수를 가열하는 히터에 이상이 발생하여 과열될 경우에 히터로 공급되는 전력을 차단하여 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있는 온수매트의 온수 공급장치를 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하려는 과제들은 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않고, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 온수매트의 온수 공급장치는 온수 매트에 매입되어 있는 온수 순환관으로 온수를 공급시키면서 상기 온수가 열교환되게 하는 온수 매트의 온수 공급장치에 있어서, 상기 온수 순환관을 순환한 온수의 온도를 검출하는 온도센서와, 상기 온수가 상기 온수 순환관을 순환하게 하는 온수 순환부와, 상기 온수 순환부에서 토출되는 온수의 압력을 조절함과 동시에 히터로 온수를 가열한 후 상기 온수 순환관으로 토출하는 완충 가열부를 포함하고, 상기 온수 순환부는 상기 온수가 입수되는 입수구 및 온수가 토출되는 토출구가 구비되고, 바닥면에는 지지봉이 상향 돌출되는 함체와, 상기 함체에 회전 가능하게 설치되고, 복수 개의 영구자석으로 이루어지는 로터와, 상기 로터의 회전에 따라 함께 회전되면서 상기 입수구로 입수되는 온수를 상기 토출구로 토출하는 임펠러와, 상기 함체의 외측에 복수 개의 코일이 구비되어 교번되는 자력선을 발생하고, 발생하는 자력선과 상기 영구자석이 발생하는 자력선의 상호작용에 의해 상기 로터가 회전되게 하는 스테이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온수 순환부는 상기 함체의 바닥면에 상향 돌출되는 지지봉과, 및 상기 지지봉에 설치되고, 상기 로터가 중심축으로 회전되게 하는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 완충 가열부는 상기 히터가 미리 설정된 온도 이상으로 발열될 경우에 상기 히터로 공급되는 전력을 차단시키는 바이메탈 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 로터 및 상기 스테이터는 BLDC(Brushless Direct Current) 모터이고, 상기 로터를 구성하는 영구자석의 위치를 검출하기 위한 복수 개의 홀센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도센서, 상기 온수 순환부 및 상기 완충 가열부는 상기 온수 매트 내에 일체로 매입되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 온수매트의 온수 공급장치에 따르면, 전동기의 스테이터는 함체의 외측에 구비하고, 전동기의 로터는 함체의 내측에 구비하여 로터를 회전시킨다.

그러므로 함체의 내측으로 전동기의 회전축을 연장할 필요가 없고, 이로 인하여 장기간 사용하여도 함체에서의 누수가 발생하지 않게 된다.

또한 온수를 가열하는 히터에 바이메탈 스위치를 구비하여 상기 히터가 설정된 온도 이상으로 발열될 경우에 전력의 공급을 차단시킴으로써 히터의 과열로 인한 안전사고의 발생을 미연에 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 한정하지 않는 실시 예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하며, 일부 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여한다.
도 1은 본 발명의 온수 공급장치가 구비된 온수매트의 구성을 개략적으로 보인 도면,
도 2는 본 발명의 온수 공급장치의 구성을 보인 도면,
도 3은 본 발명의 온수 공급장치에서 온수 순환부의 구성을 보인 도면,
도 4는 도 3의 A-A선 확대 단면도, 및
도 5는 본 발명의 온수 공급장치에서 스테이터를 구성하는 복수 개의 코일들의 권선상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하의 상세한 설명은 예시에 지나지 않으며, 본 발명의 실시 예를 도시한 것에 불과하다. 또한 본 발명의 원리와 개념은 가장 유용하고, 쉽게 설명할 목적으로 제공된다.

따라서, 본 발명의 기본 이해를 위한 필요 이상의 자세한 구조를 제공하고자 하지 않았음은 물론 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실체에서 실시될 수 있는 여러 가지의 형태들을 도면을 통해 예시한다.

도 1은 본 발명의 온수 순환장치에 따른 온수매트의 구성을 개략적으로 보인 도면이다. 여기서, 부호 100은 매트 본체이다. 상기 매트 본체(100)의 내부 전체 면에는 온수순환관(102)이 일정한 간격으로 배열되어 매입된다.

부호 110은 상기 매트 본체(100) 내에 일체로 매입되고 상기 온수순환관(102)으로 온수를 공급하여 순환되게 하는 본 발명의 온수 공급장치이다. 본 발명의 온수 공급장치(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 온수 순환관(102)을 순환한 온수의 온도를 검출하는 온도센서(210)와, 온수가 상기 온수 순환관(102)을 순환하면서 열교환되게 하는 온수 순환부(220)와, 상기 온수 순환부(114)가 공급하는 온수의 압력을 완충시키면서 가열하는 완충 가열부(230)를 포함한다.

상기 온수 순환부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 상부에 대략 원통형으로 이루어지는 함체(300)의 상부에, 상기 온수 순환관(102)으로부터 온수가 입수되는 입수구(302) 및 온수가 토출되는 토출구(304)가 구비되고, 함체(300)의 바닥면에는 지지봉(306)이 상향 돌출된다.

상기 지지봉(306)에는 베어링(308)이 설치되고, 상기 베어링(308)의 외측에는 로터(310)가 상기 베어링(308)을 축으로 하여 회전 가능하게 설치되며, 상기 로터(310)의 상부에 임펠러(312)가 설치되어 상기 로터(310)가 회전됨에 따라 상기 임펠러(312)가 함께 회전되면서 온수를 순환시키게 하였다.

그리고 상기 함체(300) 외측의, 상기 로터(310)의 영구자석에 대향되는 위치에는 스테이터(314)가 설치된다.

또한 상기 함체(300)의 하부에는 상기 로터(310)를 구성하는 영구자석의 위치를 검출하기 위한 복수 개의 홀센서(316)가 구비된다.

여기서, 상기 로터(310) 및 상기 스테이터(314)는 상기 함체(300)를 사이에 두고, 상호간에 결합되어 BLDC(Brushless Direct Current) 모터를 구성한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 로터(310)는 예를 들면, 2개의 N극 및 2개의 S극을 가지는 영구자석으로 이루어진다. 그리고 상기 스테이터(314)는 예를 들면, 6개의 코일(314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f)들이 상기 로터(310)를 중심으로 하여 방사상으로 배치되고, 상호간에 마주 바라보는 코일(314a, 314b)(314c, 314d)(314e, 314f)들은 도 5에 도시된 바와 같이 상호간에 직렬 연결됨과 아울러 6개의 코일(314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f)들이 결선된다.

상기 완충 가열부(230)는 상기 온수 순환부(220)의 토출구(304)에서 토출되는 온수를 저장하여 압력을 완충시키면서 상기 온수순환관(102)으로 토출하는 저장부(232)를 구비한다. 그리고 상기 저장부(232)의 하부에는 전력의 공급에 따라 발열되어 상기 온수를 가열하는 히터(234)와, 상기 히터(234)의 발열 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 상승될 경우에 상기 히터(234)로 공급되는 전력을 차단하는 바이메탈 스위치(236)가 구비된다.

이와 같이 구성된 본 발명은 온수를 순환시켜 난방을 할 경우에 컨트롤러(도면에 도시되지 않았음)는 온수 순환부(220)의 홀센서(316)의 출력신호로 로터(310)의 영구자석의 위치를 판단하고, 판단한 로터(310)의 영구자석의 위치에 따라 온수 순환부(220)의 스테이터(314)에 구비되어 있는 복수 개의 코일(314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f)들을 제어하여 교번되는 자력선을 발생하며, 발생하는 자력선은 함체(300)를 관통한다.

예를 들면, 상기 함체(300)는 합성수지 등과 같이 자력선이 통과하는 재질로 구성되는 것으로서 상기 복수 개의 코일들이 발생하는 자력선이 함체(300)를 관통하여 로터(310)에 구비되어 있는 복수 개의 영구자석에 인가된다.

그러면, 상기 스테이터(314)에 구비된 복수 개의 코일이 발생하는 자력선과 상기 로터(310)를 구성하는 복수 개의 영구자석이 발생하는 자력선의 상호 작용에 의해 상기 로터(310)가 베어링(308)을 회전축으로 회전하게 된다.

여기서, 로터(310) 및 상기 스테이터(314)는 상호간에 결합되어 BLDC 모터를 구성한다. 일반적으로 BLDC 모터는 직류 모터와는 달리 내부에 브러쉬를 구비하고 있지 않으므로 전기적인 방법으로 정류(Commutation)를 수행해야 한다.

이러한 BLDC 모터는 다른 종류의 모터와 비교하였을 경우에 다양한 장점을 가지고 있는 것으로서 최근에 가전제품, 자동차, 산업 자동화 등을 비롯한 다양한 분야에 많이 적용되면서 기존의 브러시 타입의 DC 모터 및 유도 전동기 등의 대안으로 급속히 성장하고 있다.

상기 BLDC 모터가 적용된 제품은 극히 일부의 프리미엄 제품군에 한정되어 있었으나 최근에는 프리미엄 제품군은 물론 일반 제품군까지 적용될 정도로 모터의 응용 분야에서 널리 사용되고 있는 대세를 이루고 있다.

상기 BLDC 모터는 수십 내지 수만 RPM의 광범위한 동작 속도 범위, 속도-토크 특성의 우수함, 뛰어난 동적 특성, 낮은 소비전력을 가지는 고효율, 저소음 및 상대적으로 긴 수명을 가지는 내구성 등의 장점이 있다.

이러한 BLDC 모터의 우수한 특성에도 불구하고 BLDC 모터 자체의 비용 및 BLDC 모터를 구동시키기 위한 전력용 반도체 소자 등으로 인해 전체적인 비용 상승을 가져오는 어려움을 겪어왔으나 최근에는 이러한 대부분의 문제점을 혁신적으로 간소화시키고, 저렴하게 사용할 수 있게 되었다.

일반적으로 DC 모터는 브러시에 의해서 정류(Commutation)가 이루어지지만 브러시가 없는 BLDC 모터는 전기적인 방법으로 정류를 수행해야 한다. 이를 위하여 컨트롤러가 스테이터(314)에 구비되어 있는 6개의 코일(314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f)로 동작전력을 공급하기 전에 상기 로터(310)응 구성하는 영구자석의 N극 및 S극 위치를 검출하고, 검출한 N극 및 S극 위치에 따라 스테이터(314)의 코일(314a, 314b, 314c, 314d, 314e, 314f)로 동작전력을 공급해야 된다.

이를 위하여 본 발명에서는 함체(300)의 하부에 적어도 3개의 홀센서(316)를 구비하고, 상기 적어도 3개의 홀센서(316)의 출력신호로 컨트롤러가 상기 로터(310)를 구성하는 영구자석의 위치를 판단한다.

상기 로터(310)를 구성하는 영구자석의 위치가 판단되면, 상기 컨트롤러는 판단한 영구자석의 위치에 따라 상기 스테이터(314)를 구성하는 코일(314a, 314b)(314c, 314d)(314e, 314f)에 선택적으로 동작전력을 공급하여 자력선을 발생시키고, 상기 코일(314a, 314b)(314c, 314d)(314e, 314f)이 발생하는 자력선과 상기 로터(310)를 구성하는 복수 개의 영구자석이 발생하는 자력선의 상호 작용에 의해 상기 로터(310)가 베어링(308)을 회전축으로 회전하게 된다.

상기 로터(310)가 회전하면, 로터(310)의 상부에 고정되어 있는 임펠러(312)가 함께 회전하게 되고, 상기 임펠러(312)의 회전에 따라 온수 순환관(102)의 온수가 함체(300)의 입수부(302)를 통해 입수된 후 토출구(304)로 토출되고, 토출된 온수는 완충 가열부(230)를 통해 다시 온수 순환관(102)으로 유입되어 온수가 순환되게 된다.

이와 같은 상태에서 온도센서(210)는 상기 온수 순환관(102)을 순환하면서 열교환된 후 온수 순환부(220)로 회수되는 온수의 온도를 검출하고, 검출한 온수의 온도는 상기 컨트롤러로 입력된다.

그러면, 상기 컨트롤러는 상기 온도센서(210)의 출력신호로 상기 온수 순환관(102)을 순환하면서 열교환된 후 회수되는 온수의 온도를 판단하고, 판단한 온수의 온도와 사용자가 미리 설정한 난방 온도를 비교한다.

상기 판단 결과 온수의 온도가 미리 설정한 난방 온도보다 높을 경우에 상기 컨트롤러는 히터(234)로 전력을 공급하지 않는다.

그리고 상기 판단 결과 온수의 온도가 미리 설정한 난방 온도보다 낮을 경우에 상기 컨트롤러는 완충 가열부(230)의 히터(234)로 전력을 공급한다.

그러면, 상기 히터(234)가 발열되면서 완충 가열부(230)의 온수를 가열하고, 상기 히터(234)에 의해 가열된 온수는 상기 온수 순환관(102)을 순환하면서 열교환되어 난방을 하게 된다.

이와 같이 동작하면서 상기 히터(234)의 발열에 에러가 발생하거나 또는 상기 컨트롤러의 동작에 에러가 발생하는 등의 이유로 상기 히터(234)의 계속 온도가 상승하여 상기 히터(234)의 발열 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 상승하게 되면, 바이메탈 스위치(236)가 동작하여 상기 히터(234)에의 전력 공급이 차단된다.

그러면, 상기 히터(234)는 발열되지 않고, 이로 인하여 과열로 인한 온수매트의 손상을 미연에 방지할 수 있다.

이상에서는 대표적인 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시 예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.

그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 매트 본체 102 : 온수 순환관
110 : 온수 공급장치 210 : 온도센서
220 : 온수 순환부 230 : 완충 가열부
232 : 저장부 234 : 히터
236 : 바이메탈 스위치 300 : 함체
302 : 입수구 304 : 토출구
306 : 지지봉 308 : 베어링
310 : 로터 312 : 임펠러
314 : 스테이터

Claims (5)

1. 온수 매트에 매입되어 있는 온수 순환관으로 온수를 공급시키면서 상기 온수가 열교환되게 하는 온수 매트의 온수 공급장치에 있어서,
   상기 온수 순환관을 순환한 온수의 온도를 검출하는 온도센서;
   상기 온수가 상기 온수 순환관을 순환하게 하는 온수 순환부; 및
   상기 온수 순환부에서 토출되는 온수의 압력을 조절함과 동시에 히터로 온수를 가열한 후 상기 온수 순환관으로 토출하는 완충 가열부를 포함하고,
   상기 온수 순환부는;
   상기 온수가 입수되는 입수구 및 온수가 토출되는 토출구가 구비되고, 바닥면에는 지지봉이 상향 돌출되는 함체;
   상기 함체에 회전가능하게 설치되고, 복수 개의 영구자석으로 이루어지는 로터;
   상기 로터의 회전에 따라 함께 회전되면서 상기 입수구로 입수되는 온수를 상기 토출구로 토출하는 임펠러; 및
   상기 함체의 외측에 복수 개의 코일이 구비되어 교번되는 자력선을 발생하고, 발생하는 자력선과 상기 영구자석이 발생하는 자력선의 상호작용에 의해 상기 로터가 회전되게 하는 스테이터를 포함하여 구성된 온수매트의 온수 공급장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 온수 순환부는;
   상기 함체의 바닥면에 상향돌출되는 지지봉; 및
   상기 지지봉에 설치되고, 상기 로터가 중심축으로 회전되게 하는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온수매트의 온수 공급장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 완충 가열부는;
   상기 히터가 미리 설정된 온도 이상으로 발열될 경우에 상기 히터로 공급되는 전력을 차단시키는 바이메탈 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온수매트의 온수 공급장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 로터 및 상기 스테이터는;
   BLDC(Brushless Direct Current) 모터이고,
   상기 로터를 구성하는 영구자석의 위치를 검출하기 위한 복수 개의 홀센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온수매트의 온수 공급장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 온도센서, 상기 온수 순환부 및 상기 완충 가열부는;
   상기 온수 매트 내에 일체로 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 매트의 온수 공급장치.
   
   
   
   

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