KR101326838B1 - 요소수 펌프 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프 구조의 상부 덮개가 되며 외부 커넥터와 연결되는 하우징부와 하우징부 하부에 배치되며 회전자와 고정자로 구성되는 모터부와 모터부를 수용하는 케이스부 및 케이스부 하부에 배치되고 유체의 흡입구와 토출구가 형성된 펌프부를 포함하고, 상기 케이스부 하부에는 상기 펌프부와 상기 모터부를 분리하는 중공의 커버가 구비되며, 상기 커버의 중공을 관통하는 상기 회전자의 회전축을 밀봉하기 위하여 상기 커버 하부에 오일씰이 설치되는 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 요소수로부터 모터부를 신뢰성 있게 보호할 수 있고, 요소수 빙결에 의해 펌프부 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

요소수 펌프 구조{UREAWATER PUMP STRUCTURE}
본 발명은 요소수 펌프 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Urea-SCR 시스템에 사용되는 펌프 구조에 있어서, 요소수의 누설을 효과적으로 방지하여 모터부를 보호할 수 있는 요소수 펌프 구조에 관한 것이다.
자동차는 형태에 따라서 승용차나, 버스 및 트럭 등으로 분류하 지만, 같은 차종이라도 사용하는 연료에 따라서 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 차량이나 디젤을 연료로 사용하는 디젤 차량 및 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG 차량으로 부르기도 한다.
상기 디젤 차량은 산소 과잉분위기에서 연소되므로 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당히 많고, 린번 상태에서 연소되므로 NOx를 제거하기가 힘들다. 따라서, NOx 제거기술로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템이다.
상기 Urea-SCR 시스템은 요소 (NH2-CO-NH2)를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하며, 요소수는 고온의 배기가스에 의해 암모니아(NH3)와 이소시아산(HNCO) 으로 열분해 되고, 다시 이소시아산은 배기가스중의 물에 의해 암모니아와 이산화탄소로 가수 분해 된다. 이렇게 생성된 암모니아를 촉매에 의해 NOx를 N2 + O2 로 변환시키는 방법을 사용한다.
상기 Urea-SCR 시스템은 일반적으로 요소를 분사하는 인젝터와, 요소탱크 내의 요소수를 인젝터로 공급하는 펌프와, 분사 압력과 분사시간을 제어하는 CPU 등으로 구성된다.
여기서, 요소를 공급하는 펌프의 경우 일반적으로 자동차 엔진에 사용되는 가솔린 연료펌프나 디젤 연료펌프를 전용하여 사용하기는 어렵다. 요소수의 경우 PH 9~11의 강 염기성 물질로서 부식성이 매우 강하여 SUS 재질을 제외한 대부분의 금속제를 부식시킨다.
도 1에 도시된 바와 같은 종래의 BLDC 연료펌프는 펌프의 회전에 의해 승압된 연료(유체)가 모터부를 통과하여 모터부 상부로 토출되는 구조이다.
따라서, 상기와 같은 종래의 연료펌프를 요소수용 펌프로 사용하면 부식성이 매우 강한 요소수가 구리, 스틸 등으로 제조된 모터에 치명적인 손상을 일으키는 문제가 있다. 실제로 실험한 결과 요소수에 의해 부식이 발생되어 4시간 내지 6시간 후에는 작동이 불가능한 문제가 발생하였다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서 기존에 자동차 엔진에 사용되는 연료펌프를 최대한 활용하여 제조비용을 절감하고 소음을 감소시키는 동시에 요소수의 누설에 의한 부식도 방지할 수 있는 요소수 펌프 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 요소수 펌프 구조를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 요소수 펌프 구조는 상기 펌프 구조의 상부 덮개가 되며 외부 커넥터와 연결되는 하우징부; 상기 하우징부 하부에 배치되며 회전자와 고정자로 구성되는 모터부; 상기 모터부를 수용하는 케이스부; 및 상기 케이스부 하부에 배치되고 유체의 흡입구와 토출구가 형성된 펌프부;를 포함하되, 상기 케이스부 하부에는 상기 펌프부와 상기 모터부를 분리하는 중공의 커버가 구비되며, 상기 커버의 중공을 관통하는 상기 회전자의 회전축을 밀봉하기 위하여 상기 커버 하부에 오일씰이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 오일씰은 메카니칼 씰(Mechanical Seal)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 펌프부의 내주면과 상기 메카니칼 씰 사이에는 댐핑공간이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 펌프부는 그 본체가 되는 기어박스와, 상기 기어박스 하부에 형성된 홈에 설치되는 기어펌프와, 상기 기어박스 하면을 덮으며 상기 흡입구와 상기 토출구가 형성된 하부 판넬을 포함하고, 상기 댐핑공간은 상기 기어박스 내주면과 상기 메카니칼 씰 사이에 형성 할 수 있다.
상기 댐핑공간에는 상기 요소수의 팽창을 흡수하기 위한 충진재가 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
유체에 의한 과압을 방지하기 위하여 상기 흡입구 측의 상기 기어박스 하면에는 드레인 홀을 형성하거나 릴리프 밸브를 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 케이스부 상부에는 상기 회전축의 회전을 지지하기 위한 베어링이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조에 의하면 펌프부가 모터부와 분리되고 그 연결 부위가 메카니칼 씰로 씰링되므로 요소수로부터 모터부를 신뢰성 있게 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 메카니칼 씰과 펌프부 사이에 댐핑공간을 형성함으로써 누설된 요소수가 빙결되어 팽창하더라도 펌프부의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 요소수 펌프 구조의 내부 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 결합 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 주요부위 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 내부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 내부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 내부 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 요소수 펌프 구조의 내부 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 하우징부의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 모터부의 고정자의 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 모터부의 회전자의 분해 사시도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 케이스부의 분해 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 펌프부의 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)의 결합 단면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)의 주요부위 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)의 내부 사시도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)는 크게 펌프 구조의 상부 덮개가 되며 외부 커넥터와 연결되는 하우징부(100)와, 상기 하우징부(100) 하부에 배치되며 회전자(220)와 고정자(210)로 구성되는 모터부(200)와, 상기 모터부(200)를 수용하는 케이스부(300) 및 케이스부(300) 하부에 배치되고 유체의 흡입구(441)와 토출구(442)가 형성된 펌프부(400)를 포함할 수 있다.
상기 케이스부(300) 하부에는 상기 펌프부(400)와 상기 모터부(200)를 분리하는 중공의 커버(310)가 구비되며, 상기 커버(310)의 중공을 관통하는 상기 회전자(220)의 회전축(221)을 밀봉하기 위하여 상기 케이스부(300)부에 오일씰(320)이 설치되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 커버(310)를 구비하고, 회전자(220)의 회전축(221)을 오일씰(320)로 밀봉함으로써 요소수로부터 모터부(200)의 부식을 방지한다.
또한, 상기 펌프부(400)와 모터부(200)를 분리하고, 펌프부(400)에 유체 흡입구(441)와 토출구(442)를 모두 형성하여 요소수가 이를 통해 흡입 및 토출되도록 함으로써 요소수가 모터부(200)에 닿지 않도록 한다.
상기 하우징부(100)는 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)의 상부 덮개가 되는 부분으로서 외부 커넥터와 연결하는 역할을 한다.
도 9에 도시된 바와 같이 상기 하우징부(100)는 그 본체가 되며 외부 커넥터를 안착할 수 있는 구조로 형성되는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)에 삽입되어 전원을 스위칭(Switching)시키는 역할을 하는 PCB(120)와 상기 하우징부(100)를 통해 유체가 누설되는 것을 방지하는 제1링씰(130)과 외부 커넥터에 삽입되어 통전하는 역할을 하는 터미널(Terminal)(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하우징(110)은 우수한 내화확성과 절연성을 가지는 소재인 PBT+GF30%을 사용할 수 있고, 상기 PCB(120)는 에폭시 레진이 함침된 유리 섬유가 여러 겹으로 쌓임으로써 내열성, 내습성 및 안전성이 좋은 FR-4 재질을 사용할 수 있으며, 상기 제1링씰(130)의 소재로서는 내열성과 내오존성이 우수하고 오일과 연료에 대해 우수한 저항성을 갖는 H-NBR 소재를 사용할 수 있고, 상기 터미널(140)의 소재로서는 도금성, 내식성, 절삭성이 좋은 황동(C2680) 소재를 사용할 수 있다.
상기 모터부(200)는 크게 고정자(210)와 회전자(220)로 구분된다.
상기 고정자(210)는 도 10에 도시된 바와 같이 절연역할을 하는 상부와 하부의 인슐레이터(Insulator)(211, 214)와, 자기장을 발생시키는 마그네트 와이어(213)와, 마그네트 와이어(213)를 권선할 수 있는 코어 적층품인 스테이터 코어(Stator Core)(212)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부 인슐레이터(211)와 하부 인슐레이터(214)는 우수한 내화확성과 절연성을 가지는 소재인 PBT+GF30%을 사용할 수 있고, 상기 스테이터 코어(212)는 비투자율이 좋고 주로 모터에 많이 쓰이는 S18을 사용할 수 있으며, 상기 마그네트 와이어(213)는 내오존성과 내화학성이 강한 AIW를 사용할 수 있다.
상기 회전자(220)는 도 11에 도시된 바와 같이 회전축(221)과, 회전축(221) 외부에 배치되는 마그네트(Magnet)(222)와, 홀 센서(Hall Sensor)의 위치를 측정하기 위한 자기 감지기(Detect Magnet)(223)와, 자기 감지기(223)를 고정시키기 위한 푸쉬너트(Push Nut)(224)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 회전축(221)은 도금성, 내식성, 절삭성이 좋은 SUS304 소재로 형성할 수 있고, 상기 마그네트(222)는 부식에 대한 저항성과 열에 대한 안전성이 높은 ND-Bonded Magnet를 사용할 수 있으며. 상기 자기 감지기(223)는 가공이 용이하고 충격에 강한 Plastic Magnet 소재를 사용할 수 있고, 상기 푸쉬너트(224)는 스프링용 스테인레스강 소재로 형성할 수 있다.
상기 케이스부(300)는 도 12에 도시된 바와 같이 모터를 수용하는 케이스부(300) 하부에 배치되는 중공의 커버(310)와, 상기 커버(310) 하부에 고정되어 유체의 누설을 방지하는 오일씰(320)(Oil Seal)과 상기 케이스부(300) 상부에 설치되어 상기 모터부(200)의 회전축(221)의 회전을 상부에서 지지하고 밀봉하는 베어링(330)을 포함할 수 있다.
상기 커버(310)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 펌프부(400) 상부에 설치되어 상기 펌프부(400)와 모터부(200)를 분리시킨다. 커버(310)와 펌프부(400)가 맞닿는 면에 제2링씰(340)을 구비하여 유체의 누설을 방지할 수 있다.
하나 또는 다수의 실시예에서 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 상기 커버(310)의 하면은 상부를 향해 오목하게 들어가도록 형성할 수 있으며 이 오목한 부분에 상기 오일씰(320)이 고정될 수 있다.
상기 오일씰(320)은 상기 회전축(221)의 외주면에 밀착하여 펌프부(400)에서 펌핑된 요소수가 회전축(221)을 따라 모터부(200)에 유입되는 것을 방지한다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 오일씰(320)은 메카니칼 씰(320)(Mechanical Seal)이 될 수 있다.
메카니칼 씰(320)은 일반적으로 고온, 고압하에서 고속도 회전을 하는 축 부분으로부터 유체의 누출을 방지하기 위한 장치이다. 일반적으로 축과 함께 회전하는 회전부와 기체에 고정된 고정부를 완전히 밀착시켜서 그 접촉면에서 섭동을 하면서도 기밀과 액밀을 유지하는 구조로 형성된다.
하나 또는 다수의 실시예에서 상기 메카니칼 실은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 모터부(200)의 회전축(221)과 함께 회전하는 회전부(321)와, 커버(310)에 고정되어 있는 고정부(322)를 포함 할 수 있다. 이 회전부(321)와 고정부(322)는 섭동을 하는 과정에서 마찰이 생겨도 항상 밀착되도록 회전부(321)의 뒤쪽에서 코일스프링과 같은 가압부재(323)를 이용해 회전부(321)를 고정부(322) 쪽으로 밀착시켜 주어 회전부(321)의 고른 접촉을 유지할 수 있을 뿐 만 아니라, 회전부(321)에 뒤쪽으로부터 가해지는 작동액의 압력과 가압부재(323)의 힘 등에 의해 회전부(321)가 고정부(322)와 견고하게 밀착됨으로써, 섭동부에서의 유체 누출을 방지할 수 있게 된다.
상기 케이스부(300)의 상부에는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 베어링(330)이 설치되어 회전축(221)의 회전을 지지할 수 있다. 베어링(330)이 설치되는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 상기 베어링(330) 상부에 모터부(200)의 자기 감지기(223)를 배치한다.
한편, 하나 또는 다수의 실시예에서 상기 펌프부(400)는 도 13에 도시된 바와 같이 그 본체가 되는 기어박스(420)와, 상기 기어박스(420) 하부에 형성된 홈에 설치되는 기어펌프(430)와, 상기 기어박스(420) 하면을 덮으며 상기 흡입구(441)와 상기 토출구(442)가 형성된 하부 판넬(440)을 포함한다.
흡입구(441)와 토출구(442)가 상기 펌프부(400)의 하부 판넬(440)에 모두 형성되므로 요소수와 같은 유체가 펌프부(400) 상부로 올라가지 않게 되어 모터부(200)의 부식을 방지하게 된다.
상기 기어박스(420) 내주면과 상기 메카니칼 씰(320) 사이에는 댐핑공간(410)이 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 상기 댐핑공간(410)은 회전축(221)과 펌프부(400)의 틈으로 A 방향을 따라 요소수가 누설되는 경우 이를 수용한다. 만약 댐핑공간(410)이 형성되지 않는다면 누설된 요소수가 남아있는 상태에서 기온 하강에 의해 요소수가 빙결되어 팽창할 경우 펌프부(400)가 손상될 수 있다. 따라서 상기 댐핑공간(410)은 펌프부(400)의 손상을 방지하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 댐핑공간(410)에는 도 6에 도시된 바와 같이 실리콘과 같은 압축 가능한 충진재(411)를 도포하거나 부착할 수 있다. 이렇게 충진재(411)를 구비할 경우 상기 댐핑공간(410)에 요소수가 가득차더라도 기온 하강에 의한 요소수 빙결시 팽창공간을 확보되어 펌프부(400)의 손상을 방지할 수 있게 된다.
그리고 요소수의 펌핑 등에 의한 과압을 방지하기 위하여 흡입구(441)가 형성된 측의 상기 기어박스(420) 하면에는 도 8에 도시된 바와 같이 드레인 홀(421)을 형성하거나 릴리프 밸브(미도시)를 설치할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 요소수에 과도한 압력이 가해지게 되면 상기 드레인 홀(421) 또는 이 부위에 설치된 릴리프 밸브(미도시)를 통해(B 방향) 요소수가 흡입구(441)로 빠져나가게 된다. 따라서 요소수의 과도한 압력에 의해 펌프부(400)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 기어펌프(430)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 기어박스(420) 하부에 홈을 형성하여 설치할 수 있다. 상기 기어펌프(430)는 역회전시 유체를 역송출할 수 있는 기어펌프(430)를 사용할 수 있다. 상황에 따라 내접기어 펌프(Internal Gear Pump), 외접기어 펌프(External Gear Pump), 롤러셀 (Roller cell Pump) 펌프, 지로터 펌프(Geroter Pump) 등을 사용할 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 기어박스(420)와 상기 하부 판넬(440) 사이에는 제3링씰(450) 또는 제4링씰(451)을 구비하여 상기 기어펌프(430)에 의해 펌핑되는 유체가 외부로 누설되지 않도록 할 수 있다.
상기에서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 요소수 펌프 구조(10)에 의하면 펌프부(400)가 모터부(200)와 분리되고 그 연결 부위가 메카니칼 씰(320)과 같은 오일씰(320)로 씰링되므로 요소수로부터 모터부(200)를 신뢰성 있게 보호할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 메카니칼 씰(320)과 펌프부(400) 사이에 댐핑공간(410)을 형성함으로써 누설된 요소수가 빙결되어 팽창하더라도 펌프부(400)의 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 요소수 펌프 구조 100: 하우징부
110: 하우징 120: PCB
130: 제1링씰 140: 터미널
200: 모터부 210: 고정자
211: 상부 인슐레이터 212: 스테이터 코어
213: 마그네트 와이어 214: 하부 인슐레이터
220: 회전자 221: 회전축
222: 마그네트 223: 자기 감지기
224: 푸쉬너트 300: 케이스부
310: 커버 320: 오일씰
330: 베어링 340: 제2링씰
400: 펌프부 410: 댐핑공간
420: 기어박스 430: 기어펌프
440: 하부 판넬 441: 흡입구
442: 토출구 450: 제3링씰
451: 제4링씰

Claims (7)

  1. 요소수 펌프 구조에 있어서,
    상기 펌프 구조의 상부 덮개가 되며 외부 커넥터와 연결되는 하우징부;
    상기 하우징부 하부에 배치되며 회전자와 고정자로 구성되는 모터부;
    상기 모터부를 수용하는 케이스부; 및
    상기 케이스부 하부에 배치되고 유체의 흡입구와 토출구가 형성된 펌프부;를 포함하되,
    상기 케이스부 하부에는 상기 펌프부와 상기 모터부를 분리하는 중공의 커버가 구비되며, 상기 커버의 중공을 관통하는 상기 회전자의 회전축을 밀봉하기 위하여 상기 커버 하부에 오일씰이 설치되고,
    상기 펌프부의 내주면과 상기 오일씰 사이에는 댐핑공간이 형성되고, 상기 댐핑공간에는 상기 요소수의 팽창을 흡수하기 위한 충진재가 구비되는 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일씰은 메카니칼 씰(Mechanical Seal)인 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 펌프부는 그 본체가 되는 기어박스와, 상기 기어박스 하부에 형성된 홈에 설치되는 기어펌프와, 상기 기어박스 하면을 덮으며 상기 흡입구와 상기 토출구가 형성된 하부 판넬을 포함하고, 상기 댐핑공간은 상기 기어박스 내주면과 상기 메카니칼 씰 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서,
    유체에 의한 과압을 방지하기 위하여 상기 흡입구 측의 상기 기어박스 하면에는 드레인 홀을 형성하거나 릴리프 밸브를 설치하는 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스부 상부에는 상기 회전축의 회전을 지지하기 위한 베어링이 구비되는 것을 특징으로 하는 요소수 펌프 구조.
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