KR101733132B1

KR101733132B1 - 센싱영역 외에서 수위예측이 가능한 배수펌프

Info

Publication number: KR101733132B1
Application number: KR1020150124862A
Authority: KR
Inventors: 최용주
Original assignee: 인제대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-03
Filing date: 2015-09-03
Publication date: 2017-05-08
Also published as: KR20170028062A

Abstract

본 발명은 센싱영역 외에서 수위예측이 가능한 배수펌프에 관한 것으로, 오수의 수위가 센서의 센싱영역을 벗어나는 경우에도 수위를 쉽게 예측할 수 있도록 하여 모터펌프의 동작을 결정하는 것은 물론, 제어기를 침수로부터 보호하기 위해 승강동작하도록 유도하는 것을 가능케 하는 것이다.
이러한 본 발명은, 모터펌프를 내장하고 있으며, 하부에는 오수를 흡입하기 위한 흡입구가 형성되고 측면에는 상기 흡입구를 통해 흡입한 오수를 배출하는 배출구가 형성되며, 외벽 일부에는 하단부로부터 상방향으로 수직하게 형성되어 오수가 유입되도록 허용하는 유입홀이 구비된 펌프본체와; 상기 펌프본체의 유입홀에는 서로 간에 높이차를 두고 설치되어 오수의 수위를 측정하는 하측의 제1수위센서 및 상측의 제2수위센서를 포함하며, 제어기는 수위가 상기 제1수위센서와 제2수위센서의 센싱영역을 벗어나더라도 상기 제1수위센서로부터 제2수위센서에 도달하는 시간을 근거로 수위변화 속도를 산출하고 그 수위변화 속도 및 수위가 제2수위센서에 도달하였을 때의 시각을 고려하여 현재의 수위를 예측할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

센싱영역 외에서 수위예측이 가능한 배수펌프{DRAIN PUMP WITH LIFTER FOR CONTROLLER PROTECTING}

본 발명은 배수펌프에 관한 것으로, 특히 오수의 수위가 센서의 센싱영역을 벗어나는 경우에도 수위를 쉽게 예측할 수 있도록 하여 모터펌프의 동작을 결정하는 것은 물론, 제어기를 침수로부터 보호하기 위해 승강동작하도록 유도하는 것이 가능하도록 한 배수펌프에 관한 것이다.

일반적으로, 배수펌프는 모터의 동력을 인가받아 회전되는 임펠러의 흡입력에 의하여 지하 또는 각종 수조 속에 잔존하는 유체를 흡입하여 외부로 압송시키는 기능을 갖는 기계 구성요소이다.

종래의 배수펌프는 그 수조내의 수위에 따라 자동으로 작동되어 수위를 조절하거나, 별도의 제어부에 의해 급수용으로 배수기능을 수행하고 있다.

여기서, 수조 내에 설치된 배수펌프는 자동배수를 위해 수위조절기를 별도로 요구하였으며, 이 수위조절장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 수조(10)내의 수위 변동에 따라 상하 연동 승강되는 플로트(15)와, 그 플로트(15)에 연결되어 승하강시 온오프 동작되는 접점스위치(16)와, 그 접점스위치(16)의 온/오프동작에 따라 배수펌프(50)를 온/오프 동작시키는 제어부(17)로 구성된다.

여기서 플로트(15)와 접점스위치(16)는 무게가 가벼운 실 등의 연결부재(14)에 의해 연결되어 상호 연동되는 구조를 갖는다. 그리고, 플로트(15)는 수조(10)내의 수위가 올라감에 따라 승강되고, 이어서 연결부재(14)에 긴장력을 제공하게 됨에 따라 접점스위치(16)를 온/오프 동작시키는 기능을 갖는다.

따라서, 수조(10) 내의 유체가 일정 수위 이상 상승하게 되면, 플로트(15)가 같이 상승하게 되어 접점스위치(15)를 온동작시켜 제어부(17)에 신호가 입력되고, 제어부(17)에서 배수펌프(50)를 작동시켜 수조(10)내의 유체를 외부로 배출시킴에 따라, 수조(10)내의 유량을 자동으로 조절할 수 있게 되는 것이다.

그러나 종래기술에 의한 배수펌프에 사용되는 플로트(15)의 경우 고장나기 쉬우며 수위를 정확히 측정하기보다는 배수펌프(50)의 작동시점과 멈춤시점을 판단하는 정도로만 사용되었다. 특히 종래의 배수펌프에서는 유체의 수위가 플로트(15)의 동작범위를 초과하여 그 이상으로 높아지는 경우 수위를 측정하는 것이 불가능하다는 문제점이 있었다.

또한, 종래기술에 의한 배수펌프의 경우 기본적인 실링처리에도 불구하고 각종 물질로 오염된 유체를 취급하는 열악한 환경에 지속적으로 노출되다 보니 쉽게 고장이 나서 폐기되곤 하였다. 특히 아쉬운 점은 전자쪽 제어기가 오수로 인한 부식으로 고장의 주된 원인이 되면서 상대적으로 내구성을 갖춘 모터펌프까지 포함된 전체 제품을 폐기처리하고 있다는 점이다.

한국공개특허공보 제2009-0008519호(2009.08.25)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 오수의 수위가 센서의 센싱영역을 벗어나는 경우에도 수위를 쉽게 예측할 수 있도록 한 배수펌프를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 배수펌프는, 오수를 흡입하여 배출하기 위한 배수펌프에 있어서, 모터펌프를 내장하고 있으며, 하부에는 오수를 흡입하기 위한 흡입구가 형성되고 측면에는 상기 흡입구를 통해 흡입한 오수를 배출하는 배출구가 형성되며, 외벽 일부에는 하단부로부터 상방향으로 수직하게 형성되어 오수가 유입되도록 허용하는 유입홀이 구비된 펌프본체와; 상기 펌프본체의 유입홀에는 서로 간에 높이차를 두고 설치되어 오수의 수위를 측정하는 하측의 제1수위센서 및 상측의 제2수위센서를 포함하며, 제어기는 수위가 상기 제1수위센서와 제2수위센서의 센싱영역을 벗어나더라도 상기 제1수위센서로부터 제2수위센서에 도달하는 시간을 근거로 수위변화 속도를 산출하고 그 수위변화 속도 및 수위가 제2수위센서에 도달하였을 때의 시각을 고려하여 현재의 수위를 예측할 수 있도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1수위센서에 오수가 있는 것으로 센싱되면 제어기가 모터펌프를 초기작동시키고, 상기 제2수위센서에 오수가 있는 것으로 센싱되면 제어기가 모터펌프를 초기작동시보다 더 고속으로 작동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 펌프본체에 지지된 상태에서 상하방향으로 신축 가능하도록 설치되어, 상기 제어기를 수위변화에 따라 침수되지 않도록 승강시키는 리프터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 리프터는, 상기 펌프본체의 상부에 구비되는 베이스와; 상기 베이스에서 상방향으로 신장 및 축소 가능하게 다수개가 접철된 안테나폴과; 상면에는 상기 제어기가 설치되고, 상기 안테나폴의 최상단부에 결합되어 상기 안테나폴의 신장시 상승하고 수축시 하강하는 장착판으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 리프터는 상기 제어기의 제어를 통해 수위 상승하면 그에 대응하여 상기 장착판을 상승시켜 상기 제어기가 침수되지 않도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어기가 내장된 제어기 카트리지가 구비되어 상기 장착판에 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 장착판에 대한 상기 제어기 카트리지의 장착을 위하여 상기 장착판의 상면에 서로 이격되어 마주보는 ㄱ자 단면의 가이드레일 한 쌍이 형성되고, 상기 제어기 카트리지는 상기 제어기가 내장된 카트리지본체와, 상기 카트리지본체의 하부에서 좌편과 우편으로 돌출되어 상기 한 쌍의 가이드레일에 대응하여 끼워지도록 한 납작한 판형의 슬라이딩 캐비닛으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제어기와 상기 모터펌프 간 전기적 연결을 위해 상기 제어기에 연결된 제1케이블과 상기 모터펌프에 연결된 제2케이블이 서로 연결되며, 상기 슬라이딩 캐비닛의 내부에 고정 설치된 복수의 제1고정풀리와; 상기 슬라이딩 캐비닛 내부에서 상기 제1고정풀리에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제1고정풀리와 함께 상기 제1케이블을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제1고정풀리에 대하여 접근하면 상기 제1케이블의 인출을 허용하고 상기 제1고정풀리에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제1케이블을 회수할 수 있도록 한 복수의 제1이동풀리와; 상기 제1이동풀리가 상기 제1고정풀리에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지하는 복수의 제1스프링이 더 구비되어, 상기 제1케이블이 상기 슬라이딩 캐비닛 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 상기 슬라이딩 캐비닛 내부로부터 인출이 허용되도록 하며, 상기 장착판의 내부에서 고정 설치된 복수의 제2고정풀리와; 상기 장착판의 상단부 내부에서 상기 제2고정풀리에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제2고정풀리와 함께 상기 제2케이블을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제2고정풀리에 대하여 접근하면 상기 제2케이블의 인출을 허용하고 상기 제2고정풀리에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제2케이블을 회수할 수 있도록 한 복수의 제2이동풀리와; 상기 제2이동풀리가 상기 제2고정풀리에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지하는 복수의 제2스프링이 더 구비되어, 상기 제2케이블이 상기 장착판 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 상기 장착판의 내부로부터 인출이 허용되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 배수펌프는 리프터를 구비하는 구성에 의하여 오수의 수위가 센서의 센싱영역을 벗어나는 경우에도 수위를 쉽게 예측할 수 있도록 하여 모터펌프의 동작을 결정하는 것은 물론, 제어기를 침수로부터 보호하기 위해 승강동작하도록 유도하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 리프터를 구비하는 구성에 의하여 각종의 오수를 취급하는 열악한 환경에서 고장이 잦을 수밖에 없는 제어기를 가능한 오수에 침수되지 않도록 보호할 수 있다.

또한, 본 발명은 오수를 취급하는 열악한 환경에서 고장이 잦을 수밖에 없는 제어기를 상대적으로 내구성을 갖추고 있는 모터펌프로부터 별도 분리하여 교체할 수 있도록 함으로써 제어기가 고장나더라도 모터펌프까지 포함하여 제품 전체를 폐기하지 않고 해당부분만 교체하여 장기간 사용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은 제어기와 모터펌프를 연결하는 케이블들을 필요한 경우에만 인출할 수 있도록 하되, 이들 케이블이 풀리구조에 의해 신축 또는 입출 가능하도록 함으로써 오수를 취급하는 열악한 환경에서 풀리구조를 이루는 복수의 풀리, 스프링 중 일부가 손상되더라도 그와 관계없이 작동 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래기술에 의한 배수펌프를 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 구성을 설명하기 위한 사시도
도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 구성도
도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 제어 회로도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 수위센싱을 위한 구성을 설명하기 위한 부분단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 제어기 카트리지의 착탈 가능한 구성을 설명하기 위한 사시도
도 6a 및 도6b는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 제어기에 연결되는 제1케이블의 풀리구조를 설명하기 위한 일련의 참조도
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 모터펌프에 연결되는 제2케이블의 풀리구조를 설명하기 위한 참조도
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 수위변화에 대응하여 제어기 카트리지를 승강시키는 리프터의 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 배수펌프에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 2은 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3a는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 구성도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프의 제어 회로도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 제어기 카트리지의 착탈 가능한 구성을 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프는 휴대 및 이동이 간편하도록 제작되는 휴대용의 배수펌프로서 펌프본체(110)와, 제어기가 포함된 PCB를 내장하고 있는 제어기 카트리지(130)와, 상기 제어기 카트리지(130)를 승강시키기 위한 리프터(120)를 포함하는 가운데, 도 4에 도시된 것처럼 수위를 측정하기 위한 구성을 포함한다.

이 중 수위를 측정하기 위한 구성의 경우 상기 펌프본체에 형성된 오수의 유입홀(116) 내벽에 서로 간에 높이차를 두고 설치되어 오수의 수위를 측정하는 하측의 제1수위센서(161) 및 상측의 제2수위센서(162)를 포함하여 이루어지며, 수위가 상기 제1수위센서(161)와 제2수위센서(162)의 센싱영역을 벗어나더라도 제어기가 상기 제1수위센서(161)로부터 제2수위센서(162)에 이르는 거리(h2-h1)와 상기 제1수위센서(161)로부터 제2수위센서(162)에 이르는데 걸린 시간을 근거로 수위변화 속도를 산출하고, 이후 제2수위센서(162)에 도달하였을 때부터 흐른 시간과 수위변화 속도를 고려하여 현재의 수위를 예측할 수 있도록 한다. 이같은 구성에 의하면 수위가 제2수위센서(162)의 높이를 초과하는 경우에도 수위를 예측할 수 있도록 함으로써 모터펌프의 배출속도를 조절하고 제어기를 보호하기 위해 상기 리프터(120)에 의해 제어기를 상승시키는데 유용하게 이용될 수 있는 것이다.

여기서, 상기 제1수위센서(161)와 제2수위센서(162)가 설치되는 유입홀(116)의 경우 펌프본체의 외벽 일부에 하단부로부터 상방향으로 수직하게 형성되어 오수가 자연스럽게 유입되도록 한다. 이같은 수위센서는 수위를 센싱할 수 있는 다양한 형태의 기술들이 적용될 수 있는데, 본 실시예의 경우 비교적 가격이 저렴하고 적용하기 수월한 마그네틱 센서를 염두하여 구성되었으며, 이를 위해 상기 유입홀(116)에는 유입되는 오수에 의해 승강하는 부력체(163)가 구비되고, 상기 부력체(163)에 상기 제1수위센서(161) 및 제2수위센서(162)에 의해 감지되는 자석(163a)이 설치되면 된다. 이같은 마그네틱 센서의 경우 센서에 자석(163a)이 접근하게 되면 자석(163a)에서 발생되는 자력선이 센서 리드로 작용하는 제1수위센서(161) 및 제2수위센서(162)를 자계의 방향에 따라 자화 시키고 리드에 N극과 S극을 유기시키게 된다. 이와 같은 2극 유기의 발생은 N극과 S극이 서로를 끌어당기게 하고, 이 힘이 리드의 기계적 탄성보다 크게 되면 센서 내의 접점은 서로 붙게 된다. 접점이 자석(163a)에 의해 붙게 되면, 이를 통하여 전기가 흐르게 되어 전기 신호를 전달하게 되는 것이다.

또한, 도 3b에 도시된 회로도를 참조하여 본 발명의 수위조절 방식을 설명하면 220V AC 전원을 파워 스위치와 입력단에 연결하고, 상기 입력단에는 변압기와 D1~D4로 이루어진 브리지회로를 결선하며, 상기한 전원 입력 여부에 따라 점등될 수 있는 LED1을 회로 연결하여 입력부를 구성한다. 상기 입력부와 연결되어 5V DC의 안정화된 DC전원을 공급할 수 있는 정전압IC, 즉 IC1 7805와 C1에 연결되는 VR1, VR2이 모터펌프의 감지센서와 연결되는 출력부를 가지며, 오수의 유무를 감지하는 제1수위센서(161)센서와, 오수의 유무에 따른 모터펌프의 부하를 감지하여 모터펌프를 자동으로 제어하게 된다.

즉, 제1수위센서(161)에 오수가 감지되면 U2/C의 +입력(Pin 9)에는 -입력(Pin8)의 기준 전압보다 높은 전압이 걸려 출력에 +5V의 전압이 나타나고 D11을 통해 Q2, Q3을 동작시켜 모터펌프가 구동된다. 그리고 모터펌프가 계속 동작하면서 저수조의 오수가 없어지면 펌프가 공회전을 하여 전류소모가 적어지므로 CT 2차측의 전압은 떨어지게 되고, U2/D의 +입력단자(pin 11)의 전압은 -입력단자(pin 10)의 기준전압보다 낮게 되므로 출력이 0V가 되어 모터펌프가 동작을 멈추고 정지하게 된다.

상기 제1수위센서(161)는 만일의 경우 오작동을 대비하여 R10, C6과 DIP S/W U3에 연결된 R6∼R9의 저항값에 의해 타이머의 시간을 2∼30분으로 설정하여 일정 시간마다 주기적으로 모터펌프를 작동시킬 수 있게 함으로서 U1출력이 +5V일 때 Q6은 도통되고 Q6 콜렉터 전압이 0V가 되어 펌프가 동작을 정지하게 하며, U1출력이 0V가 되었을 때는 Q6 콜렉터에 +5V의 전압이 인가되어 D5를 통해 Q3, Q2를 동작시켜 모터펌프가 작동되게 한다.

상기에서 모터펌프가 작동할 때 저수조에 오수가 차있다면 모터펌프의 소모전류가 높아져 CT의 2차측의 전압이 올라가고, U2/B의 기준전압보다 높아지면 출력은 0V가 되어 Q5를 OFF시켜 타이머 동작이 정지되도록 한다.

이같은 회로의 구성에 따른 작용에 대하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

오수의 유무를 감지하는 제1수위센서(161)는 전술된 제2수위센서(162)와의 구성을 통해 센싱범위 외의 수위까지 예측할 수 있는 것으로 구비되어 수위에 따라 다음과 같이 제어할 수 있다.

즉, 상기 입력단의 단자에 모터펌프를 결선하고 Power input 단자에 AC 220V의 전원을 결선하여 해당 전원 S/W를 ON하면, 전원 트랜스의 2차측 AC 12V의 전압은 정류되어 정전압 IC1에 의해 출력전압이 5V DC가 되어 회로에 전원을 공급하게 된다. 전원이 공급된 직후 U2/A의 출력은 +5V의 전압이 걸리고 D6을 통해 Q2와 Q3을 도통시켜 L2가 점등되고 모터펌프가 작동한다.

이후, R25와 C5의 충전회로에 의해 일정한 시간이 지나, U2/A의 -입력(pin 6)전압이 +입력(pin 7) 기준전압 보다 높아지게 되면 U2/A의 출력은 0V로 된다. 전원이 투입되어 모터펌프가 동작하면 CT 2차측의 교류신호는 정류되어 U2/D 의 +입력단자와 U2/B의 -입력 단자에 공급된다.

이같이 저수조에 오수가 있는 상태에서 모터펌프가 동작 할 때는 U2/D의 +입력단자(pin11)에 걸리는 전압이 -입력단자(pin 10)의 기준전압보다 높아 U2/D의 출력은 +5V로 되어 Q4가 도통되고 모터펌프는 계속 동작을 한다. 이때 U2/B의 출력은 0V가 되어 Q5는 OFF 상태가 된다.

또한, 모터펌프가 계속 동작하여 저수조의 오수가 없어지면 모터펌프가 공회전을 해서 전류소모가 적어지므로 CT 2차측의 전압은 떨어져, U2/D의 +입력단자(pin 11)의 전압은 -입력단자(pin 10)의 기준전압보다 낮게 되므로 출력은 0V가 되고 모터펌프는 동작을 멈추게 된다.

이때 U2/B의 -입력단자(pin4)의 전압은 +입력단자(pin5)의 기준전압보다 낮게 되고 U2/B의 출력은 +5V로 되어 Q5가 도통된다. Q5가 도통되면 +5V의 전압이 DIP S/W U3에 가해지며, R10, C6과 DIP S/W U3에 연결된 R6∼R9의 저항값에 의해 타이머의 시간이 정해진다.

U1 출력이 +5V일 때 Q6은 도통되어 Q6 콜렉터 전압은 0V가 되고 모터펌프는 동작을 멈추며, U1 출력이 0V가 되었을 때 Q6 콜렉터에는 +5V의 전압이 나타나고 D5를 통해 Q3, Q2를 동작시켜 LED가 점등되고 모터펌프가 작동된다.

모터펌프가 작동될 때 저수조에 오수가 차있다면 모터펌프의 소모전류가 높아져 CT의 2차측의 전압이 올라가고, U2/B의 기준전압보다 높아지면 출력은 0V가 되어 Q5를 OFF시켜 타이머 동작이 정지되면서 상기 6∼10항의 동작을 반복한다.

제1수위센서(161)의 경우 작업자가 최초 설치시에 센싱수위를 조절하여 오수의 높이를 센싱해서 모터펌프를 동작시키도록 하는 바, 제1수위센서(161)가지 오수가 차오르면 U2/C의 +입력(Pin 9)에는 -입력(Pin8)의 기준전압보다 높은 전압이 걸려 출력에 +5V의 전압이 나타나고 D11을 통해 Q2, Q3을 동작시켜 모터펌프가 작동한다.

상기 제1수위센서(161)에 의하여 모터펌프가 동작하더라도 저수조의 오수가 없어지는 경우 펌프가 공회전을 하여 전류소모가 적어지므로 CT 2차측의 전압은 떨어지고, U2/D의 +입력단자(pin 11)의 전압은 -입력단자(pin 10)의 기준전압보다 낮게 되므로 출력은 0V가 되고 모터펌프는 동작을 멈추게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프는 상기 제1수위센서(161) 및 제2수위센서(162)들과 연동하여 수위변화에 대응하여 리프터(120)를 동작시켜 제어기 카트리지(130)를 승강시킴으로써 제어기가 침수되지 않도록 하여 제어기가 장기간 고장나지 않도록 보호하는 한편, 제어기 카트리지(130)를 펌프본체(110)로부터 쉽게 분리하여 교환 가능하도록 구성되어 고장나는 경우에도 구동모터와 임펠러로 이루어진 모터펌프까지 포함하여 전체를 폐기하지 않고 해당부분만 교체할 수 있다.

이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 펌프본체(110)는 구동모터와 임펠러를 포함하는 모터펌프를 내장하고 있으며, 하부에는 오수를 흡입하기 위한 흡입구(111)가 형성되고 측면에는 상기 흡입구(111)를 통해 흡입한 오수가 배출되는 배출구(112)가 형성된다. 상기 배출구(112)에는 통상적으로 배출되는 오수를 외지로 안내하기 위한 호스가 연결된다. 여기서 상기 흡입구(111)가 형성된 펌프본체(110)의 하부는 오수에 포함된 일정 이상 크기의 고형물을 걸러내는 실질적 필터의 역할을 한다.

상기 리프터(120)는 상기 제어기 카트리지(130)를 장착 및 승강시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 리프터(120)는 베이스(123)와, 안테나폴(122)과, 장착판(121)으로 이루어진다.

여기서, 상기 베이스(123)는 펌프본체(110)의 상부 일측에 구비되어 상기 안테나폴(122)을 지지하면서 인입 및 인출이 가능하도록 내부공간을 제공한다. 도면에서는 상기 베이스(123)가 원통형의 형태를 가지며 펌프본체(110)의 상부 일측에서 돌출된 형태로 형성된 것으로 도시되었으나, 다른 다양한 형태로 형성되거나 결합될 수 있다.

또한, 상기 안테나폴(122)은 제어기 카트리지(130)가 장착되는 장착판(121)을 승강시키는 역할을 하는 것으로, 상기 베이스(123)에서 상방향으로 신장 및 축소 가능하게 다수개의 단위폴이 접철된 형태로 이루어진다. 상기 안테나폴(122)은 국내에서 2000년대 초까지 차량에 설치되었던 안테나폴의 구성을 거의 그대로 채용한 것으로 상기 베이스(123) 내부에 모터 및 기어조립체가 설치되고 상기 기어조립체로부터 안테나폴(122)의 내부까지는 안테나폴(122)을 접철작동시키기 위한 가이드릴 또는 랙벨트가 설치될 수 있다(한국등록실용신안공보 제0162462호, 한국등록실용신안공보 제0142383호 참조). 상기 리프터(120)를 이루는 구성요소 중 실제 동작하면서 상기 장착판(121)에 장착된 제어기 카트리지(130)의 승강을 유도하는 것은 바로 안테나폴(122)이라고 할 수 있다. 상기 안테나폴(122)은 제어기에 의해 제어되면서 상기 제1수위센서(161) 및 제2수위센서(162)에 의해 센싱되는 수위의 변화에 따라 상기 장착판(121)을 승강시켜 제어기가 침수되지 않도록 한다. 즉, 수위가 높아지면 제어기에 의해 상기 안테나폴(122)이 신장되어 상기 장착판(121)에 장착된 제어기 카트리지(130)를 상승시키고 반대로 수위가 낮아지면 상기 안테나폴(122)이 수축되어 상기 장착판(121)에 장착된 제어기 카트리지(130)를 하강시키는 것이다. 이같은 동작에 대해서는 차후에 보다 상세히 설명하기로 한다. 한편, 상기 안테나폴(122)의 경우 그 내부에 설치되는 모터 및 기어조립체, 랙벨트의 구성을 배제하고 수작업만 조작되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.

또한, 상기 장착판(121)은 상면에 상기 제어기 카트리지(130)가 장착되도록 한 것으로, 상기 안테나폴(122)의 최상단부에 결합되어 상기 안테나폴(122)의 신장시 상승하고 수축시 하강하도록 한다. 그리고 도면과 같이 상기 베이스(123)에 대응하여 원판형으로 이루어지며, 상기 제어기 카트리지(130)의 장착을 위하여 서로 이격되어 마주보는 ㄱ자 단면의 가이드레일(121a) 한 쌍이 형성된다. 여기서 상기 가이드레일(121a)의 소재는 견고한 금속성 소재가 아닌 합성수지 소재로 이루어져도 무방하며 바람직하게는 상기 장착판(121)과 일체로 성형된다. 이같은 한 쌍의 가이드레일(121a)이 구비되면 상기 제어기 카트리지(130) 하부에 납작한 판형으로 형성된 슬라이딩 캐비닛(130b)이 상기 가이드레일(121a)을 따라 슬라이딩 방식으로 끼워져 고정될 수 있게 된다.

한편, 상기 리프터(120)에는 하부가 개방된 원통형의 보호캡(125)이 구비되며 상기 장착판(121)의 상부에 씌워져서 장착판(121)의 상면에 장착되는 제어기 카트리지(130)를 보호할 수 있도록 한다.

상기 제어기 카트리지(130)는 제어기가 포함된 PCB를 내장하는 것으로 상기 제어기를 보호하며 상기 제어기가 상기 장착판(121)의 상면에 착탈식으로 장착되도록 해준다. 이를 위해 상기 제어기 카트리지(130)는 상기 제어기가 내장된 카트리지본체(130a)와 상기 카트리지본체(130a)의 하부에서 좌편과 우편으로 돌출되어 상기 한 쌍의 가이드레일(121a)에 슬라이딩되어 끼워지도록 한 납작한 판형의 슬라이딩 캐비닛(130b)으로 이루어진다. 첨부된 도 2는 상기 제어기 카트리지(130)가 슬라이딩 방식에 의해 장착판(121)에 부착된 상태의 모습을, 도 5는 제어기 카트리지(130)가 슬라이딩 방식에 의해 장착판(121)으로부터 이탈된 모습을 보여준다. 단, 이처럼 제어기 카트리지(130)의 장착과정에서 상기 제어기와 모터펌프 간 전기적 연결을 위해 상기 제어기에 연결된 제1케이블(131)과 상기 모터펌프에 연결된 제2케이블(114)이 서로 연결되는데, 연결시의 편리함, 장착 후 깔끔한 선정리를 위해 상기 제1케이블(131) 및 제2케이블(114)이 필요한 경우에 한 해 외력을 가하여 길게 인출 가능하도록 구성된다. 이같은 구성에 대해서는 차후에 보다 상세히 설명하도록 한다.

또한, 상기 제어기 카트리지(130)에 포함된 제어기는 상기 제1수위센서(161)에 오수가 있는 것으로 센싱되면 모터펌프를 초기작동시키고, 상기 제2수위센서(162)에 오수가 있는 것으로 센싱되면 모터펌프를 초기작동시보다 더 고속으로 작동시킨다. 그리고 수위가 상기 제1수위센서(161)와 제2수위센서(162)의 센싱영역을 벗어나더라도 상기 제1수위센서(161)로부터 제2수위센서(162)에 도달하는 시간을 근거로 수위변화 속도를 산출하고 그 수위변화 속도 및 수위가 제2수위센서(162)에 도달하였을 때의 시각을 고려하여 현재의 수위를 예측한다. 즉, 수위가 상기 제1수위센서(161)로부터 제2수위센서(162)까지 도달한 시간이 나오면 센서 간 거리(h2-h1)에 대한 시간을 계산하여 수위의 상승속도 또는 수위변화 속도가 산출된다. 이후 제2수위센서(162)로부터는 수위변화 속도와 경과된 시간을 곱하여 수위를 거의 정확하게 예측하는 것이 가능하게 된다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 제어기에 연결되는 제1케이블의 풀리구조를 설명하기 위한 일련의 참조도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 모터펌프에 연결되는 제2케이블의 풀리구조를 설명하기 위한 참조도이다.

전술된 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프는, 제어기 카트리지(130)의 장착과정에서 상기 제어기와 모터펌프 간 전기적 연결을 위해 상기 제어기에 연결된 제1케이블(131)과 상기 모터펌프에 연결된 제2케이블(114)이 서로 연결되는데, 연결시의 편리함, 장착 후 깔끔한 선정리를 위해 상기 제1케이블(131) 및 제2케이블(114)이 필요한 경우에만 외력에 의해 인출될 수 있도록 구성된다.

먼저, 상기 제1케이블(131)이 인출 가능하도록 하기 위하여 도 6a 내지 도 6b에 도시된 것처럼 상기 제어기 카트리지(130)의 슬라이딩 캐비닛(130b) 내부에는 제1고정풀리(132a)와, 제1이동풀리(132b)와, 제1스프링(133)이 설치된다. 상기 제1고정풀리(132a)는 상기 슬라이딩 캐비닛(130b)의 내부에 고정 설치된다. 또한, 제1이동풀리(132b)는 상기 슬라이딩 캐비닛(130b) 내부에서 상기 제1고정풀리(132a)에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제1고정풀리(132a)와 함께 상기 제1케이블(131)을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제1고정풀리(132a)에 대하여 접근하면 상기 제1케이블(131)의 인출을 허용하고 상기 제1고정풀리(132a)에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제1케이블(131)을 회수할 수 있도록 한다. 그리고 상기 제1스프링(123)은 상기 제1이동풀리(132b)가 상기 제1고정풀리(132a)에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지한다.

이같은 풀리구조에 의하면 도 6a에서 도 6b에 이르는 과정에서 볼 수 있는 것처럼 상기 제1케이블(131)이 상기 슬라이딩 캐비닛(130b) 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 상기 슬라이딩 캐비닛(130b) 내부로부터 인출이 허용된다. 참고로 상기 제1케이블(131)의 끝단에는 상기 제2케이블(114)과의 연결을 위해 제1연결단자(134)가 설치된다.

한편, 상기 제2케이블(114)이 인출 가능하도록 하기 위하여 도 7에 도시된 것처럼 상기 리프터(120)의 장착판(121) 내부에는 제2고정풀리(126a)와, 제2이동풀리(126b)와, 제2스프링(127)이 설치된다. 상기 제2고정풀리(126a)는 상기 장착판(121)의 내부에 고정 설치된다. 또한, 제2이동풀리(126b)는 상기 장착판(121) 내부에서 상기 제2고정풀리(126a)에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제2고정풀리(126a)와 함께 상기 제2케이블(114)을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제2고정풀리(126a)에 대하여 접근하면 상기 제2케이블(114)의 인출을 허용하고 상기 제2고정풀리(126a)에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제2케이블(114)을 회수할 수 있도록 한다. 그리고 상기 제2스프링(116)은 상기 제2이동풀리(126b)가 상기 제2고정풀리(126a)에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지한다.

이같은 풀리구조에 의하면 상기 제1케이블(131)과 마찬가지로 상기 제2케이블(114)이 상기 리프터(120)의 장착판(121) 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 장착판(121) 내부로부터 통공(121d)을 통해 더 길게 인출이 허용된다. 참고로 상기 제2케이블(114)의 끝단에는 상기 제1케이블(131)과의 연결을 위해 제2연결단자(113)가 설치된다.

위에서 언급된 풀리구조의 경우 제1케이블(131)과 제2케이블(114)을 인입 및 입출하기 위한 구성만을 고려한다면 다소 복잡한 면이 있으나 설치공간 측면에서 상하방향으로 큰 폭을 요구하지 않으며, 다수의 풀리나 스프링 중 어느 하나가 이탈되거나 손상되는 경우에도 전체 기능 측면에서는 아무런 문제가 없을 정도로 내구성 측면에서 신뢰할 수 있다는 장점이 있다. 이같이 신뢰도 높은 구성은 오수를 취급하는 열악한 환경에 적합하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 배수펌프의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 첨부된 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 실시예에 의한 배수펌프에서 수위변화에 대응하여 제어기 카트리지를 승강시키는 리프터의 동작을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.

도 8a는 배수는 필요하지만 제어기 카트리지(130)까지 침수되지는 않을 정도의 저수위 상태를 나타내고 있다. 이 경우 이미 제1수위센서(161)에 의해 오수가 센싱되었기 때문에 제어기에 의해 펌프본체에 내장된 모터펌프(모터(140)+임펠러(150))가 작동되어 오수를 흡입구(111)에서 흡입하여 배출구(112)에 연결된 호스를 통해 배출하게 된다. 이때는 아직 제2수위센서(162)에서 오수가 센싱된 상태가 아니므로 제어기는 리프터(120)의 안테나폴(122)을 동작시키지 않고 수축된 상태를 유지하게 된다.

도 8b는 배수는 물론 제어기 카트리지(130)까지 침수될 정도의 중수위 상태를 나타내고 있다. 이 경우 앞서와 같이 펌프본체에 내장된 모터펌프가 작동되어 오수를 흡입구(111)에서 흡입하여 배출구(112)에 연결된 호스를 통해 배출하게 된다. 그리고 제2수위센서(162)가 오수를 센싱한 이후이므로 제어기는 리프터(120)의 안테나폴(122)을 동작시켜 수축된 상태에서 신장되도록 하여 제어기 카트리지(130)가 장착되어 있는 장착판(121)의 높이를 수위보다 높게 유지할 수 있도록 상승시킨다. 이때 초기 리프터(120)의 작동은 제2수위센서(162)의 센싱시 이루어지고 상기 리프터(120)에 의해 어느 정도로 제어기 카트리지(130)를 상승시킬지는 제어기가 산출한 수위변화 속도에 대응하여 결정한다. 그리고 상기 제2수위센서(162)가 오수를 센싱한 순간부터 모터펌프를 더 고속으로 작동시켜 오수의 배출속도를 높이게 된다.

도 8c는 오수가 범람할 정도로 고수위 상태를 나타내고 있다. 이 경우 앞서와 같이 펌프본체에 내장된 모터펌프가 최대로 작동되어 오수를 배출하는 한편, 제1수위센서(161) 및 제2수위센서(162)의 센싱 및 계산을 통해 고수위임을 판단한 제어기가 리프터(120)의 안테나폴(122)을 더욱 동작시켜 최대한 신장되도록 함으로써 제어기 카트리지(130)가 장착되어 있는 장착판(121)의 높이를 수위보다 높게 유지할 수 있도록 한다.

이와 같이 본 발명의 배수펌프는 오수를 배출하는 동작뿐만 아니라 수위에 대응하여 제어기가 내장된 제어기 카트리지(130)를 승강시키는 동작에 의해 제어기가 침수되지 않도록 안전하게 보호할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 펌프본체 111 : 흡입구
112 : 배출구 120 : 리프터
121 : 장착판 122 : 안테나폴
123 : 베이스 125 : 보호캡
130 : 제어기 카트리지 130a : 카트리지본체
130b : 슬라이딩 캐비닛 132a : 제1고정풀리
132b : 제1이동풀리 133 : 제1스프링
140 : 구동모터 150 : 임펠러
161 : 제1수위센서 162 : 제2수위센서
163 : 부력체 163a : 자석

Claims

오수를 흡입하여 배출하기 위한 배수펌프에 있어서,
모터펌프를 내장하고 있으며, 하부에는 오수를 흡입하기 위한 흡입구가 형성되고 측면에는 상기 흡입구를 통해 흡입한 오수를 배출하는 배출구가 형성되며, 외벽 일부에는 하단부로부터 상방향으로 수직하게 형성되어 오수가 유입되도록 허용하는 유입홀이 구비된 펌프본체와; 상기 펌프본체의 유입홀에는 서로 간에 높이차를 두고 설치되어 오수의 수위를 측정하는 하측의 제1수위센서 및 상측의 제2수위센서를 포함하고, 제어기는 수위가 상기 제1수위센서와 제2수위센서의 센싱영역을 벗어나더라도 상기 제1수위센서로부터 제2수위센서에 도달하는 시간을 근거로 수위변화 속도를 산출하고 그 수위변화 속도 및 수위가 제2수위센서에 도달하였을 때의 시각을 고려하여 현재의 수위를 예측할 수 있도록 하며,
상기 펌프본체에 지지된 상태에서 상하방향으로 신축 가능하도록 설치되어, 상기 제어기를 수위변화에 따라 침수되지 않도록 승강시키는 리프터를 더 포함하되, 상기 리프터는, 상기 펌프본체의 상부에 구비되는 베이스와; 상기 베이스에서 상방향으로 신장 및 축소 가능하게 다수개가 접철된 안테나폴과; 상면에는 상기 제어기가 설치되고, 상기 안테나폴의 최상단부에 결합되어 상기 안테나폴의 신장시 상승하고 수축시 하강하는 장착판으로 이루어지며, 수위센서의 센싱을 근거로 수위가 상승하면 그에 대응하여 상기 제어기가 상기 장착판을 상승시켜 상기 제어기가 침수되지 않도록 하며,
상기 제어기가 내장된 제어기 카트리지가 구비되어 상기 장착판에 착탈 가능하게 장착되되, 상기 장착판에 대한 상기 제어기 카트리지의 장착을 위하여 상기 장착판의 상면에 서로 이격되어 마주보는 ㄱ자 단면의 가이드레일 한 쌍이 형성되고, 상기 제어기 카트리지는 상기 제어기가 내장된 카트리지본체와, 상기 카트리지본체의 하부에서 좌편과 우편으로 돌출되어 상기 한 쌍의 가이드레일에 대응하여 끼워지도록 한 납작한 판형의 슬라이딩 캐비닛으로 이루어지며,
상기 제어기와 상기 모터펌프 간 전기적 연결을 위해 상기 제어기에 연결된 제1케이블과 상기 모터펌프에 연결된 제2케이블이 서로 연결되며, 상기 슬라이딩 캐비닛의 내부에 고정 설치된 복수의 제1고정풀리와; 상기 슬라이딩 캐비닛 내부에서 상기 제1고정풀리에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제1고정풀리와 함께 상기 제1케이블을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제1고정풀리에 대하여 접근하면 상기 제1케이블의 인출을 허용하고 상기 제1고정풀리에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제1케이블을 회수할 수 있도록 한 복수의 제1이동풀리와; 상기 제1이동풀리가 상기 제1고정풀리에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지하는 복수의 제1스프링이 더 구비되어, 상기 제1케이블이 상기 슬라이딩 캐비닛 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 상기 슬라이딩 캐비닛 내부로부터 인출이 허용되도록 하며,
상기 장착판의 내부에서 고정 설치된 복수의 제2고정풀리와; 상기 장착판의 상단부 내부에서 상기 제2고정풀리에 대하여 이격된 위치에 이동 가능하도록 설치되고 상기 제2고정풀리와 함께 상기 제2케이블을 지그재그 형태로 경유되도록 지지하여 상기 제2고정풀리에 대하여 접근하면 상기 제2케이블의 인출을 허용하고 상기 제2고정풀리에 대하여 멀어지면 인출되었던 상기 제2케이블을 회수할 수 있도록 한 복수의 제2이동풀리와; 상기 제2이동풀리가 상기 제2고정풀리에서 멀어지는 방향으로 이동하려는 경향을 갖도록 탄성지지하는 복수의 제2스프링이 더 구비되어, 상기 제2케이블이 상기 장착판 내부에 인입되려는 경향을 가지면서 일정 이상의 외력이 가해지면 상기 장착판의 내부로부터 인출이 허용되도록 한 것을 특징으로 하는 배수펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1수위센서 및 제2수위센서는 마그네틱센서로 구비되며, 상기 유입홀 내에는 오수에 의해 승강하는 부력체에 상기 제1수위센서 및 제2수위센서에 의해 감지되는 자석이 설치되는 것을 특징으로 하는 배수펌프.
제1항에 있어서,
상기 제1수위센서에 오수가 있는 것으로 센싱되면 제어기가 모터펌프를 초기작동시키고, 상기 제2수위센서에 오수가 있는 것으로 센싱되면 제어기가 모터펌프를 초기작동시보다 더 고속으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 배수펌프.
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제1항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제1수위센서에 의해 오수가 센싱되면 모터펌프를 작동시키되 오수가 없어서 상기 모터펌프가 공회전하는 경우 상기 모터펌프의 작동을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배수펌프.
제10항에 있어서,
전원이 연결된 파워 스위치와 연결되는 입력단에 결선되는 변압기와 다이오드로 이루어진 브리지회로와, 입력단과 연결되어 5V DC의 DC전원을 공급할 수 있도록 정전압 IC와 콘덴서에 연결되는 가변저항이 모터펌프의 감지센서와 연결되는 출력부와, 오수의 유무를 센싱함으로써 제어기가 모터펌프를 작동시키도록 하는 제1수위센서로 이루어져, 상기 제1수위센서에 오수가 감지되는 경우 모터펌프가 작동하여 기준전압보다 +5V의 전압이 출력되도록 하되 오수가 모두 배출되어 모터펌프가 공회전하는 경우 기준전압 대비 0V의 전압이 출력되도록 하여 공회전시 모터펌프의 작동이 중단되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 배수펌프.
제11항에 있어서,
상기 제1수위센서는 저항, 콘덴서와 DIP S/W에 각각 연결된 저항의 저항값에 의해 타이머의 시간을 임의로 설정하여 일정 시간마다 주기적으로 모터펌프를 작동시킬 수 있도록 회로 연결된 것을 특징으로 하는 배수펌프.
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