KR20090011343A - 유체 수위감지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 수위감지장치에 관한 것으로서, 유체의 수위변화에 대응되는 유체의 압력이 전달될 수 있도록 유체유입구가 저부에 구비된 하부케이스와, 하부케이스의 상측에 결합되는 상부케이스와, 상부 케이스에 형성되며 코일이 권회된 보빈과, 유체의 압력 증감에 따라 상하 유동 가능하도록 하부케이스 상에 설치되는 다이아프램과, 다이아프램의 상하 이동에 연동되어 보빈의 내측에서 상하 이동될 수 있게 설치된 코어와, 코어를 유체 압력방향의 반대방향으로 탄력 지지하도록 보빈의 내측에 설치되는 제1탄성부재와, 코어를 유체 압력방향으로 탄력 지지하도록 다이아프램의 저부와 하부케이스 사이에 설치된 제2탄성부재를 구비한다. 이러한 유체 수위감지장치에 의하면, 다이아프램을 상하 양방향에서 다이아프램을 향하는 방향으로 탄성바이어스 할 수 있도록 되어 있어 수위 감지 정밀도 및 민감도를 높일 수 있고 다이아프램의 변형을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

유체 수위감지장치{device for sensing fluid level}

본 발명은 유체 수위감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유체의 수위변화에 대한 수위 감지 정밀도를 높일 수 있도록 된 유체 수위감지장치에 관한 것이다.

일반적으로 세탁기에는 세탁물의 양에 따라 세탁조 내에 공급되는 세탁수의 양을 조절하기 위해 세탁조 내의 수위를 감지하는 수위감지장치가 설치되어 있다.

세탁기에 설치되는 수위 감지장치는 세탁조의 수위 변화에 따라 발생되는 공기압의 변화에 연동되어 코어가 승하강됨으로써 코어의 승하강 방향 주위에 설치된 코일을 통해 자속의 변화를 발생시킬 수 있는 구조가 적용되고 있다.

이러한 수위감지장치는 등록 실용신안 제0293894호, 국내 공개특허 제2002-0056278호 등 다양하게 개시되어 있다. 이러한 수위감지장치는 세탁조 내에 급수된 세탁수의 수위가 상승하면 세탁조와 연통 되게 형성된 호스 및 유체유입구를 통해 인가되는 공기압력이 높아지고, 그에 따라 다이아프램이 압축코일 스프링의 탄성을 극복하면서 상승하도록 구성되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 수위감지장치는 다이아프램이 압축코일 스프링에 의 해 하방으로만 탄성바이어스 될 수 있도록 되어 있어 세탁기를 사용하지 않을 때도 다이아프램이 상시적으로 하방을 향하는 탄성바이어스력을 받기 때문에 다이아프램의 시간 경과에 따른 이완 및 그에 따른 고유 탄성계수가 달라질 수 있다. 이러한 다이아프램의 시간 경과에 따른 변형은 수위감지장치의 수위 감지 능력 및 수위감지 정밀도를 저해하는 문제점이 있다.

또한, 세탁조에 세탁수가 없을 때 다이아프램에 대해 압축스프링으로부터 하방으로 인가되는 탄성바이어스력을 완화시킬 수 있도록 하기 위해서는 하부케이스와 접촉되는 다이아프램의 영역을 증가시켜야 하나, 이 경우 공기압이 미세하게 변동될 경우 하부프레임과 밀착지지 되고 있는 다이아프램 부분이 하부케이스와의 접촉 마찰력을 극복하기 이전까지는 다이아프램이 상승되지 않기 때문에 수위감지 민감도가 떨어지는 문제점이 있다.

이와 같이 세탁수의 수위감지 정밀도가 떨어지게 되면, 세탁수의 수위 조절이 정밀하게 되지않아 세탁수를 낭비하거나, 세탁 에너지 효율을 저하시 킬 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 수위감지의 정밀도 및 민감도를 더욱 높일 수 있는 유체 수위감지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 시간 경과에 따른 다이아 프램의 변형을 억제할 수 있는 유체 수위감지 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 유체 수위감지 장치는 유체의 수위변화에 대응되는 유체의 압력이 전달될 수 있도록 유체유입구가 저부에 구비된 하부케이스와; 상기 하부케이스의 상측에 결합되는 상부케이스와; 상기 상부 케이스에 형성되며 코일이 권회된 보빈과; 상기 유체의 압력 증감에 따라 상하 유동 가능하도록 상기 하부케이스 상에 설치되는 다이아프램과; 상기 다이아프램의 상하 이동에 연동되어 상기 보빈의 내측에서 상하 이동될 수 있게 설치된 코어와; 상기 코어를 유체 압력방향의 반대방향으로 탄력 지지하도록 상기 보빈의 내측에 설치되는 제1탄성부재와: 상기 코어를 유체 압력방향으로 탄력 지지하도록 상기 다이아프램의 저부와 상기 하부케이스 사이에 설치된 제2탄성부재;를 구비한다.

바람직하게는 상기 제1 및 제2탄성부재는 비자성체 재질로 형성된 압축코일 스프링이 적용된다.

또한, 상기 다이아프램의 저면에는 상기 제2탄성부재가 구속되게 삽입될 수 있게 하방으로 돌출되게 형성된 구속가이드링이 마련된 것이 바람직하다.

상기 상부케이스는 상기 하부케이스와 결합되어 내부공간을 형성하는 커버부분과; 상기 커버부분 상면에서 상부가 열린 수용홈을 갖도록 상방으로 연장된 상부 측벽부분;을 구비하고, 상기 보빈은 상기 상부 측벽부분과 이격되는 상기 커버부분 중앙에서 상기 내부공간과 연통되게 상방으로 연장되게 상기 커버부분과 일체로 성형되어 있고, 상기 상부 측벽부분과 상기 보빈 사이에 형성되는 상기 수용홈 내에 설치되는 상기 코일이 함침되도록 상기 수용홈내에 수지로 충진된 보호층;을 구비한다.

바람직하게는 상기 보빈은 외경이 동일하거나 상단에서 상기 커버부분을 향하는 방향을 따라 점진적으로 외경이 확장되게 형성되어 있고, 상기 코일은 본드제에 의해 코일선이 상호 접합되게 와인딩되어 상기 보빈 외측에 삽입될 수 있는 내경을 갖게 형성된다.

더욱 바람직하게는 상기 하부케이스에는 상기 제2탄성부재가 삽입 상태로 지지될 수 있도록 상기 유체유입구와 연통되되 상기 하부 케이스의 내측 바닥면으로부터 일정높이 연장된 지지관부분과; 상기 하부 케이스의 내측면에는 상기 상부케이스의 커버부분이 진입된 후 후퇴가 억제되도록 하방으로 진행될 수록 하부케이스의 중심방향으로 점진직으로 돌출길이가 길게 형성된 걸림턱;을 구비하고, 상기 상부케이스의 상기 커버부분의 측면에는 상기 걸림턱에 진입된 후 걸림작용을 할 수 있도록 몸체부분으로부터 외경이 확장되게 형성된 확장부분을 갖는다.

본 발명에 따른 유체 수위 감지장치는 다이아프램을 상하 양방향에서 다이아프램을 향하는 방향으로 탄성바이어스 할 수 있도록 되어 있어 수위 감지 정밀도 및 민감도를 높일 수 있고 다이아프램의 변형을 억제할 수 있으며 제조가 용이한 장점을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유체 수위감지장치를 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 수위감지 장치의 결합단면도이고, 도 2는 도 1의 일부 요소를 분리하여 도시한 분리 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 유체 수위감지장치(100)는 하부케이스(110), 상부케이스(120), 보빈(130), 푸셔(140), 다이아프램(150), 코어(160), 제1압축코일 스프링(171), 제2압축코일 스프링(173)을 구비한다.

하부케이스(110)는 상부가 열린 제1내부공간(112a)를 갖게 형성되어 있다.

이러한 하부케이스(110)는 제1내부공간(112a)과 연통되게 결합되는 상부케이스의 제2내부공간(112b)과 함께 내부공간(112)을 형성한다.

하부케이스(110)의 저부 중앙에는 경사지게 연장되어 제1내부공간(112)과 연통된 유체 유입구(113)를 갖는 연결관(114)이 마련되어 있다.

하부케이스(110)는 연결관(114)을 통해 유입되는 공기가 하부케이스(110)의 중앙 상방으로 상승될 수 있도록 되어 있다.

하부케이스(110)의 제1내부공간(112)은 중앙부분을 기준으로 하방으로 진행 하는 방향을 따라 단차지면서 내경이 축소되게 형성되어 있다. 이러한 하부케이스(110)를 구분하면 제1내경부(115)와, 제2내경부(116) 및 제3내경부(117)로 구분할 수 있다.

제1내경부(115)는 상부케이스(120)가 내측으로 인입되어 결합되며 다이아프램(150)이 지지되는데 이용되는 부분으로서, 내측면에는 상부케이스(120)의 커버부분(123)이 진입된 후 후퇴가 억제되도록 하방으로 진행될 수 록 하부케이스(110)의 중심방향으로 점진직으로 돌출길이가 길게 형성된 복수 개의 걸림턱(118)이 마련되어 있다.

제2내경부(116)는 제1내경부(115)의 하단에서 수평상으로 일정길이 연장된 제1연장부(115a)로부터 하방으로 연장된 후 수평상으로 연장된 제2연장부(116a)를 갖는 구조로 되어 있다.

제3내경부(117)는 제2연장부(116a)로부터 하방으로 연장된 후 수평상으로 연장된 제3연장부(117a)를 갖는 구조로 되어 있다.

제3연장부(117a)에는 제2압축코일 스프링(173)의 내측에 삽입될 수 있도록 유체유입구(113)와 연통되게 상방으로 연장된 지지관부분(119)이 마련되어 있다.

지지관부분(119)은 제2압축코일 스프링(173)의 정렬위치를 구속함과 아울러 지지관부분(119)을 통해 공기가 상승시 다아아프램(150)의 중앙을 중심으로 방사상으로 대칭되는 영역에 인가되기 때문에 다이아프램(150)이 편중되지 않고 승하강 될 수 있어 공기압 변동에 대응한 자속변화의 정밀도도 높일 수 있다.

상부 케이스(120)는 하부케이스(110)의 상측에 결합되며, 하부가 열린 제2내 부공간(112b)을 갖는 구조로 되어 있다.

상부 케이스(120)는 성형에 의해 일체로 형성된다.

상부케이스(120)를 구분하면, 커버부분(123), 보빈(130), 상부 측벽부분(135)으로 구분할 수 있다.

커버부분(123)은 하부케이스(110)에 결합되어 내부공간(112)을 형성하도록 내측으로 인입된 제2내부공간(112b)을 갖게 형성되어 있다.

커버부분(123)의 측면에는 하부 케이스(110)의 걸림턱(118) 하부까지 진입된 후 걸림작용을 할 수 있도록 몸체부분(123a)으로부터 외경이 확장되게 형성된 확장부분(123b)을 갖는 구조로 되어 있다.

확장부분(123b)과 몸체부분(123a) 사이에는 다이아프램(150)의 가장자리를 따라 상방으로 돌출된 돌출부분(152)이 삽입될 수 있는 삽입구(125)가 형성되어 있다.

상부 측벽부분(135)은 커버부분(123) 상면에서 상부가 열린 수용홈(137)을 갖도록 상방으로 연장되게 형성되어 있다.

보빈(130)은 상부 측벽부분(135)과 이격되는 위치상의 커버부분(123) 중앙에서 내부공간(112)과 연통되는 중공을 갖는 원기둥 형태로 상방으로 연장되게 커버부분(123)과 일체로 성형되어 있다.

보빈(130)의 상단 내측에는 탄성 조정마개(180) 결합용 나사선(131)이 형성되어 있다.

바람직하게는 후술되는 코일(138)의 삽입이 용이하게 보빈(130)의 외측 면(130a)은 상단에서부터 하방으로 진행될 때 외경이 동일하거나 상단에서 커버부분(123)을 향하는 방향을 따라 점진적으로 외경이 확장되게 형성된다.

탄성조정 마개(180)는 외측면에 보빈(130)의 상단에 형성된 나사선(131)을 통해 나사결합될 수 있게 형성되어 있고, 상단에는 탄성조정 마개(180)의 진퇴를 드라이버를 이용하여 조정할 수 있도록 일자 또는 십자홈(182)이 형성되어 있다.

코일(138)은 보빈(130) 주위에 권회되게 설치되어 있다. 코일(138)은 보빈(130) 외측에서 삽입할 수 있도록 형성된 것을 적용한다. 더욱 바람직하게는 코일(138)은 본드제(138b)에 의해 코일선(138a)이 상호 접합되게 와인딩되어 보빈(130) 외측에 삽입될 수 있는 내경을 갖게 미리 형성한 것을 적용한다. 본 실시예에서 보빈(130)은 코일선(138a)을 감기 위한 것이 아니고, 코일선(138a)이 권회되어 본드제로만 상호 접합되어 속이빈 링형 구조로 미리 형성된 코일(138)이 자연스럽게 삽입되어 안착될 수 있게 형성되어 코일(138)을 끼움 장착하기 위한 것이다. 이 경우 코일(138)은 보빈(130)에 삽입된 이후 후술되는 보호층(190)에 의해 코일(138)의 유동이 방지되어 정렬 위치가 고정된다.

따라서, 조립시에는 코일(138)을 보빈(130) 외측에서 삽입하기만 하면 되기 때문에 조립성이 향상되는 장점을 제공한다.

다이아프램(150)은 유체유입구(113)를 통해 인가되는 유체의 압력 증감에 따라 상하 유동 가능하도록 하부케이스(110)의 제1연장부(115a)에 안착될 수 있는 크기기로 형성되어 다이아프램(150)의 돌출부분(152)이 상부케이스(120)의 삽입구(125)에 의해 구속되게 지지될 수 있게 설치되어 있다.

다이아프램(150)의 저부에는 제2압축코일 스프링(173)이 구속되게 지지될 수 있게 하방으로 연장된 구속가이드링(154)이 형성되어 있다. 도시된 예에서는 구속가이드링(154)의 외경이 제2압축코일 스프링(173)의 내경 보다 약간 작게 형성된 구조가 적용되었다.

또한, 다이아프램(150)의 상면 중앙에는 푸셔(140)와의 결합용 돌기(156)가 형성되어 있다.

퓨셔(140)는 다이아프램(150)의 상면 상에 하방으로 인입되게 형성된 안착면에 안착될 수 있는 크기의 베이스부분(141)을 갖는 구조로 형성되어 있다.

퓨셔(140)는 다이아프램(150)의 결합용 돌기(156)가 삽입될 수 있는 삽입구(142)가 베이스 부분(141)에 형성되어 있고, 중공을 갖는 코어(160)를 고정결합하기 위한 두 개의 고정편(143)이 베이스 부분(141)에서 상방으로 연장되게 형성되어 있다. 고정편(143)의 상단에는 외부로 확장된 화살촉 형상의 걸림턱(143a)이 형성되어 있다.

코어(160)는 속이빈 중공 구조를 갖게 형성되어 퓨셔(140)의 고정편(143)에 의해 퓨셔(140)에 구속되게 결합된다.

이러한 코어(160)는 다이아프램(150)의 상하 이동에 연동되어 퓨셔(140)를 통해 보빈(130)의 내측에서 상하 이동된다.

제1압축코일 스프링(171)은 제1탄성부재로서 적용된 것으로서, 코어(160)를 유체 압력방향의 반대방향 즉 하방으로 탄력 지지하도록 보빈(130)의 내측에 설치되어 있다. 즉, 제1압축코일 스프링(171)은 보빈(130) 내측에서 코어(160)와 탄성 조정 마개(180) 사이에 설치되어 있다.

제2압축코일 스프링(173)은 제2탄성부재로서 적용된 것으로서, 코어(160)를 유체 압력방향 즉, 상방으로 탄성 지지하도록 다이아프램(150)의 저부와 하부케이스(110) 사이에 설치되어 있다. 즉, 제2압축코일 스프링(173)은 다이아프램(150)의 구속가이드링(154)과 지지관부분(119) 사이에 구속되게 설치되어 있다.

제 1 및 제 2 압축코일 스프링(171)(173)은 비자성소재 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스강, 구리, 티타늄 또는 적어도 이들 중 어느 하나를 포함한 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우 제1 및 제2 압축코일 스프링(171)(173)은 코일(138)의 자속밀도에 영향을 주지 않아 코어(160)의 승하강에 따른 출력 주파수의 특성을 안정화시킬 수 있다.

여기서, 유체압력방향은 다이아프램(150)이 상승하는 상방을 말한다.

보호층(190)은 상부 케이스(120)의 상부 측벽부분(135)과 보빈(130) 사이에 형성되는 수용홈(137) 내에 설치되는 코일(138)을 고정시킴과 아울러 함침되어 외부로부터 보호될 수 있도록 수용홈(137) 내에 수지로 충진되어 형성되어 있다. 수지는 우레탄 수지가 적용될 수 있다.

이러한 구조의 수위감지장치(100)는 세탁기(미도시)에 적용되는 경우 세탁조(미도시)와 연통되게 연장된 호스(미도시)를 유체 유입관(114)과 연결하여 사용하면 된다.

한편, 이러한 수위감지장치(100)에서 참조부호 139로 표기된 공간은 커버부분(123)과 상부 측벽부분 사이에 수용홈(137)과는 구획되게 형성되어 있고 커패시 터(192)를 수납하기 위한 것이다.

이와 같이 구성된 수위감지장치(100)는 다이아프램(150)을 향하는 방향으로 제1압축코일 스프링(171)과 제2압축코일 스프링(173)이 설치되어 있어, 유체유입구(113)를 통해 인가되는 공기압의 변화에 따라 제1 및 제2 압축코일 스프링(171)(173)은 상호 반대되는 방향으로 수위에 따른 압력에 비례하여 변위를 일으키게 된다. 이 경우 다이아프램(150)은 상부 및 하부케이스(120)(110) 사이에 결합되는 돌출부분(152) 이외에는 하부케이스(110)로부터 항상 이격되어 있고, 승하강시에도 제1압축코일 스프링(171)과 제2압축코일 스프링(173)에 의해 지지된 상태에서 승하강 되기 때문에 공기압 변동에 의한 승하강 민감도가 증가되며, 비사용시에도 하방 또는 상방으로 편향된 탄상바이어스를 인가받지 않기 때문에 시간 경과에 따른 변형을 억제할 수 있는 장점을 제공한다.

한편, 다이아프램(150)이 승하강되면, 코어(160)도 연동되어 승하강되면서 자속밀도가 변화되고, 그 결과 코일(138)의 인덕턴스(L) 값이 변화된다. 따라서, 코일(138)의 인덕턴스(L) 값과 커패시터(192)의 커패시턴스에 의해 결정되는 공진주파수가 가변된다.

본 수위감지장치(100)가 세탁기에 적용되는 경우 제어부는 수위감지장치로부터 변화되는 출력 주파수(f) 값에 따라 세탁수의 수위를 판단하고, 판단된 수위에 따라 급수밸브를 통해 세탁수 공급량을 적절히 조절함으로써 효율적인 세탁을 수행한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 수위감지 장치의 결합단면도이고,

도 2는 도 1의 일부 요소를 분리하여 도시한 분리 단면도이다.

Claims (6)

1. 유체의 수위변화에 대응되는 유체의 압력이 전달될 수 있도록 유체유입구가 저부에 구비된 하부케이스와;

   상기 하부케이스의 상측에 결합되는 상부케이스와;

   상기 상부 케이스에 형성되며 코일이 권회된 보빈과;

   상기 유체의 압력 증감에 따라 상하 유동 가능하도록 상기 하부케이스 상에 설치되는 다이아프램과;

   상기 다이아프램의 상하 이동에 연동되어 상기 보빈의 내측에서 상하 이동될 수 있게 설치된 코어와;

   상기 코어를 유체 압력방향의 반대방향으로 탄력 지지하도록 상기 보빈의 내측에 설치되는 제1탄성부재와:

   상기 코어를 유체 압력방향으로 탄력 지지하도록 상기 다이아프램의 저부와 상기 하부케이스 사이에 설치된 제2탄성부재;를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 수위감지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2탄성부재는 비자성체 재질로 형성된 압축코일 스프링인 것을 특징으로 하는 유체 수위감지장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다이아프램의 저면에는 상기 제2탄성부재가 구속되게 삽입될 수 있게 하방으로 돌출되게 형성된 구속가이드링이 마련된 것을 특징으로 하는 유체 수위 감지장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 상부케이스는

   상기 하부케이스와 결합되어 내부공간을 형성하는 커버부분과;

   상기 커버부분 상면에서 상부가 열린 수용홈을 갖도록 상방으로 연장된 상부 측벽부분;을 구비하고,

   상기 보빈은 상기 상부 측벽부분과 이격되는 상기 커버부분 중앙에서 상기 내부공간과 연통되게 상방으로 연장되게 상기 커버부분과 일체로 성형되어 있고,

   상기 상부 측벽부분과 상기 보빈 사이에 형성되는 상기 수용홈 내에 설치되는 상기 코일이 함침되도록 상기 수용홈내에 수지로 충진된 보호층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 수위감지장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 보빈은 외경이 동일하거나 상단에서 상기 커버부분을 향하는 방향을 따라 점진적으로 외경이 확장되게 형성되어 있고,

   상기 코일은 본드제에 의해 코일선이 상호 접합되게 와인딩되어 상기 보빈 외측에 삽입될 수 있는 내경을 갖게 형성된 것을 특징으로 하는 유체 수위 감지장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 하부케이스에는

   상기 제2탄성부재가 삽입 상태로 지지될 수 있도록 상기 유체유입구와 연통되되 상기 하부 케이스의 내측 바닥면으로부터 일정높이 연장된 지지관부분과;

   상기 하부 케이스의 내측면에는 상기 상부케이스의 커버부분이 진입된 후 후퇴가 억제되도록 하방으로 진행될 수록 하부케이스의 중심방향으로 점진직으로 돌출길이가 길게 형성된 걸림턱;을 구비하고,

   상기 상부케이스의 상기 커버부분의 측면에는 상기 걸림턱에 진입된 후 걸림작용을 할 수 있도록 몸체부분으로부터 외경이 확장되게 형성된 확장부분을 갖는 것을 특징으로 하는 유체 수위감지장치.

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