KR20150097419A - 수류 감지 부재, 수류 센서 및 수류 센서를 구비하는 온수기 - Google Patents

수류 감지 부재, 수류 센서 및 수류 센서를 구비하는 온수기 Download PDF

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KR20150097419A
KR20150097419A KR1020150023218A KR20150023218A KR20150097419A KR 20150097419 A KR20150097419 A KR 20150097419A KR 1020150023218 A KR1020150023218 A KR 1020150023218A KR 20150023218 A KR20150023218 A KR 20150023218A KR 20150097419 A KR20150097419 A KR 20150097419A
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동슈안 왕
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 수류 감지 부재, 수류 센서 및 수류 센서를 구비하는 온수기를 개시한다. 수류 센서는, 서로 연통되는 물 유입구(222) 및 물 배출구(224)를 구비하는 캐비티(201); 물 유입구(222) 전방에 장착되는 블레이드들(204)로서, 물이 블레이드들(204)을 지나 물 유입구(222) 내로 유동할 때 제1 접선력(F1)이 생성되는 것인, 블레이드들; 적어도 한 쌍의 측방 날개(206)를 구비하는 로터(205)로서, 각 측방 날개(206)의 말단부가 만곡된 꼬리 핀(506)을 형성하도록 연장되어 수류가 만곡된 꼬리 핀(506)을 지나 유동할 때 제2 접선력(F2)이 생성되도록 하는 것인, 로터;를 포함하며, 여기서, 동일한 측방 날개에 작용하게 되는 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)은 동일한 방향이며; 그리고 로터(205)는 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)에 의해 연대적으로 구동된다.

Description

수류 감지 부재, 수류 센서 및 수류 센서를 구비하는 온수기{WATER FLOW SENSING MEMBER, WATER FLOW SENSOR AND WATER HEATER MOUNTED WITH THE WATER FLOW SENSOR}
본 발명은, 수류 센서 및, 특히 홀 수류 센서(Hall water flow sensor)에 관한 것이다.
수류 센서는 다양한 산업 및 분야에 적용된다. 본 발명에서 개시되는 수류 센서는 가스 온수기에 적용될 수 있으며 그리고 물(또는 수류)의 통과 방향에 상응하는 신호를 온수기에 송신한다. 홀 수류 센서는, 그의 단순한 구조, 높은 감도 및 낮은 제조 비용으로 인해 널리 사용된다. 홀 수류 센서는 일반적으로, 2개의 타입, 즉 로터 타입 및 횡단 임펠러 타입(transverse impeller type)으로 분류된다. 2개의 타입의 모두에서, 물은, 자석을 회전시켜 회전하는 상태로 있게 하기 위해, 로터를 밀게 된다. 상이한 자극들이 홀 유도자(Hall inductor)에 접근할 때, 홀 유도자는 높고 낮은 펄스 전류 주파수 신호들을 생성하고 이를 컴퓨터 컨트롤러로 출력하도록 하기 위해 상이한 자력선(magnetic lines of force)을 단절시킬 것이며, 이어서 컴퓨터 컨트롤러는, 항온 가열(constant-temperature heating), 타이밍 가열(timing heating) 등의 기능들을 수행하도록 가열 장치를 점화시키기 위해 흐르는 물의 양을 계산한다. 그러나, 물 유입 변화의 수압, 불안정하게 흐르는 물, 불균형적인 로터의 회전, 또는 너무 느린 회전속도 및 이와 유사한 것과 같은 몇몇 인자들이, 홀 유도자에 의해 생성되고 출력되는 전류 주파수 신호가 정확성이 부족하게 되도록 야기하여, 온수기의 신속한 항온 효과에 영향을 미치도록 하며; 게다가, 고속에서 회전하는 로터가, 물이 유동을 멈췄을 때, 관성으로 인해 계속 회전할 것이고, 홀 유도자는 여전히 전기적 신호를 계속 송신할 것이며, 가열 장치가 가열을 멈출 수 없으며, 그리고 그에 따라 물은 유동을 멈추지만(또는 수류는 감소하지만) 가열은 계속되는 현상이 일어난다.
본 발명의 목적들 중 하나는 수류 센서 부재, 특히 수류가 작을 때 임의의 방향으로 고르게 회전할 수 있는 로터를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들 중 하나는 수류 변화의 유도에 대한 감도를 개선시키는 수류 감지 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기한 목적들을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명은,
캐비티로서, 물이 그를 통해 캐비티 내로 유동하는 물 유입구 및 물이 그를 통해 캐비티 밖으로 유동하는 물 배출구를 구비하며, 상기 물 유입구와 상기 물 배출구가 서로 연통되는 것인, 캐비티;
상기 물 유입구 전방에 장착되는 블레이드들로서, 물이 블레이드들을 지나 상기 물 유입구 내로 유동할 때 제1 접선력(tangential force)(F1)이 생성되는 것인, 블레이드들;
상기 캐비티 내에 장착되며 적어도 한 쌍의 측방 날개를 갖도록 제공되는 로터로서, 각 측방 날개의 기단부(proximal end)가 상기 물 유입구를 향해 배치되고, 각 측방 날개의 말단부(distal end)가 상기 물 배출구를 향해 배치되며, 각 측방 날개의 상기 말단부는 만곡된 꼬리 핀(curved tail fin)을 형성하도록 연장되어 수류가 상기 만곡된 꼬리 핀을 지나 유동할 때 제2 접선력(F2)이 생성되도록 하는 것인, 로터;
를 포함하며,
동일한 측방 날개에 작용하게 되는 상기 제1 접선력(F1) 및 상기 제2 접선력(F2)은 동일한 방향이며; 그리고
상기 로터는 상기 제1 접선력(F1) 및 상기 제2 접선력(F2)에 의해 연대적으로 구동되는 것인,
수류 감지 부재에 관한 것이다.
본 발명은 또한,
상기 로터를 포함하는 상기 수류 센서 부재;
상기 캐비티 외부에 배치되는 홀 유도 디바이스;
를 포함하며,
상기 홀 유도 디바이스는 상기 로터의 회전에 따른 전기적 신호를 생성하며; 그리고
상기 전기적 신호는 펄스 신호인 것인,
수류 센서에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 수류 센서 부재를 사용하는 온수기에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 유리한 효과는, 수류가 작을 때에도 로터가 임의의 방향으로 회전할 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 유리한 효과는, 수류 센서가 수류 변화의 유도에 대한 감도를 개선시킨다는 것이다.
본 발명의 다른 유리한 효과는, 물이 유동을 멈출 때 수류 센서가 즉시 회전을 정지시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 유리한 효과는, 수류 센서가 홀 유도자에 의해 생성되는 신호의 균일성을 개선시킬 수 있다는 것이다.
본 발명의 다른 유리한 효과는, 수류 센서가 그의 부품들 사이의 조립을 용이하게 하도록 구성된다는 것이다.
도 1은 온수기 내에 장착되는 감지 요소를 갖는 물 파이프의 개략적인 구조도이고;
도 2는 A-A 선을 따라 취한 도 1의 물 파이프의 단면도이며,
도 3은 도 2의 수류 센서의 조립도이고;
도 4A는 본 발명의 캐비티의 전단부의 개략도이며;
도 4B는 본 발명의 캐비티의 후단부의 개략도이고;
도 5는 본 발명의 로터 및 커버의 조립도이며;
도 6은 도 5의 커버의 내측에 대한 개략적 구조도이고;
도 7은 본 발명의 다른 종류의 샤프트의 개략적 구조도이며;
도 8A는 제1 실시예에 따른 회전 방향에서의 본 발명의 로터의 힘 분석 다이어그램이고;
도 8B는 제2 실시예에 따른 본 발명의 로터의 개략적 구조도이며;
도 9는 조립된 이후의 본 발명의 로터의 힘 분석 다이어그램이다.
본 발명의 다양한 구체적인 실시예들이 본 명세서의 부분을 형성하는 도면을 참조하여 설명된다. 비록 "전", "후", "상", "좌", "우", "수직", 또는 "평행" 및 이와 유사한 것과 같은 방향들에 대해 지시하는 용어들이 본 발명의 다양한 예시적인 구조물의 부분들 및 요소들을 설명하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 이러한 용어들의 사용은 단지 설명을 용이하게 하기 위한 것이며 이 용어들은 도면들에 도시되는 예시적인 방향들에 기초하여 결정된다. 본 발명에서 개시되는 실시예들이 상이한 방향들을 따라 배열되기 때문에, 방향을 지시하는 이러한 용어들은 단지 예시의 목적으로 사용되며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 뒤따르는 도면들에서, 동일한 참조 부호가 동일한 부분을 지시하기 위해 사용되며, 유사한 참조 부호가 중복되는 묘사를 회피하기 위해 유사한 부분들을 지시하도록 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 수류 센서를 구비하는 온수기의 물 유입 파이프(101)의 개략적 도면을 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원형 단면을 갖는 온수기의 물 유입 파이프(101)의 세그먼트는 물 유입구(103) 및 물 배출구(104)를 갖는다. 물 유입구(103)는 굽혀진 파이프 몸체 구조와 더불어 물 배출구(104)에 연결되며, 물은 도면에서 화살표(102)에 의해 도시되는 바와 같이 물 유입구(103)를 통해 물 유입 파이프(101) 내로 유동하며 그리고 물 배출구(104)를 통해 물 유입 파이프(101)의 파이프 몸체 밖으로 유동한다. 이러한 경로에서, 물은 물 유입 파이프(101)의 파이프 몸체 내에 장착되는 (도 2에 도시된 바와 같은) 수류 감지 부재(200)를 통과하여 유동한다. 홀 유도 회로(105)가 물 유입 파이프(101)의 파이프 몸체의 외측부 상의 회로 장착 슬롯(106) 내에 장착되고, 수류 감지 부재(200)는 수류를 감지하며 그리고 그에 의해 전기적 신호가 홀 유도 회로(105)에 의해 생성되고 도전성 와이어(107) 및 플러그(109)를 통해 온수기의 연소 시스템으로 전송되어, 온수기의 연소가 수류에 따라 제어되도록 한다.
도 2는 물 유입 파이프 내부에 장착되는 수류 감지 부재(200)를 보여주기 위해 A-A 선을 따라 취한 도 1의 물 유입 파이프(101)의 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 감지 부재(200)는 물 유입 파이프(101) 내부에 장착되며, 홀 유도 회로(105)는 감지 부재(200)의 일 측부에 장착된다. 감지 부재(200)는, 원통형일 수 있고 캐비티(201)의 전단부에 있는 물 유입구(222) 및 캐비티(201)의 후단부에 있는 물 배출구(224)를 구비하는, 캐비티(201)를 포함하며; 제1 샤프트 장착 프레임(226)이 로터(205)의 후단부의 물 배출구(224)에 제공되며, 그리고 제1 장착 구멍(208)이 제1 샤프트 장착 프레임(226) 상에 제공된다. 커버(202)가 캐비티(201)의 물 유입구(222) 전방에 제공되며, 그리고 커버(202)는 블레이드들(204) 및 제2 샤프트 장착 프레임(228)을 갖도록 제공되고; 제2 샤프트 장착 프레임(228)은 자체에 제2 장착 구멍(209)을 갖도록 제공되며, 그리고 환형 제동 메커니즘(210)(즉, 제동 링(210))이 제2 장착 구멍(209) 상부에 배열된다. 로터(205)가 캐비티(201) 내에 장착되며 2쌍의 측방 날개(206.1, 206.2)를 갖도록 제공된다. 샤프트(207)가 2쌍의 측방 날개(206.1, 206.2)의 중간에 제공되고, 각각의 측방 날개(206.1, 206.2)는 전방부 및 후방부를 포함하며, 여기서 측방 날개들의 전방부들(즉, 기단부들)은 자석으로 이루어지고, 측방 날개들의 각 쌍의 자석들의 2개의 단부는 개별적으로 N 극 및 S 극을 포함하며, 그리고 후방부들(즉, 말단부들)은 POM(또는 플라스틱) 재료로 이루어지고; 각 쌍의 측방 날개의 각 측방 날개(206.1 또는 206.2)의 후방부는 만곡된 꼬리 핀(506.1.1, 506.1.2; 506.2.1, 506.2.2)(도 5 참조)을 갖도록 제공된다. 2가지 재료, 즉 자석 및 POM(또는 플라스틱)가 로터(205)를 제조하기 위해 선택됨에 따라, 2쌍의 측방 날개의 (꼬리 핀을 형성하는 부분들을 포함하는) 후방부들 및 전방부들이 중간 샤프트(207)와 일체로 성형될 수 있고; 그러한 재료 선택 및 성형 방법은 측방 날개들의 제조를 용이하게 하고 제조 어려움 및 비용을 감소시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 장착 구멍(208) 및 제2 장착 구멍(209)은 관통 구멍이 아니며, 로터 샤프트(207)의 2개의 단부가 각각 제1 장착 구멍(208) 및 제2 장착 구멍(209) 내에 장착되어 로터(205)가 캐비티(201) 내에 회전가능하게 장착된다. 캐비티(201) 및 커버(202)가 하나의 부품으로 조립된 이후에, 조립된 하나의 부품은, 캐비티(201)의 후단부가 물 유입 파이프(101) 내부에 고정되는 쇼울더부(212)에 의해 차단되도록, 물 유입 파이프(101) 내로 끼워 넣어지며; 캐비티(201)의 전단부는 구속 링(211)에 의해 붙잡혀 수류 감지 부재(200)가 물 유입 파이프(101) 내에 고정되도록 한다. 그와 같이, 물이 커버의 개구부를 통해 캐비티(201)의 물 유입구(222) 내로 유동하고 캐비티(201)의 물 배출구(224) 밖으로 유동할 때, 커버(202) 상의 블레이드들(204)은 물의 유동 방향을 변화시킬 수 있어서, 회전을 위해 로터(205)를 밀어 내도록 물이 캐비티(201) 내의 로터(205)의 측방 날개들에 제1 접선력(F1)을 작용시키도록 하며; 물이 로터(205)의 꼬리 핀들을 지나서 유동할 때, 물이 캐비티(201) 내의 로터(205)의 측방 날개들에 제2 접선력(F2)을 작용시키며, 그리고 제1 접선력 및 제2 접선력의 합력이 로터(205)를 회전하도록 구동한다. 각 쌍의 측방 날개가 한 바퀴 회전할 때, 로터(205)의 일 측부에 배치되는 홀 유도 회로(105)는 펄스 신호를 생성하기 위해 각 쌍의 측방 날개의 N 극 및 S 극의 자속(magnetic flux)의 변화를 감지하고; 말하자면, 로터(205)가 한 바퀴 회전할 때, 홀 유도 회로(105)가 전기적 신호(예를 들어, 일 실시예에서 2개의 펄스 신호)를 생성하기 위해 2 쌍의 측방 날개의 N 극 및 S 극의 자속의 변화들을 감지한다. 홀 유도 회로(105)로부터 출력되는 전기적 신호의 주파수는 물의 단위 시간당 유량을 비례적으로 반영한다.
도 3은 물 유입 파이프(101) 내에 장착되는 도 2에 도시된 수류 감지 부재(200)의 조립 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 홀 유도 회로(105)는 회로 장착 슬롯(106)을 통해 물 유입 파이프(101)의 외측 파이프 몸체 상에 장착되며, 홀 유도 회로(105)에 의해 생성되는 신호는 도전체 와이어(107) 및 플러그(109)를 통해 출력된다. 캐비티(201)는 그의 전단부 가장자리 밖으로 연장되는 복수(예를 들어, 2개)의 스냅 레그(301)를 갖도록 제공되며, 커버(202)는, 그의 후단부 가장자리 상에, 스냅 레그들(301)에 대응하는 복수(예를 들어, 2개)의 오목 노치들(302)을 갖도록 제공된다. 캐비티(201) 상의 스냅 레그들(301)이 커버(202) 상의 노치들(302) 내에 끼워 넣어지게 될 때, 캐비티(201) 및 커버(202)는 하나의 부품으로 조립된다. 캐비티(201)와 커버(202)를 조립하기 이전에, 로터(205)가 우선 캐비티(201) 내로 삽입되고, 더불어 로터(205) 상의 샤프트(207)의 후단부가 제1 장착 구멍(208) 내로 삽입되며; 이어서 커버(202)가 로터(205)의 전단부로 밀리게 되고, 더불어 스냅 레그들(301)이 오목 노치들(302) 내로 삽입되며 그리고 로터(205) 상의 샤프트의 전단부가 제2 장착 구멍(209) 내로 삽입되어, 캐비티(201), 로터(205) 및 커버(202)가 수류 감지 부재(200)가 되도록 하나의 부품으로 조립된다. 이어서, 조립된 수류 감지 부재(200)는 물 유입구(103)를 통해 물 유입 파이프(101) 내로 삽입되며 그리고 구속 링(211)에 의해 물 유입 파이프(101) 내에 고정된다. 작동 도중에, 로터(205)는 캐비티(201) 내에서 회전하는 가운데, 캐비티(201) 및 커버(202)는 물 유입 파이프(101) 내에 정지 상태로 유지된다. 본 발명에서, 캐비티(201) 및 커버(202) 그리고 다른 부품들은, 로터(205)의 장착을 용이하게 하도록 그리고 조립된 캐비티(201), 로터(205) 및 커버(202)의 물 유입 파이프(101) 내로의 장착을 용이하게 하도록 설계되며; 그러한 구성은 조립 작업을 단순하고 신속하게 만들며 그리고 교체 및 유지보수를 더욱 편리하게 만든다.
도 4A는, 스냅 레그들(301)이 도 3에 도시된 바와 같이 오목 노치들(302) 내로 삽입되는 것을 동반하는, 캐비티(201)와 커버(202)의 조립체를 보여주는 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 경사진 블레이드들(204) 및 제2 샤프트 장착 프레임(228)은 커버(202)의 물 유입 단부(또는 전단부)에 제공된다. 경사진 블레이드들(204)은 로터를 회전 상태로 밀기 위한 제1 접선력(F1)을 생성하기 위해 캐비티(201) 내로 진입하는 물이 방향을 변화시키도록 할 수 있으며; 제2 샤프트 장착 프레임(228)은 자체에 제2 장착 구멍(209)을 갖도록 제공된다.
도 4B는 도 3의 캐비티(201)의 후단부를 도시한다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 캐비티(201)의 후단부(꼬리쪽 단부)는 물 배출구(204)를 가지며 그리고 자체에 제1 장착 구멍(208)이 제공되는 제1 샤프트 장착 프레임(226)을 갖도록 제공된다.
도 5는 커버(202)의 로터(205)와의 조립을 보여주는 개략적 사시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 로터(205)는 2쌍의 측방 날개(206.1, 206.2)를 갖도록 제공되며, 각 쌍의 측방 날개는 전방부 및 후방부를 포함하고, 여기서 전방부들은 자석 재료로 이루어지고, 후방부들(즉, 말단부들)은 POM 공업용 플라스틱으로 이루어진다. 각 쌍의 측방 날개(206.1 또는 206.2)의 후방부들은 만곡된 꼬리 핀들((506.1.1, 506.1.2) 또는 (506.2.1, 506.2.2))을 갖도록 제공된다. 만곡된 꼬리 핀들(506.1.2, 506.2.2)은 도 5에 도시된 바와 가튼 로터(205)의 뒤쪽에 위치하게 됨에 따라 이들은 가시적이지 않다.
블레이드들(204)은 물의 유동 방향에 대해 제1 경사각을 형성하며, 그리고 각각의 만곡된 꼬리 핀((506.1.1, 506.1.2) 및 (506.2.1, 506.2.2))은 물의 유동 방향에 대해 제2 경사각을 형성한다. 물이 블레이드들(204)을 지나서 유동할 때, 각각의 측방 날개(206)에 제1 접선력(F1)을 작용시키고; 꼬리 핀들(506)은 물의 유동 방향에 대해 제2 경사각을 형성하며, 그리고 물이 꼬리 핀들(506)을 지나서 유동할 때, 각각의 꼬리 핀들(506)에 제2 접선력(F2)을 작용시킨다. 동일한 측방 날개에 작용하게 되는 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)은 동일한 방향이며; 로터(205)는 제1 접선력들 및 제2 접선력들에 의해 회전하도록 연대적으로 구동된다. 블레이드들(204)의 제1 경사각 및 꼬리 핀들(506)의 제2 경사각은 경사 방향에 관해 반대이다. 반대의 경사 방향을 갖는 경사 설계는, 제1 경사각이 물의 유동 방향을 변화시킨 이후의 로터(205)를 구동하기 위한 제1 접선력 및 물이 꼬리 핀들(506)을 지나서 유동할 때 생성되는 제2 접선력이 로터(205)를 회전하도록 연대적으로 구동하기 위해 동일한 방향이 되는 것을 가능하게 할 의도이다.
도 6은 도 5의 커버의 내측에 대한 개략적 구조도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 장착 구멍(209)이 커버(202) 상에 배열되며, 블레이드들(204)이 제2 장착 구멍(209)의 둘레에 방사방향으로 분포하게 되고, 제동 링(210)이 제2 장착 구멍(209)의 둘레에 배열되며, 그리고 제동 링(210)은 커버(202)의 제2 장착 구멍(209)의 내측에 그리고 제2 장착 구멍(209)의 둘레에 환형으로 배열되는 돌출된 부분이다. 로터 샤프트(207)는 제2 장착 구멍(209) 내에 회전가능하게 장착된다. 쇼울더부(602)가 커버(202)의 외주 둘레에 배치되며, 노치들(302)이 쇼울더부(602) 상에 제공되고, 연장 가장자리(604)가 쇼울더부(602)의 둘레의 내부에 제공된다. 그에 따라, 조립 도중에, 연장 가장자리(604)가 캐비티(201)의 중공 부분 내로 끼워 넣어지며, 캐비티(201)의 스냅 레그들(301)이 커버(202)의 노치들(302) 내로 삽입되고, 커버(202)의 쇼울더부(602)는 캐비티(201)의 원통형 전단부에 접경한다.
도 7은 본 발명의 다른 종류의 샤프트의 개략적 구조도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 로터(205) 상에 제공되는 2쌍의 측방 날개(206.1, 206.2)는 제1 샤프트(701)를 통해 서로 교차하며, 측방 날개들(206)의 전방부들 및 후방부들은 제1 샤프트(701)를 통해 서로 연결되며, 그리고 로터(205)는 제1 샤프트(701) 둘레로 회전하고; 제2 샤프트(702)가 로터(205)의 후방 절반 부분 상에 성형되며; 제1 샤프트(701) 및 제2 샤프트(702)는 원주방향으로 동심이며; 제1 샤프트(701)는 커버(202)의 중앙 부분의 제2 장착 구멍(209) 내에 회전가능하게 장착되고, 제2 샤프트(702)는 캐비티(201)의 상부의 제1 장착 구멍(208) 내에 회전 가능하게 장착된다. 로터(205)의 2 세그먼트 샤프트는, 제2 샤프트(702)가 로터(205)의 후방부 상에 직접적으로 성형될 수 있다는 점에서 유리하다.
도 8a는 제1 종류의 로터의 회전 방향의 힘 분석 다이어그램을 도시한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 물이 캐비티(201) 내로 그리고 캐비티(201)를 통해 유동할 때, 물이 블레이드들(204)을 지나서 유동할 때 물의 유동 방향이 변화된 이후에 물은 측방 날개들(206)과 비스듬히 충돌함에 의해 제1 접선력(F1)을 생성하고, 더불어 제1 접선력(F1)은 로터(205)를 회전 상태로 구동하기 위한 제1 구동력이 된다. 전통적인 로터와 달리, 본 발명의 로터(205)는 그의 말단부에 4개의 만곡된 꼬리 핀(506.1.1, 506.1.2, 506.2.1, 506.2.2)을 형성하도록 연장된다(만곡된 꼬리 핀(506.2.2)은, 도면에서 로터(205)의 뒤쪽에 위치하기 때문에, 도 8a에서 가시적이지 않다). 만곡된 꼬리 핀(506)을 지나서 유동할 때, 물은, 회전 샤프트에 수직의 횡단방향 제2 접선력(F2) 및 회전 샤프트의 축방향의 힘(F3)으로 각각 분해될 수 있는, 비스듬한 충격력들(F)을 생성한다. 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)은 회전을 위해 로터(205)를 위해 연대적으로 구동한다. 수류가 매우 작거나 수압이 매우 낮아서 불충분한 제1 접선력이 생성될 때, 이중 구동력을 갖는 로터 구동 시스템은 제2 접선력(F2)이 회전을 위해 로터(205)를 연대적으로 구동할 수 있도록 한다. 이중 구동력을 갖는 로터 구동 시스템은, 캐비티(201) 내로 및 캐비티(201)를 통해 유동하는 물에 대해, 로터(205)의 회전을 더욱 민감하고, 균일하며 그리고 선형이 되도록 만들며, 따라서 홀 유도 회로(105)로부터 출력되는 전기적 신호의 감도가 증가하게 되며 그리고 출력의 균일성 및 선형성이 더욱 양호해진다.
도 8b는 제2 실시예에 따른 본 발명의 로터에 대한 개략적 구조도이고, 도 8c는 제3 실시예에 따른 본 발명의 로터에 대한 개략적 구조도이다.
제2 및 제3 실시예에 따른 로터의 구조는 도 8b 및 도 8c로부터 확인될 수 있으며, 각각 한 쌍의 측방 날개 및 3 쌍의 측방 날개가 존재한다. 각 쌍의 측방 날개는 N 극 및 S 극을 갖는 쌍을 이룬 자석들을 갖도록 제공되며, 말하자면, 여러 쌍의 측방 날개 사이에 적어도 한 쌍의 N 극 및 S 극이 존재한다는 것이 상기한 3개의 실시예로부터 확인될 수 있다. 또한, 모든 쌍들에 N 극 및 S 극 자석들을 부가하는 것은 본 발명의 원리에 부합한다. 물론, 측방 날개들의 쌍들 중 일부의 전방부들이 자석(N 극 및 S 극은 대칭이다)으로 이루어지지 않을 때, 그러한 측방 날개들은 단지 회전을 위해 로터를 밀기 위한 그리고 로터를 상향으로 들어올리기 위한 힘을 제공하기 위해 사용되며, 그리고 그러한 측방 날개들의 작동 원리는 제1 실시예의 측방 날개들의 원리와 동일하며, 따라서 상세하게 설명되지 않는다.
도 9는 캐비티(201)가 지면에 대해 수직으로 놓일 때(즉, 수류 감지 부재(200)가 지면에 수직으로 위치하게 될 때) 및 로터(205)가 수평 방향으로 회전할 때, 로터에 대한 힘 분석 다이어그램을 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 캐비티(201)는 지면에 대해 수직으로 (또는 실질적으로 수직으로) 놓이며, 캐비티(201)의 물 유입구(103)는 지면을 지향하게 되고; 로터(205)의 샤프트(207)는 제1 장착 구멍(208) 및 제2 장착 구멍(209) 내에 수직으로 회전가능하게 장착되며 그리고 로터(205)의 전단부가 제동 링(210) 상에 놓인다. 제1 장착 구멍(208) 및 제2 장착 구멍(209)이 관통 구멍이 아니기 때문에, 그리고 틈새들(804, 802)이 개별적으로 로터 샤프트(207)의 양단부 및 제1 장착 구멍(208)과 제2 장착 구멍(209)의 바닥면들 사이에 존재하기 때문에, 로터 샤프트(207)는 축방향으로 일정 거리 이동할 수 있을 것이다. 따라서, 물이 캐비티(201) 내로 그리고 캐비티를 통해 유동할 때, 만곡된 꼬리 핀들((506.1.1, 506.1.2) 및 (506.2.1, 506.2.2))을 지나서 유동하는 물은, 로터(205)와 제동 링(210) 사이의 마찰력(f)을 감소시키기 위해, 로터(205)를 수직 (또는 실질적으로 수직) 상방으로 들어올리기 위한 수직 (또는 실질적으로 수직) 상향의 힘(F3)을 생성한다.
구체적으로, 수직 방향에서, 로터(205)는 그 자체의 중력(G) 및 꼬리 핀들(506)을 지나 유동하는 물에 의해 생성되는 충격력(F3)의 연대적인 작용에 종속되며, 그리고 수평의 회전 방향에서, 로터(205)는, 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)에 부가하여, 제1 접선력(F1) 및 제2 접선력(F2)의 반대 방향인 마찰력(f)에 종속된다. 마찰력(f)은 로터 샤프트(207)와 제2 장착 구멍(209) 사이의 미끄럼 마찰 저항 및 로터(205)의 전단부와 제동 링(210) 사이의 마찰 저항을 포함하지만; 마찰력(f)은 주로 로터(205)의 전단부와 제동 링(210) 사이의 마찰 저항으로부터 유래된다. 마찰력(f)의 크기는 직접적으로 로터(205)의 회전에 대한 안정성 및 민감성에 영향을 미친다. 마찰력(f)이 너무 크면, 더 큰 수압에서도 로터(205)를 안정적으로 회전시키기 어렵다.
마찰력(f)의 크기는, 마찰계수(μ)에 의해 곱해지는 로터 샤프트(207)와 제2 장착 구멍(209) 사이의 (그리고 로터(205)와 제동 링(210) 사이의) 정압(N)과 동일하며, 즉 f=μ×N 이다. 사실, 정압(N)의 크기는 중력(G)과 충격력(F3) 사이의 상호작용으로부터의 생성되며, 즉 N = G - F3 이다. 물의 유속이 정해진 값까지 증가하고 충격력(F3)이 로터(205)의 중력을 극복하기에 충분할 정도로 클 때, 로터(205)는 제2 장착 구멍(209)으로부터 맞물림 해제되도록 상승하게 되어 캐비티(201) 내에 수직으로 매달리게 될 것이며, 그리고 그 시점에 마찰력(f)은 0 또는 0에 가깝다. 종래 기술의 제품들과 비교하면, 본 발명의 로터(205)는 동일한 수류 속도 하에서 더 빠르고 더욱 안정적으로 회전하며, 그리고 적은 수류로부터 많은 수류까지의 전이 구역에서 안정적인 전이 및 양호한 선형성을 보인다.
물이 캐비티(201)를 통해 유동하지 않을 때, 제1 접선력(F1), 제2 접선력(F2) 및 충격력(F3)은 나타나지 않고, 로터(205)는 중력(G)의 작용으로 인해 제동 링(210) 상에 놓이며, 마찰력(f)은 제동 링(210) 상의 로터(205)를 즉각적으로 제동하고, 그로 인해 즉각적인 제동 효과를 달성하고, 홀 유도 회로(105)로부터 전기적 신호(또는 펄스 신호)를 출력하는 것을 정지시키며 그리고 그로 인해 온수기의 가열 및 연소를 정지시킨다. 즉각적인 시동 및 즉각적인 정지와 같은 높은 민감성을 달성함과 더불어, 그러한 빠르게 회전하는 로터는 또한 수류 속도의 미세한 변화들에 응답하기 위한 정확성을 개선할 수 있으며, 그리고 한편 안정적인 회전은 홀 유도자에 의해 생성되는 전기적 신호의 선형성 및 균일성을 개선시킬 수 있다.
본 발명에서 개시되는 수류 센서는 온수기에 사용될 수 있으며, 그리고 수류 센서에 의해 제공되며 수류를 반영하는 전기적 신호는 온수기의 가열 장치의 시동과 정지를 제어할 수 있으며 그리고 또한 연소 강도를 제어할 수 있다.
본 발명에서, 물 유입 파이프(101)는 캐비티(201)의 물 배출구와 연결되는 위치에 90°(실질적으로 90°) 굽힘부를 가지며, 이는 물 중량의 중력에 의해 생성되는 영향을 감소시키며 그리고 본 발명에 따른 수류 감지 부재(200)의 작동 효율을 개선시킨다.
비록 본 발명은 도면들에 도시된 특정 실시예들에 관해 설명되었지만, 본 발명에 따른 수류 센서는 본 발명에 의해 개시되는 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 많은 변형들을 가질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 당업자는, 개시된 실시예들의 요소들 또는 재료들의 치수와 같은 매개변수, 형상 또는 유형이 상이한 방식으로 수정될 수 있으며, 그리고 모든 그러한 수정은 본 발명 및 첨부되는 특허청구범위의 사상 및 범위 이내에 있다는 것을 인식할 것이다.
101: 물 유입 파이프 102: 화살표
103: 물 유입구 104: 물 배출구
105: 홀 유도 회로 106: 회로 장착 슬롯
107: 도전체 와이어 109: 플러그
200: 수류 감지 부재 201: 캐비티
202: 커버 204: 블레이드
205: 로터
206: 측방 날개(206.1, 206.2 및 206.3 포함)
207: 샤프트 208: 제1 장착 구멍
209: 제2 장착 구멍 210: 제동 링
211: 구속 링 212: 쇼울더부
222: 물 유입구 224: 물 배출구
226: 제1 샤프트 장착 프레임 228: 제2 샤프트 장착 프레임
301: 스냅 레그 302: 노치
506: 꼬리 핀(506.1.1, 506.1.2, 506.2.1 및 506.2.2 포함)
701: 제1 샤프트 702: 제2 샤프트
802, 804: 틈새

Claims (19)

  1. 수류 감지 부재(200)로서,
    캐비티(201)로서, 물이 그를 통해 캐비티 내로 유동하는 물 유입구(222) 및 물이 그를 통해 캐비티 밖으로 유동하는 물 배출구(224)를 구비하며, 상기 물 유입구(222)와 상기 물 배출구(224)가 서로 연통되는 것인, 캐비티;
    상기 물 유입구(222) 전방에 장착되는 블레이드들(204)로서, 물이 블레이드들(204)을 지나 상기 물 유입구(222) 내로 유동할 때 제1 접선력(F1)이 생성되도록 하는 것인, 블레이드들;
    상기 캐비티(201) 내에 장착되며 적어도 한 쌍의 측방 날개(206)를 갖도록 제공되는 로터(205)로서, 각 측방 날개(206)의 기단부가 상기 물 유입구(222)를 향해 배치되고, 각 측방 날개(206)의 말단부가 상기 물 배출구(224)를 향해 배치되며, 각 측방 날개(206)의 상기 말단부는 만곡된 꼬리 핀(506)을 형성하도록 연장되어 수류가 상기 만곡된 꼬리 핀(506)을 지나 유동할 때 제2 접선력(F2)이 생성되도록 하는 것인, 로터;
    를 포함하며,
    동일한 측방 날개에 작용하게 되는 상기 제1 접선력(F1) 및 상기 제2 접선력(F2)은 동일한 방향이며;
    상기 로터(205)는 회전을 위해 상기 제1 접선력(F1) 및 상기 제2 접선력(F2)에 의해 연대적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  2. 제 1항에 있어서,
    측방 날개(206)의 쌍의 수는 2 쌍 또는 3 쌍일 수 있는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드들(204)은 물의 유동 방향에 대해 제1 경사를 형성하여, 물이 상기 블레이드들(204)을 지나서 유동할 때 상기 제1 접선력(F1)이 생성되도록 하고; 상기 꼬리 핀들(506)은 물의 유동 방향에 대해 제2 경사를 형성하여, 물이 상기 꼬리 핀(506)을 지나서 유동할 때 상기 제2 접선력(F1)이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 블레이드(204)의 상기 제1 경사 및 상기 꼬리 핀(506)의 상기 제2 경사는 반대 방향으로 경사지는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 캐비티(201)의 물 유입구(222)에 배치되는 커버(202)로서, 상기 블레이드들(204)은 상기 커버(202) 상에 배열되는 것인, 커버(202);
    상기 로터(205) 상에 배열되는 샤프트(207)로서, 상기 로터(205)는 상기 샤프트(207) 둘레에서 회전가능한 것인, 샤프트(207);
    를 더 포함하며,
    제1 장착 구멍(208)이 상기 캐비티(201)의 후단부에 제공되고, 제2 장착 구멍(209)이 상기 커버 상에 제공되며, 상기 샤프트(207)의 2개의 단부는 개별적으로 상기 제1 장착 구멍(208) 및 제2 장착 구멍(209) 내에 회전가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  6. 제 5항에 있어서,
    물이 상기 만곡된 꼬리 핀(506)을 지나서 유동할 때 상향의 힘(F3)이 생성되고;
    상기 캐비티(201)는 지면에 대해 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 배치되며, 상기 캐비티(201)의 상기 물 유입구(222)는 상기 지면을 지향하고;
    틈새가 상기 샤프트(206)의 각각의 단부와 상기 제1 장착 구멍(208) 및 상기 제2 장착 구멍(209)의 바닥부들 중 하나 사이에 존재하여, 물이 상기 꼬리 핀들(506)을 지나서 유동할 때 상기 상향의 힘(F3)이 상기 로터를 상방으로 들어올리는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 커버(202)의 내측면 상에 배열되는 제동 메커니즘(210)으로서, 상기 로터(205)의 전단부가 유동하는 물이 없을 때 상기 제동 메커니즘(210) 상에 놓이게 되는 것인, 제동 메커니즘(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제동 메커니즘(210)은 상기 커버(202)의 내측면 상에 배열되는 돌출된 부분인 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 돌출된 부분은 상기 제2 장착 구멍(209)의 둘레에 환형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 로터(205) 상의 각 쌍의 측방 날개(206)는 상기 로터(205) 상의 상기 샤프트(207)를 통해 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  11. 제 10항에 있어서,
    각각의 상기 측방 날개(206)는 전방부 및 후방부를 포함하고, 상기 전방부는 자석으로 이루어지며, 상기 후방부는 POM 재료로 이루어지며, 그리고 각각의 측방 날개(206)의 상기 전방부 및 상기 후방부는 단일 부품으로 성형되는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  12. 제 5항에 있어서,
    상기 로터(205)가 상기 제1 장착 구멍(208) 및 상기 제2 장착 구멍(209)에 장착될 때, 틈새들(802, 804)이 상기 샤프트(207)의 단부들과 상기 제1 장착 구멍(208) 및 상기 제2 장착 구멍(209)의 상기 바닥부들 사이에 각각 존재하여, 상기 로터(205)가 축방향으로 이동가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제1 장착 구멍(208) 및 상기 제2 장착 구멍(209)은 관통 구멍이 아닌 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  14. 제 1항에 있어서,
    길이 방향으로 각 쌍의 상기 측방 날개(206)의 일부 또는 전체는 자석으로 이루어지며, 각 쌍의 자석 측방 날개의 양단부는 개별적으로 N 극 및 S 극을 포함하는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수류 감지 부재는, 수직 부분 및 수평으로 또는 실질적으로 수평으로 만곡된 부분을 포함하는 물 유입 파이프(101) 내에 장착되며;
    상기 물 유입 파이프(101)의 상기 수평으로 또는 실질적으로 수평으로 만곡된 부분은 상기 캐비티(210)의 물 배출구(224)에 있는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  16. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티(201)는 자체의 전단부 가장자리 밖으로 연장되는 복수의 스냅 레그(301)를 갖도록 제공되고, 상기 커버(202)의 후단부 가장자리는 상기 스냅 레그(301)와 맞물리는 복수의 노치(302)를 갖도록 제공되며; 상기 캐비티(201) 상의 상기 스냅 레그들(301)이 상기 노치들(302) 내로 삽입될 때, 상기 캐비티(201) 및 상기 커버(202)는 단일 부품으로 조립되는 것을 특징으로 하는 수류 감지 부재.
  17. 수류 센서로서,
    상기 로터(205)를 포함하는, 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 따른 수류 감지 부재(200);
    상기 캐비티(201) 외부에 배치되는 홀 유도 디바이스(105);
    를 포함하며,
    상기 홀 유도 디바이스(105)는 상기 로터(205)의 회전에 따른 전기적 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 수류 센서.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전기적 신호는 펄스 신호인 것을 특징으로 하는 수류 센서.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 따른 수류 센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 온수기.
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