KR20180053469A - 워터펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 외부 구동력을 전달받아 회전하는 구동축; 상기 구동축과 연결되어 회전하는 임펠러; 및 상기 임펠러가 수용되는 수용공간이 내부에 형성되는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 일측에 연통되도록 형성되며 상기 수용공간 내부로 유체가 흡입되는 흡입관과, 상기 흡입관에서 연장 형성되어 상기 메인프레임과 상기 임펠러 사이의 일측에 배치되는 격벽을 포함하는 커버프레임을 포함하는 워터펌프를 제공한다.
본 발명에 따른 워터펌프에 의하면, 메인프레임과 임펠러 사이에 격벽을 추가함으로써, 임펠러 상단부에 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 워터펌프에 의하면, 임펠러 베이스의 외측단을 경사지게 함으로써, 이물질이 워터펌프로부터 원활히 토출될 수 있다.

Description

워터펌프{Waterpump}

본 발명은 워터펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 냉각수를 흡입하여 냉각수가 엔진 내부로 순환되게 하는 워터펌프 및 차량의 냉각 시스템에 사용되는 워터펌프에 관한 것이다.

워터펌프란 냉각수를 엔진 내부로 강제로 순환시키는 펌프 및 차량 내부의 전장품을 냉각 시켜주는 제품을 의미한다. 일반적으로, 자동차의 엔진과 같이 연료의 폭발력을 이용하여 동력을 얻는 기관은, 작동 중 고온의 열을 발생하게 된다. 이를 적절히 제어하지 못하면, 엔진 자체는 물론 인접하는 다른 기관에 대해서도 악영향을 미치게 된다. 따라서 위와 같은 열을 식혀주기 위한 수단으로서 냉각수가 필수적으로 사용된다.

일반적으로 내연기관의 워터펌프는 엔진의 크랭크샤프트와 연결된 벨트에 의해 강제 구동되어, 펌프 내부의 임펠러를 회전시킨다.

전기차, 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 연료 전지 등의 친환경 차량의 경우 인버터, HSG, 스택 등의 냉각을 위해 냉각수(워터) 펌프가 설치 된다.

이러한 냉각수 펌프는 통상적으로 엔진과 연동하여 구동하도록 형성하거나 별도의 전원을 공급받아 자체적으로 구동하도록 구성된다.

회전하는 임펠러는, 중앙으로 냉각수를 흡입하고, 흡입된 냉각수에 원심력을 가하여, 냉각수가 엔진 내부로 순환할 수 있게 한다.

워터펌프에 유입되는 냉각수에는 소량이지만 이물질이 포함되어 있는 경우가 많다. 이러한 이물질이 워터펌프에 유입될 경우, 워터펌프 구동이 정지될 수 있다. 그에 따라, 냉각수 순환이 되지 않아, 엔진 및 인버터가 과열로 인해 심각한 손상을 입게 될 수 있다.

이러한 이물질에 의해 워터펌프가 받게 되는 영향을 줄이기 위한 것으로서, 등록특허 제10-1635538호가 안출된 바 있다. 도 1을 참조하면, 등록특허 제10-1635538호는 임펠러(1)와 케이싱(2)의 사이에 끼인 이물질을 배출할 수 있는 펌프의 이물질 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 흡입되는 방향으로 슬라이딩 이동하여 상기 임펠러(1)와 상기 케이싱(2)의 사이로 유입된 이물질을 긁어내는 스크레이퍼링(3)을 주된 구성으로 하는 펌프의 이물질 제거장치에 관한 것이다.

이 때, 등록특허 제10-1635538호에 따르면, 임펠러 상단부와 워터펌프의 상단부 프레임 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수는 없다. 즉, 일단 유입된 이물질을 쉽게 제거할 수는 있으나, 이물질의 유입 자체를 근본적으로 막을 수는 없다.

또한, 등록특허 제10-1635538호는, 임펠러 내부로 유입된 이물질이 워터펌프의 내부로 유입되는 것을 막는 방법은 전혀 개시하지 않는다. 즉, 회전축과 워터펌프 프레임 사이에는 베어링, 실 유닛과 같은 부수적인 장비들이 많은데, 이러한 장비들에 이물질이 유입되는 것은 전혀 막지 못한다.

따라서 워터펌프의 내부로 냉각수에 포함된 이물질의 유입을 최소화하기 위한, 별도의 구조를 지닌 워터펌프에 대한 필요성이 대두되는 바이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 워터펌프 임펠러와 메인프레임 사이로 이물질이 유입하는 것을 최소화하는 구조를 지닌 워터펌프를 제공하는데 목적이 있다. 또한, 임펠러 내부로 유입된 이물질을 용이하게 토출하는 구조를 지닌 워터펌프를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 외부 구동력을 전달받아 회전하는 구동축; 상기 구동축과 연결되어 회전하는 임펠러; 및 상기 임펠러가 수용되는 수용공간이 내부에 형성되는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 일측에 연통되도록 형성되며 상기 수용공간 내부로 유체가 흡입되는 흡입관과, 상기 흡입관에서 연장 형성되어 상기 메인프레임과 상기 임펠러 사이의 일측에 배치되는 격벽을 포함하는 커버프레임을 포함하는 워터펌프를 제공한다.

상기 임펠러는, 상기 구동축이 중심에 연결되는 원판 형상의 베이스; 상기 베이스의 상면에 결합하며, 상기 베이스의 중심으로부터 방사형으로 연장 형성되는 복수개의 블레이드; 상기 블레이드의 상단에 결합하는 원판 형상의 슈라우드; 및 상기 슈라우드의 일측에 연통되도록 형성되며, 상기 임펠러 내부로 유체가 유입되는 유입관을 포함할 수 있으며, 상기 격벽은, 상기 유입관의 내측으로 연장 형성될 수 있다.

상기 커버프레임은, 상기 메인프레임의 내부로 각각 돌출되어 형성되며, 상기 슈라우드 및 상기 베이스의 외주면에 배치되고, 상기 임펠러로 유입된 유체가 토출되는 토출구를 형성하는 한 쌍의 돌출편을 포함할 수 있다.

상기 베이스는, 외측단이 경사지게 형성되어 상기 토출구의 중심으로 유체를 가이드할 수 있다.

본 발명에 따른 워터펌프에 의하면, 메인프레임과 임펠러 사이에 격벽을 추가함으로써, 임펠러와 메인프레임 사이로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 워터펌프에 의하면, 임펠러 베이스의 외측단이 경사지게 형성됨으로써, 이물질이 워터펌프로부터 원활히 토출될 수 있도록 유로를 구성하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 워터펌프를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프의 단면도이다.
도 3a는 종래의 워터펌프에 유입되는 냉각수 및 이물질의 이동을 도시한 단면도이며, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프에 유입되는 냉각수 및 이물질의 이동을 도시한 단면도이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

비록 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프는, 자동차 내부에 설치되어, 자동차 엔진 및 인버터 등의 내부로 순환되는 냉각수를 흡입하는 것을 특징으로 하나, 이는 일 실시예에 불과하며, 임펠러의 회전력을 이용하여 유체를 흡입하고 배출하는 구조를 지닌 모든 펌프에 대해서 본 발명에 따른 워터펌프의 구조가 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서 이하 냉각수, 워터펌프라는 단어를 사용하여 설명한다 하더라도, 이는 냉각수를 포함한 모든 유체, 워터펌프를 포함한 모든 펌프종류를 의미한다고 해석하는 것이 바람직하다고 할 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프(100)는, 구동축(110), 임펠러(120), 커버프레임(130)을 포함한다.

상기 구동축(110)은, 외부 구동력을 전달받아 회전한다. 별도로 도시하지는 않았으나, 외부 구동력은, 별도로 구비된 구동 모터에 의해 상기 구동축(110)으로 전달될 수도 있고, 엔진의 크랭크샤프트와 연결된 벨트에 의해 강제 구동됨으로써 상기 구동축(110)에 전달될 수도 있다.

상기 임펠러(120)는, 상기 구동축(110)과 연결되어 회전한다. 더욱 상세하게는, 상기 임펠러(120)는, 상기 구동축(110)이 중심에 연결되는 원판 형상의 베이스(121), 상기 베이스(121)의 상면에 결합하며, 상기 베이스(121)의 중심으로부터 방사형으로 연장 형성되는 복수개의 블레이드(122), 상기 블레이드(122)의 상단에 결합하는 원판 형상의 슈라우드(123) 및 상기 슈라우드(123)의 일측에 연통되도록 형성되며, 상기 임펠러 내부로 유체가 유입되는 유입관(124)을 포함할 수 있다.

상기 커버프레임(130)은, 상기 임펠러(120)가 수용되는 수용공간(131a)이 내부에 형성되는 메인프레임(131)과, 상기 메인프레임(131)의 일측에 연통되도록 형성되며 상기 수용공간(131a) 내부로 유체가 흡입되는 흡입관(132)과, 상기 흡입관(132)에서 연장 형성되어 상기 메인프레임(131)과 상기 임펠러(120) 사이의 일측에 배치되는 격벽(133)을 포함한다.

이 때, 상기 격벽(133)은, 상기 유입관(124)의 내측으로 연장 형성될 수 있다. 상기 유입관(124)과 상기 격벽(133)이 이중으로 벽을 형성함으로써, 상기 슈라우드(123)와 상기 메인프레임(131)의 상부 사이에 생기는 공간으로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.

상기 커버프레임(130)은, 상기 메인프레임(131)의 내부로 각각 돌출되어 형성되며, 상기 슈라우드(123) 및 상기 베이스(121)의 외주면에 배치되고, 상기 임펠러(100)로 유입된 유체가 토출되는 토출구(134a)를 형성하는 한 쌍의 돌출편(134)을 포함할 수 있다.

상기 토출구(134a)는, 상기 임펠러(120)로 유입되어 상기 블레이드(122)로부터 회전력을 받아 상기 임펠러(120)로부터 빠져나가는 냉각수가, 엔진 및 인버터 내부로 유입될 수 있도록 상기 워터펌프(100)로부터 냉각수가 토출되는 출구이다. 상기 토출구(134a)로부터 엔진 등의 기관으로 냉각수가 이송되는 것은 다양한 방법으로 설계될 수 있으며, 이는 공지기술이므로 자세한 설명을 생략한다.

상기 베이스(121)는, 외측단이 경사지게 형성되어 상기 토출구(134a)의 중심으로 유체를 가이드할 수 있다. 이는, 상기 베이스(121)의 하단부로 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다.

바람직하게는, 상기 베이스(121)의 바깥쪽 끝이 위쪽으로 굴곡되게 형성되어, 상기 임펠러(120)로부터 빠져나가는 냉각수의 속도 벡터가 상단부로 향하게 한다. 이에 따라, 이물질이 상기 베이스(121)의 하단부로 흘러들어가지 않고, 상기 토출부(134a)로 토출될 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 상기 토출구(134a)의 중심으로 유체를 가이드하기 위한 상기 베이스(121)의 형상은 설계자의 선택에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프(100)는, 샤프트프레임(140), 실 유닛(150), 베어링(160)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 샤프트프레임(140)은, 상단이 상기 커버프레임(130)과 결합하며, 상기 구동축(110), 상기 실 유닛(150), 상기 베어링(160)을 내부에 수용한다.

상기 실 유닛(150)은, 상기 샤프트프레임(140) 내부로 냉각수가 유입되는 것을 방지하는 기계요소이다. 도 2에는 상기 실 유닛(150)이 상기 구동축(110)과 직접 결합되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과하다. 상기 실 유닛(150)은, 그 자체로 베어링과 같이 내측면이 회전하며 외측면이 외부물체에 고정되는 구조일 수도 있고, 별도의 베어링을 축과 결합시킨 뒤 그 베어링의 외면에 상기 실 유닛(150)을 결합하는 구조일 수도 있다.

상기 베어링(160)은, 내측면이 상기 구동축(110)과 결합하고, 외측면이 상기 샤프트프레임(140)과 결합하여 상기 구동축(110)을 지지한다. 베어링은 회전하는 축을 일정위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소이다. 도 2에는 볼 베어링을 도시하였으나, 이는 일 실시예에 불과하며, 다양한 종류의 베어링이 사용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 비교하여 참조하면 본 발명의 특징을 명확하게 이해할 수 있다. 도 3a에는 종래의 워터펌프로 유입되는 냉각수 및 이물질의 이동경로가 도시되어 있으며, 도 3b에는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프(100)로 유입되는 냉각수 및 이물질의 이동경로가 도시되어 있다. 도 3a를 참조하면, 종래의 워터펌프는, 격벽도 없는데다가, 임펠러 베이스의 외측단에 경사도 형성되어 있지 않아서, 이물질이 워터펌프 임펠러와 메인프레임 사이로 스며든다. 하지만 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터펌프(100)는, 격벽(133)을 구비하고 있으며, 임펠러 베이스(121) 외측단에 경사가 형성되어 있어서, 이물질이 워터펌프 임펠러(120)와 메인프레임(131) 사이로 스며들지 않고 토출구(134a)로 곧바로 토출된다. 이에 따라, 워터펌프(100)가 이물질에 의해 손상되는 것을 방지하면서 엔진 및 인버터 등으로 냉각수를 원활하게 순환시킬 수 있다.

100 : 워터펌프 110 : 구동축
120 : 임펠러 121 : 베이스
122 : 블레이드 123 : 슈라우드
124 : 유입관 130 : 커버프레임
131 : 메인프레임 132 : 흡입관
133 : 격벽 134 : 돌출편

Claims (4)

1. 외부 구동력을 전달받아 회전하는 구동축;
   상기 구동축과 연결되어 회전하는 임펠러; 및
   상기 임펠러가 수용되는 수용공간이 내부에 형성되는 메인프레임과, 상기 메인프레임의 일측에 연통되도록 형성되며 상기 수용공간 내부로 유체가 흡입되는 흡입관과, 상기 흡입관에서 연장 형성되어 상기 메인프레임과 상기 임펠러 사이의 일측에 배치되는 격벽을 포함하는 커버프레임을 포함하는 워터펌프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 임펠러는, 상기 구동축이 중심에 연결되는 원판 형상의 베이스;
   상기 베이스의 상면에 결합하며, 상기 베이스의 중심으로부터 방사형으로 연장 형성되는 복수개의 블레이드;
   상기 블레이드의 상단에 결합하는 원판 형상의 슈라우드; 및
   상기 슈라우드의 일측에 연통되도록 형성되며, 상기 임펠러 내부로 유체가 유입되는 유입관을 포함하며,
   상기 격벽은, 상기 유입관의 내측으로 연장 형성되는 워터펌프.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 커버프레임은, 상기 메인프레임의 내부로 각각 돌출되어 형성되며, 상기 슈라우드 및 상기 베이스의 외주면에 배치되고, 상기 임펠러로 유입된 유체가 토출되는 토출구를 형성하는 한 쌍의 돌출편을 포함하는 워터펌프.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 베이스는, 외측단이 경사지게 형성되어 상기 토출구의 중심으로 유체를 가이드하는 워터펌프.

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