WO2010002117A2 - 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리 및 이를 구비한 온수 보일러 - Google Patents

조립성이 향상된 임펠러 어셈블리 및 이를 구비한 온수 보일러 Download PDF

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WO2010002117A2
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guide
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김재현
손종연
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텐진 대화 일렉트릭 머신너리 컴퍼니 리미티드
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    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/06—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00—Pumping installations or systems
    • F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/12—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes
    • F24H9/13—Arrangements for connecting heaters to circulation pipes for water heaters

Definitions

  • the present invention relates to an impeller assembly that improves the coupling method of the impeller and the magnet, and more particularly, by introducing a guide coupled to the inner peripheral surface of the magnet and screwed with the impeller end, there is no problem of cracking the inner circumference of the magnet by the external force, assembly and
  • the present invention relates to an impeller assembly that is easy to decompose and that no metal parts are used, and thus is suitable for use in chemical, medical, food, and the like, and also relates to a hot water boiler using such an impeller assembly.
  • a magnet coupled to a conventional brushless direct current (BLDC) pump or a magnet pump (MAGNET PUMP) impeller has a very weak characteristic due to the impact or the pressure applied on the inner circumferential surface thereof, and thus has a problem of failure due to cracking.
  • the failure failure problem of the magnet is the same even when the PPS (poly (phenylene sulfide)) material.
  • the existing impeller-magnet assembly (abbreviated herein as 'impeller assembly') has been attempted to prevent breakage by injecting an iron tube into the outer circumferential surface after pressing, fusion welding, ultrasonic welding, insert injection double injection, and insert injection.
  • the adhesive is applied on the inner circumferential surface of the magnet or the outer circumferential surface of the impeller uniformly, and then bonded to each other and stored in a heating furnace or a dryer to complete the curing of the adhesive.
  • the problem of poor adhesion due to adhesive unevenness has been pointed out.
  • ultrasonic fusion is performed after the magnet is inserted into the impeller similarly to the structure of the adhesion, and there is a problem that the magnet breakage caused by the ultrasonic wave or the separation for repair is impossible.
  • the insert injection method is manufactured by inserting the magnet when the impeller is injected.
  • the magnet when the impeller is injected.
  • the injection molding material is partially filled by fixing the filling area.
  • the filling amount of the injection molding is reduced basically, the problem of cracking due to the pressure applied during injection molding cannot be solved.
  • the magnet outer circumferential surface should be firmly held.
  • the outer circumferential cylindrical surface needs to be separately machined afterwards to solve the problem of roundness unevenness. have. In this case, manufacturing cost rises and productivity falls.
  • the double injection method it is a method similar to the insert injection method, and corresponds to a method in which the injection molding is filled only to the outer peripheral surface.
  • the magnet is inserted into the impeller primary mold and then injected. In this case, both the inner and outer circumferential surfaces of the magnet are not filled, but only partially filled.
  • the cracks of the inner magnets hidden in the long-term use may increase as cracks increase as the strength of the injection molding on the outer circumferential surface decreases with use.
  • the necessity of two primary and secondary molds and the second process lead to a decrease in productivity and an increase in manufacturing cost.
  • the improvement of the problem that the crack is generated or the productivity and cost competitiveness due to the addition of complicated processes and parts are weak.
  • the iron tube is holding the magnet strongly so that the crack is not generated by the pressure applied from the inner circumference when forming. It causes problems such as scratches and scratches on the back, and is inadequate for chemical, medical, and food and beverage use due to the introduction of metal materials.
  • a water tank W is arranged in a case B1 of a conventional small hot water boiler 10, which may be applied to a hot water boiler, in particular, a domestic hot water mat, and the water in the water tank W may be It is heated by the heater H and circulated through a pipe connected to the discharge port W1 by the pump P.
  • the hot water of the boiler rises from room temperature to high temperature, the volume of dissolved oxygen contained in the hot water increases and bubbles. If the inevitable air bubbles are not circulated smoothly, the boiler collides with the pumping member, especially the impeller. The bubbles break and cause noise. In addition, when bubbles accumulate, cavitation can be achieved.
  • the pump is provided in the exterior of the tank, or in the tank, the pump is arranged near the bottom, and the motor is arranged horizontally. High), it can cause noise from idling, which can only disturb sleep.
  • the present invention is coupled to the inner circumferential surface of the magnet and introduces a guide screw coupled to the impeller end, there is no problem of cracking the inner circumferential surface of the magnet by the external force, easy to assemble and disassemble, and because no metallic parts are used, chemical, medical, foodstuff, etc. It is suitable to be utilized to provide a technological impeller assembly that solves all the problems of conventional bonding, ultrasonic welding, insert injection double injection, press injection into the outer cylinder after insert injection.
  • the present invention is easy to assemble and disassemble because the male and female coupling portion is formed on the contact surface of the guide and the magnet. Furthermore, the present invention provides a hot water boiler having the impeller assembly, and the hot water boiler of the present invention has a recirculation hole formed around the outlet of the pump housing to facilitate smooth circulation of the bubbles, and the released bubbles are returned to the tank. The purpose of the present invention is to realize a smoother solution of bubbles without the problem of maintaining watertightness due to circulation flow.
  • the present invention is to provide a boiler in the motor to facilitate the smooth circulation of the bubbles, the discharged bubbles are circulated back into the water tank to provide a boiler that can more smoothly eliminate the bubbles without the problem of maintaining water tightness.
  • the present invention is redundant (spline) to the bearing contact portion and the non-contact portion on the hollow inner circumference of the bearing receptor in order to eliminate the need for further remanufacturing or other parts of the bearing contact portion in the receptor to which the bearing supporting the drive shaft of the motor is coupled. To increase productivity and lower manufacturing costs.
  • Impeller assembly according to the present invention to achieve the above object is improved
  • An impeller having a wing portion and a fastening portion
  • a guide having a corresponding fastening portion coupled to the fastening portion of the impeller
  • the impeller assembly according to the present invention has improved mating male and female coupling parts formed on the contact surfaces of the guide and the magnet, and furthermore, a male coupling part is formed on an inner wall forming the hollow of the magnet, and the guide has an arm. It is preferable that the said motor is provided with the ventilation path.
  • the boiler according to the present invention is a water tank formed with a discharge port and a recovery port;
  • a pump including a housing having an inlet and an outlet connected to the outlet, and a pumping member embedded in the housing; And a motor having a drive shaft connected to the pumping member.
  • the pumping member of the pump is composed of an impeller, the impeller forms an impeller assembly together with a guide for the impeller coupling of the magnet and the magnet of the motor, the impeller has a fastening portion, the guide is coupled to the fastening portion And a corresponding fastening portion, wherein the magnet is arranged on an outer circumferential surface of the guide.
  • a recirculation hole is formed around the outlet of the pump housing, and the motor is provided with an air passage, and the air passage is arranged between the stator and the rotor of the motor. desirable.
  • the drive shaft of the motor is supported by a bearing, and the bearing is coupled to a bearing container including a plurality of bearing contact portions and a plurality of bearing non-contact portions arranged and recessed between the contact portions.
  • the impeller assembly having improved assembly property has a guide coupled to the inner circumferential surface of the magnet and screwed to the impeller end, so that there is no problem of cracking on the inner circumference of the magnet by external force, and is easy to assemble and disassemble, and also has a metallic part. Since it is not used, it is suitable to be used for chemical, medical, food, etc., so that it can solve all the problems of the existing adhesive, ultrasonic welding, insert injection double injection, press-fitting iron tube to the outer circumferential surface after insert injection, and the above
  • the male and female coupling parts are formed at the contact surfaces of the guide and the magnet, so that the assembly and disassembly are easy.
  • the hot water boiler according to the present invention has a recirculation hole is formed around the outlet of the pump housing, the efficiency decreases due to the lower suction force of the pump, noise caused by bubbles, vibration caused by unstable flow caused by bubbles, due to bubbles in the heating pipe Deterioration of heating efficiency, heat generated due to lack of lubrication of the impeller support shaft, increase in the amount of wear due to frictional force, the bearing portion is fused due to heat generation, it is possible to prevent problems such as noise and failure.
  • the bearing container supporting the drive shaft of the motor is doubled (splined) into the bearing contact portion and the non-contact bearing portion on the hollow inner circumferential surface, it is not necessary to further manufacture the precision or rework the bearing contact portion. Productivity can be improved and manufacturing cost can be reduced.
  • the pump when configured as a diaphragm pump in a hot water boiler, the diaphragm and the pumping member are separated from the existing diaphragm pump, and water leakage is not generated at each contact surface of the diaphragm and the head member and the retainer arranged on both sides thereof. It is an object to introduce interlocking convex and concave portions to improve the sealing properties.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of a conventional small electric boiler.
  • FIG 2, 3 and 4 are schematic plan, front and exploded cross-sectional views, respectively, of a boiler according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic plan view of a hot water mat using a boiler according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic front sectional view of a diaphragm pump in accordance with the present invention.
  • FIG. 7 and 8 is a schematic exploded cross-sectional view and a coupling cross-sectional view of the diaphragm and the like corresponding to the main portion of FIG.
  • FIG. 9 and 10 are schematic plan and cross-sectional views (sectioned along the line S1-S1 of FIG. 9) of a bearing container according to the invention, which can be applied to a motor.
  • Figure 11 is a schematic plan view of the receptor coupled bearing.
  • FIG. 12 is a schematic partial cross-sectional view of a motor to which a bearing container according to the present invention is applied.
  • FIG. 13 and 14 is a schematic front and exploded cross-sectional view of a modification of the hot water boiler according to the present invention.
  • 15 and 16 are schematic sectional views and housing related drawings of another modified example of the hot water boiler according to the present invention.
  • 17 and 18 are a perspective view and a cross-sectional view of the impeller assembly according to the present invention.
  • bearing receptor 31 contact portion
  • impeller body 51 wing
  • the same reference numerals in particular, the tens and ones digits, or the same digits, tens, ones, and alphabets refer to members having the same function, and unless otherwise specified, each reference in the drawings.
  • the member referred to may be regarded as a member conforming to this criterion (this is also the case in FIG. 1 related to a conventional boiler, except that reference numeral 11 denotes an inlet pipe in FIG. 1).
  • the non-strict approximate direction reference is specified with reference to FIGS. 3 and 13, and the components corresponding to the features of the present invention are boilers, in particular, Assuming that it is applied to a small electrothermal hot water boiler (B) for a hot water mat, etc., the side with the pumping member P1 is set as the lower side and the side with the motor M as the upper side according to the gravity direction.
  • FIGS 2, 3 and 4 are schematic plan, front and exploded cross-sectional views of the boiler according to the present invention, respectively, the pump (W) built in the boiler (B) case (B1) (P) and a motor M for driving the pump are built in.
  • the water tank (W) is formed with a discharge port (W1) for hot water discharged by the pump (P) and a recovery port (W2) for hot water to be returned to circulation after being utilized for heating, the heat transfer for heating the water
  • the heater (H), the temperature sensor (St) and the water level sensor (Sl) for heater and pump on / off and water replenishment notification and the like is provided.
  • FIG. 5 shows a schematic plan view of the hot water mat using the boiler according to the present invention.
  • the heating pipe W4 of the hot water mat is connected to the discharge port W1 and the recovery port W2, respectively.
  • the hot water boiler B according to the present invention may provide a more compact boiler because the pump P and the motor M are built in the water tank W.
  • the motor (M) is provided in the upper portion of the pump (P)
  • the drive shaft (M1) of the motor (M) is installed in the vertical form, as mentioned above, pumping in the conventional pump type or the water tank provided outside the tank Compared to the horizontal arrangement of members and motor drive shafts, the limit of hot water pumping can be lowered, making it easier to design a boiler for capacity.
  • the inlet port 11 of the housing of the pump P is opened downward in consideration of the more compact structure, assemblability, serviceability, pump performance, etc.
  • the outlet port 13 is a pumping member (especially an impeller). It is provided on the side of the pumping member to suit the thrust of (P1), and as shown in Figure 4, also for the convenience of the motor (M) installation for supporting the lower part of the motor housing and the drive shaft (M1) penetrating through the impeller (P1)
  • a base (Mb) having a through hole (not specified) that can be connected to is introduced.
  • the base (Mb) has a nozzle for the recovery port (W2) and the discharge port (W1), in particular, the discharge port (W1) is assembled in the form of male and female coupling with the nozzle (not shown) on the right side of the pump housing 10 In order to improve the sex and watertightness.
  • the hot water boiler (B) introduced the exhaust unit 15 in order to prevent the pumping force degradation, noise transport, cavitation generation problems caused by the cumulative bubble generation in the water tank (W).
  • the exhaust unit 15 is also provided in the form provided in the motor base (Mb) in consideration of the improvement in productivity and assembly.
  • the exhaust unit 15 includes an air outlet 15a formed at an upper portion of the water tank W, a storage chamber 15b arranged at a lower portion of the air outlet, and having an inlet formed therein, and a floating ball 15c embedded in the storage chamber. Is done.
  • the air outlet 15a and the storage chamber 15b are particularly provided in the cover W3 for replenishing water and the like, and are preferably in the form of being screwed to the motor base Mb.
  • the floating ball 15c embedded in 15b) is fixed by a bushing 15d coupled to the bottom of the cover (such as screwing or interference fitting).
  • the bushing 15d is preferably provided with a cut vent channel (not shown) at the side to satisfy the breathability (or water permeability) while preventing the ball 15c from being separated.
  • the exhaust unit 15 is usually used to help eliminate bubbles in the water tank W because the ball 15c stays on the bushing 15d and does not block the air outlet 15a.
  • the ball 15c floats to close the air outlet 15a, so hot water leaks into the air outlet and burns. It is possible to prevent the occurrence of such an accident.
  • the ball 15c should be a material having a buoyancy (eg, a rubber material).
  • reference numeral Wp denotes a packing interposed between the water tank W and the motor base Mb.
  • Figures 6, 7 and 8 which is a schematic front cross-sectional view, a main part exploded cross-sectional view and a coupling cross section for the diaphragm pump according to the present invention.
  • the existing impeller type pump When the diaphragm pump is introduced into the hot water boiler, the existing impeller type pump may be replaced, but the characteristics related to the diaphragm pump may be sufficiently applied to other fields.
  • the diaphragm pump P having improved sealing property according to the present invention is connected to a motor M including a drive shaft M1, a retainer 21 connected to the drive shaft M1, and having an eccentric motion (a kind of wobble motion), and a retainer.
  • the eccentric motion of the retainer 21 (in the end [retainer-diaphragm-head member combination]) is substantially due to the interposition of the cam M3 coupled with the drive shaft M1, and thus corresponds to known techniques. Is omitted.
  • the recesses C1 are all formed in the diaphragm 23, and the corresponding convex portions C2 are formed in the retainer 21 and the head member 25, but are relatively elastic.
  • the concave portion is not formed in the diaphragm in advance, the concave portion may be formed only in the retainer 21 and the head member 25, and thus, the concave portion may be formed by pressing the bolt 27 to naturally form the concave portion.
  • Unexplained reference numeral Mc in FIG. 6 corresponds to the front and rear covers of the motor M, and will be described later with reference to the bearing container 30 applicable to the diaphragm pump of the present invention.
  • Fig. 9 which is a schematic plan view of the bearing container according to the present invention
  • Fig. 10 which is a cross-sectional view (cut along the line S1-S1 of Fig. 9)
  • Fig. 11 a bearing plan view of the bearing with the bearing coupled It will be described with reference to Figure 12 which is a schematic partial cross-sectional view of the motor to which the applied.
  • Such a bearing container 30 may be applied to a pump P motor (including a pump for a small hot water boiler), a diaphragm pump motor (including various models including the model of FIG. 6) having an impeller, and other bearing introduction articles.
  • a pump P motor including a pump for a small hot water boiler
  • a diaphragm pump motor including various models including the model of FIG. 6 having an impeller, and other bearing introduction articles.
  • the bearing container 30 is doubled (splined) to the bearing contact part and the bearing non-contact part on the hollow inner circumferential surface of the bearing container so as to eliminate the need for further remanufacturing or other parts of the bearing contact part, thereby increasing productivity and increasing the manufacturing cost. In order to lower, there is no problem in separating from the mold after molding.
  • the bearing container 30 comprises a plurality of bearing (B) contact portions 31 (eight equally spaced in the drawing), There are a plurality of bearing non-contact portions 32 arranged in the recesses and recessed and having a relatively larger inner diameter (eight in the figure, eight).
  • the contact portion 31 is intended to satisfy the roundness, concentricity and squareness, and to ensure the ease of separation of the non-contact portion 32 mold to secure productivity and cost competitiveness without the need for post-precision processing or additional parts. will be.
  • the contact portion 31 is parallel to the axis, in particular exaggerated in the enlarged circle of FIG. 10, parallel to the axis of the dashed line and at right angles to the rear break prevention portion 35 (vertical).
  • the non-contact portion 32 is inclined in the form of the axis and the mating ('interaction' means that the contact line extending the inner surface of the non-contacting portion, and assuming that the axis is extended to meet each other), and also prevents rear departure It becomes obtuse angle with the part 35 (vertical).
  • connection part 33 connecting the contact part 31 and the non-contact part 32 is an obtuse tapered inclination structure (particularly, the angle of inclination of the contact part inclined toward the non-contact part is an obtuse angle in view of ease of mold separation and the like). It is preferable to have).
  • the circle formed when connecting the contact portions 31 in the radial direction corresponds to the outer diameter of the bearing (B).
  • Such bearing receptors can be applied to the motors shown schematically in FIG. 12 as well as to a variety of other motors or articles.
  • the hot water boiler according to the present invention formed a vent 40 in the motor (M).
  • the motor (M) stator (Ms) including the coil, etc. so that there is no problem due to the immersion of the motor itself is a structure in which the watertightness is ensured by the outer shell (Cs), the stator constituting the combination of the pumping member, in particular the impeller (P1)
  • the magnet, which is Mr, forms a vent 40 between the outer shell Cs, that is, a minute gap between the stator Ms and the rotor Mr forms the vent 40.
  • both ends of the shell Cs surrounding the stator Ms of the motor M are supported by the pump P housing 10, and the [impeller (P1) -magnet (Mr) assembly] is fixed to the shaft M1.
  • the shaft M1 has a structure in which a lower end is coupled to the lower middle shaft fixing part 16 of the pump housing 10 and an upper end is coupled to the upper central fixing part Cs1 of the motor stator Ms.
  • a bearing, in particular, a carbon sleeve bearing B, is provided on the inner circumferential surface to make contact with the shaft.
  • the aeration passage 40 is connected to the water tank W again through the exhaust pipe 45.
  • the aeration passage 40 includes a nozzle provided at the center of the shell Cs so as to be coaxially arranged with the driving shaft M1. It is connected to (unknown), and is connected to the exhaust pipe 45 and then to the inlet 43 on the nozzle (unnamed) of one side of the pump housing 10.
  • the drive axial arrangement of the aeration and exhaust vents is intended to achieve a structure in which bubbles impinging the flow at the impeller P1 can be lifted and discharged most quickly and accurately.
  • the exhaust port 41 on the nozzle connected with the exhaust pipe 45 helps the release of bubbles faster in the shape of the upper and lower beams, and the inlet port 43 on the nozzle connected with the exhaust pipe also expands and breaks as the air flows into the upper and lower formations. It is easy to be discharged through the air outlet (15a) of the exhaust unit 15 described above with respect to FIG.
  • the boiler is provided with a ventilation path to reduce the efficiency caused by the suction power of the upper pump, noise caused by bubbles, vibration caused by unstable flow of bubbles, and heating efficiency due to bubbles in the heating pipe.
  • Deterioration heat generated due to lack of lubrication of the impeller support shaft, increase in the amount of wear due to friction force, the bearing portion is fused due to the heat generation can be prevented problems such as noise and failure.
  • FIG. 15 and 16 ([A] is a side cross-sectional view, [B] is a bottom view of a schematic sectional view and a housing related view of another modified example of the hot water boiler according to the present invention to further eliminate bubbles).
  • Boiler structure of FIG. 15 is mostly similar to that of FIG. 13).
  • the features shown in FIGS. 15 and 16 are in the recirculation hole 14 formed around the outlet port 13 of the pump P housing 10, in particular under the nozzle forming the outlet port.
  • the pipe diameter is small or large, but the pipe length is large, such as a hot water mat
  • the fluid discharged by the rotation of the pumping member, especially the impeller cannot flow into the 100% pipeline and is pressurized larger than the pipeline resistance.
  • the fluid inside the pump flows due to the rotation of the impeller, but it cannot circulate but circulates inside the pump, and dissolved in the fluid as the temperature rises.
  • the bubbles collide with the impeller, producing noise and even cavitation.
  • the fluid not discharged due to the pipeline resistance is discharged to the water tank through the recirculation hole, thereby relieving the pressure to some extent, so that the flow in the pump is smooth and the effective discharge amount is increased, allowing for smooth hot water recycling. Done.
  • FIG. 17 [A] coupled perspective and [B] exploded perspective view) and FIG. 18 ([A] impeller side bottom view, [B] coupled cross-sectional view, and [C] exploded cross-sectional view of the impeller assembly according to the present invention. ).
  • the assembly of the impeller assembly IA improved according to the present invention includes a pumping member P1 having a wing portion 51 and a fastening portion 53, in particular an impeller body 50, a guide G, and a magnet. (Mr).
  • a pumping member P1 having a wing portion 51 and a fastening portion 53, in particular an impeller body 50, a guide G, and a magnet.
  • the fastening portion 53 formed on the impeller body 50 and the corresponding fastening portion G1 of the guide G are screwed together, the existing adhesive, ultrasonic fusion, insert injection double injection, and insert injection are pressed into the outer circumferential surface. Can solve all the problems of press-fitting the barrel,
  • the structure of the contact portion 55 in contact with the magnet (Mr) may also be variously modified.
  • the coupling method of the fastening part 53 and the counterpart fastening part G1 has a structure that is easy to fit or difficult to replace (difficult to separate) instead of screwing fastening. May be modified in a manner of bonding (eg, introducing a wedge structure of a wedge structure), bonding, or ultrasonic welding.
  • male and female coupling parts are formed at the contact surfaces of the guide G and the magnet Mr in order to easily assemble and disassemble the impeller assembly IA (since mutual idling is prevented).
  • the inner wall forming the hollow of the magnet (Mr) is formed with a male coupling portion (Mr1) (thickness than the case of the female coupling portion is thick, there is no problem in strength), It is preferable that the arm coupling part G2 is formed in the guide G.
  • the rear end of the guide (G) is formed to prevent the departure disk (G3), the disk is a structure that is accommodated in the rear end of the magnet, this coupling structure can be variously modified.
  • the carbon bearing (B) is coupled to the inner circumferential surface of the guide (G) to improve the assembly.
  • a conventional hot water boiler, a control of a pump and a heater, an eccentric motion of a diaphragm pump, suction and discharge operations, materials of each component, and the like are omitted.
  • those skilled in the art can easily infer and infer this. I can reproduce it.

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Abstract

본 발명은 임펠러와 마그넷의 결합 방식을 개선한 임펠러 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그넷 내주면에 결합되고 임펠러 단부와 나사 결합되는 가이드를 도입하여 외력에 의한 마그넷의 내주면 크랙 문제가 없고, 조립 및 분해가 쉽고, 또 금속성 부품이 사용되지 않으므로 화학용, 의료용, 식료품 등에 활용되기에 적합한 임펠러 어셈블리에 관한 것이며, 또 이러한 임펠러 어셈블리를 이용한 온수 보일러에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리는 날개부와 체결부를 갖는 임펠러; 상기 임펠러의 체결부에 결합되는 대응 체결부를 갖는 가이드; 및 상기 가이드의 외주면에 배열되는 마그넷;을 포함하여 이루어진다.

Description

조립성이 향상된 임펠러 어셈블리 및 이를 구비한 온수 보일러
본 발명은 임펠러와 마그넷의 결합 방식을 개선한 임펠러 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그넷 내주면에 결합되고 임펠러 단부와 나사 결합되는 가이드를 도입하여 외력에 의한 마그넷의 내주면 크랙 문제가 없고, 조립 및 분해가 쉽고, 또 금속성 부품이 사용되지 않으므로 화학용, 의료용, 식료품 등에 활용되기에 적합한 임펠러 어셈블리에 관한 것이며, 또 이러한 임펠러 어셈블리를 이용한 온수 보일러에 관한 것이다.
종래 BLDC(brushless direct current) 펌프 또는 마그넷 펌프(MAGNET PUMP) 임펠러에 결합되는 마그넷이 경우 충격이나 내주면에서의 가해지는 압력에 상당히 약한 특징을 가지고 있어 크랙이 발생으로 인한 불량 문제를 갖는다.
이러한 마그넷의 파손 불량 문제는 PPS(poly(phenylene sulfide)) 소재로 이루어진 경우에도 마찬가지이다. 기존 임펠러-마그넷 어셈블리(본 명세서에서는 이를 '임펠러 어셈블리'로 약칭한다)는 접착, 초음파 융착, 인서트 사출 이중사출, 인서트 사출 후 외주면에 프레스로 철통을 압입하여 파손을 방지하고자 한 시도들이 있어 왔다.
그러나 접착의 경우에는 마그넷 내주면 또는 임펠러 외주면에 접착제를 전체적으로 균일하게 도포 후 서로 결합하고, 가열로 또는 건조기 등에 보관하여 접착제의 경화를 완성한 후 사용하는데, 이때 접착제의 노출 문제로 인한 후가공 문제나 접촉부위의 접착제 불균일로 인한 접합력 불량 문제가 지적되고 있다.
초음파 융착의 경우에는 접착의 구조와 유사하게 마그넷을 임펠러에 끼운 후 초음파 융착을 하는데, 초음파로 인한 마그넷 파손 문제나 보수를 위한 분리가 불가능해지는 문제를 갖는다.
다음으로 인서트 사출방식은 마그넷을 임펠러 사출시 인서트하여 제작하는데, 이때 원통형 구조의 마그넷 외주면이나 상하면 강도에는 문제가 없으나 내주면에서의 응력이나 내충격성에 문제가 있어, 내주면에 사출물이 채워지고 사출압력이 가해지게 되면 크랙이 발생된다.
이를 해결하기 위하여 마그넷 내주면에 사출물 충진을 최소로 하기 위해 사출물이 충진 부위를 살빼기 하여 부분적으로 채워져 고정이 되도록 한다. 그러나 기본적으로 사출물의 충진량이 줄이더라도 사출 성형시 가해지는 압력에 의해 크랙이 발생되는 문제는 해소할 수 없다.
만약 사출 압력을 최소로 하여 성형하는 경우에는 저압 성형으로인하여 사출물의 밀도 및 조밀성이 떨어지고, 이에 따라 미성형의 제품이 발생하거나, 마그넷을 고정하는 사출물의 조밀성이 저하되어 이후 마그넷의 분리 현상이 발생된다.
그리고 또 여기서 사출 성형시 내주면에 가해지는 충진압력으로부터 마그넷을 보호하기 위하여 마그넷 외주면을 꽉 잡아 줘야 하는데, 마그넷 제품 특징상 외주 원통면이 진원 불균일 문제를 해결하기 위하여 사후에 별도로 외주면을 가공할 필요가 있다. 이 경우에는 제조비용의 상승과 생산성의 저하가 된다.
또 이중사출 방식의 경우 인서트사출과 대동 소이한 방식으로, 단지 외주면까지 사출물이 채워지는 방식에 해당한다. 먼주 인서트 사출과 마찬가지로 마그넷을 임펠러 1차 금형에 인서트후 사출하는데, 이때 마그넷의 내주면과 외주면 모두에 사출물이 채워지는 것은 아니라 일부에만 충진된다.
이후 다시 임펠러 2차 금형에 인서트하여 나머지 부분을 형성을 하는 방식을 취한다. 여기서 내주면과 외주면이 모두 사출물이 도포됨에 따라 외관상으로는 마그넷의 크랙이 없는 것처럼 보이나 대부분 외주면에 배열된 사출물 때문에 마그넷의 크랙이 표출되는 것은 아니지만 실제로는 크랙이 존재하게 된다.
이런 제품의 경우 장기적으로 사용시 숨겨진 내부 마그넷의 크랙이 사용에 따라 외주면 도포 사출물의 강도가 약해짐에 따라 크랙이 증가되면서 고장의 원인이 된다. 또 1, 2차 금형 2벌의 필요와 2차에 걸친 공정으로 인하여 생산성 저하 및 제조원가의 상승을 초래한다. 마지막으로 외주면에 프레스로 철통을 결합하는 구조의 경우 마그넷의 내주면에서의 가해지는 외력의 의해 크랙이 발생되는 문제점을 개선한 구조이나 복잡한 공정과 부품의 추가로 인하여 생산성 및 단가 경쟁력이 약하다.
철통에 마그넷을 강제로 압입을 한 후 추가로 인서트 성형하는 방식이어서 철통이 마그넷을 강하게 잡고 있어 성형시 내주면에서 가해지는 압력에 의해 크랫이 발생되지는 않으나 철통의 재질이 금속이므로 성형시 금형의 코어 등에 찍힘이나 긁힘 등의 파손 문제점를 일우키고, 금속 재질 도입에 따라 화학용도, 의료용도, 음식료 용도 등에는 부적합하다.
한편, 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 온수 보일러, 특히 가정용 온수매트에 적용될 수 있는 종래 소형 온수 보일러(10) 케이스(B1) 내에 수조(W)가 배열되고, 수조(W) 내의 물은 히터(H)에 의하여 가열되고, 펌프(P)에 의하여 토출구(W1)와 연결된 배관을 통하여 순환된다.
보일러의 온수는 상온에서 고온으로 올라감에 따라 온수 속에 포함되어 있는 용존 산소의 부피가 커져 기포화 되는데, 필연적인 기포가 원활하게 순환 해소 되지 않을 경우에는 펌프의 운전시 펌핑부재, 특히 임펠러와 충돌하여 기포가 깨지면서 소음 발생의 원인이 된다. 또 기포가 누적될 경우에는 캐비테이션(cavitation)에 까지 이를 수 있다.
더욱이 온수 매트 등과 같이 난방 배관이 길고 직경이 작기까지 할 경우 관로저항이 커져 원활한 온수 순환이 방해될 수 있으므로 기포 또한 원활하게 해소되기 어렵다. 따라서 소형 전기 보일러의 경우 기포 순환 해소가 제품 품질을 좌우하는 중요 요소에 해당한다.
나아가 펌프가 수조 외부에 구비된 외장형태이거나, 수조 내부에 구비되어도 저면부근에 배열되고, 나아가 수평으로 모터가 배열된 경우에는 수위가 수평으로 위치하는 펌핑부재(수직으로 배열된 경우 보다 한계 수위가 높다)를 잠기게 할 정도가 아닌 경우, 공회전으로 인한 소음의 원인이 되는데, 소음은 숙면을 방해할 수밖에 없다.
또 외장형 펌프 등의 경우에 물속에 자연적으로 포함된 석회질 성분 등의 입자가 자중에 의하여 낙하되고 굳어서 스케일(scale)을 형성하게 되는데 이러한 스케일이 특히 모터축에 고착될 경우 소음발생 및 모터 성능에 문제를 일으키게 된다. 스케일로 인한 문제는 특히 상시적으로 물이 충진되어 사용되는 형태인 경우 더 문제가 된다.
아울러 종래 외장형 펌프의 경우 상시적으로 충진된 수조의 물로 인한 수압에 의하여 부하가 걸리게 되며, 수위에 따라 수압에 변동이 생기므로 모터에 걸리는 수압으로 인한 부하가 항시 일정한 것이 아니어서 보다 빠른 모터 노후화의 원인이 된다.
이에 본 발명은 마그넷 내주면에 결합되고 임펠러 단부와 나사 결합되는 가이드를 도입하여 외력에 의한 마그넷의 내주면 크랙 문제가 없고, 조립 및 분해가 쉽고, 또 금속성 부품이 사용되지 않으므로 화학용, 의료용, 식료품 등에 활용되기에 적합하여 기존 접착, 초음파 융착, 인서트 사출 이중사출, 인서트 사출 후 외주면에 프레스로 철통을 압입하는 방식의 문제점을 모두 해결한 획기적인 임펠러 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 상기 가이드와 상기 마그넷의 접면에는 상호 맞물리는 암수 결합부가 형성되어 있어 조립 및 분해가 용이하다. 나아가 본 발명은 상기 임펠러 어셈블리를 구비한 온수 보일러를 제공하며, 또 본 발명의 온수 보일러는 펌프 하우징의 출수구 주변에는 재순환공이 형성되어 있어 기포의 원활한 순환 해소를 도모하고, 방출된 기포가 다시 수조로 순환 유입되어 수밀성 유지 문제 등이 없으면서도 기포의 보다 원활한 해소를 구현하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 특히 상기 모터에 통기로를 형성하여 기포의 원활한 순환 해소를 도모하고, 방출된 기포가 다시 수조로 순환 유입되어 수밀성 유지 문제 등이 없으면서도 기포의 보다 원활한 해소가 가능한 보일러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 모터의 구동축을 지지하는 베어링이 결합되는 수용체에서 베어링 접촉 부위의 정밀 재가공이나 기타 부품을 추가 제조가 불필요하도록 베어링 수용체의 중공 내주면에 베어링 접촉부와 베어링 비접촉부로 이중화(스플라인(spline)화)하여 생산성을 높이고, 제조단가를 낮추는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리는
날개부와 체결부를 갖는 임펠러;
상기 임펠러의 체결부에 결합되는 대응 체결부를 갖는 가이드; 및
상기 가이드의 외주면에 배열되는 마그넷; 을 포함하여 이루어진다.
또 본 발명에 따른 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리는 상기 가이드와 상기 마그넷의 접면에는 상호 맞물리는 암수 결합부가 형성되어 있고, 나아가 상기 마그넷의 중공을 형성하는 내벽에는 수결합부가 형성되고, 상기 가이드에는 암 상기 모터에는 통기로가 구비되어 있는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에 따른 보일러는 토출구 및 회수구가 형성된 수조; 입수구와 상기 토출구와 연결된 출수구를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 내장된 펌핑부재를 포함하고, 상기 수조에 내장된 펌프; 및 상기 펌핑부재와 연결되는 구동축을 갖는 모터;를 포함하여 이루어지고,
상기 펌프의 펌핑부재는 임펠러로 이루어지고, 상기 임펠러는 상기 모터의 마그넷 및 마그넷의 임펠러 결합을 위한 가이드와 함께 임펠러 어셈블리를 이루되, 상기 임펠러는 체결부를 갖고, 상기 가이드는 상기 체결부와 결합되는 대응 체결부를 구비하고, 상기 마그넷은 상기 가이드의 외주면에 배열되는 것을 특징으로 한다. 또 본 발명에 따른 온수 보일러는 상기 펌프 하우징의 출수구 주변에 재순환공이 형성되어 있고, 또 상기 모터에는 통기로가 구비되어 있으며, 나아가 상기 통기로는 상기 모터의 고정자와 회전자 사이에 배열되어 있는 것이 바람직하다.
나아가 본 발명에 따른 온수 보일러는 상기 모터의 구동축은 베어링에 의하여 지지되고, 상기 베어링은 복수의 베어링 접촉부 및 상기 접촉부 사이에 배열되고 요입된 복수의 베어링 비접촉부를 포함하는 베어링 수용체에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
이상과 같이 본 발명에 따른 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리는 마그넷 내주면에 결합되고 임펠러 단부와 나사 결합되는 가이드를 도입하여 외력에 의한 마그넷의 내주면 크랙 문제가 없고, 조립 및 분해가 쉽고, 또 금속성 부품이 사용되지 않으므로 화학용, 의료용, 식료품 등에 활용되기에 적합하여 기존 접착, 초음파 융착, 인서트 사출 이중사출, 인서트 사출 후 외주면에 프레스로 철통을 압입하는 방식의 문제점을 모두 일거에 해결할 수 있고, 또 상기 가이드와 상기 마그넷의 접면에는 상호 맞물리는 암수 결합부가 형성되어 있어 조립 및 분해가 용이하다는 장점을 갖는다.
또 본 발명에 따른 온수 보일러는 상기 펌프 하우징의 출수구 주변에 재순환공이 형성되어 있어 펌프의 흡입력 저하에 따른 효율 저하, 기포에 의한 소음 발생, 기포에 의한 불안정 유동으로 진동발생, 난방 배관내의 기포로 인한 난방효율 저하, 임펠라 지지축의 윤활 부족으로 발생되는 발열, 마찰력에 의한 마모량 증가, 발열에 따라 베어링부가 융착하게 되어 소음 및 고장이 발생되는 문제 등을 방지할 수 있다.
나아가 본 발명에 따른 온수 보일러는 모터의 구동축을 지지하는 베어링 수용체가 중공 내주면에 베어링 접촉부와 베어링 비접촉부로 이중화(스플라인(spline)화)하여 베어링 접촉 부위의 정밀 재가공이나 기타 부품을 추가 제조가 불필요하므로 생산성을 높일 수 있고, 제조단가를 낮출 수 있다.
다음으로 본 발명은 온수 보일러에서 펌프를 다이어프램펌프로 구성할 경우, 기존 다이어프램 펌프에서 다이어프램과 펌핑부재를 분리함과 아울러, 다이어프램과 그 양면에 배열된 헤드부재 및 리테이너의 각 접면에서 누수가 발생되지 않도록 밀폐성 향상을 위하여 상호 맞물리는 요철부를 도입하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 종래 소형 전기 보일러에 대한 개략적인 정단면도.
도 2, 도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 보일러에 대한 개략적인 평면도, 정단면도 및 분해단면도.
도 5는 본 발명에 따른 보일러를 이용한 온수매트에 대한 개략적인 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 다이어프램 펌프에 대한 개략적인 정단면도.
도 7 및 도 8은 도 6의 요부에 해당하는 다이어프램 등에 대한 개략적인 분해단면도 및 결합단면도.
도 9 및 도 10은 모터에 적용될 수 있는, 본 발명에 따른 베어링 수용체에 대한 개략적인 평면도 및 단면도(도 9의 S1-S1 선을 따라 절개).
도 11은 베이링이 결합된 수용체에 대한 개략적인 평면도.
도 12는 본 발명에 따른 베어링 수용체를 적용한 모터의 개략적인 부분 단면도.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 온수보일러의 변형예에 대한 개략적인 정단면도 및 분해단면도.
도 15 및 도 16은 본 발명에 따른 온수보일러의 다른 변형예에 대한 개략적인 정단면도 및 하우징 관련도면.
도 17 및 도 18은 본 발명에 따른 임펠러어셈블리의 사시도 및 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
B: 보일러 B1: 케이스
H: 히터 Sl: 수위센서
St: 온도센서 W: 수조
S1: 토출구 W2: 회수구
W3: 캡 W4: 난방배관
P: 펌프 P1: 펌핑부재
10: 하우징 11: 입수구
13: 출수구 14: 재순환공
15: 배기유닛 16: 축고정부
M: 모터 M1: 구동축
Mc: 커버 B: 베어링
21: 리테이너 23: 다이어프램
25: 헤드부재 27: 볼트
Ms: 고정자 Mr: 회전자(마그넷)
30: 베어링수용체 31: 접촉부
32: 비접촉부 33: 연결부
34: 투입부 35: 이탈방지부
36: 브러쉬조립부 37: 전선구멍
38: 체결공 40: 통기로
41: 배기구 43: 흡기구
45: 배기관 IA: 임펠러어셈블리
50: 임펠러바디 51: 날개부
53: 체결부 55: 접촉부
G: 가이드 G1: 대응체결부
G2: 암결합부 G3: 디스크
Mr1: 수결합부
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다(이는 종래 보일러와 관련한 도 1의 경우도 마찬가지이나, 다만 참조부호 11은 도 1에서는 입수관을 의미한다).
본 발명에 따른 온수 보일러(B) 등을 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 3 및 도 13을 참고하여 특정하면, 본 발명의 각 특징에 해당되는 구성요소들이 보일러, 특히 온수 매트 등을 위한 소형 전열 온수 보일러(B)에 적용되는 경우를 상정하여 중력방향에 맞게 펌핑부재(P1)가 구비된 쪽을 하부로 정하고 모터(M)가 구비된 쪽을 상부로 정한다.
그러나 이러한 방향 기준을 비롯한 온수 보일러와 관련된 한정된 설명으로 인하여 본 발명의 각 특징이 다른 기술 분야에 적용되는 경우를 배제하여서는 안되고, 나아가 보호범위가 보일러에 국한하여 적용되는 경우로 제한 해석되어서는 안 된다.
각각 본 발명에 따른 보일러에 대한 개략적인 평면도, 정단면도 및 분해단면도인 도 2, 도 3 및 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 보일러(B) 케이스(B1)에 내장된 수조(W)에는 펌프(P)와, 펌프 구동을 위한 모터(M)가 내장되어 있다.
또 상기 수조(W)는 펌프(P)에 의하여 배출되는 온수를 위한 토출구(W1)와 난방에 활용된 후 순환 복귀하는 온수를 위한 회수구(W2)가 형성되어 있고, 물을 덥히기 위한 전열 히터(H)와, 히터 및 펌프 on/off와 물보충 알림 등을 위한 온도센서(St) 및 수위센서(Sl)가 구비되어 있다.
이러한 보일러(B)는 다양한 분야에 활용될 수 있으나, 우선적으로 간이 난방을 위한 온수매트에 활용되는 경우를 고려하여 도 5에서는 본 발명에 따른 보일러를 이용한 온수매트에 대한 개략적인 평면도를 도시하고 있다.
온수매트의 난방배관(W4)은 각각 토출구(W1) 및 회수구(W2)와 연결되어 있다. 본 발명에 따른 온수 보일러(B)는 펌프(P) 및 모터(M)가 수조(W)에 내장되어 있으므로 보다 컴팩트한 보일러를 제공할 수 있다. 또 상기 펌프(P) 상부에 모터(M)가 구비되고 나아가, 모터(M)의 구동축(M1)이 수직 설치되는 형태이므로 앞서 언급한 바와 같이, 종래 수조 외부에 구비된 펌프 형태나 수조 내에 펌핑부재와 모터 구동축이 수평 배열되는 형태에 비하여 온수 펌핑 한계수위를 낮출 수 있어 용량에 맞는 보일러 설계가 용이하고,
또 물속에 자연적으로 포함된 석회질 성분 등의 입자가 자중에 의하여 낙하되고 굳어서 스케일(scale)을 형성하는 경우, 스케일의 모터축 고착으로 인한 소음 발생 및 모터 성능 저하(결국 펌핑 성능 저하) 문제가 없다.
나아가 본 발명에서는 보다 컴팩트한 구조와 조립성, 수리 편리성, 펌프 성능 등을 고려하여 펌프(P)의 하우징의 입수구(11)는 하향 개구되어 있고, 출수구(13)는 펌핑부재(특히 임펠러)(P1)의 추력에 알맞게 펌핑부재 측면에 구비되어 있고, 도 4에서 확인되는 바와 같이, 역시 모터(M) 설치의 편리성을 위하여 모터 하우징 하부를 지지하고 구동축(M1)이 관통하여 임펠러(P1)와 연결될 수 있는 통공(미지시됨)을 갖는 베이스(Mb)를 도입하였다.
또 상기 베이스(Mb)에는 회수구(W2) 및 토출구(W1)를 위한 노즐을 갖고, 특히 상기 토출구(W1)는 펌프 하우징(10) 우측의 노즐(미지시됨)과 암수결합되는 형태에서 조립성 및 수밀성 개선을 꾀하였다.
한편, 본 발명에 따른 온수 보일러(B)는 수조(W) 내 기포 발생 누적으로 인한 펌핑력 저하, 소음발송, 캐비테이션 발생 문제를 방지하기 위하여 배기유닛(15)을 도입하였다. 특히 상기 배기유닛(15)은 역시 상기 모터 베이스(Mb)에 구비되는 형태에서 역시 생산성 및 조립성 향상 등을 고려하였다.
상기 배기유닛(15)은 상기 수조(W)의 상부에 형성된 공기배출구(15a), 상기 공기배출구 하부에는 배열되고 유입구가 형성된 수납실(15b), 상기 수납실에 내장되는 플로팅볼(15c)로 이루어진다.
상기 공기배출구(15a) 및 수납실(15b)은 특히 물 보충 등을 위한 커버(W3)에 구비되고, 상기 모터 베이스(Mb)에 나사결합되는 형태인 것이 바람직한 상기 커버(W3)의 수납실(15b)에 내장된 플로팅볼(15c)은 상기 커버 하부에 결합(나사결합 또는 억지끼움 등의 방식)되는 부싱(15d)에 의하여 고정된다. 상기 부싱(15d)은 통기성(또는 통수성)은 충족하면서 볼(15c)의 이탈을 방지하도록 측면에 절개 통기채널(미도시됨)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이러한 배기유닛(15)은 평상시에는 볼(15c)이 부싱(15d) 위에 머물러 있고 공기배출구(15a)는 막지 않으므로 수조(W) 내의 기포 해소에 도움이 되며, 온수매트용으로 사용될 경우 소형이고 이동형인 전기 보일러(B)가 이동시 또는 충격에 의하여 기울어질 경우 물이 상기 수납실(15b)을 채우면 볼(15c)이 떠 올라 공기배출구(15a)를 폐쇄하게 되므로 뜨거운 물이 공기배출구로 누수되어 화상 등의 사고가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
상기 볼(15c)은 부력을 갖는 재질(예: 러버 재질)인 것이어야 한다.
도 4에서 미설명 부호 Wp는 수조(W)와 모터 베이스(Mb) 사이에 개재되는 패킹이다. 다음으로 본 발명에 따른 다이어프램 펌프에 대한 개략적인 정단면도, 요부 분해단면도 및 결합단면도인 도 6, 도 7 및 도 8을 살펴보도록 한다.
이러한 다이어프램 펌프를 온수 보일러에 도입할 경우에는 기존 임펠러 타입 펌프를 대체할 수 있으나, 다이어프램 펌프와 관련된 특징은 다른 분야에도 충분히 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 밀폐성이 향상된 다이어프램 펌프(P)는 구동축(M1)을 포함하는 모터(M), 상기 구동축(M1)과 연결되어 편심운동(일종의 wobble motion)을 하는 리테이너(21), 리테이너와 연결된 다이어프램(23), 상기 다이어프램(23)의 결합부(23a)에 배열되는 헤드부재(25)(통상 3개), 그리고 헤드부재와 다이어프램의 리테이너에의 고정 체결을 위한 볼트(27)를 포함하여 이루어진다.
상기 리테이너(21)(결국은 [리테이너-다이어프램-헤드부재 결합체])의 편심운동은 실질적으로 상기 구동축(M1)과 결합된 캠(M3)의 개재에 의한 것인데, 공지된 기술에 해당하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
또 입수구(11) 및 출수구(13)(보일러에 적용될 경우 수조(W)의 토출구(W1)와 연결될 것이다)와 관련하여 체크밸브(미지시됨)의 개폐 과정에 대한 설명 또한 생략하도록 한다.
하우징(10)에 의하여 둘러싸이고 모터(M)와 분리하는 역할을 하는 다이어프램(23)의 양면, 즉 상기 리테이너(21)의 체결부(21a), 상기 다이어프램(23)의 결합부(23a) 및 상기 헤드부재(25)의 각 접면 일부 또는 모두에는 상호 맞물리는 요부(凹部)(C1) 또는 철부(凸部)(C2)가 형성되어 있는데, 각 요철부(C1)(C2)는 연속되어 있어 환형의 폐회로를 이루는 것이 바람직하다.
도 7 및 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 요부(C1)는 모두 다이어프램(23)에 형성되고 대응 철부(C2)는 리테이너(21) 및 헤드부재(25)에 형성되어 있으나 상대적으로 탄성을 갖는 다이어프램에는 미리 요부가 성형되지 않고 리테이너(21) 및 헤드부재(25)에만 철부를 형성하여도 볼트(27) 체결에 따라 가압되어 자연스럽게 철부에 대응되는 요부가 형성되는 형성되는 방식일 수 있다.
또 어느 경우에나 각 요철부는 비중첩되는 것이 밀폐성 향상을 위하여 바람직하다. 도 6에서 미설명 참조부호 Mc는 모터(M)의 전후 커버에 해당하며, 이와 관련하여 본 발명의 다이어프램 펌프에도 적용 가능한 베어링 수용체(30)와 관련한 설명한 후술하도록 한다.
이어서 본 발명에 따른 베어링 수용체에 대한 개략적인 평면도인 도 9, 단면도(도 9의 S1-S1 선을 따라 절개)인 도 10, 베이링이 결합된 수용체에 대한 개략적인 평면도인 도 11, 베어링 수용체를 적용한 모터의 개략적인 부분 단면도인 도 12와 관련하여 설명하도록 한다.
이러한 베어링 수용체(30)는 임펠러를 구비한 펌프(P) 모터(소형 온수 보일러용 펌프 포함)나 다이어프램 펌프 모터(도 6의 모델을 비롯한 각종 모델 포함), 기타 베어링 도입 물품에 적용될 수 있다.
이러한 베어링 수용체(30)는 베어링 접촉 부위의 정밀 재가공이나 기타 부품을 추가 제조가 불필요하도록 베어링 수용체의 중공 내주면에 베어링 접촉부와 베어링 비접촉부로 이중화(스플라인(spline)화)하여 생산성을 높이고, 제조단가를 낮추기 위한 것으로, 성형 후 금형에서 분리하는데도 문제가 없다.
각 도면은 기본적으로 모터(M)에 적용되는 경우를 고려하여 모터 전후 커버(Mc)에 베어링 수용체(30)가 형성되는 것을 고려하고 있다(그러나 이에 의하여 본 발명에 따른 베어링 수용체의 보호범위가 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다).
따라서 모터 외통 하우징과의 체결을 위한 체결공(38), 카본 브러쉬 조립부(36), 전원 및 제어를 위한 전선 구멍(37)이 형성되어 있다. 도 9와 도 11 및 도 10의 확대된 원 내에 과장되게 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 베어링 수용체(30)는 복수(도면에서는 등간격의 8개)의 베어링(B) 접촉부(31), 상기 접촉부 사이에 배열되고 요입되어 상대적으로 더 큰 내경을 갖는 복수(도면에서는 등간격, 8개)의 베어링 비접촉부(32)를 갖는다.
상기 접촉부(31)는 진원, 동심 및 직각도를 총족시키기 위한 것이며, 상기 비접촉부(32) 금형 분리 용이성을 보장하여 후정밀가공이나 추가 부품이 필요 없어 생산성 및 단가경쟁력을 확보할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이를 위하여 상기 접촉부(31)는 축선과 평행하고, 특히 도 10의 확대된 원 내에 과장되게 표현한 바와 같이, 이점쇄선의 축선과 평행하고 후방 이탈방지부(35)(수직을 이룬다)와는 직각을 이루며, 상기 비접촉부(32)는 축선과 교접('교접'이라는 용어는 비접촉부 내면 선을 연장하고, 축선을 연장하는 경우를 가정하면 상호 만난다는 의미임)하는 형태로 경사져 있으며, 역시 후방 이탈방지부(35)(수직을 이룬다)와는 둔각을 이루게 된다.
또 금형 분리 용이성 등을 고려하여 상기 접촉부(31)와 상기 비접촉부(32)를 잇는 연결부(33)는 둔각을 이루는 테이퍼 져 경사 구조(특히 접촉부에서 비접촉부를 향하여 경사져 꺾인 각도가 둔각을 이루는 형태임)를 갖는 것이 바람직하다.
또 상기 접촉부(31)들을 방사상 방향으로 연결할 경우 형성되는 원은 베어링(B)의 외경에 상응하는 것이 바람직하다. 도 12에 개략적으로 도시한 모터 뿐 아니라 기타 다양한 모터나 물품에 이러한 베어링 수용체가 적용될 수 있다.
다음으로 도 2 내지 도 5에서 제시된 구조에 비하여 변형된, 본 발명에 따른 온수보일러의 변형예에 대한 개략적인 정단면도 및 분해단면도인 도 13 및 도 14를 살펴보도록 한다. 기포로 인한 문제를 보다 완벽하게 해소하기 위하여 본 발명에 따른 온수 보일러는 모터(M)에는 통기로(40)를 형성하였다.
특히 모터 자체의 침수로 인한 문제가 없도록 코일 등이 포함된 모터(M) 고정자(Ms)는 외피(Cs)에 의하여 수밀성이 보장되는 구조에서, 펌핑부재, 특히 임펠러(P1)의 결합체를 이루는 고정자(Mr)인 마그넷은 외피(Cs)와의 사이에 통기로(40)를 형성하는 형태로, 다시 말해 고정자(Ms)와 회전자(Mr) 사이의 미세한 틈새가 통기로(40)를 이루는 형태이다.
아울러 펌프(P) 하우징(10)에 모터(M)의 고정자(Ms)를 감싸는 외피(Cs) 양단이 안착 지지되며, [임펠러(P1)-마그넷(Mr) 결합체]는 축(M1)에 고정되고, 축(M1)은 펌프 하우징(10) 하부 중간 축고정부(16)에 하단이 결합되고, 모터 고정자(Ms) 상부 중앙 축고정부(Cs1)에 상단이 결합되는 구조이다. [임펠러(P1)-마그넷(Mr) 결합체] 내주면에는 베어링, 특히 카본 슬리브 베어링(B)이 구비되어 있어 축고 접촉한다.
상기 통기로(40)는 배기관(45)을 통하여 다시 수조(W)로 연결되어 있는데, 특히 상기 통기로(40)로는 구동축(M1)과 동축상에 배열되도록 외피(Cs) 중앙에 구비된 노즐(미지칭됨)로 연결되며, 상기 배기관(45)과 연결된 후 상기 펌프 하우징(10) 일측의 노즐(미지칭됨) 상의 흡기구(43)로 연결된다.
통기로 및 배기구의 구동 축상 배열은 임펠러(P1) 부위에서 유동 충돌하는 기포가 가장 신속하고 정확하게 상승 배출 될 수 있는 구조를 구현하기 위한 것이다. 상기 배기관(45)과 연결된 상기 노즐 상의 배기구(41)는 상협하광 형상으로 보다 빠른 기포의 방출을 돕고, 역시 상기 배기관과 연결된 노즐 상의 흡기구(43)는 상광하협 형성으로 기포의 유입됨에 따라 확장 파괴 되어 앞서 도 4와 관련하여 설명한 배기유닛(15)의 공기배출구(15a)를 통하여 배출되기 쉽게 된다.
이와 같은 기포 해소를 위하여 모터에 통기로를 형성한 보일러 구현을 통하여 상펌프의 흡입력 저하에 따른 효율 저하, 기포에 의한 소음 발생, 기포에 의한 불안정 유동으로 진동발생, 난방 배관내의 기포로 인한 난방효율 저하, 임펠러 지지축의 윤활 부족으로 발생되는 발열, 마찰력에 의한 마모량 증가, 발열에 따라 베어링부가 융착하게 되어 소음 및 고장이 발생되는 문제 등을 방지할 수 있다.
나아가 기포 해소에 보다 만전을 기하기 위한, 본 발명에 따른 온수보일러의 다른 변형예에 대한 개략적인 정단면도 및 하우징 관련도면인 도 15 및 도 16([A]는 측단면도, [B]는 저면도)을 살펴보도록 한다(도 15의 보일러 구조는 도 13의 보일러 구조와 대부분 유사하다). 특히 도 15 및 도 16에 도시된 특징은 상기 펌프(P) 하우징(10)의 출수구(13) 주변, 특히 출수구를 이루는 노즐 하부에 형성된 재순환공(14)에 있다.
이러한 재순환공(14)을 도입할 경우 별도의 에어벤트나 기수분리기를 사용하지 않아도 기포음(펌핑부재에 의함 기포 파괴 등이 원인임)이 발생되지 않으므로 정숙한 운전이 가능한 것으로 나타났다.
특히 온수 매트처럼 관경이 작거나 관경이 크지만 관 길이가 길어서 배관저항이 클 경우 펌프에서 펌핑부재, 특히 임펠러의 회전으로 토출되는 유체가 100% 관로로 유동이 되어 지지 못하고 관로 저항 보다 큰 가압된 압력 상태의 유체만이 토출되어 난방배관으로 배출됨에 따라 펌프 내부의 유체는 임펠러의 회전에 의해 유동은 되나 토출이 되어지지 못하고 펌프 내부에서 맴돌이를 하고, 또한 온도 상승에 따라 유체에 포함되어 있는 용존산소의 부피가 커지고 양도 증가됨에 따라 기포는 임펠러와 충돌하여 소음을 발생시키고, 심지어는 캐비테이션에 따지 이르게 된다.
그러나 재순환공(14)의 형성으로 관로 저항으로 인하여 토출되지 않은 유체가 재순환공을 통하여 수조로 토출되므로 어느 정도 압력을 해소하여 펌프 내의 유동이 원활해 지고 유효 토출량이 증가되어 순탄한 온수 재순환이 가능하게 된다.
이러한 재순환공만으로도 기포 해소가 충분할 경우 도 4에서와 같은 배기유닛(15) 등의 에어 벤트가 불필요할 수 있어 수밀성 유지 문제 등이 없으면서도 기포의 보다 원활한 해소가 가능할 것으로 기대된다. 이어 본 발명에 따른 임펠러어셈블리의 사시도 및 단면도인 도 17([A] 결합사시도 및 [B] 분해사시도) 및 도 18([A] 임펠러측 저면도, [B] 결합단면도, [C] 분해단면도)을 살펴보도록 한다.
도면에서 본 발명에 따른 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리(IA)는 날개부(51)와 체결부(53)를 갖는 펌핑부재(P1), 특히 임펠러 바디(50)와, 가이드(G), 그리고 마그넷(Mr)으로 이루어진다. 특히 상기 임필레 바디(50)에 형성된 체결부(53)와 가이드(G)의 대응체결부(G1)는 상호 나사결합되므로 기존 접착, 초음파 융착, 인서트 사출 이중사출, 인서트 사출 후 외주면에 프레스로 철통을 압입하는 방식의 문제점을 모두 해결할 수 있고,
조립 및 분해가 쉽고, 금속성 부품이 사용되지 않으므로(특히 철통 프레스 압입 방식에 비하여) 화학용, 의료용, 식료품 등에 활용되기에 적합하다는 장점을 갖는다.
도시된 임펠러(P1) 바디(50)에서 특히 날개부(51)의 구조는 예시적인 것이며, 마그넷(Mr)과 접촉하는 접촉부(55)의 구조 역시 다양하게 변형될 수 있다.
또 필요에 따라(특히 본 발명의 보호 범위 회피를 위하여) 상기 체결부(53) 및 대응체결부(G1)의 결합 방식은 나사 결합 방식 체결 대신 억지끼움이나 결합이 용이한(분리는 어려운) 구조의 결합(예: 쐐기 구조의 결합 돌기 도입) 방식, 접착, 초음파 융착 등의 방식으로 변형될 수도 있다.
나아가 상기 임펠러어셈블리(IA)의 조립 및 분해 용이성(상호 공회전이 방지되므로)을 위하여 상기 가이드(G)와 상기 마그넷(Mr)의 접면에는 상호 맞물리는 암수 결합부가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
특히 상기 마그넷(Mr)의 파손 문제를 줄이기 위하여 상기 마그넷(Mr)의 중공을 형성하는 내벽에는 수결합부(Mr1)가 형성되고(암결합부인 경우보다 두께가 두꺼워 강도에 문제가 없다), 상기 가이드(G)에는 암결합부(G2)가 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또 상기 가이드(G)의 후단에는 이탈방지 디스크(G3)가 형성되고, 상기 디스크는 상기 마그넷의 후단에 수용되는 구조인데, 역시 이러한 결합구조는 다양하게 변형될 수 있다.
아울러 상기 가이드(G)의 내주면에는 카본 베어링(B)이 결합되어 있어 조립성 향상을 꾀하였다. 이상의 설명에서 소형 온수 보일러, 펌프 및 히터의 제어, 다이어프램 펌프의 편심 운동 및 흡입과 토출 동작, 각 구성요소의 소재 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 보일러, 모터, 펌프, 베어링 수용체, 임펠러 어셈블리 등을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 날개부와 체결부를 갖는 임펠러;
    상기 임펠러의 체결부에 결합되는 대응 체결부를 갖는 가이드; 및
    상기 가이드의 외주면에 배열되는 마그넷;
    을 포함하여 이루어진 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드와 상기 마그넷의 접면에는 상호 맞물리는 암수 결합부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조립성이 향상된 임펠러 어셈블리.
  3. 토출구 및 회수구가 형성된 수조;
    입수구와 상기 토출구와 연결된 출수구를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 내장된 펌핑부재를 포함하고, 상기 수조에 내장된 펌프; 및
    상기 펌핑부재와 연결되는 구동축을 갖는 모터;
    를 포함하여 이루어지고,
    상기 펌프의 펌핑부재는 임펠러로 이루어지고,
    상기 임펠러는 상기 모터의 마그넷 및 마그넷의 임펠러 결합을 위한 가이드와 함께 임펠러 어셈블리를 이루되,
    상기 임펠러는 체결부를 갖고,
    상기 가이드는 상기 체결부와 결합되는 대응 체결부를 구비하고,
    상기 마그넷은 상기 가이드의 외주면에 배열되는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌프 하우징의 출수구 주변에는 재순환공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 모터에는 통기로가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 통기로는 상기 모터의 고정자와 회전자 사이에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 통기로는 배기관을 통하여 다시 수조로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 통기로는 상기 구동축과 동축상에 배열된 배기관으로 이어지는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  9. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 모터의 구동축은 베어링에 의하여 지지되고,
    상기 베어링은
    복수의 베어링 접촉부 및 상기 접촉부 사이에 배열되고 요입된 복수의 베어링 비접촉부를 포함하는 베어링 수용체에 결합되는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 접촉부는 축선과 평행하고,
    상기 비접촉부는 축선과 교접하는 것을 특징으로 하는 온수 보일러.
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