WO2016010381A1 - 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치 - Google Patents

온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치 Download PDF

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WO2016010381A1
WO2016010381A1 PCT/KR2015/007404 KR2015007404W WO2016010381A1 WO 2016010381 A1 WO2016010381 A1 WO 2016010381A1 KR 2015007404 W KR2015007404 W KR 2015007404W WO 2016010381 A1 WO2016010381 A1 WO 2016010381A1
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WO
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hot water
motor pump
coil fixing
water
chamber
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PCT/KR2015/007404
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English (en)
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Inventor
박성현
홍은영
Original Assignee
주식회사 사피엔스
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • 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
    • F04D13/08—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven for submerged use

Definitions

  • the present invention relates to a hot water motor pump and a hot water supply device using the same, and more particularly, for hot water used in a system for supplying hot water of 70 ° C. or more, such as a personal electric hot water circulation loop system commonly referred to as a 'hot water mat'. It relates to a motor pump and a hot water supply device using the same.
  • Hot water mats are in the limelight as new healthful bedding and are also known as the Personal Electrical Hot-Water Loop (PEHL).
  • Figure 1 is a perspective view showing the configuration of a conventional hot water mat, as shown in Figure 1, PEHL is a large-sized hot water supply engine unit (common name 'boiler', 10) and heat generating unit (common name 'mattress', 20) It consists of.
  • the engine unit 10 serves to heat and circulate water by a sensor and an input value
  • the heat generating unit 20 includes a hot water tube through which hot water circulates, and performs heating by hot water. .
  • One end of the heat generating unit 20 is provided with a hot water supply tube 12 for receiving hot water from the engine unit 10 and a hot water discharge tube 22 for returning hot water to the engine unit 10. .
  • the engine unit 10 and the heat generating unit 20 are coupled to the hot water supply and discharge tubes 12 and 22 to form a hot water loop (HWL).
  • HWL hot water loop
  • the engine unit 10 of the hot water mat is divided into a motor pump type for physically circulating hot water using a motor and a heat pump type for heating and circulating water.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a conventional motor-pumped hot water mat
  • Figure 3 is a schematic diagram of a conventional heat pump-type hot water mat.
  • the engine parts 210 and 310 of the hot water mat include chambers 230, 341, 342, and 343 for storing and heating water, and pumps 240 and 341 for circulating water.
  • the controllers 250 and 350 control the operation of the engine units 210 and 310, control the electricity, supply electricity, and sense and display the state of the hot water mat. do.
  • the motor pump engine unit 210 is composed of one chamber 230, the electric motor pump 240 and the control unit 250 (see Fig. 2), the heat pump engine unit 310 is usually two The chambers 341, 342, and 343, for example, the heating chamber 341, the supply chamber 342, and three chambers of the water / vapor evacuation chamber 343 and the control unit 350, of which The heating chamber 341 also serves as a heat pump (see FIG. 3).
  • the heating chamber 341 which serves as a heat pump, there is a certain amount of air (391) and water in the heating chamber 341, and when the water is heated, water by air expansion It is pushed into the supply chamber 342 and supplied.
  • the BLDC motor pump 400 includes a coil stator 401 constituting a cylindrical outline, a cylindrical permanent magnet rotor 402 positioned inside the coil 401, An electronic component (chip, micro) that supplies current to the coil fixing part 401 according to a hall sensor 411 for detecting rotation of the permanent magnet rotating part 402 and a detection signal of the hall sensor 411.
  • the Hall sensor 411 is connected to the PCB drive 403 by an extension connector 412 (which usually has a length of about 10 mm) and extends to a position capable of detecting rotation of the permanent magnet rotator 402. .
  • an extension connector 412 which usually has a length of about 10 mm
  • three extension connectors 412 are mounted on one hall sensor 411.
  • the coil fixing part 401 and the PCB drive 403 are connected by a power line 414 which supplies a direct current (DC) of less than 12V.
  • a power supply line 405 for supplying a direct current (DC) having a low voltage of less than 12 V from the outside is drawn out, and penetrates the outer wall 406 of the body of the motor pump 400. It extends outside.
  • the form in which the coil fixing part 401 constitutes an outer part and the permanent magnet rotating part 402 existing therein is referred to as an 'in-runner BLDC', on the contrary, the coil fixing part is in the inside,
  • the shape of the permanent magnet moving part constitutes the outer part is called 'out-runner BLDC', and most of the small BLDC motor pumps used in hot water mats are in-runner type.
  • the front of the permanent magnet rotating portion 402 is attached with a rotating impeller (404) for pushing the water.
  • the BLDC motor pump 400 for supplying hot water has a drive 403 installed in a space opposite the impeller 404 in the pump body, and the pump body itself has not been installed in water. This is because the chips used in the drive 403 will fail if continuously exposed to high temperatures of 70 ° C or higher. Accordingly, the elements present in the space where the impeller 404 is directly affected by the heat of the hot water, that is, the space where the water flows in, may include the permanent magnet rotating part 402, the coil fixing part 401, and the hall sensor 411.
  • the PCB drive 403 is configured to be relatively far from the impeller 404 rotational space so as not to be affected by hot water.
  • the cylindrical permanent magnet rotating part 402 is divided into a circumference like an orange cross section, and the magnetic pole is divided into N, S, N, and S shapes.
  • the coil fixing part 401 is also typically four or more multipole coils, and each pole is a current.
  • the electromagnet is alternately present in the non-electromagnet state, the Hall sensor 411, the output voltage changes when the pole is changed.
  • the impeller 404 when the impeller 404 is rotated by applying a current to the coil fixing part 401, the movement is detected by the hall sensor 411, and in response to the output voltage change of the hall sensor 411, the drive 403 is applied.
  • Electronic components mounted therein control the coil fixing unit 401.
  • FIG. 5 is a view for explaining the installation and operation mechanism of a conventional BLDC motor pump for hot water. 4 and 5, since the permanent magnet rotating part 402, the coil fixing part 401, and the hall sensor 411 are located close to hot water, the hot water is always received from the hot water, but the drive 403 Because it is far from hot water, it receives less heat from the hot water. Therefore, even if it is waterproof, if the entire existing small BLDC motor pump is installed in hot water, a failure occurs in the chip portion. That is, the current BLDC motor pump has a PCB drive 403 in which the chips relatively weak in temperature are embedded in the motor pump, and thus the BLDC motor pump cannot be installed in hot water maintained at a high temperature of about 70 ° C. Therefore, all the normal BLDC motor pumps supplying hot water are installed outside the chamber and used.
  • Another object of the present invention is to provide a hot water motor pump and a hot water supply apparatus using the same, which have a compact structure with low noise generation and manufacturing cost.
  • the present invention is installed in the chamber 700 is filled with hot water, constitute a cylindrical outer shape and the coil is supplied to the power supply current flows through the coil fixing portion 401, the coil fixing portion 401 Located in, the permanent magnet rotating part 402 to rotate in accordance with the current flowing through the coil fixing part 401, the rotary impeller 404 is coupled to the permanent magnet rotating part 402 and rotates to flow water in the rotation direction And an in-body printed circuit board 707 mounted with a sensor 411 for detecting a movement of the permanent magnet rotating part 402 and the sensor 411, and transferring power to the coil fixing part 401.
  • a motor pump body 777 An external drive circuit 708 installed outside the chamber 700 and equipped with an electronic component for controlling power supplied to the coil fixing part 401 according to a detection signal of the sensor 411; And a power source for electrically connecting the in-body printed circuit board 707 and the external drive circuit 708, supplying motor driving power to the coil fixing unit 401, and transmitting a signal from the sensor 411.
  • a hot water motor pump including a signal transmission line 709.
  • the present invention also includes a chamber 700 including a heater 722 for receiving water therein and having a water inlet pipe 714 and a water discharge pipe 711 formed therein and for heating the received water;
  • the conventional motor pump is improved to a hot water motor pump which can be operated in hot water of 70 ° C. or higher, that is, inside the chamber, without any increase in manufacturing cost.
  • the noise is reduced, and the vibration is reduced.
  • the engine can be made more compact.
  • the space inside the engine is neatly divided into two chambers and the control unit, which protects the AC power and the main board existing from the control unit from leaks or flooding that may occur in the chamber and the attached tube, thereby improving user safety. You can.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of a conventional hot water mat.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a conventional motor pump type hot water mat.
  • FIG 3 is a schematic view of a conventional heat pump type hot water mat.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a brushless direct current (BLDC) motor pump that can be used in the motor-pumped engine unit.
  • BLDC brushless direct current
  • Figure 5 is a block diagram for explaining the installation and operation mechanism of a conventional BLDC motor pump for hot water.
  • Figure 6 is a block diagram for explaining the installation and operation mechanism of the hot water motor pump and the hot water supply apparatus using the same according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a schematic diagram showing the structure of a hot water motor pump and a hot water supply apparatus using the same according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining the installation and operation mechanism of the hot water motor pump and the hot water supply apparatus using the same according to an embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a hot water motor pump and the same according to an embodiment of the present invention It is a schematic diagram which shows the structure of the used hot water supply device.
  • the hot water motor pump according to the present invention is present in the body of the existing BLDC motor pump 400, a sensor for detecting the movement of the permanent magnet rotating part 402, for example, a hall sensor (hall sensor 411) and the PCB drive 403 mounted with the electronic component is separated into two, the in-body printed circuit board equipped with only the Hall sensor 411 and the connection portion 412 connecting them (hereinafter referred to as IBPCB, The In-Body Printed Circuit Board (707) and the External Drive Circuit (EDC) 708, which are equipped with weak electronic components such as chips, are separated.
  • IBPCB The In-Body Printed Circuit Board
  • EDC External Drive Circuit
  • the hot water motor pump includes a motor pump body 777 installed inside the chamber 700 filled with hot water and an external drive circuit 708 installed outside the chamber 700, that is, outside the water.
  • the motor pump body 777 constitutes a cylindrical outer shape and is located in the coil stator 401 and the coil fixing part 401 through which electric current is supplied to flow the current through the coil fixing part 401.
  • Permanent magnet rotating part 402 that rotates according to the current, the permanent magnet rotating part 402 is coupled to rotate, the impeller 404 for flowing water in the rotational direction, for detecting the movement of the permanent magnet rotating part 402
  • the Hall sensor 411 and the Hall sensor 411 is mounted, and includes an in-body printed circuit board 707 for transmitting power to the coil fixing part 401.
  • the external drive circuit 708 is equipped with an electronic component that controls the power supplied to the coil fixing part 401 according to the detection signal of the hall sensor 411.
  • the in-body printed circuit board 707 and the external drive circuit 708 supply motor driving power to the coil fixing part 401, and a power and signal transmission line 709 for transmitting a signal from the hall sensor 411. are electrically connected by wires.
  • the power and signal transmission line 709 is usually composed of five to six wires including several power transmission lines and three signal transmission lines per hall sensor 411, and the chamber wall is formed through the through hole 741. It is formed to penetrate 701.
  • One Hall sensor 411 is generally used, and the through hole 741 through which the power and the signal transmission line 709 pass is waterproofed.
  • the external drive circuit 708 may be configured as a separate independent PCB, but preferably integrated into the control unit 250 (see FIG. 2) of the hot water supply device simplifies the device structure and is preferable in terms of economics. .
  • the rotary impeller 404, the permanent magnet rotating part 402, the coil fixing part 401, the hall sensor 411, and the in-body printed circuit board 707 which are mechanical parts remain in the pump body 777. They work normally at high temperatures above 70 ° C.
  • the coil fixture 401 used in the motor whether BLDC or not, can generally withstand heat from 120 to 130 ° C.
  • the electronic components of the external drive circuit 708 may not operate normally at a high temperature of 70 ° C or higher.
  • BLDC motor pump can be configured.
  • the BLDC motor pump body 777 of the drive separate type hot water according to the present invention is installed in the chamber 700, that is, in the water
  • the water inlet 421 of the motor pump body 777 is located inside the chamber 700. Open to the water mass, and connect the water discharge port 422 of the motor pump body 777 to the pipe for supplying water (hot water) to the loop, that is, the water discharge pipes 711 and 712 of the chamber 700. By doing so, the inhalation of water can be made freely.
  • hot water hot water
  • reference numeral 714 denotes a water inlet conduit to which the chamber 700 and a hot water loop are connected
  • reference numeral 722 denotes a heater for heating the water in the chamber 700 to a predetermined temperature or more
  • reference numeral 721. Denotes a power line for supplying power to the heater 722.
  • the inlet 421 of the motor pump is connected to the hot water inlet duct 714 for pumping water, but in the present invention, since the inlet 421 of the motor pump is located in the water, the hot water inlet 714 ) Is not directly connected.
  • the pump using the rotary impeller 404 forms the inlet 421 along the rotation axis of the rotary impeller 404, and forms the discharge port 422 along the tangent of the circle formed while the rotary impeller 404 rotates. And, it pushes the water to the outside by the centrifugal force by the rotation of the impeller 404, and serves to suck as much water pushed out through the inlet 421. Since the noise and vibration of the motor pump mainly occur during the suction process, the less the burden on the suction port 421 is reduced, the more the noise and vibration can be minimized.
  • the motor pump body 777 is not directly fixed to the inner wall of the chamber 700, the water discharge port 422 of the motor pump body 777 and the pipe for discharging water (
  • the inlet 712 of the 711 is connected to an elastic rubber tube (typically, silicon or NBR material, 713), and the other end of the body 777 of the motor pump is connected to an elastic body 731 such as a rubber band or a spring.
  • the motor pump body 777 can be positioned in water (in warm water) by being fixed to one end of the chamber 700. In this case, sound waves and mechanical vibrations produced by the motor pump body 777 are attenuated by water before being transmitted to the wall of the chamber 700.
  • the motor pump body 777 is installed in hot water using the rubber tube 713 and the elastic body 731, and the inlet 421 is opened to the water mass inside the chamber 700. It is possible to implement a motor pump for substantially noiseless and vibration free hot water.
  • thermo-substitutability (1) to withstand heat of up to 100 °C inherently, (2) up to 100 without increasing the manufacturing cost according to the thermo-substitutability Which can be replaced with parts which can withstand temperatures up to 100 ° C; and (3) it is practically impossible to replace them with parts that can withstand temperatures up to 100 ° C due to cost increases, and on the other hand, position-changeability According to), (1) must be located in the pump body, (2) may be located outside the pump body, it is shown in Table 1 below.
  • the present invention starts from the above classification, and is a separate PCB drive 403 in which the Hall sensor and the electronic component is mounted in the past, the in-body printed circuit board equipped with only the Hall sensor 411 and the extension connection portion 412 707 and an external drive circuit 708 in which an electronic component such as a chip is present outside the chamber, i.e. outside the water, and then extends from the in-body printed circuit board 707 to a power and signal transmission line. 709 penetrates into and out of the chamber wall 701 and is connected to an external drive circuit 708 that is external to the chamber 700.
  • the noise is reduced.
  • Noise is a sound wave, because the water surrounding the motor pump has a strong sound attenuation effect.
  • the space inside the hot water supply device (engine) is neatly divided into two chambers and two control units, so if a partition is placed between them, the AC power and main board existing in the control unit may be leaked or leaked from the chamber and the attached tube. It can protect and improve user safety.

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Abstract

70 ℃ 이상의 온수를 공급하는 시스템에 사용되는 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치가 개시된다. 온수용 모터 펌프는, 온수가 채워진 체임버 내부에 설치되며, 코일 고정부, 코일 고정부 내부에 위치하여, 코일 고정부를 흐르는 전류에 따라 회전하는 영구자석 회전부, 영구자석 회전부에 결합되어 회전하며, 물을 회전 방향으로 유동시키는 회전 임펠러, 영구자석 회전부의 움직임을 감지하는 센서 및 상기 센서가 장착되고, 코일 고정부로 전력을 전달하는 인-바디 인쇄회로기판을 포함하는 모터펌프 몸체; 체임버 외부에 설치되며, 센서의 감지 신호에 따라 코일 고정부로 공급되는 전력을 조절하는 전자 부품이 장착되어 있는 외부 드라이브 회로; 및 인-바디 인쇄회로기판과 외부 드라이브 회로를 전기적으로 연결하며, 코일 고정부로 모터 구동 전력을 공급하며, 센서의 신호를 전달하는 전원 및 신호 전달선을 포함한다.

Description

온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치
본 발명은 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 통상 '온수 매트'라 불리는 개인용 전기 온수 순환 루프 시스템과 같이 70 ℃ 이상의 온수를 공급하는 시스템에 사용되는 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치에 관한 것이다.
온수 매트는 건강에 유익한 새로운 침구로 각광받고 있으며, 개인용 전기 온수 순환 루프(Personal Electrical Hot-Water Loop, 이하 'PEHL')라고도 한다. 도 1은 통상적인 온수 매트의 구성을 보여주는 사시도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, PEHL은 크게 온수를 공급하는 엔진부(통칭 '보일러', 10) 및 발열부(통칭 '매트리스', 20)로 구성된다. 상기 엔진부(10)는 센서와 입력값에 의해 물을 가열하고 순환시키는 역할을 하고, 상기 발열부(20)는 온수가 순환하는 온수 튜브를 구비하여, 온수에 의한 난방을 수행하는 역할을 한다. 상기 발열부(20)의 일단에는 상기 엔진부(10)로부터 온수를 공급받는 온수 공급 튜브(12)와, 상기 엔진부(10)로 온수를 돌려보내기 위한 온수 배출 튜브(22)가 설치되어 있다. 상기 엔진부(10) 및 발열부(20)가 온수 공급 및 배출 튜브(12, 22)로 결합되어 온수 루프(HWL: Hot Water Loop)를 형성한다.
온수 매트의 엔진부(10)는, 모터를 이용하여 온수를 물리적으로 순환시키는 모터펌프식과, 물을 가열하여 순환시키는 열펌프식으로 구분된다. 도 2는 통상적인 모터펌프식 온수 매트의 모식도이고, 도 3은 통상적인 열펌프식 온수 매트의 모식도이다. 도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 온수매트의 엔진부(210, 310)는, 물을 저장 및 가열하는 체임버(chamber, 230, 341, 342, 343), 물을 순환시키는 펌프(240, 341) 및 제어부(250, 350)의 3개 주요 모듈로 구성된다. 상기 제어부(250, 350)는 엔진부(210, 310)의 동작을 제어하고(Control), 전기를 공급하며(Electricity input), 온수 매트의 상태를 센싱(Sensing)하고 디스플레이(Display)하는 역할을 한다.
상기 모터펌프식 엔진부(210)는 하나의 체임버(230), 전기 모터펌프(240) 및 제어부(250)로 구성되며(도 2 참조), 상기 열펌프식 엔진부(310)는 통상 2개 이상의 체임버(341, 342, 343), 예를 들면, 가열 체임버(341), 공급 체임버(342) 및 물/수증기 대피 체임버(343)의 3개 체임버와, 제어부(350)로 구성되며, 이 중 가열 체임버(341)가 열펌프의 역할을 겸한다(도 3 참조). 열펌프의 역할을 하는 상기 가열 체임버(341)의 기능을 설명하면, 상기 가열체임버(341)에는 일정량의 공기(air, 391) 및 물이 존재하며, 물이 가열되면, 공기 팽창에 의해 물이 공급 체임버(342)로 밀려 공급된다. 이때, 가열 체임버(341) 내부의 히터(heater, 393) 전원을 차단하여 가열 체임버(341)를 냉각시키면, 음압이 발생하면서 발열부(매트리스, 320)로부터 물을 끌어당겨 흡입함으로써, 물이 순환된다. 즉, 가열 체임버(341)에 열을 가하면, 물이 가열 체임버(341)에서 공급 체임버(342)로 이동하고, 가열 체임버(341)에 열 공급을 중단시키면, 가열 체임버(341)가 냉각되면서, 물이 발열부(320)로부터 엔진부(310)의 가열 체임버(341)로 이동하여 순환한다. 도 2 및 3에서, 도면부호 220은 발열부를 나타내고, 299 및 399는 체임버(230, 342)로부터 과잉의 공기를 제거하기 위한 에어벤트를 나타낸다.
도 4는 모터펌프식 엔진부(210)에 사용될 수 있는 전기 모터펌프(240)로서, 브러시리스 직류(Brushless Direct Current, BLDC) 모터 펌프의 구조를 보여주는 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, BLDC 모터 펌프(400)는 원통형 외곽을 구성하는 코일 고정부(stator, 401), 상기 코일 고정부(401) 내부에 위치하는 원통형 영구자석 회전부(rotor, 402), 상기 영구자석 회전부(402)의 회전을 감지하는 홀센서(hall sensor, 411) 및 상기 홀센서(411)의 감지 신호에 따라 상기 코일 고정부(401)로 전류를 공급하는 전자 부품(칩, 마이크로콘트롤러 등)이 장착된 PCB 드라이브(printed circuit board drive, 403)를 포함한다. 상기 홀센서(411)는 연장 연결부(412, 통상 약 10 mm의 길이를 가진다)에 의해 PCB 드라이브(403)에 연결되어, 영구자석 회전부(402)의 회전을 감지할 수 있는 위치까지 연장되어 있다. 통상 상기 홀센서(411) 하나에 3개의 연장 연결부(412)가 장착되어 있다. 또한, 상기 코일 고정부(401)와 PCB 드라이브(403)는 통상 12V 미만의 직류(DC)를 공급하는 전원선(414)에 의하여 연결되어 있다. 상기 PCB 드라이브(403)의 타단에는, 외부로부터 통상 12 V 미만의 낮은 전압의 직류(DC)를 공급하는 전원 공급선(405)이 인출되어, 모터펌프(400) 몸체의 외벽(406)를 관통하여 외부로 연장되어 있다. 이와 같이, 코일 고정부(401)가 외곽을 구성하고, 영구자석 회전부(402)가 내부에 존재하는 형태를 '인러너 BLDC(in-runner BLDC)'라 하고, 반대로, 코일 고정부가 안에 있고, 영구자석 가동부가 외곽을 구성하는 형태를 '아웃러너 BLDC(out-runner BLDC)'라 하며, 온수매트 등에서 사용하는 소형 BLDC 모터펌프는 대부분 인러너 형태이다.
영구자석 회전부(402) 전면에는 물을 밀어주는 회전 임펠러(impeller, 404)가 부착되어 있다. 지금까지 온수를 공급하는 BLDC 모터펌프(400)는, 펌프 몸체 안에서, 임펠러(404)의 반대편 공간에 드라이브(403)를 설치하고, 펌프 몸체 자체는 수중에 설치되지 못하였다. 왜냐하면 드라이브(403)에서 사용되는 칩들은, 70 ℃ 이상의 고온에 지속적으로 노출되면, 장애를 일으키기 때문이다. 따라서, 온수의 열에 의해 직접적으로 영향을 받는 임펠러(404)가 회전하는 공간, 즉 물이 드나드는 공간에 존재하는 요소들은, 영구자석 회전부(402), 코일 고정부(401) 및 홀센서(411) 뿐이며, PCB 드라이브(403)는 임펠러(404) 회전공간으로부터 상대적으로 멀리 떨어져, 온수의 영향을 받지 않도록 구성되어 있다. 원통형 영구자석 회전부(402)는 오렌지의 횡단면처럼 원주가 분할되어 N, S, N, S 형태로 자극이 분할되어 있고, 코일 고정부(401) 역시 통상 4개 이상의 다극 코일들로서 각각의 극은 전류의 인가에 따라, 전자석인 상태와 전자석이 아닌 상태로 번갈아 존재하고, 홀센서(411)는 극이 바뀌면 출력 전압이 바뀐다. 따라서 코일 고정부(401)에 전류를 인가해서 임펠러(404)가 회전하면, 그 움직임은 홀센서(411)에 의해 감지되고, 홀센서(411)의 출력전압 변화에 따라, 드라이브(403)에 장착되어 있는 전자부품(칩, 마이크로콘트롤러 등)이 코일 고정부(401)를 제어한다.
도 5는 통상의 온수용 BLDC 모터 펌프의 설치 및 작동 매카니즘을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 5를 참조하면, 영구자석 회전부(402)와 코일 고정부(401), 및 홀센서(411)는 온수에 근접하여 위치하므로, 온수로부터 항상 뜨거운 열을 전달받지만, 드라이브(403)는 온수로부터 떨어져 있기 때문에, 온수의 열을 덜 전달받는다. 따라서, 방수 처리가 되어 있다고 하더라도, 기존의 소형 BLDC 모터펌프 전체를 온수 속에 설치하면, 칩 부분에서 장애가 발생한다. 즉, 현재의 BLDC 모터펌프는 온도에 상대적으로 약한 칩들이 장착되어 있는 PCB 드라이브(403)를 모터펌프 안에 내장하고 있으므로, 70 ℃ 안팎의 고온으로 유지되는 온수 안에 BLDC 모터펌프를 설치할 수 없다. 따라서, 온수를 공급하는 통상의 BLDC 모터 펌프는 모두 체임버 외부에 설치되어 사용되고 있다.
본 발명의 목적은, 70 ℃ 이상의 온수에서 작동이 가능한 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 소음 발생 및 제조원가가 작고, 컴팩트한 구조를 가지는 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 온수가 채워진 체임버(700) 내부에 설치되며, 원통형 외곽을 구성하며 전력이 공급되어 전류가 흐르는 코일 고정부(401), 상기 코일 고정부(401) 내부에 위치하여, 상기 코일 고정부(401)를 흐르는 전류에 따라 회전하는 영구자석 회전부(402), 상기 영구자석 회전부(402)에 결합되어 회전하며, 물을 회전 방향으로 유동시키는 회전 임펠러(404), 상기 영구자석 회전부(402)의 움직임을 감지하는 센서(411) 및 상기 센서(411)가 장착되고, 상기 코일 고정부(401)로 전력을 전달하는 인-바디 인쇄회로기판(707)을 포함하는 모터펌프 몸체(777); 상기 체임버(700) 외부에 설치되며, 상기 센서(411)의 감지 신호에 따라 상기 코일 고정부(401)로 공급되는 전력을 조절하는 전자 부품이 장착되어 있는 외부 드라이브 회로(708); 및 상기 인-바디 인쇄회로기판(707)과 외부 드라이브 회로(708)를 전기적으로 연결하며, 상기 코일 고정부(401)로 모터 구동 전력을 공급하며, 센서(411)의 신호를 전달하는 전원 및 신호 전달선(709)을 포함하는 온수용 모터 펌프를 제공한다.
본 발명은 또한, 물 유입 관로(714) 및 물 배출 관로(711)가 형성되어 내부에 물을 수용하며, 수용된 물을 가열하기 위한 히터(722)를 포함하는 체임버(700); 상기 모터펌프 몸체(777); 상기 외부 드라이브 회로(708); 및 상기 전원 및 신호 전달선(709)을 포함하는 온수 공급 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 통상의 모터펌프를, 별다른 제조원가의 상승 없이, 70 ℃ 이상의 온수 안, 즉, 체임버 내부에서 작동이 가능한 온수용 모터펌프로 개선하여, 첫째, 소음을 줄이고, 둘째, 진동을 감소시켜 사용자 편의성을 최대화하고, 셋째, 지금까지 체임버 외부에 모터펌프를 위치시켜, 모터펌프 주위에서 관로 연결 등을 위해 낭비되던 공간을 제거함으로써, 엔진을 보다 컴팩트(compact)하게 제조할 수 있으며, 넷째, 엔진 내부의 공간이 체임버 및 제어부의 2가지로 깔끔하게 구분됨으로써, 제어부에 존재하는 AC 전원 및 메인보드를, 체임버 및 부속 튜브에서 발생할 수 있는 누수 또는 침수로부터 보호할 수 있어, 사용자의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 통상적인 온수 매트의 구성을 보여주는 사시도.
도 2는 통상적인 모터펌프식 온수 매트의 모식도.
도 3은 통상적인 열펌프식 온수 매트의 모식도.
도 4는 모터펌프식 엔진부에 사용될 수 있는 브러시리스 직류(BLDC) 모터 펌프의 구조를 보여주는 모식도.
도 5는 통상의 온수용 BLDC 모터 펌프의 설치 및 작동 매카니즘을 설명하기 위한 블록도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치의 설치 및 작동 매카니즘을 설명하기 위한 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치의 구조를 보여주는 모식도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치의 설치 및 작동 매카니즘을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치의 구조를 보여주는 모식도이다. 도 6 및 7을 참조하면, 본 발명에 따른 온수용 모터 펌프는, 기존의 BLDC 모터펌프(400) 몸체 안에 존재하며, 영구자석 회전부(402)의 움직임을 감지하는 센서, 예를 들면, 홀센서(hall sensor, 411) 및 전자부품이 장착되어 있는 PCB 드라이브(403)를 둘로 분리한 것으로서, 홀센서(411) 및 이를 연결하는 연결부(412) 만이 장착된 인-바디 인쇄회로기판(이하 IBPCB, In-Body Printed circuit board, 707)과, 칩 등의 열에 약한 전자부품이 장착된 외부 드라이브 회로(Exterior Drive Circuit; EDC, 708)로 분리한 것이다.
본 발명에 따른 온수용 모터 펌프는 온수가 채워진 체임버(700) 내부에 설치되는 모터펌프 몸체(777) 및 체임버(700) 외부, 즉, 물 외부에 설치되는 외부 드라이브 회로(708)를 포함한다. 상기 모터펌프 몸체(777)는 원통형 외곽을 구성하며 전력이 공급되어 전류가 흐르는 코일 고정부(stator, 401), 상기 코일 고정부(401) 내부에 위치하여, 상기 코일 고정부(401)를 흐르는 전류에 따라 회전하는 영구자석 회전부(402), 상기 영구자석 회전부(402)에 결합되어 회전하며, 물을 회전 방향으로 유동시키는 회전 임펠러(404), 상기 영구자석 회전부(402)의 움직임을 감지하는 홀센서(411) 및 상기 홀센서(411)가 장착되고, 상기 코일 고정부(401)로 전력을 전달하는 인-바디 인쇄회로기판(707)을 포함한다. 외부 드라이브 회로(708)에는 상기 홀센서(411)의 감지 신호에 따라 상기 코일 고정부(401)로 공급되는 전력을 조절하는 전자부품이 장착되어 있다. 상기 인-바디 인쇄회로기판(707)과 외부 드라이브 회로(708)는 코일 고정부(401)로 모터 구동 전력을 공급하며, 홀센서(411)의 신호를 전달하는 전원 및 신호 전달선(709, wire)에 의해 전기적으로 연결된다. 상기 전원 및 신호 전달선(709)은 통상 수 가닥의 전원선과 홀센서(411) 1개당 3개의 신호 전달선을 포함하는 5~6 가닥의 전선으로 이루어지고, 관통구(741)를 통해 체임버 벽(701)을 관통하도록 형성된다. 상기 홀센서(411)는 통상 1개가 사용되며, 상기 전원 및 신호 전달선(709)이 통과한 관통구(741)는 방수 처리된다.
상기 외부 드라이브 회로(708)는 별도의 독립적 PCB로 구성될 수 있으나, 바람직하게는 온수 공급 장치의 제어부(250, 도 2 참조)에 통합되는 것이, 장치 구조를 단순화하고, 경제적인 측면에서 바람직하다. 이렇게 되면, 펌프 몸체(777)에는 기계적 부품인 회전 임펠러(404), 영구자석 회전부(402), 코일 고정부(401), 홀센서(411) 및 인-바디 인쇄회로기판(707)만 남게 되고, 이들은 70 ℃ 이상의 고온에서 정상 작동한다. 예를 들면, BLDC이든 아니든, 모터에서 사용되는 코일 고정부(401)는 일반적으로 120 내지 130 ℃의 열을 견딜 수 있다. 반면, 상기 외부 드라이브 회로(708)의 전자 부품은 70 ℃ 이상의 고온에서 정상 작동하지 못한다. 따라서, 기존 모터펌프의 드라이브(403) 중, 열에 약한 칩 등의 전자부품을 펌프 외부에 존재하는 외부 드라이브 회로(708)에 장착하면, 별다른 제조원가의 상승 없이, 70 ℃ 이상의 온수에서 작동되는 온수용 BLDC 모터펌프를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 드라이브 분리형 온수중 BLDC 모터펌프 몸체(777)를 체임버(700) 내부, 즉, 물 안에 설치할 시, 모터펌프 몸체(777)의 물 흡입구(421)를 체임버(700) 내부의 물 매스(mass)에 개방하고, 모터펌프 몸체(777)의 물 토출구(422)를 루프에 물(온수)을 공급하는 관로, 즉, 체임버(700)의 물 배출 관로(711, 712)에 연결시킴으로써, 물의 흡입이 자유롭게 이루어질 수 있다. 도 7에서, 도면 부호 714는 체임버(700)와 온수 루프가 연결되는 물 유입 관로를 나타내고, 도면 부호 722는 체임버(700) 내부의 물을 소정 온도 이상으로 가열하기 위한 히터를 나타내고, 도면 부호 721은 상기 히터(722)에 전력을 공급하기 위한 전원선을 나타낸다. 통상적으로, 모터펌프의 흡입구(421)는 물의 펌핑을 위하여 상기 온수 유입 관로(714)에 연결되지만, 본 발명에 있어서는, 모터펌프의 흡입구(421)가 수중에 위치하므로, 상기 온수 유입 관로(714)에 직접 연결되지 않는다. 한편, 회전 임펠러(404)를 이용하는 펌프는, 회전 임펠러(404)의 회전축을 따라 흡입구(421)를 형성하고, 회전 임펠러(404)가 회전하면서 형성하는 원의 접선을 따라 토출구(422)를 형성하며, 임펠러(404)의 회전에 의한 원심력에 의해 물을 외부로 밀어내고, 밀려난 만큼의 물을 흡입구(421)를 통해 빨아들이는 역할을 한다. 모터펌프의 소음 및 진동은 흡입 과정에서 주로 발생하므로, 흡입구(421)에 걸리는 부담을 적게 만들수록, 소음과 진동이 최소화될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 모터펌프 몸체(777)는 체임버(700) 내부 벽면에 직접 고정되는 대신, 모터펌프 몸체(777)의 물 토출구(422)와 물을 배출하는 관로(711)의 입구(712)를 탄성이 있는 고무 튜브(통상, 실리콘 또는 NBR 소재, 713)로 연결하고, 상기 모터펌프의 몸체(777)의 다른 일단을 고무 밴드 또는 스프링과 같은 탄성체(731)를 이용하여, 체임버(700)의 일단에 고정함으로써, 모터펌프 몸체(777)를 수중(온수 중)에 위치(hanging)시킬 수 있다. 이 경우, 모터펌프 몸체(777)에서 만들어지는 음파 및 기계진동은, 체임버(700)의 벽에 전달되기 전, 물에 의해 감쇄(attenuation)된다. 본 발명에 의해 모터펌프 몸체(777)를 고무 튜브(713)와 탄성체(731)를 이용하여 온수 중에 설치하고(hanging), 흡입구(421)를 체임버(700) 내부 물 매스(mass)에 개방시켜, 실질적으로 무소음 및 무진동 온수용 모터 펌프를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 온수용 모터 펌프는, 열-교체성(thermo-substitutability)에 따라, 그 구성 부품을 (1) 본래부터 최대 100 ℃의 열을 견디는 것, (2) 별다른 제조원가의 상승 없이 최대 100 ℃의 열에 견디는 부품으로 교체할 수 있는 것, (3) 원가 상승 등의 이유로 최대 100 ℃의 열에 견디는 부품으로 교체하는 것이 실질적으로 불가능한 것으로 구분하고, 다른 한편으로, 위치-변경성 (position- changeability)에 따라, (1) 반드시 펌프 몸체 안에 위치해야 하는 것, (2) 펌프 몸체 외부에 위치해도 되는 것을 구분하였으며, 이를 하기 표 1에 나타내었다.
본래부터 열에 강함 열에 강한 부품으로교체하기 용이함 열에 강한 부품으로 교체 시 원가 상승이 큼
반드시 펌프몸체 내부에 설치 코일 영구자석, 드라이브의 홀센서 -
펌프몸체의 외부에도 설치 가능 - - 드라이브의 칩 및그 주변 부품
또한, 상기 표 1에서 '열에 강한 부품으로 교체하기 용이하며, 동시에 반드시 펌프몸체 내부에 구비되어야 하는 요소'로 분류되는 영구자석 및 홀센서가, '열에 강한 규격'으로 교체하기 용이하다는 점을 고려하여, 온수용 모터펌프의 구성요소를 하기 표 2와 같이 다시 정리하였다.
본래부터 열에 강함 열에 강한 부품으로 교체 어려움
반드시 펌프몸체 내부에 설치 코일, 영구자석, 드라이브의 홀센서 -
펌프몸체의 외부에도 설치 가능 - 드라이브의 칩 및 그 주변 부품
본 발명은 상기 분류에서 출발하여, 기존에 홀센서와 전자부품이 장착되어 있는 PCB 드라이브(403)를 분리한 것으로서, 홀센서(411) 및 연장 연결부(412)만 장착된 인-바디 인쇄회로기판(707)과, 체임버 외부, 즉 물 외부에 존재하는, 칩 등의 전자부품이 장착된 외부 드라이브 회로(708)로 나눈 다음, 인-바디 인쇄회로기판(707)로부터 연장된 전원 및 신호 전달선(709)이 물 속 및 체임버 벽(701)을 관통하고 외부로 인출되어, 체임버(700) 외부에 존재하는 외부 드라이브 회로(708)에 연결된다.
본 발명에 따른 온수용 모터 펌프 및 이를 이용한 온수 공급 장치에 의하면, 다음과 같은 효과가 발생한다. 첫째, 소음이 감소한다. 소음은 음파인 바, 모터펌프를 둘러싼 물이 강력한 음파감쇄(sound attenuation) 효과를 일으키기 때문이다. 둘째, 영구자석 가동부(402) 및 임펠러(404)의 회전에 의한 기계 진동이 감소한다. 이 역시 모터펌프를 둘러싼 물이 강력한 진동감쇄(vibration attenuation) 효과를 일으키기 때문이다. 셋째, 체임버 밖에 모터펌프를 두고 체임버와 모터펌프를 실리콘 등의 소재로 된 튜브로 연결할 필요가 없으므로, 모터펌프 의 주위에서 낭비되는 공간을 절약할 수 있다. 넷째, 온수 공급 장치(엔진) 내부의 공간이 체임버와 제어부 두 개로 깔끔하게 구분됨으로써, 둘 사이에 격벽을 세우면, 제어부에 존재하는 AC 전원 및 메인보드를 체임버 및 부속 튜브에서 발생할 수 있는 누수 혹은 침수로부터 보호할 수 있어, 사용자 안전성이 향상된다.
이상, 특정 실시 형태를 참조하여, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 첨부된 특허청구범위의 기재에 따라, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 또는 대체물을 모두 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

  1. 온수가 채워진 체임버(700) 내부에 설치되며, 원통형 외곽을 구성하며 전력이 공급되어 전류가 흐르는 코일 고정부(401), 상기 코일 고정부(401) 내부에 위치하여, 상기 코일 고정부(401)를 흐르는 전류에 따라 회전하는 영구자석 회전부(402), 상기 영구자석 회전부(402)에 결합되어 회전하며, 물을 회전 방향으로 유동시키는 회전 임펠러(404), 상기 영구자석 회전부(402)의 움직임을 감지하는 센서(411) 및 상기 센서(411)가 장착되고, 상기 코일 고정부(401)로 전력을 전달하는 인-바디 인쇄회로기판(707)을 포함하는 모터펌프 몸체(777);
    상기 체임버(700) 외부에 설치되며, 상기 센서(411)의 감지 신호에 따라 상기 코일 고정부(401)로 공급되는 전력을 조절하는 전자 부품이 장착되어 있는 외부 드라이브 회로(708); 및
    상기 인-바디 인쇄회로기판(707)과 외부 드라이브 회로(708)를 전기적으로 연결하며, 상기 코일 고정부(401)로 모터 구동 전력을 공급하며, 센서(411)의 신호를 전달하는 전원 및 신호 전달선(709)을 포함하는 온수용 모터 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 모터펌프 몸체(777)의 물 흡입구(421)는 상기 체임버(700) 내부의 물 매스(mass)에 개방되고, 상기 모터펌프 몸체(777)의 물 토출구(422)는 상기 체임버(700)로부터 물을 배출하는 관로(711, 712)에 연결되는 것인, 온수용 모터 펌프.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 회전 임펠러(404), 영구자석 회전부(402), 코일 고정부(401), 홀센서(411) 및 인-바디 인쇄회로기판(707)은 70 ℃ 이상의 고온에서 정상 작동하며, 상기 외부 드라이브 회로(708)의 전자 부품은 70 ℃ 이상의 고온에서 정상 작동하지 못하는 것인, 온수용 모터 펌프.
  4. 물 유입 관로(714) 및 물 배출 관로(711)가 형성되어 내부에 물을 수용하며, 수용된 물을 가열하기 위한 히터(722)를 포함하는 체임버(700);
    상기 체임버(700) 내부에 설치되며, 원통형 외곽을 구성하며 전력이 공급되어 전류가 흐르는 코일 고정부(401), 상기 코일 고정부(401) 내부에 위치하여, 상기 코일 고정부(401)를 흐르는 전류에 따라 회전하는 영구자석 회전부(402), 상기 영구자석 회전부(402)에 결합되어 회전하며, 물을 회전 방향으로 유동시키는 회전 임펠러(404), 상기 영구자석 회전부(402)의 움직임을 감지하는 센서(411) 및 상기 센서(411)가 장착되고, 상기 코일 고정부(401)로 전력을 전달하는 인-바디 인쇄회로기판(707)을 포함하는 모터펌프 몸체(777);
    상기 체임버(700) 외부에 설치되며, 상기 센서(411)의 감지 신호에 따라 상기 코일 고정부(401)로 공급되는 전력을 조절하는 전자 부품이 장착되어 있는 외부 드라이브 회로(708); 및
    상기 인-바디 인쇄회로기판(707)과 외부 드라이브 회로(708)를 전기적으로 연결하며, 상기 코일 고정부(401)로 모터 구동 전력을 공급하며, 센서(411)의 신호를 전달하는 전원 및 신호 전달선(709)을 포함하는 온수 공급 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 모터펌프 몸체(777)의 물 토출구(422)와 상기 체임버(700)의 물 배출 관로(711)를 탄성이 있는 고무 튜브(713)로 연결하고, 상기 모터펌프의 몸체(777)의 다른 일단을 탄성체(731)를 이용하여, 상기 체임버(700)의 일단에 고정함으로써, 상기 모터펌프 몸체(777)를 수중에 위치시키는 것인, 온수 공급 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 외부 드라이브 회로(708)는 상기 온수 공급 장치의 제어부에 통합되어 설치되는 것인, 온수 공급 장치.
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