WO2020111508A1

WO2020111508A1 - Bldc 다이어프램 펌프 어셈블리

Info

Publication number: WO2020111508A1
Application number: PCT/KR2019/013530
Authority: WO
Inventors: 성이제
Original assignee: (주)씨에스이
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR102123442B1; KR20200065654A

Abstract

본 발명은 정수기 등에 장착되어 다이어프램을 이용해 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 흡입부와 배출부의 각 체크밸브를 순차적으로 개폐시켜 유체를 흡입 후 배출하여 유체의 펌핑 공급이 가능하게 하는 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이어프램을 승하강시키는 BLDC 모터를 사용하여, 내구성을 높이고 BLDC 모터의 고속회전에 따른 유체의 배출 용량 증대를 도모함은 물론, 일반 브러시 모터에 비해 장기간 사용해도 소음이 늘거나 성능이 떨어지지 않으며, 정밀한 속도 제어가 가능하면서 에너지 효율이 높은 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에 관한 것이다.

Description

BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리

일반적으로 다이어프램 펌프는 탄성력을 갖는 다이어프램을 이용해 챔버 내의 체적을 변화시켜 유체의 흡입 및 배출 압력을 형성하여 유체를 펌핑하는 것으로, 코발트기 또는 니켈기 등의 초합금으로 이루어진 금속 다이어프램과, 일반 고무 재질로 이루어진 비금속 다이어프램이 사용된다.

이와 관련된 종래 기술로써, 대한민국 공개특허 제10-2015-0085791호가 있다.

상기 종래 기술은, 다이어프램의 피스톤부 상부에 펌핑 피스톤이 별도로 추가되어, 볼트가 펌핑 피스톤과 피스톤부를 관통하여 다이어프램을 승하강시키는 원형핀에 결합되어 구성되는데, 펌핑 피스톤은 다이어프램과 마운트의 원형핀을 상호 결합시킴과 동시에 다이어프램의 승하강 운동에 따라 가압력의 방향을 전환시키며, 특히 마운트의 원형핀에 볼트 결합되는 다이어프램의 결합공을 펌핑 피스톤이 밀폐하면서 기밀성을 제공하여, 펌핑 작동 시 유체가 다이어프램 외부로 누설되는 것을 방지한다.

이렇게 펌핑 피스톤과 다이어프램으로 이루어진 2중 판 구조를 채택하면, 부품들의 견고한 조립 및 기밀성 확보가 가능하나, 부품 추가로 인해 제조 단가가 상승할 수밖에 없고, 조립성이 떨어지는 단점이 있다.

특히 상기 종래 기술은 일반적인 브러시 모터를 사용함에 따라 브러시의 마모로 인해 내구성이 떨어짐은 물론 소음이 증가되면서 성능이 떨어져 정밀한 속도 제어가 불가능지면서 펌프의 성능이 점점 더 떨어지는 문제점이 있다.

또한 다이어프램의 반복된 탄성 변형으로 인해, 펌핑 피스톤이 조립된 다이어프램의 피스톤부 또는 결합공 부위에 마모가 발생하여 유체가 누설될 위험성이 있다.

아울러 종래 기술에서 확인할 수 있는 바와 같이 모터에 의해 회전하는 캠부재에 의해 다이어프램의 일부가 연속적으로 승하강되면서 각 펌핑 챔버의 압력이 순차적으로 변화되어 유체의 흡입 및 배출이 이루어질 때, 다이어프램의 승하강에 따른 형상 변위 시 볼트가 결합된 부위가 벌어지는 등의 파손이 발생하여 기밀성이 상실될 위험성이 큰 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

일반 브러시 모터에 비하여 내구성을 높이고, BLDC 모터의 고속회전에 따른 유체의 배출 용량 증대를 도모함은 물론, 일반 브러시 모터에 비해 장기간 사용해도 소음이 늘거나 성능이 떨어지지 않으며, 정밀한 속도 제어가 가능하면서 에너지 효율을 높일 수 있도록, 다이어프램을 승하강시키는 BLDC 모터를 포함하는 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 다이어프램과 가압 플레이트의 결합을 견고하게 하면서 결합 부품을 줄여 제조 단가를 절감하면서도 조립성 및 제조 편의성을 확보함과 아울러 기밀성을 보장할 수 있도록, 각 펌핑 챔버 내로 삽입되고 볼트 결합공이 관통 형성된 돔부와, 볼트 결합공에 끼워져 다이어프램과 가압 플레이트를 결합시키는 볼트와, 돔부의 상면에 오목 형성되어 볼트의 헤드가 수용되는 수용홈과, 수용홈의 바닥면에서 볼트 결합공 둘레를 따라 상부로 돌출되어 볼트의 헤드에 밀착되는 실링턱을 포함하는 다이어프램을 구비한, BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은, 유체의 흡입 및 배출, 특히 유체 배출 압력을 향상시키며 유체의 흐름성을 좋게 하여 고압의 펌핑 압력을 보장함은 물론 배출공의 제2 체크밸브의 개폐가 더욱 정밀하게 이루어질 수 있도록, 내측 모서리를 갖는 부채꼴 형상의 배출부가 내측으로 하향 경사지게 형성되어 내측 모서리에 구비된 끼움공과 외측 원호부에 구비된 복수개의 배출공이 배치되어 있으며, 배출부에 대응하는 부채꼴 형상으로 배출공들을 덮는 개폐막과 개폐막의 내측 모서리에 구비되어 끼움공에 끼워지는 끼움돌기로 이루어진 제2 체크밸브를 포함하여 이루어지는, BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은, 상기 제2 체크밸브를 견고하게 고정시키면서 개폐막의 개폐가 원활하게 이루어지도록, 상부 하우징의 배출로 중앙에서 상기 끼움공을 향해 하측으로 돌출되어 제2 체크밸브의 내측 모서리부를 가압하여 고정시키는 고정핀을 포함하여 이루어지는, BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은, 상부 하우징과 챔버 하우징 사이의 기밀성 확보를 위해, 상부 하우징의 수용부를 형성하는 외벽 내측에 하부로 돌출된 밀폐턱이 구비되고, 챔버 하우징의 상면 테두리와 밀폐턱 사이에 패킹링이 끼워져 결합되는, 다어이프램 BLDC 펌프 어셈블리를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리는,

유체가 유입되어 배출되는 유로를 구비한 상부 하우징;

상기 상부 하우징 하부에 결합되는 것으로, 상기 유로의 유입로와 연결된 외측 유입부와 상기 유로의 배출로와 연결된 내측 배출부를 구비한 복수개의 펌핑 챔버가 방사상으로 배열되어 있는 챔버 하우징;

상기 유입부를 개폐하는 제1 체크밸브와, 상기 배출부를 개폐하는 제2 체크밸브로 이루어진 밸브부재;

상기 챔버 하우징 하부에 결합되어 펌핑 챔버를 차폐하고, 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 각 체크밸브를 순차적으로 개폐하여 펌핑 챔버에 펌핑 압력을 형성하는 다이어프램;

상기 다이어프램을 승하강시키는 삽입 몸체들과, 회전을 통해 상기 삽입 몸체들을 순차적으로 승하강시키는 캠부재를 구비한 가압 플레이트; 및

상기 캠부재를 회전시키는 BLDC 모터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에서,

상기 배출부는, 내측 모서리를 갖는 부채꼴 형상으로, 내측 모서리부에 형성된 끼움공과, 외측 원호부에 형성되어 상기 펌핑 챔버와 연통된 복수개의 배출공으로 구성되고,

상기 제2 체크밸브는, 상기 배출부에 대응하는 부채꼴 형상으로, 상기 복수개의 배출공을 덮는 개폐막과, 상기 개폐막의 내측 모서리부에서 하측으로 돌출되어 상기 끼움공에 끼워지는 끼움돌기로 이루어지며,

상기 상부 하우징은, 상기 배출로의 중앙에서 상기 끼움홀을 향해 하측으로 돌출되어 상기 제2 체크밸브의 내측 모서리부를 가압하여 고정시키는 고정핀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에서,

상기 다이어프램은, 각 펌핑 챔버 내로 삽입 가능하도록 펌핑 챔버보다 작은 직경을 갖으면서 상부로 돌출 형성되고 중앙에 볼트 결합공이 관통 형성된 돔부와, 상기 볼트 결합공에 끼워져 다이어프램과 가압 플레이트를 결합시키는 볼트와, 상기 돔부의 상면에 오목 형성되어 상기 볼트의 헤드가 수용되는 수용홈과, 상기 수용홈의 바닥면에서 볼트 결합공 둘레를 따라 상부로 돌출되어 볼트의 헤드에 밀착되는 실링턱을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에서,

상기 상부 하우징은, 상기 챔버 하우징과 상기 다이어프램이 수용되는 수용부를 갖되, 상부 하우징의 외벽 내측에 외벽을 따라 하부로 돌출된 밀폐턱을 구비하고,

상기 챔버 하우징의 상면 테두리와 상기 밀폐턱 사이에 끼워지는 패킹링을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리는,

다이어프램을 승하강시키는 BLDC 모터로 인해 내구성을 높임과 동시에 BLDC 모터의 고속회전에 따른 유체의 배출 용량 증대를 도모하고, 일반 브러시 모터에 비해 장기간 사용해도 소음이 늘거나 성능이 떨어지지 않으며, 정밀한 속도 제어가 가능하면서 에너지 효율을 높일 수 있고,

다이어프램과 가압 플레이트를 결합시키는 별도의 결합 부품을 생략하여 제조 단가 절감 및 조립성과 제조 편의성을 확보하고,

다이어프램의 돔부로 가압력의 방향 전환이 이루어짐은 물론, 실링턱과 볼트의 헤드 밀착을 통해 기밀성을 확보하여, 다이어프램의 볼트 결합공으로 유체가 누설되는 것을 방지하고,

다이어프램의 형상 변위에 대응하도록 내측으로 하향 경사진 배출부 및 제2 체크밸브를 통해 유체의 흐름을 좋게 하여 펌핑 압력을 향상시키면서 제2 체크밸브의 정밀한 개폐가 이루어지고,

상부 하우징의 고정핀을 통해 제2 체크밸브를 고정시켜 볼트 결합 구조를 채용하기 어려운 제2 체크밸브의 편리한 조립 및 결합 안정성을 확보하며,

밀폐턱과 패킹링을 이용한 상부 하우징과 챔버 하우징의 2중 실링 구조를 통해 펌핑 압력으로 발생하는 유체의 누설을 완벽하게 차단 및 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리의 전체 외관 사시도.

도 1b는 본 발명에 따른 상부 하우징의 단면도.

도 2a, 도 2b는 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리의 요부 결합 사시도들.

도 3a, 도 3b는 도 2의 분해 사시도들.

도 4a, 도 4b, 도 4c는 도 2의 결합 단면도 및 작동 상태별 요부 단면도들.

도 5a, 도 5b는 본 발명의 챔버 하우징과 제1 체크밸브의 결합 구조를 설명하기 위한 단면도들.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 상부 하우징 11 : 유입구

12 : 배출구 13 : 유입로

14 : 배출로 15 : 수용부

16 : 고정핀 17 : 밀폐턱

18 : 패킹링

20 : 챔버 하우징 21 : 흡입부

21a : 관통공 21b : 유입공

22 : 배출부 22a : 끼움공

22b : 배출공 23 : 펌핑 챔버

30 : 하부 하우징 31 : 삽입부

40 : 밸브부재 41 : 제1 체크밸브

41A : 제1 개폐막 41B : 기둥부

41C : 걸림부 42 : 제2 체크밸브

42A : 제2 개폐막 42B : 끼움돌기

42a : 보강부

50 : 다이어프램 51 : 돔부

51a : 볼트 결합공 52 : 볼트

53 : 수용홈 54 : 실링턱

60 : 가압 플레이트 61 : 삽입 몸체

61a : 볼트 체결공 61A : 경사면부

62 : 캠부재 63 : 베어링

70 : BLDC 모터

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 다이어프램 어셈블리를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 2a 및 도 3a를 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 정수기 등에 장착되어 다이어프램을 이용해 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 흡입부와 배출부의 각 체크밸브를 순차적으로 개폐시켜 유체를 흡입 후 배출시켜 유체의 펌핑 공급이 가능하게 하는 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리에 관한 것으로,

도 1a 내지 도 5b에 도시된 바와 같이, 크게 상부 하우징(10), 챔버 하우징(20), 하부 하우징(30), 밸브부재(40), 다이어프램(50), 가압 플레이트(60), BLDC 모터(70)를 포함한다.

상기 상부 하우징(10)은 흡입된 유체가 배출되는 유로를 구비한 것으로, 일측에 유입구(11)가 구비되고, 타측에 배출구(12)가 구비되어 있으며, 유로로써 유입구(11)와 배출구(12) 사이에 유입로(13)와 배출로(14)가 구비된다.

특히 상부 하우징(10)의 유입로(13)와 배출로(14)는 원형으로 내, 외측에 동심원 형태로 배치되어 유입로(13)에 유입구(11)가 연결되고 배출로(14)에 배출구(12)가 연결되어 있으며, 이러한 유입로(13)와 배출로(14)는 하측의 수용부(15)와 연통되어 수용부(15)에 수용되는 챔버 하우징(20)과 다이어프램(50)에 의해 서로 차폐된다.

도 1b의 미설명 도면부호 14A는 외측 유입로(13)를 관통하여 내측 배출로(14)와 배출구(12)를 연결하는 관로이다.

아울러 도면에 도시되지 않았으나, 상기 유입구(11) 및 배출구(12)에는 호스와 같은 관체를 이빨 물림으로 고정할 수 있는 피팅이 구비될 수 있다.

또한 상기 상부 하우징(10)은, 상기 수용부(15)를 형성하는 외벽 내측에 외벽을 따라 하부로 돌출된 밀폐턱(17)을 구비하고,

상기 챔버 하우징(20)의 상면 테두리(즉 각 흡입부(21)의 외측면을 모두 둘러싼 부위)와 상기 밀폐턱(17) 사이에 끼워지는 패킹링(18)을 더 포함하여 이루어져,

챔버 하우징(20)의 외벽 내측면에 밀착되는 다이어프램(50)과, 패킹링(18)이 2중 실링 구조를 형성함으로써, 펌핑 챔버(23)로 흡입된 유체가 외부로 누설되는 것을 방지한다.

상기 챔버 하우징(20)은, 상기 상부 하우징(10)의 하부, 특히 수용부(15)에 수용되면서 결합되는 것으로, 상기 유로의 유입로(13)와 연결된 외측 흡입부(21)와 상기 유로의 배출로(14)와 연결된 내측 배출부(22)를 구비한 복수개의 펌핑 챔버(23)가 원형으로 원형 배열되어 있다.

즉, 각 펌핑 챔버(23)는 상부 하우징(10)의 중앙을 중심으로 복수개가 원형 배열되어, 외측의 흡입부(21)가 상부 하우징(10)의 유입로(13)와 연결되고 내측의 배출부(22)가 상부 하우징(10)의 배출로(14)와 연결되며, 도면에서는 3개의 펌핑 챔버(23)가 삼각형으로 배열되어 있는 것을 확인할 수 있다.

특히 상기 흡입부(21)는 상부 하우징(10)의 중앙에 형성된 배출부(22)를 중심으로 방사상으로 배열되어 있는 것으로, 각 흡입부(21)는 원형 형상으로 이루어지며, 내측 중앙에 챔버 하우징(20)의 상면을 관통하여 형성된 관통공(21a)과, 상기 관통공(21a)의 외측 둘레를 따라 챔버 하우징(20)의 상면을 관통하여 원형 배열된 복수개의 유입공(21b)으로 구성되고,

상기 배출로(14)는 상부 하우징(10)의 중앙에 구비되어 있는 것으로, 각 배출부(22)는 내측 모서리를 갖는 부채꼴 형상으로 이루어지며, 내측 모서리부에 챔버 하우징(20)의 상면을 일부 관통하여 형성된 끼움공(22a)과, 챔버 하우징(20)의 상면을 관통하여 외측 원호부에 원호 형상으로 배열된 복수개의 배출공(22b)으로 구성되며,

상기 유입공(21b) 및 배출공(22b)은 하부의 펌핑 챔버(23)와 모두 연통되어, 유입구(11)-유입로(13)-유입공(21b)-펌핑 챔버(23)-배출공(22b)-배출로(14)(관로)-배출구(12)가 하나의 유로를 형성하게 된다.

또한 펌핑 챔버(23)의 내측 상면에는 상기 관통공(21a)에서 외측으로 확장되어 돔 형상으로 오목 형성된 오목부(21c)가 구비되어 제1 체크밸브(41)의 제1 개폐막(41A)이 오목부(21c)에 수용된다.

아울러 각 펌핑 챔버(23)는 하면이 개구되어 형성되어 하부에 결합되는 다이어프램(50)에 의해 펌핑 챔버(23)들이 서로 구획화되면서 차폐된다.

상기 하부 하우징(30)은, 상기 상부 하우징(10)의 하부에 결합되어 있는 것으로, 상, 하부 하우징(10)(30) 내부에 챔버 하우징(20)과 다이어프램(50)이 수용된다.

이러한 하부 하우징(30)은, 상기 각 펌핑 챔버(23)에 대응하는 복수개의 삽입부(31)가 관통 형성되어, 하측 가압 플레이트(60)의 상면에서 돌출된 삽입몸체(61)가 각 삽입부(31)에 삽입 가능하도록 결합되며, 이때 각 삽입부(31)의 내경은 삽입몸체(61)의 외경보다 크게 형성되어 삽입부(31) 내에서 삽입몸체(61)가 기울어지는 형태로 승하강이 가능하도록 한다.

상기 밸브부재(40)는 상기 흡입부(21)를 개폐하는 제1 체크밸브(41)와, 상기 배출부(22)를 개폐하는 제2 체크밸브(42)로 이루어진다.

제1, 제2 체크밸브(41)(42)는 유체의 흐름을 일방향, 즉 제1 체크밸브(41)는 유체가 유입로(13)에서 펌핑 챔버(23) 방향으로, 제2 체크밸브(42)는 유체가 펌핑 챔버(23)에서 배출로(14) 방향으로 흐르도록 제어하는 것으로, 도면에서는 탄성 변형이 가능한 고무 등의 합성수지 소재로 이루어진 제1, 제2 개폐막(41A)(42A)을 구비한 제1, 제2 체크밸브(41)(42)를 확인할 수 있고,

이때 유체의 흐름 방향을 감안하여, 제1 체크밸브(41)는 제1 개폐막(41A)이 펌핑 챔버(23) 내부에 배치되도록 결합되고, 제2 체크밸브(42)는 제2 개폐막(42A)이 펌핑 챔버(23)의 외부, 즉 배출로(14)에 배치되도록 구비되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 제1 체크밸브(41)는, 상기 흡입부(21)에 대응하는 원형 형상으로, 상기 복수개의 유입공(21b)을 덮는 제1 개폐막(41A)과, 상기 제1 개폐막(41A)의 상면 중앙에서 상측으로 돌출되어 상기 관통공(21a)에 끼워지는 기둥부(41B)와, 상기 기둥부(41B)의 외주면에서 외측으로 돌출되어 흡입부(21)의 상면에 걸림 결합하여 제1 체크밸브(41)를 고정시키는 걸림부(41C)로 이루어진다.

또한 상기 제1 체크밸브(41)의 기둥부(41B)는, 상기 걸림부(41C)에서 상측으로 연장 형성되어(즉 기둥부(41B)의 중간 높이에 걸림부(41C)가 구비됨.) 관통공(21a)에 끼워질 수 있는 기둥 연장부(41B')를 구비하고, 상기 걸림부(41C)는 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 원추형으로 이루어져,

펌핑 챔버(23)의 하측 개구부를 통해 상기 기둥 연장부(41B')를 관통공(21a)에 끼운 상태에서 원추형 걸림부(41C)를 관통공(21a)으로 억지 끼움하여 흡입부(21)의 상, 하면에 각각 걸림부(41C)와 제1 개폐막(41A)이 걸림 결합되어 제1 체크밸브(41)가 조립되며, 조립 후 상기 기둥 연장부(41B')를 절단하여 제거함으로써, 별도의 볼트부재를 사용하지 않고 탄성 소재의 제1 체크밸브(41)를 흡입부(21)에 견고하게 결합시킬 수 있다.

그리고 상기 제2 체크밸브(42)는, 상기 배출부(22)에 대응하는 부채꼴 형상으로, 상기 복수개의 배출공(22b)을 덮는 제2 개폐막(42A)과, 상기 제2 개폐막(42A)의 내측 모서리부에서 하측으로 돌출되어 상기 끼움공(22a)에 끼워지는 끼움돌기(42B)로 이루어진다.

또한 상기 제2 체크밸브(42)는, 상기 제2 개폐막(42A)의 외측 원호부를 따라 배출공(22b)에 대응하는 위치에서 원호 형상으로, 나머지 부위보다 두께가 두껍게 돌출 형성된 보강부(42a)가 구비되어, 제2 개폐막(42A)이 배출공(22b)으로 말려서 삽입되어 배출공(22b)의 밀폐 기능이 상실되거나 제2 개폐막(42A)이 파손되는 것을 방지한다.

아울러 제1 체크밸브(41)와 마찬가지로 별도의 볼트부재를 사용하지 않고 탄성 소재의 제2 체크밸브(42)를 배출부(22)에 견고하게 결합할 수 있도록,

상기 상부 하우징(10)은, 상기 배출로(14)의 중앙에서 상기 끼움공(22a)을 향해 하측으로 돌출되어 상기 제2 체크밸브(42)의 내측 모서리부(즉, 끼움돌기(42B)가 형성된 제2 개폐막(42A)의 상면부)를 가압하여 고정시키는 고정핀(16)을 포함하여 이루어진다.

특히 상기 고정핀(16)은, 상기 제2 개폐막(42A)의 상면 중, 끼움돌기(42B)의 양측을 가압하여 고정시키는 돌기부(16a)와, 돌기부(16a)들 사이에 형성된 홈부(16b)로 이루어져, 고정핀(16)이 제2 체크밸브(42)를 가압하여 고정하더라도, 제2 개폐막(42A)이 상측으로 휘어지면서 탄성 변형되어 개방될 때 고정핀(16)이 제2 체크밸브(42)의 개방 동작을 간섭하지 않도록 한다.

이러한 구성의 본 발명은,

다이어프램(50)에 의해, 펌핑 챔버(23) 내의 압력이 하강하면, 펌핑 챔버(23) 내부로 흡입하는 가압력이 하측으로 발생하여, 오목부(21c)에서 제1 개폐막(41A)이 벌어지면서 유입공(21b)들이 개방됨과 동시에 제2 개폐막(42A)이 흡입부(21)에 밀착되면서 배출공(22b)들을 폐쇄하고,

반대로 다이어프램(50)에 의해, 펌핑 챔버(23) 내의 압력이 상승하면, 펌핑 챔버(23) 외부로 배출하는 가압력이 상측으로 발생하여, 제2 개폐막(42A)이 오목부(21c)에 밀착되면서 유입공(21b)들을 폐쇄함과 동시에 제2 개폐막(42A)이 흡입부(21)에서 벌어지면서 배출공(22b)들을 개방하여,

유입구(11)로 흡입된 유체가, 유입로(13), 유입공(21b), 펌핑 챔버(23), 배출공(22b), 배출로(14)를 차례로 경유하면서 고압으로 승압된 상태로 배출구(12)로 배출되어, 유체에 대한 펌핑 작용이 이루어진다.

상기 다이어프램(50)은, 상기 챔버 하우징(20) 하부에 결합되어 펌핑 챔버(23)를 차폐하고, 펌핑 챔버(23) 내의 압력을 변화시켜 각 체크밸브(41)(42)를 순차적으로 개폐하여 펌핑 챔버(23)에 펌핑 압력을 형성하는 것으로,

도면과 같이 삼각 배열된 3개의 펌핑 챔버(23)를 한 번에 차폐할 수 있도록 삼각 형상으로 이루어지며, 상부 하우징(10)의 수용부(15) 역시 다이어프램(50)에 대응하는 삼각 형상으로 이루어진다.

이러한 다이어프램(50)은, 각 펌핑 챔버(23) 내로 삽입 가능하도록 펌핑 챔버(23)보다 작은 직경을 갖으면서 상부로 돌출 형성되고 중앙에 볼트 결합공(51a)이 관통 형성된 돔부(51)와, 상기 볼트 결합공(51a)에 끼워져 다이어프램(50)과 가압 플레이트(60)를 결합시키는 볼트(52)와, 상기 돔부(51)의 상면에 오목 형성되어 상기 볼트(52)의 헤드가 수용되는 수용홈(53)과, 상기 수용홈(53)의 바닥면에서 볼트 결합공(51a) 둘레를 따라 상부로 돌출되어 볼트(52)의 헤드에 밀착되는 실링턱(54)을 포함한다.

상기 돔부(51)는 수용부(15)에 결합된 볼트(52)의 헤드와 함께 펌핑 챔버(23) 내의 압력 변화에 따라 발생하는 가압력의 방향을 상, 하측으로 전환시켜 제1 체크밸브(41) 또는 제2 체크밸브(42) 중 어느 하나가 개폐될 수 있도록 하여, 일종의 가압 피스톤으로 기능하게 된다.

상기 볼트 결합공(51a)은 돔부(51)의 중앙을 관통하여 가압 플레이트(60)의 삽입몸체(61)에 구비된 볼트 체결공(61a)과 연통되어, 볼트(52)의 나사부가 볼트 결합공(51a)을 관통하여 볼트 체결공(61a)에 나사 결합됨으로써, 볼트(52)에 의해 다이어프램(50)과 가압 플레이트(60)의 삽입몸체(61)가 상호 결합된다.

상기 실링턱(54)은 상기 볼트 결합공(51a)의 외측에 환형으로 돌출 형성된 것으로, 볼트 체결공(61a)에 볼트(52)가 조여질 때 볼트(52)의 헤드 하면에 밀착되어 수용부(15)와 볼트 결합공(51a) 사이의 기밀성을 확보하여 유체가 볼트 결합공(51a)으로 누설되는 것을 방지한다.

이러한 구조의 다이어프램(50)은 종래의 다이어프램 펌프와 같이 다이어프램과 마운트의 원형핀 상호 간의 볼트 결합을 위한 펌핑 피스톤이 불필요하게 되므로, 제조 단가의 절감 및 조립성과 제조 편의성 향상 효과를 제공함은 물론, 종래의 펌핑 피스톤과 동일한 기능으로 압력 방향을 전환시켜 펌핑 배출이 가능해지며, 이때 실링턱(54)으로 인해 다이어프램(50)의 기밀성을 확보함으로써 펌핑 피스톤의 미채용으로 인한 유체의 누설을 방지할 수 있는 효과가 있다.

상기 가압 플레이트(60)는, 상기 다이어프램(50)을 승하강시키는 것으로, 구체적으로, 상기 삽입부(31)로 삽입 가능하게 돌출 형성된 복수개의 삽입몸체(61)를 포함하며, 이러한 삽입몸체(61) 역시 삽입부(31)와 마찬가지로 삼각 배열되어 있다.

그리고 각 삽입몸체(61)는 중앙에 관통 형성된 볼트 체결공(61a)이 구비되어 볼트(52)의 나사부가 나사 결합되며, 가압 플레이트(60)의 중앙 하부에는 BLDC 모터(70)의 회전축이 결합되는 캠부재(62)와, 상기 캠부재(62)를 구름 지지하는 베어링(63)이 구비된다.

상기 캠부재(62)는 중앙 축공을 중심으로 외주면의 두께가 일측 원주방향으로 두껍게 형성되는 것으로, 모터에 의해 회전하면서 두께가 두꺼운 광폭부의 위치가 변화되어 가압 플레이트(60)의 삽입몸체(61)들을 연속적으로 승하강시킴으로써 각 펌핑 챔버(23)에 위치한 돔부(51)의 승하강이 이루어진다.

즉, 상기 캠부재(62)는 일측 외주면이 타측 외주면보다 두껍게 형성되어 베어링(63)에 결합되었을 때 축공이 일측으로 기울어지게 되는데, 모터의 회전축을 축공에 결합하여 모터를 BLDC 모터(70)에 조립하면, 축공이 수직방향으로 세워짐에 따라 광폭부가 위치한 가압 플레이트(60)의 삽입몸체(61)가 다른 삽입몸체(61)들보다 상부로 돌출된다.

이러한 상태에서 모터가 회전 작동하면 베어링(63)을 따라 광폭부가 함께 회전하면서 위치가 변화됨에 따라 광폭부가 지나는 삽입몸체(61)는 상승하고 광폭부를 제외한 나머지 협폭부가 지나는 삽입몸체(61)들은 하강하여, 가압 플레이트(60)의 삽입몸체(61)들은 흡사 파동 형태로 연속하여 승하강을 반복하게 된다.

이러한 삽입몸체(61)의 승하강은 각 삽입몸체(61)에 결합된 다이어프램(50)의 돔부(51)를 승하강시키게 되고, 따라서 돔부(51)의 하강에 의해 펌핑 챔버(23) 내의 압력이 하강하여 제1 체크밸브(41)가 개방되면서 제2 체크밸브(42)가 폐쇄되어 펌핑 챔버(23) 내로 유체가 유입되고, 돔부(51)의 상승에 의해 펌핑 챔버(23) 내의 압력이 상승하여 제1 체크밸브(41)가 폐쇄되면서 제2 체크밸브(42)가 개방되어 펌핑 챔버(23)로 유입된 유체가 배출된다.

이때 각 삽입몸체(61)는, 하면의 내측 일부가 내측으로 상향 경사지게 형성된 경사면부(61A)로 이루어져, 삽입몸체(61)의 내측 하면이 베어링(63) 및/또는 캠부재(62)에 접촉하지 않도록 한다.

즉, 캠부재(62)가 모터에 의해 회전 작동함에 반하여 가압 플레이트(60) 즉, 삽입몸체(61)들은 회전하지 않은 상태에서 내측으로 기울어지는 형태로 승하강이 연속되는 바, 삽임입체(61)가 일반 원기둥 형상으로 이루어질 경우 회전하는 캠부재(62)와 접촉하게 되므로 이를 방지하기 위해선 삽입몸체(61)들 사이의 간격을 넓게 형성해야 하는데, 본 발명은 상기 경사면부(61A)를 통해 이를 방지함으로써, 가압 플레이트(60), 나아가 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리 전체의 소형화를 가능하게 한다.

상기 BLDC 모터(70, Brushless Direct Current motor)는 상기 하부 하우징(30) 하부에 구비되어, 상기 캠부재(62)를 회전시키는 것으로, 별도의 모터 하우징 내부에 장착되어 모터의 직립을 강제할 수도 있고, 경우에 따라 모터 자체의 케이스가 모터 하우징을 대신할 수도 있으며, 본 명세서의 도면에서는 BLDC 모터(70)가 하부 하우징(30) 하부에 직결되어 직립되도록 결합된 실시예가 대표적으로 도시되어 있다.

이러한 BLDC 모터(70)는 회전자(영구자석), 고정자(전자석)을 포함하며, 코일은 마주보고 있는 코일들끼리 함께 전류가 통하여 마주보고 있는 코일끼리는 전류가 같은 방향으로 흐르면서 N, S 극을 만들어 회전자의 N, S 극이 고정자에 의해 끌려오면서, 고정자가 반대 방향의 자기장을 만들어 회전자를 밀어내 회전축이 회전 작동하며, 일반적인 브러시 모터와 같이 도선과 접촉하는 브러시를 구비하지 않은데에 특징이 있고, 이러한 BLDC 모터의 상세 구성은 공지된 기술로써, 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 종래의 다이어프램 펌프 어셈블리에 있어서, 일반 브러시 모터를 사용하지 않고, BLDC 모터(70)를 채용함에 따라 브러시 마모에 따른 내구성 저하와 소음 증가 및 성능 저하를 방지하고, 고속 회전을 이용한 유체의 배출 용량 증가 및 정밀한 속도 제어로 에너지 효율을 높일 수 있으며, 회전축의 회전 방향을 전자 변속기로 쉽게 변경할 수 있는 장점이 있다.

특히 다이어프램 펌프 어셈블리는 다어어프램(50)들의 반복적이고 순차적인 승하강을 통해 펌핑 압력을 발생시키는 바, 정수기와 같이 유체의 배출이 장기간 지속되는 경우 캠부재(62)를 회전시키는 일반 브러시 모터의 내구성이 떨어져 부품을 자주 교체하고 소음 및 성능 저하가 발생하는 문제점이 있는데, 본 발명은 BLDC 모터(70)의 사용으로 상기한 문제점을 해결함으로써, 정수기에 정숙성을 부여함은 물론 내구성 강화를 통해 보다 안전하고 편리하게 사용할 수 있게 하는 효과를 제공한다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 BLDC 다이어프램 펌프 어셈블리를 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

유체가 유입되어 배출되는 유로를 구비한 상부 하우징;

상기 상부 하우징 하부에 결합되는 것으로, 상기 유로의 유입로와 연결된 외측 유입부와 상기 유로의 배출로와 연결된 내측 배출부를 구비한 복수개의 펌핑 챔버가 방사상으로 배열되어 있는 챔버 하우징;

상기 유입부를 개폐하는 제1 체크밸브와, 상기 배출부를 개폐하는 제2 체크밸브로 이루어진 밸브부재;

상기 챔버 하우징 하부에 결합되어 펌핑 챔버를 차폐하고, 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 각 체크밸브를 순차적으로 개폐하여 펌핑 챔버에 펌핑 압력을 형성하는 다이어프램;

상기 다이어프램을 승하강시키는 삽입 몸체들과, 회전을 통해 상기 삽입 몸체들을 순차적으로 승하강시키는 캠부재를 구비한 가압 플레이트; 및

상기 캠부재를 회전시키는 BLDC 모터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 BLDC 펌프 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 배출부는, 내측 모서리를 갖는 부채꼴 형상으로, 내측 모서리부에 형성된 끼움공과, 외측 원호부에 형성되어 상기 펌핑 챔버와 연통된 복수개의 배출공으로 구성되고,

상기 제2 체크밸브는, 상기 배출부에 대응하는 부채꼴 형상으로, 상기 복수개의 배출공을 덮는 개폐막과, 상기 개폐막의 내측 모서리부에서 하측으로 돌출되어 상기 끼움공에 끼워지는 끼움돌기로 이루어지며,

상기 상부 하우징은, 상기 배출로의 중앙에서 상기 끼움공을 향해 하측으로 돌출되어 상기 제2 체크밸브의 내측 모서리부를 가압하여 고정시키는 고정핀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, BLDC 펌프 어셈블리.
제 1 항에 있어서,

상기 다이어프램은, 각 펌핑 챔버 내로 삽입 가능하도록 펌핑 챔버보다 작은 직경을 갖으면서 상부로 돌출 형성되고 중앙에 볼트 결합공이 관통 형성된 돔부와, 상기 볼트 결합공에 끼워져 다이어프램과 가압 플레이트를 결합시키는 볼트와, 상기 돔부의 상면에 오목 형성되어 상기 볼트의 헤드가 수용되는 수용홈과, 상기 수용홈의 바닥면에서 볼트 결합공 둘레를 따라 상부로 돌출되어 볼트의 헤드에 밀착되는 실링턱을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, BLDC 펌프 어셈블리.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상부 하우징은, 상기 챔버 하우징과 상기 다이어프램이 수용되는 수용부를 갖되, 상부 하우징의 외벽 내측에 외벽을 따라 하부로 돌출된 밀폐턱을 구비하고,

상기 챔버 하우징의 상면 테두리와 상기 밀폐턱 사이에 끼워지는 패킹링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, BLDC 펌프 어셈블리.