KR20210131879A

KR20210131879A - 펌프의 작동 방법

Info

Publication number: KR20210131879A
Application number: KR1020210040663A
Authority: KR
Inventors: 마누엘 슈미더; 폴커 블록; 한네스 큄메를레; 카이 슈미트; 미하엘 타페르너; 헨리 치플리스
Original assignee: 에.게.오. 에렉트로-게래테바우 게엠베하
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-11-03
Also published as: CN113550935A; US11698084B2; EP3901466A1; PL3901466T3; EP3901466B1; US20210332830A1

Abstract

식기세척기의 펌프는 통합 가열 요소, 입구와 출구를 갖는 펌프 챔버, 펌프 챔버 내부의 펌프 로터, 및 구동 모터를 구비하고, 상기 가열 요소 및 온도 센서가 펌프 챔버의 벽에 제공된다. 펌프 챔버의 석회화를 측정하기 위해, 펌프 챔버는 물로 채워지고, 그 후 펌프 로터는 펌프 챔버 밖으로 물을 이송함이 없이 펌프 챔버 내의 물을 혼합하기 위해 회전한다. 펌프 챔버 내의 물의 온도가 시작 온도로서 온도 센서로 측정되고, 그 후 펌프 챔버 내의 물의 온도가 측정되면서 가열 요소가 활성화되어 펌프 챔버 내의 물을 가열한다. 그 후, 가열 요소가 비활성화되고, 가열 지속시간 동안에 또는 그 직후에 물의 최대 온도가 결정된다. 물의 최대 온도와 시작 온도 사이의 온도 관계가 산출된다. 이 단계들은 초기 온도 관계를 결정하기 위해 새 식기세척기의 설치 후 작동의 시작 시에 펌프에서 실행된다. 이 단계들은 초기 온도 관계에 나중의 온도 관계를 비교함으로써 펌프의 가열 효율을 결정하기 위해 나중의 온도 관계를 결정하기 위한 나중의 스테이지에서 다시 자동으로 실행된다.

Description

펌프의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A PUMP}

본 발명은 통합 가열 요소를 갖는 펌프의 작동 방법 및 제어 수단과 함께 이 방법을 수행하기에 적합한 펌프에 관한 것이다.

물을 펌핑하고 이 물을 동시에 가열하기 위한 펌프는 예를 들어 KR 102014000154 A1 로부터 당업계에 공지되어 있다. 이 펌프에는 펌프 챔버가 제공되고, 펌프 챔버의 원주 벽에 가열 요소가 제공된다. 이 가열 요소는 펌핑 작업 중에 물을 매우 효율적으로 가열할 수 있게 한다. EP 2772563 A1 에서 또한 다룬 한 가지 문제는, 가열 요소의 위치에 있는 펌핑 챔버 벽 내부의 고온으로 인해, 석회화 (calcification) 가 강화된 방식으로 발생할 수 있다는 것이다. 이러한 석회화는, 석회화가 존재하지 않을 때만큼 가열 에너지가 물에 잘 들어가지 않는다는 점에서, 가열 요소의 가열 효율에 영향을 미치기 때문에 부정적으로 간주된다.

US 2017/086257 A1 으로부터, 다양한 온도 센서, 주로 가열 요소의 넓은 표면을 덮는 온도 센서의 도움으로 가열 요소에서의 다량의 석회화를 검출하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이 방법의 단점은 이미 위험하게 높은 온도가 측정될 수 있을 때에만 작동한다는 것이다.

본 발명의 목적은, 통합 가열 요소를 갖는 펌프의 작동 방법, 특히 바람직하게는 또한 온도를 측정함으로써, 각각 펌프 또는 가열 요소의 가열 효율을 결정하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1 의 특징들을 갖는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 그리고 바람직한 실시형태들은 추가의 청구항들에 포함되고 이하에서 더 상세하게 설명된다. 이 특징들 중 일부는 상기 방법과 관련하여서만 또는 이 방법을 수행하기 위한 펌프와 관련하여서만 기술된다. 그러나, 이와 별개로, 이들은 펌프 자체뿐만 아니라 방법에 독립적인 방식으로 적용되어야 한다. 청구항들의 표현은 명백한 참조에 의해 설명의 내용에 대해 행해진다.

본 발명의 펌프는 적어도, 입구와 출구를 갖는 펌프 챔버, 및 펌프 챔버 내부의 펌프 로터, 바람직하게는 임펠러를 포함한다. 펌프 로터를 위한 구동 모터가 통상적인 방식으로 제공된다. 또한, 가열 요소는 펌프 챔버의 벽의 적어도 일부 상에, 바람직하게는 펌프 챔버의 종축 주위 그리고 펌프 로터의 회전축 주위에 연장되는 펌프 챔버의 둘레방향 측벽 상에 제공된다. 가열 요소는 바람직하게는 본 기술분야의 통상적인 방식이고, 더 바람직하게는 후막 (thick film) 가열 요소이다. 또한, 펌프 챔버 내의 물의 온도를 감지하기 위해 온도 센서가 제공되고, 바람직하게는 펌프 챔버의 벽, 특히 가열 요소와 동일한 벽 상에 배열된다. 온도 센서는 2 mm 내지 1 cm 또는 심지어 3 cm 의 가열 요소까지의 거리를 가질 수 있다. 펌프 챔버 내에 단지 소량의 물이 제공되더라도, 이 물이 벽의 외측에 장착된 온도 센서에 직접적으로 반대되는 펌프 챔버의 벽의 내측과 접촉하는 펌프 챔버의 벽의 위치에 온도 센서가 유리하게 제공될 수 있다.

본 발명의 방법에, 하기 단계들이 제공된다. 단계 A 에서, 물이 펌프 챔버 내에 제공된다. 이는 미리 규정된 양의 물일 수 있어서, 예를 들어 펌프 챔버가 완전히 채워지고, 심지어 잠재적으로 약간의 더 많은 물이 들어올 수 있고 이는 펌프 챔버로부터 부분적으로 이송 또는 펌핑된다. 단계 B 에서, 펌프 챔버 내에서 물을 혼합 또는 이동시키기 위해 각각 펌프 로터가 회전하고 있거나, 펌프가 작동된다. 이는 물이 실질적으로 펌프 챔버 밖으로 이송되지 않는 방식으로, 특히 펌프의 영구적인 관류 (permanent through flow) 가 아니도록 이루어진다. 이는 펌프가 펌프 챔버의 출구에서 특정 수압을 생성할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 출구에 연결된 유체 파이프에서 일종의 평형을 초래하여, 예를 들어 적어도 1 초 내지 10 초 후에 더 이상 물이 펌프 챔버 밖으로 펌핑되지 않는다. 그러면, 펌프 챔버 내에 존재하는 물은 펌프 로터에 의해 혼합 또는 회전되더라도 펌프 챔버 내에 머무른다.

다음 단계 C 에서, 펌프 챔버 내의 물의 온도가 온도 센서로 측정된다. 이 온도는 시작 온도이며, 펌프 및 온도 센서에 연결된 제어 장치에 의해 저장될 수 있다.

단계 C 다음의 단계 D 에서, 시작 온도가 측정된 후에 펌프 챔버 내의 물을 가열하기 위해 가열 요소가 활성화된다. 바람직하게는, 가열 요소는 1 초 내지 60 초, 바람직하게는 20 초 내지 30 초일 수 있는 미리 규정된 가열 지속시간 동안 활성화된다. 펌프 챔버 내에서 물을 혼합 또는 회전시킴으로써, 물이 균일하게 가열되어서, 물의 온도가 주어진 가열 효율 하에서 물 내로 소산되는 가열 요소로부터의 가열 에너지에 직접 관련된다. 다음 단계 E 에서, 펌프 챔버 내의 물의 온도가 다시 온도 센서로 측정된다. 이는 바람직하게는 가열 요소가 활성화되는 때, 더 바람직하게는 가열 요소가 활성화되는 한 영구적으로 또는 연속적으로, 그리고 유리하게는 심지어 약간 더 많은 시간 동안 수행된다.

다음 단계 F 에서, 가열 요소는 바람직하게는 미리 규정된 가열 지속시간이 경과한 후에 비활성화된다. 가열 지속시간 동안 또는 가열 지속시간 직후 물의 최대 온도는 온도 센서를 측정하는 이전에 언급된 제어 장치에서 바람직하게는 다시 결정된다. 대부분의 경우에, 펌프 챔버 내의 물의 이 최대 온도는, 예를 들어 더 두꺼운 재료로 인해, 더 큰 열용량을 갖는 가열 요소의 경우에, 가열 지속시간의 종료 시에 또는 그 후 수초, 예를 들어 그 후 2 초 내지 5 초, 또는 심지어 다소 더 긴 시간, 예를 들어 최대 10 초에 도달될 것이다.

다음 단계 G 에서, 물의 최대 온도와 물의 시작 온도 사이의 온도 관계가 산출된다. 이 온도 관계는 다양한 종류일 수 있으며, 예를 들어 몫일 수 있다. 바람직한 방식에서, 온도 관계는 물의 시작 온도가 제 1 온도를 통상 초과하는 물의 최대 온도로부터 차감되는 차이이다. 단계 A 내지 G 는 펌프를 구비한 장치가 설치되어 메인에 연결된 후, 예를 들어 작동하도록 배치된 후 펌프 작동의 시작 시에 또는 늦어도 펌프의 처음 50 개, 바람직하게는 처음 15 개의 작동 사이클들 중 하나 동안 펌프에서 실행된다. 이는 펌프가 다소 새롭고 석회화가 존재하지 않아 초기 온도 관계를 가질 수 있을 때 상기 방법이 처음 수행된다는 것을 의미한다. 이 초기 온도 관계는 바람직하게는 상기한 제어 장치에 저장된다. 석회화가 존재하지 않을 수 있는 상태에서의 펌프 및 그 가열 요소의 거동 또는 가열 효율에 해당하므로, 가열 효율이 최대이어야 한다.

단계 A 내지 G 는 각각 펌프 또는 가열 요소의 가열 효율 또는 석회화를 각각 결정하기 위해 나중의 온도 관계를 결정하기 위해, 나중의 스테이지에서 다시 실행되며, 이는 바람직하게는 자동으로 일어난다. 이러한 나중의 스테이지는 더 구체적으로는 가열된 펌프 또는 그의 가열 요소의 특정 횟수의 작동 사이클들 또는 작동 지속시간 후일 수 있다. 예를 들어, 단계 A 내지 G 를 실행하기 위한 나중의 스테이지는 펌프의 5 내지 100 작동 사이클 후, 바람직하게는 10 내지 50 작동 사이클 후일 수 있으며, 이러한 작동 사이클은 식기세척기의 전체 세척 프로세스에 대응할 수 있다. 대안적으로, 단계들은 가열 요소의 합산된 가열 작동의 30 분 내지 20 시간 후에 실행될 수 있다. 가열 요소의 작동 지속시간을 갖는 그러한 결정은 더 양호한 방식으로 간주된다. 그 다음, 펌프 또는 가열 요소의 석회화 또는 가열 효율이 초기 온도 관계에 나중의 온도 관계를 비교함으로써 결정된다. 온도 관계의 성질에 따라, 펌프 챔버 벽의 석회화가 시작되어 증가하여서 가열 효율을 감소시킬 것으로 예상되는 방향으로 변화가 발생할 것이다. 온도 관계가 온도 차이인 앞서 언급된 경우에, 주어진 또는 미리 규정된 가열 지속기간의 경우 증가하는 석회화로 인해 펌프 챔버 내의 물에 가열 에너지가 덜 들어오게 된다는 사실로 인해, 나중의 온도 차이는 초기 온도 차이보다 작을 것이다. 이는 가열 지속시간 동안 도달될 수 있는 최대 온도가 펌프를 사용하는 초기 시작 시보다 나중의 스테이지에서 더 낮다는 것을 의미한다.

전술한 바와 같이 이 방법으로부터 유도된 가열 효율은 반드시 정확하게 정량화될 필요는 없다. 어떤 방식으로 모니터링될 수 있도록 자격이 주어질 수 있고 가열 효율이 상당히 또는 실질적으로 떨어지면 특정 단계들이 실행되는 것으로 충분하다. 이하에서 이들이 설명된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 가열 효율의 모니터링은 검출된 펌프 챔버 내의 임의의 실질적인 석회화에 대한 대응을 취하기 위해 사용된다. 경우에 따라서는, 온도 관계의 특정 실시형태로서 앞서 언급된 나중의 온도 차이가 초기 온도 차이의 90% 미만, 바람직하게는 초기 온도 차이의 70% 미만인 경우에 탈석회화가 시작되어야 한다. 이는 펌프의 탈석회화 프로세스를 시작하도록 펌프의 사용자 또는 이 펌프를 갖는 가정용 장치의 사용자에게 촉구하는 광학 및/또는 음향 신호를 생성함으로써 이루어질 수 있다. 이는 예를 들어 정제 또는 액체 수단의 형태로, 펌프의 물 사이클 내에 탈석회화 매체를 제공함으로써 공지된 방식으로 일어날 수 있다. 대안적으로, 펌프 또는 가정용 장치의 자동 탈석회화 프로세스는 탈석회화 매체가 펌프의 물 사이클 내로 자동으로 들어오도록 각각 시작된다. 탈석회화 프로세스 종료 직후에, 단계 A 내지 G 를 갖는 상기 방법이 수행되어, 이제 가열 효율이 다시 초기 가열 효율에 해당하여 실제 온도 차이와 초기 온도 차이가 거의 동일하다는 점에서 탈석회화가 성공적이었는지 여부를 체크할 수 있다.

온도 관계가 앞서 설명된 온도 차이로서 구현되지 않고, 예를 들어 최대 온도를 초기 온도로 나눈 몫으로서 구현되면, 이 몫은 또한 펌프 챔버 벽의 석회화가 증가함에 따라 더 작아질 것이다. 또한 이 경우에, 온도 몫이 초기 온도 몫의 90% 미만 또는 70% 미만이라면, 탈석회화를 개시하기 위해 전술한 것과 동일한 단계들이 시작되는 것이 제공될 수 있다.

전술한 바와 같이, 가열 에너지가 균일하게 분배되도록 펌프 로터가 펌프 챔버 내의 물을 혼합하기 위해 회전해야 하지만, 미리 규정된 양의 물이 가열되도록 펌프 챔버를 통해 물이 펌핑되지 않아야 한다. 이는 펌프를 통한 관류를 측정함으로써 이루어질 수 있으며, 이것이 제공된다면, 이 관류는 가열 요소의 활성화 동안 물론 0 이어야 한다. 그러면, 구동 모터는 관류를 피하도록 조절된다. 대안적으로는, 가정용 장치에의 펌프의 통합의 세부사항이 항상 동일한 것은 아니며 또한 펌프를 통한 관류를 측정하는 것이 어려울 수 있으므로, 고정된 회전 속도가 펌프에 대해 미리 규정될 수 있다. 이러한 고정된 회전 속도는 바람직하게는 500 rpm 미만, 더 바람직하게는 10 rpm 내지 300 rpm 이다. 이는 정규 작동에서 펌프의 공칭 회전 속도의 특정 분율, 예를 들어 3% 내지 10% 일 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은, 펌프에 대한 초기 온도 관계를 개별적으로 결정함으로써, 펌프의 개별 특성이 나중의 사용을 위해 자동적으로 이미 고려된다는 것이다. 이는 바람직하게는 펌프 로터의 미리 규정된 고정된 회전 속도를 포함하고, 이는 보다 더 바람직하게는 나중의 사용을 위해 이 미리 규정된 고정된 회전 속도로 가열 요소를 작동시킬 때 펌프 챔버 내로 도입되거나 펌프 챔버 내에 제공되는 일정한 미리 규정된 양의 물을 초래한다. 따라서, 이 미리 규정된 고정된 회전 속도 및 일정한 미리 규정된 양의 물이 정보로서 저장된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 온도 관계들은, 단계 A 내지 G 가 결정된 온도 관계들 각각으로부터 중앙 온도 관계를 찾기 위해 적어도 2 회 또는 3 회 연속적으로 반복된다면 더 정확하게 또는 더 양호한 방식으로 결정될 수 있다. 이는 예상치 못한 특이점이 부정확한 또는 예외적인 온도 관계를 초래하는 위험을 줄인다. 유리하게는, 단계 A 내지 단계 G 를 수행하는 각각의 사이클 후에, 가열 작동 후에 다시 냉각되도록 펌프 및 가열 요소 각각에 대해 약간의 시간이 경과하도록 허용될 수도 있다. 이 대기 시간은 펌프를 통해 약간의 담수와 냉수를 펌핑함으로써 감소될 수도 있다. 적어도 가열 효율 및 온도 관계의 나중의 결정은 각각 가정용 장치의 정상 작동 동안, 예를 들어 헹굼 프로세스 동안 식기세척기에서 가정용 장치에 의해 수행되는 프로세스에 통합되는 것이 또한 제공될 수 있다. 대안적으로, 온도 관계들의 결정은 또한 가정용 장치의 정규 프로세스의 통합된 부분이 아니라, 예를 들어 이러한 정규 프로세스를 완료한 후, 이와 별도로 그리고 개별적으로 이루어질 수 있다.

미리 규정된 가열 지속시간은 10 초 내지 60 초, 바람직하게는 20 초 내지 30초, 또는 40초로 선택될 수 있다. 이 미리 규정된 가열 지속시간은 유리하게는 가열 요소의 활성화와 그의 비활성화 사이의 온도 차이가 약 20℃ 이상, 특히 최대 50℃ 또는 60℃ 이도록 선택되어야 한다. 펌프 챔버 내의 물이 각각 90℃ 또는 95℃ 초과의 비등 온도에 도달하는 것이 바람직하게 회피된다. 그 이유는, 이러한 비교적 높은 온도의 경우, 가열 요소의 가열 에너지를 물에 도입하는 효과가 현저히 느려져서, 가열 에너지와 온도 사이의 선형 상관성 (linear correlation) 이 없고, 특히 더 이상 어떠한 특정 상관성이 없다는 것이다.

가열 요소의 작동 전압이 모니터링되고, 보정 인자 (correction factor) 가 작동 전압의 변화에 적합하고 (adapted), 이 보정 인자는 온도 관계를 결정할 때 고려되는 것이 제공될 수 있다. 이는 온도 측정들 사이의 작동 전압의 변화들로부터 독립적으로 되는 유리한 옵션을 제공한다. 이는 유럽에서 230 V 또는 미국에서 120 V 로 펌프 및 그의 가열 요소를 작동시킬 뿐만 아니라, 작동 전압의 수 볼트의 변화에 적응하기 위해 제공될 수 있다.

구동 모터를 위한 구동 회로에서의 구동 전압은 가열 요소의 작동 전압에 대응할 수 있어서, 제어 유닛에 더 용이할 수도 있는 단지 구동 전압을 측정하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 구동 모터 및 가열 요소는 펌프가 제공되는 가정용 장치가 연결되는 주 전압, 특히 앞서 언급된 바와 같이 230 V 또는 120 V 로 작동된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 가열 요소는 PTC 특성을 갖거나 PTC 가열 요소일 수 있으며, 그의 저항 거동은 PTC 효과를 갖는다. 이는 과열로 심각한 문제가 발생할 수 있는 경우에 가열 요소의 안전성을 향상시킬 수 있다. 반면 온도 센서는 저항 거동의 NTC 효과를 갖는 NTC 온도 센서인 것이 바람직하다. 이는 정밀한 온도 측정을 가능하게 한다.

펌프는, 펌프가 펌프 챔버 내로의 축방향 입구를 가져서 반경방향 펌프가 되도록 구성될 수도 있다. 펌프 챔버 밖으로의 출구가 측면에 있으며, 잠재적으로 반경 방향에 평행하여서, 펌프 로터는 물의 축방향 유입 및 물의 반경방향 출력을 갖는 임펠러이다. 물은 정상 작동에서 출구를 통해 펌프 챔버를 떠나기 전에 2 회 내지 5 회 펌프 챔버 내에서 순환할 수 있는 반면, 본 발명에서는 온도를 측정하는 동안 물이 펌프 챔버를 떠나지 않아야 한다.

펌프가 제공된 가정용 장치에는, 온도 센서로 온도를 측정할 뿐만 아니라 가열 요소 및 구동 모터를 제어하기 위한 제어 유닛이 또한 제공된다. 이는 미리 규정된 가열 지속시간을 모니터링하고 펌프 및 그 가열 요소의 가열 효율을 결정하기 위해 단계 A 내지 G 가 언제 그리고 연속적으로 몇 번 수행되어야 하는지를 결정하기 위한 타이머 기능을 또한 포함한다. 제어 유닛은 마이크로컨트롤러 및 저장소, 바람직하게는 마이크로컨트롤러에 통합된 저장소를 구비해야 한다.

이 특징들 및 추가의 특징들은 청구항들로부터 그리고 또한 설명 및 도면들로부터 수집될 수 있고, 개별 특징들은 각 경우에 본 발명의 일 실시형태에서 그리고 다른 분야에서 하위 조합의 형태로 개별적으로 또는 각자 구현될 수 있고, 여기서 보호가 주장되는 유리하며 독립적으로 특허 가능한 버전을 구성할 수 있다. 개별 부분 및 중간 주제로의 본 출원의 세분화는 그 아래에 기재된 서술의 일반적인 유효성을 제한하지 않는다.

본 발명의 예시적 실시형태들이 도면에 개략적으로 도시되고 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 방법이 제어 유닛에 의해 실행되는 식기세척기의 개략도를 보여준다.
도 2 는 도 1 의 식기세척기의 펌프의 개략도를 보여준다.
도 3 은 시간에 대한 온도의 다이어그램을 보여주며, 온도는 도 2 의 펌프 상의 온도 센서가 측정한 것이다.
도 4 는 가열 요소의 활성화로 인한 일시적인 컷백 (cutback) 을 갖는 구동 모터의 구동 전압을 보여준다.

도 1 에는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 식기세척기가 개략적으로 도시되어 있다. 식기세척기 (11) 는 기본적으로 종래 기술에 도어 (13) 를 통해 접근 가능한 세척 챔버 (12) 를 갖는 것으로 알려져 있다. 세척 챔버 (12) 내에는, 예를 들어 2 개의 바스켓 (14) 이 세척될 식기를 수용하기 위해 하나 위에 다른 하나가 배치된다. 상부 바스켓 (14) 위에는, 회전하며 바스켓 (14) 을 향하는 밑면에 다수의 작은 제트 개구를 갖는 개략적인 제트 아암 (16) 이 제공된다. 전달 파이프 (17) 를 통해 제트 아암 (16) 으로 물이 펌핑된다. 바람직하게는, 세척 챔버 (12) 내에 하나 이상의 제트 아암이 제공되지만, 도 1 에 대한 보다 용이한 이해를 위해 단 하나의 제트 아암이 도시되어 있다.

세척 챔버 (12) 의 저부에는, 이른바 섬프 (19) 가 제공되며, 이로부터 배수 파이프 (20) 가 본 발명에 따른 펌프 (22) 로 물을 인도한다. 펌프 (22) 는 도 2 에 더 상세히 도시되고 도 2 를 참조하여 설명된다.

도 1 에 도시된 바와 같이 펌프 (22) 에 연결되는 식기세척기 (11) 의 제어 유닛 (15) 이 제공된다. 이 연결은 개략적이라는 의미이며, 물론 실제로는 다소 다르다. 물을 가열하면서 펌핑하기 위한 이른바 모터 히트 펌프인 펌프 (22) 가, 섬프 (19) 및 배수 파이프 (20) 를 통해 세척 챔버 (12) 로부터 물을 전달 파이프 (17) 및 제트 아암 (16) 을 통해 도로 세척 챔버 내로 순환시킬 수 있다는 것이 도 1 로부터 명백하다.

도 2 는 펌프 (22) 를 더 상세하게 보여주는 개략도이다. 추가적인 세부사항에 대해서는 KR 102014000154 A1 을 참조한다. 펌프 (22) 는 바람직하게는 둥근 원형의 (round-circular), 내부에 펌프 챔버 (24) 를 제공하는 펌프 하우징 (23) 을 갖는다. 펌프 챔버 (24) 는 외부 측방향 펌프 챔버 벽 (25) 을 갖는다. 배수 파이프 (20) 에 연결되는 입구 (26) 가 펌프 하우징 (23) 내로 그리고 펌프 챔버 (24) 내로 이어진다. 전달 파이프 (17) 에 연결된 출구 (27) 가 펌프 챔버 (24) 밖으로 이어진다.

펌프 챔버 (24) 내부에는, 구동 모터 (32) 에 의해 구동될 때 회전하는 펌프 로터 (30) 가 제공된다. 회전하는 (실제로 약 3,000 내지 6,000 rpm 으로 회전하는) 펌프 로터 (30) 는 축방향으로 입구 (26) 를 통해 물을 흡입한다. 그 다음, 이 물은 반경방향으로 배출되어서, 출구 (27) 를 통해 펌프 챔버 (24) 를 떠날 때까지 펌프 로터 (30) 주위에서 펌프 챔버 (24) 내부에서 수회 순환한다. 이는 본 기술분야에 잘 알려져 있다.

구동 모터 (32) 는 구동 회로 (33) 에 의해 각각 동력을 공급받거나 전력을 공급받는다. 구동 회로 (33) 는 구동 전압 (U_d), 바람직하게는 주 전압에 연결된다. 구동 회로 (33) 는 제어 유닛 (15) 에 연결되거나 제어 유닛 (15) 에 의해 제어된다. 이는 구동 모터 (32) 의 파워 그리고 특히 속도, 그리고 결과적으로, 펌프 로터 (30) 의 파워 그리고 특히 속도를 제어할 수 있게 한다. 이 정보를 제어 유닛 (15) 에 제공하기 위해 구동 회로 (33) 에서 구동 전압 (U_d) 을 측정하는 것이 또한 가능하고 바람직하다.

펌프 챔버 벽 (25) 의 외측에는, 가열 요소 (35) 가 제공된다. 이는 본 기술분야에 알려져 있으며, 예를 들어 KR 102014000154 A1 으로부터 취해질 수 있다. 가열 요소 (35) 는 후막 (thick film) 가열 요소로서 제공될 수도 있고, 대안적으로는 상이한 실현에서 전기 가열 요소로서 제공될 수도 있다. 가열 요소 (35) 에는 가열 요소 연결부 (36) 가 제공된다. 이는 여기서는 구동 전압 (U_d) 으로 가열 요소 (35) 를 작동시키기 위해 도시되지 않은 스위치 회로에 연결된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 가열 요소 (35) 는 일종의 펄스 모드 또는 펄스 폭 변조 모드로 작동되는데, 이는 가열 요소 (35) 가 구동 전압 (U_d) 으로 완전히 동력 공급받거나 스위치 오프된다는 것을 의미한다.

가열 요소 (35) 는 PTC 특성의 저항을 갖는다. 이는 온도가 상승하면 가열 요소의 저항이 상승한다는 것을 의미한다. 이는 의도된 작동 온도 이상의 가열 요소 (35) 의 온도를 초래하고, 이는 그 저항의 PTC 효과를 통해 더 높은 저항 및 더 작은 가열 동력 출력을 초래한다. 이러한 더 작은 또는 감소된 가열 동력 출력은, 가열 지속시간 후 물의 최대 온도가, 가열 요소 (35) 에 의해 생성된 열이 펌프 챔버 벽 (25) 의 내측에서의 석회화 없이 펌프 챔버 (25) 내의 물로 더 잘 전달된 경우의 최대 온도보다 낮게 한다.

즉, 펌프 챔버 벽 (25) 의 내측에서의 강한 석회화는 가열 요소 (35) 로부터 펌프 챔버 벽 (25) 을 통한 물로의 열전달에 부정적인 영향을 주어, 열전달이 적어진다. 이는 PTC 효과로 인해 저항이 더 높아지는 결과를 가져오는 가열 요소 (35) 의 더 높은 온도를 야기한다. 이러한 더 높은 저항은 다시 고정 작동 전압의 관점에서 가열 동력 출력이 더 작아지게 한다. 이는 물로의 감소된 열전달과 함께 각각 물의 최대 온도가 동일한 시간 또는 가열 지속시간 후에 감소되게 한다. 이러한 석회화 (28) 는 도 2 에 도시되어 있지만, 여기서는 두께가 매우 과장되어 있다. 실제로, 이러한 석회화는 100 ㎛ 내지 1 mm, 또는 심지어 1 mm 초과의 두께를 가질 수 있다.

펌프 챔버 벽 (25) 의 외측에, 바람직하게는 가열 요소 (35) 에 대해 약간의 거리를 두고서, 온도 센서 (39) 가 제공된다. 온도 센서 (39) 는 온도를 정확히 측정하기 위해 펌프 챔버 벽 (25) 에 양호한 열전도 방식으로 제공된다. 기본적으로, 온도 센서 (39) 는 펌프 챔버 (24) 의 내부 및 펌프 챔버 벽 (25) 내측의 물의 온도를 측정하기 위해 제공된다. 온도 센서 (39) 는 NTC 온도 센서이다. 이는 센서 연결부 (40) 를 가지며, 이는 바람직하게는 제어 유닛 (15) 에 연결된다. 온도 센서 (39) 와 같은 추가적인 온도 센서들이 펌프 챔버 (24) 또는 펌프 챔버 벽 (25) 에 각각 제공될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 온도를 측정하기 위한 기본 작동은 저출력 및 저속으로, 예를 들어 300 rpm 으로 펌프 로터 (30) 를 작동시키는 것이다. 이는 최대 속도의 약 5% 내지 10% 일 수 있다. 펌프 로터 (30) 의 이러한 다소 낮은 속도는 약간의 물이 배수 파이프 (20) 및 입구 (26) 를 통해 펌프 챔버 (24) 내로 흡입되게 한다. 펌프 로터 (30) 는 출구 (27) 및 전달 파이프 (17) 를 통해 물을 어느 정도 펌핑 또는 이송하려 한다. 펌프 로터 (30) 의 낮은 회전 속도로 인해, 물은 출구 (27) 보다 훨씬 더 높게, 예를 들어 수직 방향으로 단지 3 cm 내지 5 cm 로 이송될 수 없다. 그 다음에 평형이 수립되는데, 이는 그 자체로 중요하다. 이 평형은 펌프 챔버 (24) 내에 일부 물을 갖는 데 기여하며, 이 물은 바람직하게는 펌프 챔버를 대부분 또는 완전히 채우며, 이 양의 물은 변하지 않으며 출구 (27) 를 통해 펌프 챔버 (24) 밖으로 또는 입구 (26) 를 통해 흐르지 않는다. 펌프 챔버 (24) 내의 물은 또한 회전하는 펌프 로터 (30) 에 의해 매우 잘 혼합된다.

온도 센서 (39) 는 펌프 챔버 (24) 내부를 순환하는 물, 특히 24℃ 의 온도를 갖는 냉수의 온도를 측정한다. 이 정보는 제어 유닛 (15) 에 제공된다. 이 정보가 제어 유닛 (15) 에 존재하면, 가열 요소 (35) 는 바람직하게는 PWM 을 통해 바람직한 작동으로 인해 최대 동력으로 활성화된다. 이러한 가열 프로세스가 도 3 으로부터 취해질 수 있으며, 굵은 선은 시간 t 에 걸친 온도 T 를 나타낸다. 시작 후 56 초에, 가열 요소 (35) 는 그의 전 출력 (full power) 으로 활성화된다. 펌프 챔버 (24) 내부의 물은 혼합되고 있고, 그 결과, 가열 요소 (35) 에 의해 생성된 열을 최적의 방식으로 흡수할 수 있다. 온도 센서 (39) 는 도 3 의 굵은 선에 따라 상승하는 온도를 감지할 수 있다. 26 초의 가열 시간 후, 가열 요소 (35) 는 다시 스위치 오프된다. 그 후 수 초 후에, 측정된 온도는 최대값 61℃ 에 도달하였다. 이 최대값 후, 온도는 다시 감소한다.

가열 요소 (35) 가 작동되기 전에 펌프 챔버 (24) 내의 냉수의 시작 온도가 24℃ 로 측정되었으므로, 온도 차이는 각각 37 ℃ 또는 37 K 이다. 이 온도 차이는 앞서 언급한 온도 관계의 매우 간단한 구현이다. 초기 온도 차이로서 37 K 의 값은 제어 유닛 (15) 에 저장된다. 이 측정 프로세스는 기회에 의존하지 않는 중앙 (median) 초기 온도 차이를 찾기 위해 1 또는 2 회 반복될 수 있다.

만일 지금 펌프 (11) 의 여러 작동 사이클 후에 일부 석회화 (28) 가 펌프 챔버 벽 (25) 의 내측에 형성되었다면 그리고 그 후 온도 측정이 다시 시작되면, 시간 경과에 따른 온도 (T) 의 코스가 도 3 의 얇은 선으로 도시된다. 전술한 효과로 인해, 더 적은 가열 에너지가 가열 요소 (35) 를 통하여 펌프 챔버 벽 (25) 을 통해 펌프 챔버 (24) 내의 물로 유입될 수 있을 뿐만 아니라, 석회화는 석회화 (28) 없이 전술한 경우에서보다 더 가열 요소 (35) 자체가 가열되는 효과를 초래하고, 이는 다시 PTC 거동으로 인해 가열 요소 (35) 의 감소된 가열 동력을 초래한다. 이는 각각 이러한 가열 요소 (35) 또는 펌프 (22) 로 도달되는 최대 동력이 감소하게 하며, 26 초의 가열 시간 후에 단지 57℃ 의 최대 온도에 도달하게 한다. 펌프 (11) 의 여러 작동 사이클 후의 이러한 나중의 온도 차이는 결과적으로 단지 33℃ 에 이른다. 또한, 이 최대 온도는 증가된 석회화 (28) 로부터 기인하는 감소된 열 전도 거동으로 인해 전술한 초기 경우에서보다 더 늦게 도달된다.

따라서 초기 온도 차이는 37℃ 이었고, 나중의 온도 차이는 33℃ 이다. 만약 이제 이 두 차이 사이의 차이가 예를 들어 5℃ 에 도달하면, 이는 펌프 챔버 (24) 내에 석회화 (28) 가 존재하고 결과적으로 펌프 (22) 의 가열 효율이 너무 많이 저하되었다는 제어 유닛 (15) 을 위한 명백한 사인이다. 온도 차이가 너무 크면, 예를 들어 본 기술분야에 공지된 바와 같이 탈석회화를 개시하기 위해 식기세척기 (11) 내에 일부 물질을 추가함으로써 탈석회화 프로세스를 시작하도록 사용자에게 신호가 출력될 수 있다.

도 3 의 관점에서 가열 요소 (35) 가 다시 비활성화된 후에만 최대 온도에 도달하기를 기다리지 않아야 한다고 하더라도, 가열 지속시간의 종료 시의 온도는 곧바로 측정되고 서로 비교될 수 있다.

상기 실시형태의 다른 변형예에서, 하나의 온도 센서 (39) 가 펌프 챔버 (24) 에 제공될 뿐만 아니라, 2 개 또는 심지어 3개의 온도 센서가 제공될 수 있다. 따라서, 차이를 알려주는 이러한 측정은 이들 중 단 하나 또는 전부를 위해 행해질 수 있다.

전술한 바와 같이, 구동 회로 (33) 에서 구동 전압 (U_d) 을 측정하는 것이 바람직하고, 이는 또한 가열 요소 (35) 의 작동 전압이다. 이 정보는 가열 요소 (35) 를 켤 때 약간 감소된다면 가열 요소 (35) 를 공급하는 이 구동 전압 (U_d) 의 값을 정정하는데 사용될 수 있다. 이는 도 4 에 도시되어 있다.

전술한 바와 같이, 이러한 측정은 중앙 값을 찾기 위해 수회, 예를 들어 3 회 반복될 수 있다. 그 다음, 도 3 에 따른 온도까지 가열된 물은 정격 출력 (nominal power) 으로 펌프 (22) 를 작동시킴으로써 펌프 챔버 (24) 로부터 제거된다. 그 다음, 담수와 냉수는 전술한 바와 같이 흡입될 수 있고, 그 온도는 온도 차이에 대한 올바른 시작점을 갖기 위해 다시 측정될 수 있다.

도 4 는 도 3 에서와 동일한 시간 프레임에서 가열 요소 (35) 의 활성화로 인한 일시적인 컷백을 갖는 구동 모터 (32) 의 구동 전압을 보여준다. 이 컷백은 약 5 V 이다. 이 컷백은 전술한 바와 같이 수학적으로 제거될 수 있다. 구동 전압 (U_d) 이 또한 가열 요소 (35) 에 동력을 공급하기 위해 사용되므로, 가열 동력은 또한 이 컷백에 의해 영향을 받는다. 그러나, 제어 유닛 (15) 은 구동 회로에의 연결로 인해 구동 전압 (U_d) 을 알 수 있고, 따라서 이에 대한 보상이 제어 유닛 (15) 에 용이하다. 제어 유닛 (15) 및 구동 회로 (33) 는 하나의 하우징 내에 또는 심지어 하나의 공통 구성요소 내에 구현될 수 있다.

Claims

통합 가열 요소 (integrated heating element) 를 갖는 펌프의 작동 방법으로서, 상기 펌프는,
- 펌프 챔버로서, 상기 펌프 챔버 내로의 입구 및 상기 펌프 챔버 외로의 출구를 갖는 펌프 챔버,
- 상기 펌프 챔버 내부의 펌프 로터,
- 상기 펌프 로터를 위한 구동 모터,
- 상기 펌프 챔버의 벽의 적어도 일부에 제공되는 가열 요소,
- 상기 펌프 챔버 내의 물의 온도를 감지하기 위한 온도 센서
를 포함하고, 상기 방법은,
A) 상기 펌프 챔버에 물을 제공하는 단계,
B) 상기 펌프 챔버 외로 물을 이송함이 없이 상기 펌프 챔버 내의 상기 물을 혼합하기 위해 상기 펌프 로터를 회전시키는 단계,
C) 상기 온도 센서로 상기 펌프 챔버 내의 상기 물의 온도를 시작 온도로서 측정하는 단계,
D) 상기 물의 온도를 측정한 후, 상기 펌프 챔버 내의 상기 물을 가열하기 위해 상기 가열 요소를 활성화시키는 단계,
E) 상기 온도 센서로 상기 펌프 챔버 내의 상기 물의 온도를 측정하는 단계,
F) 가열 요소를 비활성화하고 가열 지속시간 동안에 또는 상기 가열 지속시간 후 최대 10초 이내에 상기 물의 최대 온도를 결정하는 단계,
G) 상기 물의 최대 온도와 상기 시작 온도 사이의 온도 관계를 산출하는 단계
를 갖고,
상기 단계 A) 내지 G) 는 초기 온도 관계를 결정하기 위해 상기 펌프의 작동 시작 시에 또는 상기 펌프의 처음 50 개의 작동 사이클들 중 하나에서 상기 펌프에서 실행되고,
상기 단계 A) 내지 G) 는, 상기 초기 온도 관계에 나중의 온도 관계를 비교함으로써 상기 펌프의 가열 효율을 결정하기 위해 상기 나중의 온도 관계를 결정하기 위한 나중의 스테이지에서 다시 실행되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
단계 A) 에서 상기 펌프 챔버에 미리 규정된 양의 물이 제공되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
단계 D) 에서 상기 물의 온도를 측정한 후 상기 펌프 챔버 내의 물을 가열하기 위해 상기 가열 요소는 미리 규정된 가열 지속시간 동안 활성화되는, 펌프의 작동 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 가열 요소는 단계 D) 의 미리 규정된 가열 지속시간 후에 단계 F) 에서 비활성화되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 관계는 상기 물의 최대 온도로부터 상기 물의 시작 온도가 차감되는 온도 차이이며, 초기 온도 차이가 나중의 온도 차이보다 크면, 상기 펌프의 가열 효율이 감소되는 것으로 결정되는, 펌프의 작동 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 나중의 온도 차이가 상기 초기 온도 차이의 90% 미만인 경우, 상기 펌프의 탈석회화 프로세스를 시작하도록 사용자에게 촉구하는 신호가 생성되거나 또는 상기 펌프의 자동 탈석회화 프로세스가 시작되는, 펌프의 작동 방법.
제 6 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 펌프 로터의 회전 속도가 500 rpm 미만인, 펌프의 작동 방법.
제 7 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 펌프 로터의 회전 속도가 10 rpm 내지 300 rpm 인, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
초기 온도 관계에 나중의 온도 관계를 비교할 때, 상기 가열 효율은 상기 초기 온도 관계가 상기 나중의 온도 관계와 상이하면 감소되는 것으로 결정되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 단계 A) 내지 G) 는 각각의 결정된 온도 관계로부터 중앙 온도 관계를 찾기 위해 적어도 2 회 또는 3 회 연속적으로 반복되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 방법은 규칙적인 방식으로 반복되는, 펌프의 작동 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 방법은 상기 펌프가 제공되는 전기 기구의 다수의 작동 사이클에서 규칙적인 방식으로 반복되고, 각각의 규칙적인 반복 사이의 작동 사이클의 수는 5 내지 100 인, 펌프의 작동 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 미리 규정된 가열 지속시간은 10 초 내지 60 초인, 펌프의 작동 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 미리 규정된 가열 지속시간은 20 초 내지 30 초인, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가열 요소의 작동 전압이 모니터링되고, 보정 인자 (correction factor) 가 상기 작동 전압의 변화에 적합하고 (adapted), 이 보정 인자는 상기 온도 관계를 결정할 때 고려되는, 펌프의 작동 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 보정 인자는 상기 온도 관계를 결정할 때 고려되어서, 상기 온도 관계는 작동 전압 또는 그의 변화로부터 각각 독립적인, 펌프의 작동 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 구동 모터를 위한 구동 회로에서의 구동 전압이 상기 가열 요소의 작동 전압에 대응하고, 상기 구동 전압이 측정되는, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 가열 요소는 저항 거동의 PTC 효과를 갖는 PTC 가열 요소인, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 센서는 저항 거동의 NTC 효과를 갖는 NTC 온도 센서인, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 펌프에는 상기 펌프 챔버 내로의 축방향 입구가 제공되는, 펌프의 작동 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 펌프 챔버 외로의 출구는 측면에 있거나 또는 반경 방향에 평행한, 펌프의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 펌프 챔버 내의 물은 80℃ 이하의 최대 온도까지 가열되는, 펌프의 작동 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 펌프 챔버 내의 물은 65℃ 이하의 최대 온도까지 가열되는, 펌프의 작동 방법.