KR100208418B1 - 수도 동결 방지 대용 절전 유닛 - Google Patents

Abstract

수도관 동결 방지용 히터의 절전을 한다.

온도 검출 수단인 온도센서(2)와 온도설정수단인 차등 증폭회로(5), 게인조정회로(6)와, 영전압위상트리거 수단인 슈밋회로(7), 트리거회로(8)와 스위칭 수단인 스위칭회로(9)로 구성되고 이 스위칭회로(9)를 트리거회로(8)를 통한 슈밋회로(7)의 출력으로 제어하고, 히터(3)에 인가하는 전압 파형을 정전압위상에만 변환해서 히터(3)의 소비전력을 저감시킨다.

Description

수도 동결 방지 대용 절전 유닛

제1도는 본 발명의 한 실시예에서의 블록도.

제2도는 인가되는 전압의 파형을 표시하는 도면.

제3도는 유닛 본체의 내부 구조를 표시하는 개략도.

제4도는 유닛 본체의 지면을 표시하는 도면.

제5도는 본 실시예의 사용 상태를 표시하는 참고도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 유닛본체 2 : 온도센서

3 : 히터 5 : 차동증폭회로

6 : 게인조정회로 7 : 슈밋회로

8 : 트리거 회로 9 : 스위칭회로

20 : 수도관

본 발명은, 수도 동결 방지 대용 절전 유닛에 관해, 특히 히터의 소비 전력을 저감시키는 것에 관한 것이다.

동계의 한냉지에서는 기온이 빙점 이하로 크게 내려가, 수도관내의 물이 동결하는 일이 자주 있다. 수도꼭지가 잠겨져 있는 상태에서, 수도관내의 물이 동결하게 되면, 동결에 의한 체적의 증가에 의해 수도관이 파열하게 된다.

이와 같은 사태를 피하기 위해 예를들면, 수도꼭지를 완전히 잠그지 않고 1분단 1ℓ정도의 방수를 하거나, 수도관 부근에 감은 대(帶)상의 히터로 수도관은 보온하거나 하고 있다. 그러나, 소량의 방수도 동계를 통해서 보면 대단한 량의 물을 필요로 하고 있으나, 기온이 대단히 낮은 경우에는 별로 효과가 없다. 한편, 히터는 유효하게 작용하나, 그 소비전력은 한겨울 동안 10 - 100Kwh 이상이 되어, 근년의 성에너지 사상에 역행하는 요소를 포함하고 있다.

일반적으로 대상 히터는, 전원 코드의 선단에 후렉시블한 히터와 서머스타트를 일체로 형성한 간단한 구성이므로, 코스트적으로 가장 유리한 반면, 사람의 손을 통해 통전 시켜야 한다는 조작상의 번잡성이 있다.

만약에 통전시키는 것을 잊어 버리면, 수도관을 파손시킬 위험성이 있고, 역으로 통전을 정지하는 것을 잊으면 쓸데없는 전기를 소비하게 된다는 과제를 갖고 있다.

이와같이 사람의 손을 거친다는 번잡성을 피하기 위해, 온도센서를 사용해서 히터의 통전 제어를 하는 동시에, 절전을 하는 수단이 일본국 실공평 1035435 호 공보에 기재 되어 있다.

이것은 0-2℃이상의 비동결 온도를 통전시간 0%로 하고, 한편, 최저 예상 기온을 통전시간 100%로 하고, 이 양자 사이에서 통전시간을 기온에 비례 변화시켜서 절전을 하는 것이다.

이 고안은, 온도제어에 서미스터등의 온도센서에 의해 히터를 제어하기 때문에 상기한 과제는 해결되고 있으나, 이하의 점에서 과제를 갖고 있다.

즉, 상기 공보에 기재된 수단을 실시하는데는 콘트롤러가 복잡해지는 것을 피할 수 가 없다. 즉, 이와같은 특정지역에서 특정 계절만에 사용하는 특수한 상품은 대량 생산에의한 코스트 다운을 기대하기는 실질적으로 곤란하고, 저코스트로 제공하기 위해서는 가능한한 간단한 구성으로 하는 것이 필요하다.

또 최저 예상 기온이라는 불확정하고 애매한 개념은 내부구조에 정통해 있지 않는 일반 사용자의 혼란을 초래할 가능성이 높고, 충분히 성능을 발휘하기가 곤란할 뿐 아니라, 실제의 기온이 예상에 반했을 때는 충분한 발열량을 얻을 수가 없으므로 수도관을 파손시킬 위험성이 있다.

본 고안은 이와같은 상황에 따라 개발된 것으로, 종래로부터, 상용되고 있는 동결방지대를 사용해서 확정적인 요소만으로 히터의 제어를 해서 절전하고 간단한 구성, 저코스트이면서 상품가치가 높은 제품을 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해, 수도관에 장척상의 히터를 감고, 이 히터에 교류 전류를 통전해서 발열시킴으로써 동결에 의한 수도관의 파손을 방지하는 장치에 사용하는 유닛으로, 동결온도, 및 비동결 온도를 검출하는 온도검출수단과, 히터에 의한 통전개시온도 및 통전 정지 온도를 결정하는 온도실정수단과, 히터에 공급하는 교류 전원에 동기한 영 전압위상 트리거수단과, 온도검출수단의 검출출력으로 히터의 통전을 차단하는 스위칭 수단으로 되어 있고, 상기한 스위칭 수단을 영 전압 위상 트리거로 제어하고, 히터에 인가하는 교류전압의 파형을 정전압위상, 또는 부전압위상만으로 변환해서 히터의 소비전력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 구성으로 하였다.

온도 검출 수단은, 외기온도가 온도설정 수단에 의해 설정된 통전 개시온도(동결온도) 이하가 된 것을 검출하면 스위칭 수단은 ON이 되고, 본 고안의 절전 유닛에 접속된 히터는 가열되고, 수도관내의 수온은 빙점이 안 되도록 덥혀진다. 외기온이 통전 정지온도(비동결온도) 이상이 되면, 스위칭 수단은 OFF가 되고, 히터에의 통전을 정지하고, 불필요한 전력의 소비를 피하고 있다. 그리고, 이와 같은 ON~OFF 동작을 반복함으로써 수도관이 보온되어 동결에 의한 파손을 방지하고 있다.

또, 히터에의 통전을 관장하는 스위칭 수단은, 히터에 공급하는 스위칭 수단은, 히터에 공급하는 교류전원에 동기한 영전압위상 트리거 수단의 트리거 신호로 ON~OFF된다.

이 결과, 히터에 인가되는 전압 파형은, 교류 파형으로부터 정전압위상 또는 부전압위상만의 파형으로 변환된다.

즉, 히터에는 정전압 위상과 부전압위상 쌍방의 피크 전압이 인가되어 있던 것이 정전압위상 또는 부전압위상만의 피크전압이 인가되므로 절전을 할 수가 있다.

[실시예]

제1도는, 본 고안의 수도동결 방지대용 절전 유닛의 한 실시예의 블록도이고, 1은 유닛본체, 2는 온도센서, 3은 히터, 20은 수도관을 나타내고 있다.

유닛본체 1은, 케이싱(11)에 수납된 기판(14)상에 전원회로(4), 차동증폭회로(5), 게인조정회로(6), 슈밋회로(7), 트리거회로(8), 스위칭회로(9)가 구성되어, 상기한 온도센서(2)는 차동증폭회로(5)에 접속되고, 또 수도관(20)에 감겨진 히터(3)는 케이싱(11)에 설치된 콘센트(10)를 통해서 스위칭회로(9)에 접속되어 있다. 온도센서(2)는 제3도 및 제4도에 표시된 바와 같이, 케이싱(11)에 형성된 외기도입을 위한 슬릿 (12)을 갖는 컴파트먼트(13)내에 배치된다. 본 실시예에 있어서 온도센서(2)는 서미스터, 서모커플, 트랜지스터, 다이오드등 여러 가지 소자를 사용할 수가 있으나, 본 실시예에서는 백금온도 센서를 사용하고 있다. 또 히터(3)는 일반적으로 시판되고 있다.

전원코드의 선단에 프렉시블 히터와 서모스타트가 일체로 형성된 구성의 것을 사용하고 케이싱(11)에는 이 히터(3)를 접속하는 복수객, 예를 들면 3련의 콘센트(10)을 설치하고 있다.

유닛본체(1)를 구성하는 각 회로(4)-(9)는 솔리드스테이트화 하는 것이 바람직하다. 회로(4)-(8)은 IC화 하면 유닛본체(1)를 소형화할 수 있을 뿐 아니라 제조코스트의 삭감도 가져올 수 있다.

또 스위칭회로(9)는 히터(3)의 통전 제어를 하는 곳으로 트리거회로(8)에 의해 제어되기 때문에, 트랜지스터나 사이리스터등의 대전류가 드라이브 가능한 반도체 소자를 사용하고 있다.

또, 본 실시예의 유닛본체(1)는 옥외에서 사용할 수 있도록 케이싱(1)은 적당히 방수처리를 하는 것이 좋고, 또 유닛본체(1)의 설치가 쉽게 부착부(11a)를 설치하고 있다.

다음에, 본 실시예의 작용을 설명한다.

본 실시예의 유닛본체(1)는 제5도에 표시한 바와 같이 해서 사용되고 우선, 유닛본체(1)에 설치한 전원코드(17)을 전원에 접속하게 되면 전원표시 LED(15)가 점등하고 사용가능한 상태가 된다.

케이싱(111)의 콘퍼트먼트(13)내에 수용된 온도검출수단인 온도센서(2)는 온도설정수단인 차등증폭회로(5)에 의해 설정된 통전개시온도(동결온도), 예를 들면, 3℃이하가 된 것을 검출하게 되면, 스위치 수단인 스위칭회로(9)는 ON이 된다. 그러면, 통전표시 LED(16)가 점등하는 동시에, 케이싱(11)에 설치된 콘센트(10)를 통해서 접속된 히터(3)는 가열되고, 수도관(20)내의 수온은 빙점하가 되지 않도록 덥혀진다.

또, 외기온이 온도설정 수단인 게인조정회로(6)에 설정된 통전정지온도(비동결온도) 예를들면, 5℃이상이 되면 스위칭회로(9)는 OFF가 되어 히터(3)에의 통전을 정지하는 동시에, 통전표시 LED(16)가 소등된다.

그리고, 이와같은 스위칭회로(9)의 ON-OFF 동작을 반복함으로써, 수도관(20)이 보온되어서 동결에 의한 파손을 방지하고 있다.

이와같이, 본 실시예에서는 히터(3)의 온도제어와 히터(3)에 설치된 서모스타트에 병설해서 유닛본체의 온도센서(2)를 사용함으로써 세밀한 온도 제어가 가능해진다. 즉, 게인조정회로(6)의 설정에 의해 통전개시온도와 통전정지온도의 폭은 임의로 설정할 수 있도록 되어 있다.

또 통전개시온도와 종전정지 온도의 설정 온도를 같게 하면, 이 온도 부근의 스위칭회로(9)의 동작이 불안정하게 되는 가능성이 있기 때문에, 2℃정도의 히스테리시스를 갖게 하고 있다.

또, 전원회로(4)는 유닛본체(1)의 각 회로(5)-(9)를 도우는 것으로, 예를들면, 9-12V 정도의 직류를 공급하고 있다.

히터(3)에의 통전을 제어하는 스위칭회로(9)는 0전압위상 트리거 수단인 트리거회로(8)의 출력신호로 슈밋회로(7)를 0전압시에 트리거함으로써 ON-OFF된다. 이 결과, 히터(3)에 인가되는 전압 파형은 제2(a)도 (b)에 표시되는 바와 같이, 정현파형으로부터 정전압위상 또는 부전압위상만의 파형으로 변환된다. 즉, 히터(3)에 인가되는 전압은 종래 약 282.8Vp-p(100rms)였던 것이 약 141.4Vp-p가 되므로 절전을 할 수가 있다.

또 제2도(a)에 표시한 파형과 제2도(b)에 파한 파형의 차는 스위칭회로(9)의 구성의 차에 의한 것이다.

제2도(b)에 표시한 파형쪽이 효율좋게 절전을 할 수 있는 것이다. 이들은 실시예에 따라 최적한 방법을 선택하면 좋다.

이상의 설명에서 분명한 바와 같이 본 고안에 의하면 히터의 제어에 온도센서를 사용했으므로 섬세한 온도 제어에 의해 불필요한 통전 시간을 생략할 수가 있고, 아울러 히터에 인가하는 전압파형을 변화시킴으로써 절전이 된다. 그리고, 또 종래예에서 보는 바와 같은 최저 예상 기온이라는 불확정한 개념을 사용하지 않고, 수도관의 동결온도인지 아닌지의 확정적인 요소만으로 히터의 제어를 함으로 조작방법에 혼란을 초래하는 일 없고, 누가 사용해도 같은 확실한 결과가 얻어지는 것이다.

또, 실시예에서는, 비교적 간단한 구성으로 실시할 수 있으므로 값싸고, 상품 가치가 높은 제품을 제공할 수 있는 등 우수한 효과를 갖는 것이다.

Claims (1)

1. 수도관에 장척상의 히터를 감고, 이 히터에 교류 전원을 통전해서 발열시킴으로써, 동결에 의한 수도관의 파손을 방지하는 장치에 사용하는 유닛으로, 동결온도 및 비동결 온도를 검출하는 온도검출수단과, 히터에의 통전개시온도 및 통전정지온도를 결정하는 온도설정 수단과, 히터에 공급하는 교류전원에 동기한 영전압위상 트리거 수단과, 온도검출수단의 검출출력으로 히터의 통전을 하는 스위칭 수단으로 되어 있고, 상기한 스위칭 수단을 영전압위상트리거로 제어하고, 히터에 인가하는 교류전압의 파형을 정전압위상 또는 부전압위상만으로 변환해서 히터의 소비전력을 저감시키는 것을 특징으로 하는 수도 동결 방지 대용 절전 유닛.