KR100725524B1 - 펌프 유량제어방법 및 펌프 유량제어시스템 - Google Patents

Abstract

펌프의 유량을 일정하게 제어하는 펌프 유량제어방법 및 시스템이 개시된다. 개시된 펌프 유량제어방법은, (a)펌프에 전원을 인가하는 단계; (b)센서가 상기 펌프의 온도를 실시간 측정하여 제어부에 실시간 출력하는 단계; (c)상기 제어부가 상기 센서로부터 실시간 전송되는 상기 펌프의 온도에 따라 상기 전원의 위상을 가변시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

펌프제어, 온도, 작동시간, 위상제어, 마이크로컴퓨터

Description

펌프 유량제어방법 및 펌프 유량제어시스템{ a flow-control method and a flow-control system for a pump }

도 1a 및 도 1b는 솔레노이드 펌프의 작동시간에 대한 유량 및 온도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2 및 도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 의한 펌프 유량제어시스템을 도시한 것으로서,

도 2는 펌프 유량제어시스템이 적용된 스팀청소기의 일부 구성도를 도시한 개략도이도,

도 3은, 펌프 유량제어시스템의 구성도를 도시한 블록도이다.

도 4a 내지 도 4d는, 펌프에 입력되는 전원의 위상변화를 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 펌프 유량 제어방법에 따른 시간에 대한 온도 및 유량의 변화를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10:펌프 유량제어 시스템 14:마이크로컴퓨터

20;상용전원 22;정전압전원

24:제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)

26;센서 30:제어부

한국 등록실용신안 제405606호

본 발명은 펌프제어에 관한 것으로서, 특히 소형펌프가 공급하는 유량이 외부조건에 관계없이 항상 거의 일정하게 공급할 수 있도록 제어하는 펌프 유량제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 유체를 공급하기 위해서는 펌프를 사용한다. 특히, 스팀청소기에서 저 유량의 스팀을 공급하기 위해 소형 솔레노이드 마이크로 펌프를 일반적으로 사용하고 있다. 그러나, 솔레노이드 펌프는 코일의 온도, 사용 시간에 따라 유량이 변하는 단점이 있다. 따라서, 스팀청소기에서 펌프의 가동시간이 경과 할수록 펌프의 온도가 올라가면서 물의 공급량이 줄어들게 되며, 결국 분사되는 스팀의 양이 현저하게 줄어드는 경우가 빈번히 발생한다.

도 1a 및 도 1b는 솔레노이트 펌프의 특성을 나타내는 그래프들이다. 도 1a는 시간과 펌프가 토출하는 유량과의 관계를 나타내고, 도 1b는 시간과 온도와의 관계를 도시한 도면이다. 도 1a를 참조하면, 펌프의 가동시간이 경과 할수록 유량이 점점 줄어드는 것을 알 수 있다. 최초 펌프 가동시에는 52cc/min의 양의 유량을 펌핑하지만 21분 정도 지나면 유량이 거의 34cc/min으로 줄어들어 약 20cc/min의 차이가 생긴다. 또한 도 1b를 참조하면, 펌프 가동 시간 경과에 따라 펌프의 온도 가 초기에 급격히 상승함을 알 수 있다. 펌프 가동시작 후 약 10분 정도만에 100도까지 상승하고, 20분 정도 경과시 약 110도까지 도달하여 거의 일정하게 고온으로 유지되고 있다.

등록실용신안 제405606호에서도, 솔레노이드 정량펌프를 구비한 핸디형 스팀청소기를 개시하고 있다. 여기서, 펌프 유량제어방법도 가변저항(variable resistance)을 사용하며 사용자가 수동으로 유량을 조절하기 때문에, 솔레노이드 펌프의 온도는 계속적으로 상승하고, 펌프의 유량이 감소되는 문제점이 있다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 펌프의 온도에 상관없이 펌프의 유량을 일정하게 유지하도록 제어하는 펌프 유량제어방법 및 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은, (a)펌프에 전원을 인가하는 단계; (b)센서가 상기 펌프의 온도를 실시간 측정하여 제어부에 실시간 출력하는 단계; (c)상기 제어부가 상기 센서로부터 실시간 전송되는 상기 펌프의 온도에 따라 상기 전원의 위상을 가변시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어 방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 (c)단계는, 상기 제어부가, 상기 펌프의 온도가 높으면 상기 전원의 위상을 높이고, 상기 펌프의 온도가 낮아지면 상기 전원의 위상을 낮춘다.

또한, 본 발명의 목적은, 상술한 (a),(b),(c)단계에, (d)제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)가 상기 펌프의 온/오프 시간을 탐지한 후 상기 제어부 에 출력시키는 단계; 및, 상기 제어부가 펌프의 가동시간을 계산하며, (e)상기 펌프의 가동시간이 증가할수록 상기 전원의 위상을 높이는 단계;를 더 포함하는 펌프 유량제어방법에 의해서도 달성된다. 이와 같이 (d) 및 (e)단계를 더 추가함으로써, 시간의 경과에 따라 자연 감소하는 미소한 유량까지 감안하여 펌프의 출력을 제어할 수 있고, 이로 인하여 더욱 일정한 유량을 유지시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 물을 공급하는 펌프; 상기 펌프에 전기를 공급하는 상용전원; 상기 펌프의 온도를 측정하는 센서; 상기 센서로부터 신호를 전송받아, 상기 펌프의 온도에 따라 상기 펌프에 공급되는 전원의 위상을 제어하여 상기 펌프의 출력을 조절하는 제어부;를 포함하는 펌프 유량제어시스템에 의해서도 달성된다.

여기서, 상기 제어부에 안정적인 전원을 공급하는 정전압 전원장치;를 더 포함하는 것이 제어부에 안정적인 교류전압을 공급할 수 있기 때문에 바람직하며, 상기 펌프의 온/오프 시간을 탐지하여 상기 제어부에 출력하는 제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)를 추가적으로 더 포함하도록 구성할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 펌프 유량제어시스템 및 방법을 자세히 설명한다.

도 2 및 도 3은, 본 발명의 일 실시 예에 의한 펌프 유량제어시스템(10)을 도시한 것으로서, 스팀청소기(미도시)에 적용된 펌프 유량제어시스템(10)을 도시한 도면이다. 펌프 유량 제어시스템(10)은 스팀청소기뿐만 아니라 스팀 다리미 등 기타 스팀이 필요한 모든 스팀발생 장치들의 유량제어에 적용할 수 있으나, 설명의 편의를 위해 본 실시 예에서는 스팀청소기에 적용된 펌프 유량 제어시스템에 국한하여 설명한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 펌프 유량 제어시스템(10)은, 펌프(14), 센서(26), 제어부(30), 상용전원(20), 정전압전원(22) 및 제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)(24)를 포함한다.

펌프(14)는, 저 유량 솔레노이드 마이크로 펌프로서, 물탱크(12)에 있는 물을 히터(18)에 공급한다. 마이크로 펌프(14)는 상용전원(20)으로부터 전기를 공급받는다.

센서(26)는, 마이크로 펌프(14)의 표면이나 내부에 설치될 수 있으며, 펌프(14)의 온도를 실시간 측정하여 이를 전기적 신호로 변환하여 제어부(30)에 출력한다. 제어부(30)는 센서(26)로부터 출력되는 신호에 의해 펌프(14)에 입력되는 상용전원(20)의 위상을 제어함으로써 펌프(14)의 출력을 조절한다. 센서(26)가 펌프(14)의 표면에 설치되는 경우와 내부에 설치되는 경우에 전원(20)의 위상의 제어하는 온도 신호의 범위가 달라진다. 이는 내부의 온도가 표면의 온도보다 높기 때문이라는 것은 당업자라면 잘 알 수 있을 것이다.

제어부(30)는, 본 실시 예에서 마이프로컴퓨터로 구성되며, 고품질의 일정한 전압을 공급하기 위해 정전압전원(22)으로부터 전원을 공급받고, 펌프(14)에 입력되는 상용전원(20)의 위상을 제어한다. 또한, 제어부(30)는 펌프(14)의 작동시간을 카운트 하면서 작동시간으로 인하여 감소되는 미소한 유량도 감안하여 펌프(14)에 입력되는 전원의 위상을 제어한다. 센서(26) 및 제로-크로싱 디텍터(24)와 연결되 어 이들로부터 펌프(14)의 온도 및 펌프(14)의 온/오프 시간을 실시간으로 확인하면서 상용전원(20)의 위상을 변화시킨다.

제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)(24)는, 펌프(14)의 온/오프를 탐지하여 제어부(30)로 출력한다. 이러한 디텍터(24) 및 정전압전원(22)은 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 자세한 설명을 생략한다. 또한, 도 2에 도시된 압력밸브(16)는 스팀청소기에서 펌프(14)와 히터(18) 사이에 설치되는 것으로써, 히팅장치에서 스팀이 배출되지 않는 등 이상현상으로 인해 압력이 과도하게 올라가는 것을 방지한다.

이와 같은, 펌프 유량제어 시스템(10)은, 센서(26)에서 측정된 펌프(14)의 온도 및 제로-크로싱 디텍터(24)에서 측정된 펌프(14)의 온/오프 시간을 실시간 전송받아, 이를 토대로 입력되는 상용전원(20)의 위상을 제어하여 펌프(14)의 출력을 가변시킴으로써 항상 일정한 펌프(14) 유량을 유지시킬 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 펌프 유량제어방법에 대한 하나의 예로서, 상술한 펌프 유량제어 시스템에 관한 실시 예에 의한 작동관계를 자세히 설명한다.

도 4a 및 도 4d는 제어부(30)에 의해 펌프(14)가 정지, 약, 중 및 강으로 제어되는 파형을 도시한 것이다. 상용전원(20)의 일반적인 파형은 도 4a와 같은 싸인파(sine) 형상이고, 사용자가 최초 펌프(14)에 전원을 인가하면 펌프(14)에 설치된 센서(26)는 즉시 펌프(14)의 온도를 측정하여 이를 제어부(30)에 출력한다. 센서(26)는 펌프(14)의 작동 중에는 항상 실시간으로 측정된 온도를 전기적신호로 변환하여 제어부(30)에 출력시키며, 제어부(30)는 펌프(14)가 가동되는 시간을 계 산(counting)한다. 펌프(14)의 가동 초기의 펌프 온도는 낮은 상태이므로, 제어부(30)는 펌프(14)의 입력 전원 위상을 도 4b에 도시된 바와 같이 제어하여 펌프(14)의 출력을 약하게 조절한다. 점점 시간이 지나면서 펌프(14)의 온도는 상승 되고 이를 센서(26)로부터 전달받은 제어부(30)는 점점 입력 전원의 위상을 높이고, 어느 온도 이상이 되면 도 4c에 도시된 바와 같이 위상이 된다. 이에 따라 펌프(14)의 출력도 점점 더 초기 보다는 출력이 상승 되며, 이로 인하여 온도 상승으로 떨어질 수 있는 유량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 제어부(30)가 펌프(14)에 입력되는 전원의 위상을 높이거나 낮추는 온도의 범위는 초기 설정에 따라 다를 수 있다. 약 10도 상승할 때마다 위상을 이에 비례하여 위상을 점점 높이도록 설정할 수 있으며, 일정 온도(예를들면 약 50도)까지는 도 4b와 같은 위상으로 일정하게 공급하고, 일정온도(약 50도)를 넘어서면 도 4c와 같이 높이고, 또 그보다 높은 일정온도(예를들면 약 80도) 이상까지는 이를 유지시키다가 일정온도(약 80도)를 넘어서면 도 4d와 같이 위상을 높이도록 제어할 수도 있다.

펌프(14)의 작동시간이 경과 하면, 온도는 더욱 상승하게 되고 이에 따라 입력전원의 위상은 계속 높여지고 어느 온도 이상이 되면 도 4d와 같은 위상이 된다. 즉, 제어부(30)는 입력 전원의 위상을 도 4d와 같이 싸인파 곡선을 형성하도록 제어함으로써, 펌프(14)의 출력을 최대로 유지시킨다. 이로 인하여 펌프(14)의 유량은 온도 상승했음에도 불구하고 항상 일정하게 유지할 수 있다. 즉, 제어부(30)는 센서(26)에서 출력되는 펌프(14)의 온도가 높아지면 펌프(14)의 위상을 도 4b에서 도 4d 방향으로 점점 위상을 높여 펌프(14)의 출력을 상승시킴으로써 온도상승에 의해 감소 되는 유량을 보충하고, 펌프(14)의 온도가 낮아지면 도 4d에서 도 4b 방향으로 점점 위상을 낮춰 펌프(14)의 출력을 줄임으로써 항상 일정한 유량을 히터(18)에 공급할 수 있도록 한다.

또한, 펌프(14)는 온도뿐만 아니라 시간에 따라서도 다소 유량이 변한다. 따라서, 제어부(30)는 상술한 온도 변화에 추가하여 펌프(14)의 가동시간이 증가할수록 점점 더 입력위상을 높여 가동시간의 증가에 따라 추가적으로 줄어드는 펌프(14)의 유량감소를 커버한다. 특히, 펌프(14)가 작동된 후 잠깐 정지되고 다시 작동되는 경우에는 제어부(30)에서 펌프(14)의 작동시간을 초기화할 수 있으므로, 제로-크로싱 디텍터(24)에서 실시간으로 펌프(14)의 온/오프 시간을 탐지하여 온 시간과 오프 시간에 대한 정확한 정보를 제어부(30)에 전달한다. 따라서, 제어부(30)는 펌프(14)의 가동시간을 정확히 카운트할 수 있으며, 가동 중간에 잠깐의 오프 시간이 있더라도 펌프(14)에 입력되는 전원의 위상을 정확히 제어할 수 있다.

도 5는, 본 실시 예와 같이 입력 전원의 위상을 펌프(14 )온도에 따라 제어한 결과에 따른 펌프(14)의 온도 및 유량과, 종래의 펌프 유량을 함께 표시한 그래프이다. 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 펌프(14)의 온도는(x라인) 시간이 경과 할수록 상승하고, 종래의 유량 변화는(y라인) 펌프(14)의 작동시간이 경과 할수록 큰 폭으로 떨어지지만, 온도에 따라 제어된 본 실시 예에 따른 펌프(14)의 유량(z라인)은 변화가 없는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 본 발명이 실시 예에 따르면, 본 발명의 펌프 유량제어방법 및 시스템은, 펌프의 온도가 상승 되더라도 펌프 유량에는 변화가 없다. 따라서, 항상 일정한 스팀을 발생시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 펌프의 온/오프 시간을 실시간으로 체크하며, 펌프의 작동시간에 따른 유량 감소를 추가적으로 보완할 수 있다.

이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. (a)펌프에 전원을 인가하는 단계;

   (b)센서가 상기 펌프의 온도를 실시간 측정하여 제어부에 실시간 출력하는 단계;

   (c)상기 제어부가 상기 센서로부터 실시간 전송되는 상기 펌프의 온도에 따라 상기 전원의 위상을 가변시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 (c)단계는,

   상기 제어부가, 상기 펌프의 온도가 높으면 상기 전원의 위상을 높이고, 상기 펌프의 온도가 낮아지면 상기 전원의 위상을 낮추는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   (d)제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)가 상기 펌프의 온/오프 시간을 탐지한 후 상기 제어부에 출력시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   (e)상기 제어부가 펌프의 가동시간을 계산하며, 상기 펌프의 가동시간이 증가할수록 상기 전원의 위상을 높이는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어방법.
5. 물을 공급하는 펌프;

   상기 펌프에 전기를 공급하는 상용전원;

   상기 펌프의 온도를 측정하는 센서;

   상기 센서로부터 신호를 전송받아, 상기 펌프의 온도에 따라 상기 펌프에 공급되는 전원의 위상을 제어하여 상기 펌프의 출력을 조절하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어부에 안정적인 전원을 공급하는 정전압 전원장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어시스템.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 펌프의 온/오프 시간을 탐지하여 상기 제어부에 출력하는 제로-크로싱 디텍터(zero-crossing detector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 펌프 유량제어시스템.

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