KR100938588B1 - 정유량 자동제어장치 - Google Patents

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양창칠
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주식회사 삼양발부종합메이커
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Abstract

난방이 중지된 방에 해당하는 유량만큼 그 세대의 전체 정유량을 감소시켜 난방 중지된 유량에 비례하여 연료비를 절감하고 캐비테이션에 의한 관 소음을 줄인 정유량 자동제어장치가 소개된다.
이 장치는 각 방의 난방온도 설정 및 실내온도 측정 기능을 겸하는 온도조절부(110); 각 방의 환수파이프(5)에 각각 설치되어 그 환수파이프(5)의 통로를 개폐하는 구동기(120); 상기 환수파이프(5)들의 유량이 한 곳으로 모이는 환수관(7)에 설치되어 제어신호에 의해 상기 환수관(7)의 통과유량을 조절하는 가변유량밸브(200); 상기 온도조절부(110) 신호에 의거 난방이 중지되어야 할 방의 구동기(120)를 제어하여 해당 방의 환수파이프(5) 통로를 폐쇄하고, 그 해당 방의 폐쇄 유량만큼 상기 가변유량밸브(200)의 유량을 감소시키는 제어부(130)를 포함한다.
정유량, 정유량밸브, 캐비테이션, 환수관, 제어부,

Description

정유량 자동제어장치{APPARATUS FOR AUTOMATIC CONTROL OF CONSTANT FLOW}
본 발명은 난방이 중지된 방에 해당하는 유량만큼 그 세대의 전체 정유량을 감소시켜 난방 중지된 유량에 비례하여 연료비를 절감하고 캐비테이션에 의한 관 소음을 줄인 정유량 자동제어장치에 관한 것이다.
공동주택이나 대형건물에 사용되는 난방시스템은, 각 세대에 독립적으로 설치된 보일러와 같은 열원에 의해 유체를 가열한 후 이를 이용하여 난방을 실시하는 개별난방과, 세대 외부에 설치된 외부 열원에 의해 유체를 가열한 후 가열된 유체를 각 세대별로 공급받아 난방을 실시하는 집단난방으로 구별되며, 다시 집단난방은 공동주택 단지 또는 대형건물 내의 중앙 보일러와 같은 열원을 사용하는 중앙난방과, 공동주택 단지 외부의 지역 발전소와 같은 열원을 사용하는 지역난방으로 구별된다.
이러한 난방 시스템은 가열 유체로서 물을 사용하는 것이 일반적이며, 특히 집단난방은 열원으로부터 가열된 온수가 공급되는 중앙공급관으로부터 각 세대별로 분기되는 공급관이 온수공급헤더와, 다수의 온수관로와, 온수환수헤더 및 환수관을 포함하는 세대별 온수분배기 장치를 통해 각 세대별 난방을 실시하고 이후 각 세대 별 환수관들이 다시 중앙환수관으로 집중된 후 열원으로 환수되는 순환시스템을 갖는다.
종래의 온수분배기는 본 출원인의 '등록실용신안 제371794호'에 나타나 있는 바와 같이 온수환수헤더와 연결된 환수관에 정유량밸브가 설치되어 세대별로 전체 정유량을 제한하고 있으며, 그 세대별 전체 정유량은 각 방을 흐르는 환수파이프에서의 유량의 합이 된다.
이때, 각각의 환수파이프에는 구동기가 개별 설치되어 각 방의 설정온도에 따라 그 환수파이프의 통로를 개폐하여 해당 방의 온도를 일정하게 유지하는 기능을 한다.
그러나, 상술한 종래의 온수분배기는 시공할 때 정유량밸브의 전체 정유량이 한번 설정되면 바꿀 수 없도록 셋팅되어 있어서 그 정유량밸브에는 항상 설정된 정유량이 흐르게 되어 있고, 이 때문에 난방이 필요 없는 방이 구동기에 의해 폐쇄되어도 난방 중인 다른 방의 환수파이프를 통해 그 환수파이프에 흐르도록 설정된 양보다 더 많은 유량의 유체(물)가 더 빠른 유속으로 흐르게 되는바[유량(Q) = 단면적×유속(AV) 참고], 이때 난방 중인 환수파이프의 유량은 비록 커졌지만 유속이 빨라서 방과 유체 간에 열교환이 충분히 일어나지 않아 난방 면적이 줄었음에도 오히려 난방비 절감이 되지 않는 문제점이 있고 이는 결국 난방효율의 저하로 이어진다.
특히, 어느 하나 이상의 방이 난방 중지되면 난방 중인 환수파이프에서 유속 이 빨라짐에 따라 캐비테이션(공동현상)이 발생되어 유체가 흐를 때 유체가 파이프 내부를 치는 수격현상을 초래하여 소음발생의 원인이 된다.
또한, 종래에는 '등록특허 제635107호'에 소개된 바와 같이 파이프의 캐비테이션 문제를 해소하기 위하여 공급관과 환수관 내의 유체 압력차이에 기초하여 그들의 차압을 일정하게 유지해주는 차압유량조절밸브가 제시된다.
도1은 종래 차압유량조절밸브가 사용된 온수분배기를 나타낸 블록도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 온수분배기는 중앙공급관(1)에서 분기된 공급관(2)과 연결된 온수공급헤더(3)와, 상기 온수공급헤더(3)에서 각 방으로 분기되어 열을 공급하는 다수의 온수관로(4)들과, 상기 온수관로(4)들과 각각 연통되는 환수파이프(5)와, 상기 환수파이프(5)들이 한 곳으로 연결되는 온수환수헤더(6)와, 상기 온수환수헤더(6)와 연결되는 환수관(7)과, 상기 세대별 환수관(7)이 다시 한 곳으로 연결되는 중앙환수관(8)으로 이루어진다.
여기에서, 상기 환수관(7)에는 그 환수관(7)과 공급관(2) 사이의 유체 압력 차이에 의해 작동되는 차압유량조절밸브(10)가 설치되어 어느 하나의 방이 구동기(9)에 의해 폐쇄될 때 다른 방으로 유체 속도가 증가되지 않도록 하고 있다.
그러나, 상기 차압유량조절밸브(10)는 차압을 이용한 기계식 작동이기 때문에 전체 정유량 제어가 능동적이지 않을 뿐만 아니라, 유량조절이 제대로 이루어지지 않는 단점이 있고, 더욱이 차압유량조절밸브를 통해 실질적으로 흐르는 유체의 정유량을 알 수 없어 별도의 정유량밸브를 설치하여야 하는 문제점이 있다.
나아가, 세대의 전체 정유량 제어가 난방 중지된 방에 비례하여 제대로 이루어지지 않기 때문에 하나 이상의 방이 난방 중지된 경우, 처음에 제기하였던 난방효율의 저하문제나 캐비테이션으로 인한 소음 문제 등이 사라지지 않고 그대로 존재하는 것이 실험결과 밝혀졌다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 세대별 전체 정유량이 각 방의 난방 유무에 맞추어 비례적으로 능동 제어되도록 하여 난방이 수행되지 않는 방이 생기면 그 방을 흐르는 유량만큼 전체 정유량에서 감소되도록 함으로써 궁극적으로 난방효율을 높여 난방비를 절감하고 캐비테이션에 의한 소음 문제를 해결함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,
각 방의 난방온도 설정 및 실내온도 측정 기능을 겸하는 온도조절부;
각 방의 환수파이프에 각각 설치되어 그 환수파이프의 통로를 개폐하는 구동기;
상기 환수파이프들의 유량이 한 곳으로 모이는 환수관에 설치되어 제어신호에 의해 상기 환수관의 통과유량을 조절하는 가변유량밸브;
상기 온도조절부의 신호를 입력받아 상기 구동기와 상기 가변유량밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는 것으로, 상기 제어부는 상기 온도조절부 신호에 의거 난방이 중지되어야 할 방의 구동기를 제어하여 해당 방의 환수파이프 통로를 폐쇄하고, 그 해당 방의 폐쇄 유량만큼 상기 가변유량밸브의 유량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치를 제공한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 상기 가변유량밸브는, 입구와 출구가 연통되는 유로가 내부에 마련되고 그 입구와 출구 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트가 형성된 바디; 상기 바디의 내부 일측에 상기 입구측 유압과 상기 시트측 유압이 각각 작용하도록 유압통로가 형성된 챔버; 상기 챔버가 구획분리되도록 설치되어 그 양측으로 상기 입구측 유압과 상기 시트측 유압이 각각 작용되며, 그 압력차에 의해 변형되는 다이아프램; 상기 다이아프램에 결합되어 상기 챔버에서의 압력차에 의해 상기 시트에서 출구쪽으로 통하는 단면적을 조절하도록 탄성 설치된 이동체; 상기 바디의 타측에서, 상기 제어부의 제어신호에 의해 상기 시트의 개방량을 조절하는 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이동체는, 상기 다이아프램에 결합되는 헤드부; 상기 헤드부로부터 상기 시트쪽으로 연장되어 상기 다이아프램의 변형에 따라 상기 시트에서 출구 쪽으로 통하는 유량 단면적을 조절하는 스템부; 상기 다이아프램을 기준으로 양측 압력이 동일할 때 상기 이동체가 복원되도록 상기 이동체와 챔버 사이에 설치된 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 상기 가변유량밸브는,
입구와 출구가 연통되는 유로가 내부에 마련되고 그 입구와 출구 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트가 형성된 바디; 상기 바디의 내부 일측에 상기 시트측 유압과 상기 출구측 유압이 각각 작용하도록 유압통로가 형성된 챔버; 상기 챔버가 구획분리되도록 설치되어 그 양측으로 상기 시트측 유압과 상기 출구측 유압 이 각각 작용되며, 그 압력차에 의해 변형되는 다이아프램; 상기 다이아프램에 결합되어 상기 시트측에서의 압력이 출구측보다 크면 상기 입구측에서 시트측으로 통하는 변곡부의 유량 단면적이 감소되도록 이동되는 이동체; 상기 제어부의 제어신호에 의해 상기 시트의 개방량을 조절하는 액츄에이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다이아프램은, 그 외주면이 상기 챔버 내벽에 고정되며, 그 내주면에는 상기 이동체가 결합되기 위한 관통부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 이동체는, 상기 다이아프램의 관통부에 끼워지는 헤드부; 상기 헤드부로부터 상기 입구측과 시트측이 연통되는 변곡부로 연장되어 상기 다이아프램의 변형에 따라 상기 변곡부를 통과하는 유량 단면적을 조절하는 스템부; 상기 다이아프램을 기준으로 양측 압력이 동일할 때 상기 이동체가 복원되도록 상기 이동체에 설치된 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 변곡부에는 상기 스템부와의 간격을 조절해 초기 통과 유량을 조정하기 위한 조정나사가 설치된 것을 특징으로 한다.
상기 액츄에이터는, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어 제어부의 전기신호를 운동력으로 변환하는 구동본체; 상기 구동본체로부터 연장되어 상기 바디 내부에 삽입되는 것으로, 상기 시트의 개방량을 조절하기 위해 시트 쪽으로 이동되는 이동로드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 난방이 중지되는 방이 생기면 그 방에 해당하는 유량만큼 세대의 전체 정유량이 자동으로 감소되므로, 난방 수행중인 다른 방으로 정해진 유량보다 많은 과유량이 흐르는 것이 방지되므로, 그 결과 난방비가 절감되는 것은 물론 캐비테이션에 의한 소음이 사라지게 된다.
본 발명은 발명자가 4월 29일에 출원하였던 특허출원 10-2009-37729호에 개시된 정유량자동제어장치에 또 다른 가변유량밸브를 적용한 형태를 제안한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어구조를 나타낸 구성도이고, 도3은 본 발명의 제1실시예에 사용된 가변유량밸브의 구조를 나타낸 단면도이며, 도4는 본 발명의 제2실시예에 사용된 가변유량밸브의 구조를 나타낸 단면도이고, 도5는 본 발명에 사용되는 구동본체의 구조를 나타낸 단면도이며, 도6 내지 도8은 서로 다른 유량을 갖는 4개의 방을 대상으로 본 발명에 따른 장치와 종래의 차압유량밸브를 비교하여 실제로 난방이 중지된 방에 대응하여 세대의 전체 정유량의 감소 차이를 나타낸 실험도표이다.
먼저 도2를 참조하면, 본 발명은 크게 온도조절부(110), 구동기(120), 가변유량밸브(200), 제어부(130)를 포함하여 이루어진다.
각 세대는 도2에 도시된 바와 같이 그 크기가 서로 다른 여러 개의 방(제1방, 제2방, 제3항, ... 제n방)으로 이루어질 수 있는데, 편의상 제1방이 가장 크고 제n방으로 갈수록 작아진다고 가정하면 그 각각의 방을 난방하기 위한 필요 유량도 방 면적에 비례하게 된다.
각 세대별로 온수를 공급하기 위한 공급관(2)은 온수공급헤더(3)와 연결되고, 상기 온수공급헤더(3)에서 각 방별로 분기되는 온수관로를 통해 온수가 흐르면서 각 방을 개별 난방하게 된다.
방들과 열교환이 끝난 온수는 각각의 온수관로에 연결된 환수파이프(5)를 통해 온수환수헤더(6)에 다시 모이게 되고, 상기 온수환수헤더(6)에 연결된 환수관(7)을 통해 도시되지 않는 중앙환수관으로 환수된다.
본 발명은 이와 같은 난방 구조를 갖는 세대에서 어느 하나 이상의 방이 난방 중지되면, 실질적으로 난방 중지된 방의 유량에 해당하는 만큼 전체적인 정유량 또한 감소되도록 함으로써 난방비를 절감하고, 난방 수행 중인 다른 방으로 원래 설정되어 있는 유량보다 많은 유량이 가해지는 것을 방지하여 난방 수행 중인 환수파이프의 유속증가를 방지함으로써 캐비테이션에 의한 소음 발생을 억제하고자 하는 것이다.
상기 온도조절부(110)는 사용자가 각 방의 난방온도를 개별적으로 설정할 수 있도록 방마다 개별 설치되는데, 상기 온도조절부(110)는 사용자가 원하는 온도 설정뿐만 아니라 각 방의 실내온도를 측정할 수 있다.
상기 온도조절부(110)는 공기온도감지센서가 내장되어 있고 버튼이나 조절노브를 회전시켜 사용자가 원하는 온도를 설정할 수 있도록 되어 있는바, 상기 온도조절부(110)는 일반적으로 널리 알려진 공지기술에 해당하므로 더 이상의 설명은 생략한다.
상기 구동기(120)는 각 방의 환수파이프(5)에 각각 설치되어 그 환수파이프(5)의 통로를 개폐하는 구성으로서, 상기 구동기(120)가 상기 환수파이프(5)를 개방하면 그 해당 방에 온수가 흐를 수 있기 때문에 난방이 가능하고, 상기 구동기(120)가 상기 환수파이프(5)를 폐쇄하면 해당 방에 온수가 흐르지 못하기 때문에 난방이 중지된다.
상기 구동기(120)는 외부의 전기적 신호에 의해 작동하는 것으로, 후술할 제어부(130)로부터 전기적 신호를 받아 상기 환수파이프(5) 내부에 있는 밸브를 동작시킴으로써 상기 환수파이프(5)의 통로가 개폐된다.
또한, 상기 가변유량밸브(200)는 분기된 상기 환수파이프(5)의 유량이 한 곳으로 모이는 환수관(7)에 설치되는 것으로, 상기 가변유량밸브(200)에서 세대의 전체 정유량이 제한되며, 전기적 신호에 의해 상기 환수관(7)의 총 통과유량을 조절한다.
상기 가변유량밸브(200)에 전기적 신호가 가해지면 상기 환수관(7)의 유량 단면적을 조절하여 그 환수관(7)을 지나는 유량이 조절되는데, 상기 가변유량밸브(200)의 구조는 실시예에 따라 도3 및 도4에 자세하게 도시된다.
도3은 가변유량밸브(200)의 제1실시예를 나타낸 것으로서, 여기에 도시된 바와 같이, 상기 가변유량밸브(200)는 크게 바디(210)와, 챔버(220)와, 다이아프램(230)과, 이동체(240)와, 액츄에이터(250)를 포함하여 이루어진다.
상기 바디(210)의 내부 일측에는 환수되는 유체가 들어오는 입구(211)가 형성되고 타측에는 그 유체가 나가는 출구(212)가 형성되는바, 이와 같이 상기 바디(210)의 내부에는 상기 입구(211)와 출구(212)가 연통되는 유로가 마련된다.
또한, 상기 바디(210)에는 상기 입구(211)와 출구(212) 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트(213)가 형성되어 상기 입구(211)를 통해 바디(210) 내부로 들어온 유체는 상기 시트(213)를 통과하여 상기 출구(212)를 통해 외부로 배출된다.
상기 챔버(220)는 상기 바디(210)의 내부 일측에 형성되는 소정의 공간으로서, 상기 챔버(220)에는 상기 입구(211)측 유압과 상기 시트(213)측 유압이 각각 작용하도록 유압통로(221,222)가 형성된다.
도3에서 보면, 상기 챔버(220)에는 상기 입구(211)측 유압이 작용하도록 상기 입구(211)측과 연통된 제1유압통로(221)가 형성되고 상기 시트(213)측 유압이 작용하도록 상기 시트(213)측과 연통된 제2유압통로(222)가 형성된다.
따라서, 상기 챔버(220)는 상기 제1유압통로(221)와 연통되는 제1유압실(223)과 상기 제2유압통로(222)와 연통되는 제2유압실(224)이 다이아프램(230)에 의해 구획 분리된다.
상기 다이아프램(230)은 제1유압실(223)과 제2유압실(224)이 구획분리되도록 상기 챔버(220)에 설치되며, 상기 다이아프램(230)의 양측으로 상기 입구(211)측 유압과 시트(213)측 유압이 각각 작용할 때 그 압력차에 의해 변형된다.
상기 이동체(240)는 상기 다이아프램(230) 일측에 결합되어 상기 챔버(220)에서의 압력차에 의해 상기 시트(213)에서 상기 출구(212) 쪽으로 통하는 유량 단면적을 조절하도록 탄성 설치되는 구성으로, 상기 다이아프램(230)이 챔버(220)의 압력차로 인해 변형될 때 그 변형력을 제공받아 상기 시트(213) 쪽으로 접근하게 된다.
여기서, 상기 이동체(240)는 헤드부(241)와, 스템부(242)와, 탄성부재(243)를 포함하여 이루어지는데, 상기 헤드부(241)는 상기 다이아프램(230)에 결합되는 부위이다.
또한, 상기 스템부(242)는 상기 헤드부(241)로부터 상기 시트(213)쪽으로 연장되어 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 유량 단면적을 조절하는 부위이다.
따라서, 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 스템부(242)가 이동되면서 상기 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 유량 단면적을 증가시키거나 감소시켜 상기 시트(213)측에서의 유압을 낮추거나 높이게 된다.
그리고, 상기 제2유압실(224)과 연통되는 상기 제2유압통로(222)는 상기 시트(213)측과 통하도록 상기 바디(210)에 형성되어도 무방하지만, 본 발명에서는 상 기 제2유압통로(222)가 상기 스템부(242) 내부에 형성되도록 실시된다.
따라서, 상기 스템부(242) 내부에 형성된 상기 제2유압통로(222)를 통해 상기 제2유압실(224)이 상기 시트(213)측과 연통된다.
또한, 상기 제1유압실(223)과 제2유압실(224)이 서로 동일한 압력 상태에 있을 때에는 상기 이동체(240)가 초기 위치로 복원되어야 하는바, 상기 탄성부재(243)가 상기 이동체(240)와 챔버(220) 사이에 설치된다.
즉, 상기 바디(210)에 일정 유압의 유체가 들어오다가 어느 순간 이보다 높은 고압의 유체가 들어오면 상기 입구(211) 측의 유압은 상기 시트(213)의 유압보다 높게 되고, 이에 따라 상기 입구(211)와 연통된 상기 제1유압실(223) 압력이 상기 시트(213)와 연통된 제2유압실(224) 압력보다 높게 되는바 이러한 압력차이로 인해 상기 제1유압실(223)의 압력이 상기 제2유압실(224) 쪽으로 작용해 상기 다이아프램(230)이 상기 제2유압실(224) 쪽으로 구부러지는 변형이 일어나며, 이러한 다이아프램(230)의 변형에 의해 상기 이동체(240)가 상기 시트(213) 쪽으로 밀려서 상기 이동체(240)의 끝단이 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 단면적을 축소하게 된다.
상기 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 단면적이 축소되면 상기 시트(213)에서의 유압이 점차 상승하여 마침내 입구(211)측 유압과 동일해지는 상태에 이르게 되고, 이처럼 입구(211)측과 시트(213)측의 유압이 동일해지면 상기 제1유압실(223)과 제2유압실(224)의 압력이 평형상태에 이르러 상기 이동체(240)는 탄성력에 의해 다시 원위치로 복원된다.
이와 같이 상기 챔버(220)와, 다이아프램(230)과, 이동체(240)는 상기 입구(211)측과 상기 시트(213)측의 유압이 항상 동일하게 유지될 수 있도록 하는 구성으로, 이렇게 압력을 동일하게 유지시키는 이유는 입구(211)측과 시트(213)측의 압력이 동일해야 상기 시트(213)를 통과하는 유량의 단면적을 조절하여 원하는 유량으로 정확하게 제어할 수 있기 때문이다. 압력이 달라지면 시트(213)를 통과하는 유량에 변화가 생기는 것은 당연하다.
한편, 위와 같은 구성에 의하여 입구(211)측과 시트(213)측의 유압이 동일한 상태로 유지되면 상기 액츄에이터(250)에 의하여 상기 시트(213)를 지나는 유량이 조절되는데, 상기 액츄에이터(250)에 의하여 결국 환수관(7)을 통과하는 총유량이 정밀하게 조절된다.
상기 액츄에이터(250)는 상기 바디(210)의 타측에 설치되어, 전기적 신호에 의해 상기 시트(213)의 개방량을 조절함으로써 실질적인 유량을 조절하는 구성인데, 상기 액츄에이터(250)가 상기 시트(213)를 통과하는 유량의 단면적을 실질적으로 조절함으로써 유량 제어가 가능해진다.
한편, 도4는 가변유량밸브(200)의 제2실시예를 나타낸 것으로서, 도3의 제1실시예와 동일한 명칭으로 사용되는 동일 구성은 동일부호를 사용한다.
도4에서 보면, 상기 가변유량밸브(200)는 크게 바디(210)와, 챔버(220)와, 다이아프램(230)과, 이동체(240)와, 액츄에이터(250)를 포함하여 이루어진다.
상기 바디(210)의 내부 일측에는 환수되는 유체가 들어오는 입구(211)가 형 성되고 타측에는 그 유체가 나가는 출구(212)가 형성되는바, 이와 같이 상기 바디(210)의 내부에는 상기 입구(211)와 출구(212)가 연통되는 유로가 마련된다.
또한, 상기 바디(210)에는 상기 입구(211)와 출구(212) 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트(213)가 형성되어 상기 입구(211)를 통해 바디(210) 내부로 들어온 유체는 반드시 상기 시트(213)를 통과하여 상기 출구(212)를 통해 외부로 배출된다.
상기 챔버(220)는 상기 바디(210)의 내부 중에서 입구(211)와 출구(212) 사이에 형성되는 소정의 공간으로 본 실시예에서는 상기 챔버(220)가 상기 시트(213) 측 부근에 형성되는바, 상기 챔버(220)에는 상기 시트(213)측 유압과 상기 출구(212)측 유압이 각각 작용하도록 유압통로(221,222)가 형성된다.
도4에서 보면, 상기 챔버(220)에는 상기 시트(213)측 유압이 작용하도록 상기 시트(213)측과 연통된 제1유압통로(221)가 형성되고 상기 출구(212)측 유압이 작용하도록 상기 출구(212)측과 연통된 제2유압통로(222)가 형성된다.
따라서, 상기 챔버(220)는 상기 제1유압통로(221)와 연통되는 제1유압실(223)과, 상기 제2유압통로(222)와 연통되는 제2유압실(224)이 다이아프램(230)에 의해 구획 분리된다.
상기 다이아프램(230)은 제1유압실(223)과 제2유압실(224)로 구획분리되도록 상기 챔버(220)에 설치되며, 상기 다이아프램(230)의 양측으로 상기 시트(213)측 유압과 출구(212)측 유압이 각각 작용할 때 그 압력차에 의해 변형된다.
여기서, 상기 다이아프램(230)은 상기 챔버(220)에 설치되도록 그 외주면이 상기 챔버(220) 내벽에 고정되며, 그 내주면에는 후술할 이동체(240)가 결합되기 위한 관통부(231)가 형성된다.
또한, 상기 이동체(240)는 상기 다이아프램(230)에 결합되어 챔버(220)에서의 압력차에 의해 상기 입구(211)측에서 시트(213)측으로 통하는 곳 중 방향이 바뀌는 곳(이하, "변곡부"라 한다)의 단면적이 조절되도록 탄성 설치되는 구성으로, 상기 이동체(240)는 상기 시트(213)측에서의 압력이 출구(212)측보다 크면 상기 다이아프램(230)으로부터 변형력을 제공받아 상기 변곡부(214)의 단면적이 감소되도록 이동된다.
여기서, 상기 이동체(240)는 헤드부(241)와, 스템부(242)와, 탄성부재(243)를 포함하여 이루어지는데, 상기 헤드부(241)는 상기 다이아프램(230)의 관통부(231)에 끼워지는 부위이다.
또한, 상기 스템부(242)는 상기 헤드부(241)로부터 상기 입구(211)측과 시트(213)측이 연통되는 변곡부(214) 쪽으로 연장되어 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 입구(211)에서 시트(213) 쪽으로 통하는 변곡부(214)의 단면적을 조절하는 부위이다.
따라서, 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 스템부(242)가 이동되면서 상기 변곡부(214)의 유량 단면적을 증가시키거나 감소시켜 압력변화에 따른 변곡부(214)의 유량을 조절함으로써 상기 시트(213)측에서는 유압이 항상 일정해지도록 한다.
또한, 상기 제1유압실(223)과 제2유압실(224)이 서로 동일한 압력 상태에 있 을 때에는 상기 이동체(240)가 초기 위치로 복원되어야 하는바, 상기 탄성부재(243)는 다이아프램(230)을 기준으로 양측 압력이 동일할 때 상기 이동체(240)가 복원되도록 상기 이동체(240)에 탄성 설치된다.
그리고, 상기 변곡부(214)에는 상기 스템부(242)와의 간격을 조절해 변곡부(214)를 지나는 초기 통과유량을 조정하기 위한 조정나사(215)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 조정나사(215)는 초기 유량을 설정할 때 수동으로 조작할 수 있도록 되어 있으며, 한번 조정해 놓으면 다시 수동으로 조작하기 전까지 변경되지 않는다.
정리해 보면, 상기 바디(210)에 일정 유압의 유체가 들어오다가 어느 순간 이보다 높은 고압의 유체가 들어오면 상기 시트(213) 측의 유압은 상기 출구(212) 측의 유압보다 높게 되고, 이에 따라 상기 시트(213) 측과 연통된 상기 제1유압실(223) 압력이 상기 출구(212) 측과 연통된 제2유압실(224) 압력보다 높게 되는바 이러한 압력차이로 인해 상기 제1유압실(223)의 압력이 상기 제2유압실(224) 쪽으로 작용해 상기 다이아프램(230)이 상기 제2유압실(224) 쪽으로 구부러지는 변형이 일어나며, 이러한 다이아프램(230)의 변형에 의해 상기 이동체(240)가 상기 변곡부(214) 쪽으로 이동되어 상기 스템부(242)의 끝단이 입구(211)에서 시트(213) 쪽으로 통하는 변곡부(214)의 유량 단면적을 축소하게 된다.
상기 변곡부(214)의 유량 단면적이 축소되면 상기 시트(213)에서의 유압이 점차 하강하여 마침내 출구(212)측 유압과 동일해지는 상태에 이르게 되고, 이처럼 시트(213)측과 출구(212)측의 유압이 동일해지면 상기 제1유압실(223)과 제2유압 실(224)의 압력이 평형상태에 이르러 상기 이동체(240)는 탄성력에 의해 다시 원위치로 복원된다.
이와 같이 상기 챔버(220)와, 다이아프램(230)과, 이동체(240)는 상기 시트(213)측과 상기 출구(212)측의 유압이 항상 동일하게 유지될 수 있도록 하는 구성으로, 이렇게 압력을 동일하게 유지시키는 이유는 시트(213)측과 출구(212)측의 압력이 동일해야 상기 시트(213)를 통과하는 유량의 단면적을 조절하여 원하는 유량으로 정확하게 제어할 수 있기 때문이다. 압력이 달라지면 시트(213)를 통과하는 유량에 변화가 생기는 것은 당연하다.
한편, 위와 같은 구성에 의하여 시트(213) 전후 측의 유압이 동일한 상태로 유지되면 상기 액츄에이터(250)에 의하여 상기 시트(213)를 지나는 유량이 조절되는데, 상기 액츄에이터(250)에 의하여 결국 환수관(7)을 통과하는 총유량이 정밀하게 조절된다.
상기 액츄에이터(250)는 상기 바디(210)의 타측에 설치되어, 전기적 신호에 의해 상기 시트(213)의 개방량을 조절함으로써 실질적인 유량을 조절하는 구성인데, 상기 액츄에이터(250)가 상기 시트(213)를 통과하는 유량의 단면적을 실질적으로 조절함으로써 유량 제어가 가능해진다.
여기서, 가변유량밸브(200)의 제1실시예와 제2실시예에 모두 공통으로 사용되는 상기 액츄에이터(250)는 크게 구동본체(251)와 이동로드(252)를 포함하여 이루어지는데, 상기 구동본체(251)는 후술할 제어부(130)와 전기적으로 연결되어 상 기 제어부(130)로부터 전기신호를 받으면 이것을 운동력으로 변환하게 된다.
상기 구동본체(251)의 운동력은 상기 이동로드(252)로 전달되어 상기 이동로드(252)의 이동에 따른 길이변화에 의해 상기 입구(211) 측에서 상기 시트(213) 쪽으로 통하는 단면적이 조절된다.
여기서, 상기 구동본체(251)는 도5에 나타낸 바와 같이 상기 제어부(130)와 전기적으로 연결되어 구동력을 발생시키는 구동모터(256); 이 구동모터(256)에 의해 발생된 구동력을 상기 이동로드(252)로 전달하는 구동기어(258); 및 이 구동기어(258)와 연동하여 상기 이동로드(252)의 변위량을 감지하고, 감지된 변위량을 상기 제어부(130)로 피드백하는 가변저항기(261)로 구성된다.
상기 제어부(130)는 구동본체(251)의 구동모터(253)와 전기적으로 연결되어 상기 구동모터(253)를 작동시키는데, 상기 구동모터(253)는 감속기어(254)를 통해 구동기어(255)에 회전력을 가한다.
상기 구동기어(255)는 도5에 도시되지는 않았지만 상기 이동로드(252)에 동력전달 가능하도록 연결되어 상기 이동로드(252)가 직선운동을 하도록 외력을 제공한다.
이때, 상기 직선운동하는 이동로드(252)의 위치에 대한 정보를 상기 제어부(130)가 입력받아야 상기 입구(211) 측에서 시트(213) 측으로 통과하는 유량을 제어부(130)가 알 수 있기 때문에, 상기 구동기어(255)는 연결기어(253)를 통해 센서기어(257)와 동력 연결된다.
따라서, 상기 구동기어(255)가 회전되면 상기 센서기어(257)가 연동하여 회 전되는데, 상기 센서기어(257)에는 일반적으로 알려져 있는 가변저항기(258)가 내장되어 있고, 상기 가변저항기(258)의 출력값은 상기 제어부(130)로 입력되기 때문에, 상기 제어부(130)는 상기 가변저항기(258)의 출력값을 실시간으로 입력받아 상기 구동기어(255)의 회전량, 즉 상기 이동로드(252)의 위치를 알 수 있게 된다.
상기 구동기어(255)는 1회 이상 회전될 수 있지만, 상기 센서기어(257)는 가변저항기(258)와 접촉된 상태로 회전되어야 하기 때문에 회전수가 1회 미만으로 제한되는바, 이러한 원리를 고려하여 상기 구동기어(255)와 상기 센서기어(257)간에 적정한 기어비가 설정되는 것이 바람직하다. 참고로, 본 발명에서는 상기 센서기어(257)의 회전각이 270도 이하로 제한되며 그 회전각도 범위내에 가변저항기(258)가 설치되며, 상기 제어부(130)에는 상기 이동로드(252)의 이동거리와 시트(213)의 직경 등, 각종 파라미터가 입력되어 있어서 상기 이동로드(252)의 이동거리를 알면 유량의 추정이 가능하다.
이와 같이, 상기 이동로드(252)는 상기 구동본체(251)로부터 연장되어 상기 바디(210) 내부에 삽입된 상태에서 상기 구동본체(251)로부터 힘을 제공받아 상기 시트(213) 쪽으로 들어가는 단면적을 조절하게 되는데, 상기 이동로드(252)가 상기 시트(213)의 단면적을 조절함에 따라 유량이 제어된다.
이때, 상기 이동로드(252)의 외경은 상기 시트(213)의 내경에 대응되는 크기로 설정되는 것이 바람직한바, 상기 이동로드(252)가 상기 시트(213)에 완전히 끼워지면 유체가 전혀 흐를 수 없게 되어 통과유량이 "0"이 된다.
한편, 제어부(130)는 도2에 나타낸 바와 같이 상기 온도조절부(110)의 신호를 입력받아 그 신호에 근거하여 상기 구동기(120)와 상기 가변유량밸브(200)를 제어하는 구성이다.
상기 온도조절부(110)는 앞에서 설명한 바와 같이 사용자가 원하는 난방온도를 설정할 수 있을 뿐만 아니라 현재 실내온도를 측정할 수 있기 때문에, 상기 온도조절부(110)에서 사용자가 설정한 설정온도와 온도조절부(110)가 감지한 현재온도는 모두 상기 제어부(130)로 입력된다.
상기 제어부(130)는 입력받은 설정온도와 현재온도를 비교하여 현재온도가 설정온도보다 낮은 경우에 난방을 수행하여야 하므로, 상기 구동기(120)에 온(on) 신호를 주어 해당 환수파이프(5)가 개방되도록 한다.
이때, 어느 하나의 방의 설정온도가 현재온도와 동일해져서 난방이 중지되어야 할 경우, 상기 제어부(130)는 그 해당 방의 구동기(120)에 오프(off) 신호를 주어 그 방의 환수파이프(5)가 폐쇄되도록 한다.
이때, 상기 제어부(130)는 해당 방의 폐쇄 유량만큼 상기 가변유량밸브(200)의 유량을 감소시켜, 상기 가변유량밸브(200)를 통과하는 세대별 전체 정유량이 난방 중인 각 방의 유량의 합과 동일해지도록 한다.
상기 제어부(130)가 상기 가변유량밸브(200)에 보내는 제어신호는 가변유량밸브(200)의 액츄에이터(250) 중에서도 구동본체(251)로 보내져, 상기 이동로드(252)의 이동거리를 조정하는데, 상기 제어부(130)에는 상기 이동로드(252)의 이동거리와 시트(213)의 직경 등, 각종 파라미터가 입력되어 있어서 상기 이동로 드(252)의 이동거리에 따른 유량을 추정할 수 있게 된다.
만약, 하나의 방에서만 난방이 수행되면 상기 제어부(130)는 난방이 수행되는 방의 환수파이프(5)만을 개방하고 다른 나머지 방(난방 중지된 방)들의 환수파이프(5)는 폐쇄하며, 상기 가변유량밸브(200)에 난방이 수행되는 방의 유량과 동일한 유량만 흐를 수 있도록 제어한다.
이에 대한 추가적인 예시는, 도6 내지 도8의 실험데이터를 참고하여 아래에서 설명한다.
도6 내지 도8은 서로 다른 유량을 갖는 4개의 방을 대상으로 본 발명에 따른 장치와 종래의 차압유량밸브를 비교하여 실제로 난방이 중지된 방에 대응하여 세대의 전체 정유량의 감소 차이를 나타낸 도표인데, 여기서 최적값이라고 하는 것은 각 방의 난방 유무에 따라 해당 세대의 전체 정유량을 계산적으로 나타낸 이상적인 값이다.
또한, 구동기열림이라고 하는 것은 해당숫자의 방이 난방된다는 뜻으로 예를 들어 구동기열림이 "1+2+3+4"이면, 1,2,3,4번 방이 모두 난방되고 있다는 뜻이며, 구동기열림이 "1"이면 1번 방만 난방되고, 2,3,4번 방은 난방 중지 상태에 있다는 뜻이다.
먼저, 도6을 보면 구동기열림이 "1+2+3+4" 상태에 있을 때, 본 발명이나 차압유량밸브나 모두 최적값과 유사한 것을 알 수 있으나, 하나의 방이 난방 중지된 "1+2+4", "1+2+3", "1+3+4"에서는 본 발명은 최적값에 모두 근접하였으나 종래의 차압유량밸브는 최적값과 차이를 보여 유량제어가 목표하는 대로 제대로 이루어지지 않는 것을 알 수 있다.
이것은, 실제로 하나의 방이 난방되지 않음에도 불구하고 세대의 전체 정유량은 그에 비례하여 감소되지 않았는바, 결국 난방이 되고 있는 다른 방으로 과유량이 흘러 연료비 절감이 되지 않을 뿐만 아니라 유속 증가로 인해 캐비테이션이 발생한다는 것을 알 수 있다.
이러한 차이는 도7 및 도8에서 보는 바와 같이 난방 중지되는 방이 늘어날수록 더욱 극명하게 나타나는 바, 도8에서와 같이 하나의 방만을 난방하는 경우 본 발명에 따른 장치는 최적값에 매우 근접하여 실질적인 연료비 절감이 이루어지고 소음이 발생하지 않는 것을 알 수 있으나, 종래의 차압유량밸브는 최적값과 큰 차이를 보여 난방효율이 저하되고 캐비테이션에 의한 소음이 발생한다는 것을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
도1은 종래 차압유량조절밸브가 사용된 온수분배기를 나타낸 블록도,
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어구조를 나타낸 구성도,
도3은 본 발명의 제1실시예에 사용된 가변유량밸브의 구조를 나타낸 단면도,
도4는 본 발명의 제2실시예에 사용된 가변유량밸브의 구조를 나타낸 단면도,
도5는 본 발명에 사용되는 구동본체의 구조를 나타낸 단면도,
도6 내지 도8은 서로 다른 유량을 갖는 4개의 방을 대상으로 본 발명에 따른 장치와 종래의 차압유량밸브를 비교하여 실제로 난방이 중지된 방에 대응하여 세대의 전체 정유량의 감소 차이를 나타낸 실험도표.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 온도조절부 120 : 구동기
130 : 제어부 200 : 가변유량밸브
210 : 바디 211 : 입구
212 : 출구 213 : 시트
214 : 변곡부 215 : 조정나사
220 : 챔버 221 : 제1유압통로
222 : 제2유압통로 223 : 제1유압실
224 : 제2유압실 230 : 다이아프램
231 : 관통부 240 : 이동체
241 : 헤드부 242 : 스템부
243 : 탄성부재 250 : 액츄에이터
251 : 구동본체 252 : 이동로드

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 각 방의 난방온도 설정 및 실내온도 측정 기능을 겸하는 온도조절부(110), 각 방의 환수파이프(5)에 각각 설치되어 그 환수파이프(5)의 통로를 개폐하는 구동기(120), 상기 환수파이프(5)들의 유량이 한 곳으로 모이는 환수관(7)에 설치되어 제어신호에 의해 상기 환수관(7)의 통과유량을 조절하는 가변유량밸브(200), 상기 온도조절부(110)의 신호를 입력받아 상기 구동기(120)와 가변유량밸브(200)를 제어함에 있어서 온도조절부(110) 신호에 의거 난방이 중지되어야 할 방의 구동기(120)를 제어하여 해당 방의 환수파이프(5) 통로를 폐쇄하고, 그 해당 방의 폐쇄 유량만큼 상기 가변유량밸브(200)의 유량을 감소시키는 제어부(130)를 포함하고;
    상기 가변유량밸브(200)는, 입구(211)와 출구(212)가 연통되는 유로가 내부에 마련되고 그 입구(211)와 출구(212) 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트(213)가 형성된 바디(210); 상기 바디(210)의 내부 일측에 상기 입구(211)측 유압과 상기 시트(213)측 유압이 각각 작용하도록 유압통로가 형성된 챔버(220); 상기 챔버(220)가 구획분리되도록 설치되어 그 양측으로 상기 입구(211)측 유압과 상기 시트(213)측 유압이 각각 작용되며, 그 압력차에 의해 변형되는 다이아프램(230); 상기 다이아프램(230)에 결합되어 상기 챔버(220)에서의 압력차에 의해 상기 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 단면적을 조절하도록 탄성 설치된 이동체(240); 상기 바디(210)의 타측에서, 상기 제어부(130)의 제어신호에 의해 상기 시트(213)의 개방량을 조절하는 액츄에이터(250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 이동체(240)는,
    상기 다이아프램(230)에 결합되는 헤드부(241);
    상기 헤드부(241)로부터 상기 시트(213)쪽으로 연장되어 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 시트(213)에서 출구(212) 쪽으로 통하는 유량 단면적을 조절하는 스템부(242);
    상기 다이아프램(230)을 기준으로 양측 압력이 동일할 때 상기 이동체(240)가 복원되도록 상기 이동체(240)와 챔버(220) 사이에 설치된 탄성부재(243);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  4. 각 방의 난방온도 설정 및 실내온도 측정 기능을 겸하는 온도조절부(110), 각 방의 환수파이프(5)에 각각 설치되어 그 환수파이프(5)의 통로를 개폐하는 구동기(120), 상기 환수파이프(5)들의 유량이 한 곳으로 모이는 환수관(7)에 설치되어 제어신호에 의해 상기 환수관(7)의 통과유량을 조절하는 가변유량밸브(200), 상기 온도조절부(110)의 신호를 입력받아 상기 구동기(120)와 가변유량밸브(200)를 제어함에 있어서 온도조절부(110) 신호에 의거 난방이 중지되어야 할 방의 구동기(120)를 제어하여 해당 방의 환수파이프(5) 통로를 폐쇄하고, 그 해당 방의 폐쇄 유량만큼 상기 가변유량밸브(200)의 유량을 감소시키는 제어부(130)를 포함하고;
    상기 가변유량밸브(200)는, 입구(211)와 출구(212)가 연통되는 유로가 내부에 마련되고 그 입구(211)와 출구(212) 사이에 유로의 단면적이 감소되는 시트(213)가 형성된 바디(210); 상기 바디(210)의 내부 일측에 상기 시트(213)측 유압과 상기 출구(212)측 유압이 각각 작용하도록 유압통로가 형성된 챔버(220); 상기 챔버(220)가 구획분리되도록 설치되어 그 양측으로 상기 시트(213)측 유압과 상기 출구(212)측 유압이 각각 작용되며, 그 압력차에 의해 변형되는 다이아프램(230); 상기 다이아프램(230)에 결합되어 상기 시트(213)측에서의 압력이 출구(212)측보다 크면 상기 입구(211)측에서 시트(213)측으로 통하는 변곡부(214)의 유량 단면적이 감소되도록 이동되는 이동체(240); 상기 제어부(130)의 제어신호에 의해 상기 시트(213)의 개방량을 조절하는 액츄에이터(250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 다이아프램(230)은,
    그 외주면이 상기 챔버(220) 내벽에 고정되며, 그 내주면에는 상기 이동체(240)가 결합되기 위한 관통부(231)가 형성된 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 이동체(240)는,
    상기 다이아프램(230)의 관통부(231)에 끼워지는 헤드부(241);
    상기 헤드부(241)로부터 상기 입구(211)측과 시트(213)측이 연통되는 변곡 부(214)로 연장되어 상기 다이아프램(230)의 변형에 따라 상기 변곡부(214)를 통과하는 유량 단면적을 조절하는 스템부(242);
    상기 다이아프램(230)을 기준으로 양측 압력이 동일할 때 상기 이동체(240)가 복원되도록 상기 이동체(240)에 설치된 탄성부재(243);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 변곡부(214)에는 상기 스템부(242)와의 간격을 조절해 초기 통과 유량을 조정하기 위한 조정나사(215)가 설치된 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  8. 청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 액츄에이터(250)는,
    상기 제어부(130)와 전기적으로 연결되어 제어부(130)의 전기신호를 운동력으로 변환하는 구동본체(251);
    상기 구동본체(251)로부터 연장되어 상기 바디(210) 내부에 삽입되는 것으로, 상기 시트(213)의 개방량을 조절하기 위해 시트(213) 쪽으로 이동되는 이동로드(252);를 포함하는 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 구동본체(251)는,
    상기 제어부(130)와 전기적으로 연결되어 구동력을 발생시키는 구동모터(256);
    이 구동모터(256)에 의해 발생된 구동력을 상기 이동로드(252)로 전달하는 구동기어(258); 및
    이 구동기어(258)와 연동하여 상기 이동로드(252)의 변위량을 감지하고, 감지된 변위량을 상기 제어부(130)로 피드백하는 가변저항기(261)로 이루어진 것을 특징으로 하는 정유량 자동제어장치.
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