KR101180694B1 - 복수 필밸브의 개폐시점 조절을 이용한 절수형 변기의 세척수 분배장치 및 분배방법 - Google Patents

Abstract

각각 다른 방향으로 난 배수구를 갖는 복수의 필밸브와 각 필밸브의 내부 압력수 충전배출을 각각 제어하는 복수의 압력수 자동제어기와 상기 필밸브와 상기 압력수 자동제어기를 서로 연결하는 복수의 압력수 자동배출관 및 복수의 필밸브 중 어느 하나 이상의 특정 필밸브가 전부 또는 일부 개방되어 있을 때, 나머지 필밸브의 배수량은 상기 특정 필밸브의 개방 정도에 따라 변화할 수 있도록 동일한 수두(water head)위치에서 상기 복수의 필밸브에 세척수를 동시 공급하는 급수분배기(40)를 포함하는 세척수 분배장치가 개시된다.
본 출원서는 압력수가 급속하게 빠지는 필밸브 초기 개방구간은 수리학적으로 이용하기 힘든 짧은 시간이나 천천히 차오르는 후기 폐쇄구간은 수리학적으로 충분히 이용 가능한 시간임에 착안하여 고압 수도관에 직접 연결되어 작은 유량으로 짧게 작동하는 직수 세척식 변기 분야에서, 림 배수와 제트 배수 간의 전환시점과 전환시간, 그리고 배수량 공급비율을 자유롭게 조절할 수 있는 독특한 기술구성에 의해 적은 양의 세척수로도 림 하부면 세척감과 제트구의 오물 배출성능을 동시에 향상시킬 수 있는 림-제트 배수량 최적 분배제어장치와 제어방법을 기술하고 있다.
본 발명에 따르면, 림배수량을 다소 넉넉하게 설정하여도, 림배수 중에 제트배수가 시작될 수 있으므로 림배수량이 자연스럽게 빨리 줄어들어 신속하게 급수량의 100%를 제트배수에 할당할 수 있다. 또한 제트배수를 차단 시작하고 약간의 시간이 지연된 최적 시점에 후기 림배수를 재차 시작하면 상대적으로 더욱 빠르게 제트배수량이 줄어들게 되며, 이는 급수량의 짧은 공백을 유발하여 사이펀 현상의 말미에 딸려나가는 물의 양을 줄일 수 있게 된다. 따라서 결과적으로 오물 배출에 필요한 급수량(사이펀 발생 유량)을 최대한 아낄 수 있고 그만큼 여유있는 후기 급수량으로 오물도기에 기본 담수량을 빠르고 풍부하게 채워넣을 수 있다.

Description

복수 필밸브의 개폐시점 조절을 이용한 절수형 변기의 세척수 분배장치 및 분배방법{Water distributor/distributing method of green toilet which is operated by filling time of pilot waters}

본 발명은 고압 수도관에 직접 연결되어 작은 유량으로 짧게 작동하는 직수 세척식 변기 분야에서, 림 배수와 제트 배수 간의 전환시점과 전환시간, 그리고 배수량 공급비율을 자유롭게 조절할 수 있는 독특한 기술구성에 의해 적은 양의 세척수로도 림 하부면 세척감과 제트구의 오물 배출성능을 동시에 향상시킬 수 있는 림-제트 배수량 최적 분배제어장치에 관한 것이다.

탱크에 저장된 물을 변기의 도기 가장자리 부분인 림(Rim)측 배수구로 주로 배수시켜 오물을 배출하는 자연배수식 변기는 오물이 트랩을 넘어갈 만한 충분한 양의 세척수를 보울(Bowl) 내부 전체에 공급함으로써 좋은 세척감과 함께, 자연스러운 사이펀(siphon) 현상에 의한 오물 배출감도 뛰어나다. 따라서 가장 좋은 감성품질을 갖고 있으나 그만큼 요구되는 세척수량도 많다. 최근 적은 양의 세척수로도 자연배수식 변기와 유사한 성능과 감성품질을 달성하기 위해서 다양한 형태의 강제배수식 변기가 당해 기술분야에서 개발, 실시 중에 있다.

강제배수식 변기의 대표적인 세척 메커니즘은 건물 내 배관에 직접 변기를 연결하고, 보울 하부(트랩의 시작부)에 별도의 세척수 분사구(이하 제트구라 한다)를 두어 배관 수압에 의해 소량의 물을 강하게 분사하여 오물을 밀어내는 것이다. 이 방식은 적은 양의 물로도 오물이 변기 트랩을 넘어갈만한 사이펀 현상을 일으킬 수 있으므로 물 절약 성능은 우수하나, 보울 내부 세척감이 떨어지고 소음이 크며 오물이 튈 수 있는 등 단점도 적지 않다.

한편, 다이어프램 개폐작용을 이용한 필 밸브(Fill valve)와 솔레노이드 등 전기적 구동 메커니즘을 이용한 밸브 자동제어기를 결합하여 높은 수압의 세척수를 콘트롤할 수 있는 세척수 밸브기술은 현재 당 업계에서 강제배수 변기의 대표적인 전자식 배수제어장치로 널리 활용되고 있다. 대표적인 관련 공개기술로써 아래 소개한 (문헌1) 및 (문헌2)가 그것이다. 이러한 자동제어 기술은 공중화장실을 연상하게 하는 종래의 후레쉬밸브 손잡이를 전자식 버튼으로 대체할 수 있게 하므로, 강제배수식 변기의 디자인과 상품가치를 높이는데 큰 역할을 하였다.

상술한 세척수 밸브의 전기적 제어개념을 좀더 응용하여 강제배수식 변기의 떨어지는 세척감을 보완하고자 세척수의 분사방향을 두 군데로 나눠 전환시키는 노력도 꾸준히 시도되었다. (문헌3)과 (문헌4)가 그것인데, 비록 제트구 분사를 통한 오물 배출을 주된 작용으로 하고는 있지만 떨어지는 보울 내부 세척감을 보완하고 제트배수 후 적절한 양의 초기 담수량 확보를 위해서 세척수의 일부를 림배수 쪽에 할당하고 있다.

(문헌1) 일본특허공보 JP3707295 (2000.07.14. 공고) 전자식 회전 작동체와 다이어프램식 메인밸브 및 파일롯트 밸브를 이용한 압력수 개폐밸브 조립체. (문헌2) 일본공개특허공보 JP2006-185266 (2006.07.13 공개) 솔레노이드 왕복동 작동체로 파일롯트 밸브를 개폐하는 지수변(stop valve). (문헌3) 일본공개특허공보 JP1996-277567, (1996.10.22. 공개) 제트구에 세척수를 공급하기 전에 림에서 배수될 수 있도록 림 배수용 탱크에 별도의 세척수를 급수하는 전환밸브. (문헌4) 한국공개특허공보 10-2010-0029326 (2010.03.17. 공개) 필밸브 및 솔레노이드 밸브 결합체 작동에 의해 림배수구와 제트구에 세척수를 순차적으로 공급하는 직수 세척식 급수장치.

솔레노이드 전자변 등 전자식 서보기구와, 압력차에 따른 다이어프램의 변위에 의해서 고압의 물을 급수/지수하는 필밸브가 결합된 강제 배수식 변기의 배수제어장치는 전자제어식으로 동작하므로 버튼만 누르면 자동적으로 림-제트-림 순서로 세척수 공급경로를 변환시킬 수 있다. 따라서 조작이 쉬우면서도 종래 자연배수와 동작이 비슷하고 물을 절약할 수 있어 공중화장실용 변기로 손색이 없으나, 가정용 변기나 고급변기에 사용되기에는 미흡한 점이 있다.

무엇보다도 보울 내부면(오물도기면)의 세척감이 여전히 떨어진다는 점이 대표적인 단점인데, 이렇게 될 수 밖에 없는 이유는 원래의 설계목적(물 절약)에 부합하기 위해서는 림 배수량이 매우 적어야 하기 때문이다.

때문에 비록 림-제트-림 순서로 자연배수식과 유사하게 배수를 한다고 하더라도, 고압으로 급수되는 세척수를 짧은 시간에 자유롭게 전환시키기란 매우 어려운 일임을 감안하면 림 배수시간을 극히 짧게 단축시키거나 아예 림 배수구 자체를 작게 만들 수 밖에 없다.

이는 자연배수식과는 비교할 수 없이 떨어지는 조악한 림 세척감을 낳게 되는데, 좀더 자세히 살펴보면 강제 배수식 세척수를 컨트롤하는 필밸브가 다이어프램 압력실에 압력수를 채우고 있다가 조금씩 빼내는 방식으로 느리게 밸브를 열고, 다시 다이어프램 압력실에 압력수를 조금씩 채우는 방식으로 느리게 밸브를 닫을 수 밖에 없다는 본질적 한계에 기인한다.

(여기서 압력수란 특별한 고압상태에 있다기 보다는 수도관의 수압과 같은 물로써 수압이 해제되면서 배수되는 것이 아닌 다이어프램 압력실에 정체된 소량의 물을 의미하며, 필밸브의 파일롯트 작용(트리거 작용)을 수행하는 세척수를 말한다. 다시 말해 압력수와 직수, 수도관급수는 모두 같은 압력을 가지는 물이다. 그러나 이하에서는 설명의 편의상 필밸브의 압력실 파일롯트 작용에 관련된 세척수는 모두 일반 림배수, 제트배수와 구분하여 압력수라 칭한다.)

솔레노이드 등으로 동작하는 압력실 개폐밸브(파일롯트 밸브)는 압력수 배출관 단면적이 매우 작으므로 비록 압력수가 고압이라 하더라도 빠르게 여닫을 수 있으나, 필밸브 내 다이어프램은 수압이 작용하는 단면적이 꽤 크므로 직접 빠르게 여닫는 것이 불가능하며, 오직 작은 압력수 배출관으로 압력수가 다 빠져나가야 완전히 열리고 다이어프램 중앙의 작은 유입공(니들밸브)으로 압력수가 다 차올라야만 완전히 닫힐 수 있다. 다시 말해서 작은 수압으로 높은 수압을 제어하기 위해서 그 만큼 발생되는 동작시간의 지연은 일의 원리(Principle of work) 측면에서 필연적이다.

이와 같은 필밸브의 지연동작은 림이나 제트구 분사를 짧고 빠르게 끝내야만 제 성능을 발휘하는 강제배수식 변기의 기본 동작 요구패턴과 정확히 반대이다. 따라서 림-제트-림 배수 패턴으로 작동 시, 세척수 소모량은 물 탱크식 자연 배수량보다 오히려 많아질 수 있으며, 림에서 흘러내리는 세척수량이 일정하지 않아 물자국, 오물 등이 남거나 물이 튀는 등 추가적인 나쁜 현상도 유발될 수 있다.

(문헌3)은 이러한 모순점을 적절히 해결하기 위해, 림 배수만을 따로 떼어내서 탱크에 의한 자연배수로 대체하고 있다. 그러나 이 경우는 직수 밸브 구성과 탱크 밸브 구성까지 2개의 밸브와 밸브간 결합작동 콘트롤러까지 동시에 하나의 변기에 구비해야 하므로 구조가 복잡해지고 가격이 올라가며 여전히 림 배수는 한번 밖에 할 수 없다.

(문헌4)는 필밸브의 동작지연을 조금이나마 해소하기 위하여 다이어프램 압력실에 압력수를 강하고 빠르게 채워 넣는 일종의 채찍 구성을 도입하고 있는데 이 구성은 실린더 내부의 피스톤처럼 완전 밀폐식으로 작동하는 것도 아니며 기본적으로 압력수 보충관의 유량단면적이 작으므로 실질적인 동작시간 단축성능은 미미하다.

본 발명은 상술한 바와 같이 조작이 간편한 대신 특유의 동작지연으로 인해 림-제트-림 순서의 바람직한 세척수 급수패턴을 제대로 구현하기 힘든 종래의 강제배수식 자동제어변기에서 세척감, 세척수 사용량 그리고 오물 배출능력까지 모두 종합적으로 반영된 실질적인 세척성능을 크게 끌어올린 것이다.

본 발명은 우선 필밸브 내의 압력수는 비교적 급속하게 빠지나 상대적으로 천천히 차오른다는 점을 이용하였다.

압력수가 급속하게 빠지는 필밸브 초기 개방구간은 수리학적으로 이용하기 힘든 짧은 시간이나 천천히 차오르는 후기 폐쇄구간은 수리학적으로 충분히 이용가능하며, 더 나아가서 고도로 응용할 수도 있는 시간이다.

본 발명은 압력수가 차오르는 시간, 구체적으로 림필밸브(림 배수를 제어하는 필밸브)가 닫히는 시간 동안 림배수량이 천천히 줄어든다는 점을 발전적으로 이용하여 초기 림배수 중에 제트배수(제트구 배수)를 개시하고 그에 따른 유량배분은 하나의 급수원으로부터 동일한 수압으로 세척수를 공급하는 급수분배기에 의해 자연스럽게 분배되면서 초기 림배수 차단을 가속화 하는 도구로 사용하도록 하였다.

마찬가지로 중기 제트배수 중에 후기 림배수를 개시하되 역시 그에 따른 유량배분은 상기 독특한 설계의 급수분배기에 의해 자연스럽게 분배되면서, 사이펀 현상이 끝난 직후의 특정 시점에 후기 림배수가 시작되고 그에 따라 후기 림배수가 불필요하게 사이펀 현상의 말미로 따라나가지 않고, 거의 모두가 보울 내부 담수량 재충전에 사용할 수 있도록 하였다.

상술한 절묘한 제어과정을 실질적으로 이끌어 나가는 두 구성은 림필밸브와 제트필밸브를 동일한 수두위치에 두고 자연스러운 유량배분을 유도하는 급수분배기와, 양 필밸브에서 압력수가 빠지거나 다시 차는 시점을 쉽게 컨트롤할 수 있도록 용적 조절 설계가 가능한 압력수 자동배출관이다. 물론 이들 구성을 이용하여 다양한 제원의 변기에서 다양한 형태의 조작패턴에 맞게 최적 배수제어동작을 유도하는 시점제어방법도 본 발명의 기술사상을 완성시키는 주요 구성 중 하나이다.

본 발명에 따르면, 세척감 향상을 위하여 초기 림배수량을 다소 넉넉하게 설정한다 하여도, 그 대신 초기 림배수 중에 제트배수가 시작될 수 있으므로 림배수량이 자연스럽게 빨리 줄어들어 신속하게 급수량의 100%를 제트배수에 할당할 수 있다. 또한 제트배수를 차단 시작하고 약간의 시간이 지연된 최적 시점에 후기 림배수를 재차 시작하면 상대적으로 더욱 빠르게 제트배수량이 줄어들게 되며, 결과적으로 오물 배출에 필요한 급수량(사이펀 발생 유량)외 불필요한 유량을 최대한 아낄 수 있고 그만큼 여유있는 후기 급수량으로 오물도기에 기본 담수량을 빠르고 풍부하게 채워넣을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 중간 작동 과정시 압력수가 충전배출 소음 발생횟수가 상대적으로 적고, 초기 림-제트 배수 중첩효과에 의해 초기 림배수시 살짝 떠오르는 수면에서 발생되는 수압을 사이펀 발생에 모두 이용할 수 있다. 반면 후기 제트-림 배수 시에는 약간의 시차를 두어 제트배수가 줄어들고 있는 특정 시점에 후기 림배수를 시작함으로써 진행중인 사이펀 현상에 후기 림배수량 일부가 딸려나가지 않는 추가적인 급수량 절약효과가 있으며 중기 제트배수의 시작이 초기 림배수의 차단을 더욱 빠르게 하는 효과가 있으므로 전체적인 변기 동작시간이 짧아지는 효과가 있다.

도 1~3은 각부 명칭이 직접 기재된 본 발명 분배장치의 3D모델링 사시도
도 4, 도 5는 도면부호로 설명한 본 발명 분배장치의 3면도 및 사시도
도 6은 본 발명 분배장치가 탑재된 강제배수식 변기의 3면도.
도 7은 본 발명 분배장치의 압력수 대기상태를 도시한 배관도.
도 8은 림필밸브 작동시 압력수 흐름을 도시한 배관도.
도 9는 제트필밸브 작동시 압력수 흐름을 도시한 배관도.
도 10~12는 림-제트-림 배수과정에서 본 발명의 배수시점 조절에 따른 실제 급수시간과 급수량 변화를 설명한 그래프.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 특정 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

먼저 도 1~5에 도시된 세척수 분배장치를 세척수의 유동 경로를 따라 설명한다.

외부의 수도관에 연결되어 급수구(11)를 통해 고압의 세척수를 공급받은 급수분배기(40)는 상부 평면상에 2개의 유출구가 형성되고, 일측에 제트필밸브(32)가 타측에 림필밸브(22)가 장착된다. 상기 복수의 필밸브(22,32)는 급수분배기가 형성하는 동일한 수두(water head)위치에서 세척수를 공급받고 있으므로 같은 수압이 작용하는 것이다. 따라서 둘 중 하나의 필밸브만 작동할 경우와, 둘 다 작동할 경우의 상황에서 개별 필밸브를 통과하는 유량은 달라질 수 있다. 즉 필밸브 두개가 모두 열려있으면 필밸브 하나당 단위시간에 흐르는 세척유량은 필밸브 하나만 열려있을 때보다 줄어들 수 있다는 뜻이며 포괄적인 의미로는 복수의 필밸브 중 어느 하나 이상의 특정 필밸브가 전부 또는 일부 개방되어 있을 때, 나머지 필밸브의 배수량은 상기 특정 필밸브의 개방 정도에 따라 변화할 수 있도록 동일한 수두(water head)위치에서 상기 복수의 필밸브에 세척수를 동시 공급하는 것을 말한다.

상기 급수분배기(40)는 압력수 배출/충전이 곧바로 필밸브의 완전개방/완전폐쇄로 이어지지 않는 기술적 한계를 극복하는 중요한 기술적 도구로써, 아래에 설명할 압력수 제어시점 및 필밸브의 폐쇄반응성 조절과 적절히 결합되었을 때, 필밸브의 지연동작에 따른 시스템 성능저하를 적절한 배수량 중첩에 따른 자연스러운 배수량 배분기능으로 훌륭히 극복할 수 있게 하는 핵심적 기술수단 중 하나이다.

더 나아가서 상기 급수분배기(40)에 형성된 복수의 유출구는 동일한 수두 상에 존재하되 각각의 단면적의 변화로 상기 복수의 필밸브 각각의 배수량 조절이 가능하도록 설계될 수 있다. 이는 달리 해석하면 동일한 수두로 복수의 필밸브(22,32)에 연결되는 각각의 공급관에서, 그 단면적의 변화로 양 필밸브가 모두 열려있을 때 분배되는 급수량을 추가적으로 변화시킬 수 있다는 의미이다.

한편 복수의 필밸브, 구체적으로 림필밸브(22)에는 림배수구(21)가 형성되고, 제트필밸브(32)에는 제트배수구(31)가 형성되어 각각 변기의 림 쪽과 제트분사구 쪽으로 세척수를 공급하도록 한다.

각각의 필밸브에는 내부 압력수 충전배출을 각각 제어하는 압력수 자동제어기(24,34)가 연결되어 있으며 상기 압력수 자동제어기는 당해기술분야에서 널리 쓰이고 있는 온오프 방식 솔레노이드밸브 작동체 등이 전형적으로 사용될 수 있다. 상기 필밸브와 압력수 자동제어기는 모두 당해 기술분야에서 지극히 널리 쓰이고 있는 공지의 기술구성이므로 구체적인 설명은 생략한다.

림필밸브(22)의 압력실에서 배출되거나 급수분배기로부터 림필밸브(22)의 압력실로 충전되는 세척수는 림필밸브의 다이어프램 작동을 시동 조작하는 파일롯트 워터(or 트리거 워터)이며 본 발명에서는 해당 필밸브의 명칭을 붙여 림필압력수로 명명한다. (이것은 제트필밸브(32)의 제트필압력수에서도 마찬가지이다.) 상기 림필압력수는 림필밸브(22)와 림필압력수 자동제어기(24) 사이에 설치된 림필압력수 자동배출관(23)을 통해 배출되며, 이후 자동제어압력수 드레인관(41)으로 배수된다. 역시 대응되는 구성요소들을 통해 제트필압력수 역시 유사하게 배출된다. 한편 2개의 압력수자동배출관(23,33)의 관로 상 용적 역시 기술적으로 중요한 의미를 가지는데, 압력수 자동제어기(24,34)가 온/오프 제어된다 하여도, 상기 압력수 자동배출관(23,33)의 관로상 용적 변화를 통해 자동제어기의 온/오프 제어결과가 각각의 필밸브(22,32)에 실질적으로 작용하는 개폐 시작/종료시점이 조절될 수 있기 때문이다. 예컨대 림필압력수 자동배출관(23)의 관로상 용적(도 8 참조)을 늘릴 경우 림필밸브(22)의 폐쇄시작에서 폐쇄종료까지의 시간을 연장(T(RF)증가)시킬 수 있다. (림필압력수가 비교적 천천히 충전된다.)

마찬가지로 제트필압력수 자동배출관(33)의 관로상 용적(도 9 참조)을 줄일 경우 제트필밸브(32)의 폐쇄시작에서 폐쇄종료까지의 시간을 단축(T(ZF)감소)시킬 수 있다. (제트필압력수가 비교적 빨리 충전된다.)

언뜻 보기에는, 림측이든 제트측이든 필밸브의 폐쇄 반응성을 좋게 하게끔 무조건 관로상 용적을 줄이는 것이 좋아 보이지만, 어차피 동작속도가 기본적으로 매우 느린 필밸브의 폐쇄반응성을 약간 좋게 한다고 하여 시스템 전체의 동작패턴을 바꿀 수는 없으므로, 그 보다는 양 측 필밸브의 폐쇄반응성을 적절히 조절하고 이를 급수분배기의 유량분배와 결합한 다음, 압력수 자동제어기의 온/오프 시점조절을 최종 변수로 작용시키는 것이 전체적으로는 더 좋은 결과를 낳을 수 있다. 왜냐하면 본 발명이 추구하는 매끄럽고 우아하며 뛰어난 물 절약효과를 갖는 림-제트-림 배수과정에 있어서, 중간 중간 빠르게 딱딱 끊어지는 것이 결코 전체 배수시간의 단축과 전체 세척수 급수량의 절감으로 이어지지는 않기 때문이다.

다시 말해서, 최소량의 제트배수로 사이펀 현상을 유도하는 것이 물 절약의 핵심이며, 그 전후로 림배수는 가능한 많이 되면서 초기 림배수량이 제트배수가 유발하는 사이펀 현상에 최대한 기여하는 것과, 후기 림배수량이 종결 중인 사이펀 현상에 최대한 말려들지 않는 것이 역시 주어진 물로 가장 높은 세척감을 유발하는 감성품질의 핵심이 된다. 이런 측면에서 볼 때 초기 림배수 종료구간과 중기 제트배수 시작구간은 가능한 한 겹치는 것이 좋으며, 중기 제트배수 종료구간과 후기 림배수 시작구간은 가능한 한 덜 겹치는 것이 좋다. 본 발명의 압력수 자동배출관 용적 조절은 이러한 작동개념을 완성시켜주는 보조적 역할을 한다.

추가로, 본 발명 분배장치의 고장수리상황에 대비하거나 기타 배수량 조절을 인위적으로 할 필요성에 대비하여 복수의 필밸브(22,32)의 내부 압력수 충전배출을 각각 제어하는 복수의 압력수 수동제어기(25,35)와 복수의 필밸브와 상기 복수의 압력수 수동제어기를 서로 연결하는 복수의 압력수 수동배출관(26,36)이 더 포함되어 구성된다. 이때 수동제어압력수 드레인관(43)과 드레인출구(44)는 각각 자동제어압력수 드레인관(41)과 드레인출구(42)와는 별도 배관으로 설계되어 자동/수동간 동작방해가 일어나지 않도록 하였다.

도 6은 본 발명 분배장치가 탑재된 강제배수식 변기를 도시한 것이다. 변기 내부에 마이컴(70)과 외부에 압력수 자동제어기(24, 34)를 조작하는 작동스위치(60)를 구비하고 있으며, 마이컴(Micro computer)의 설정된 동작에 따라 사용자는 간단한 버튼 조작으로 림-제트-림의 매끄러운 동작을 시현할 수 있다.

도 7은 본 발명 분배장치의 압력수 대기상태를 도시한 배관도를 나타낸 것이다. 도면을 참조하면 파란색으로 표시된 부분이 물이 차 있는 부분이며 나머지 부분은 비어있다. 즉 도 7을 기준으로 하면 압력수 자동배출관의 용적조절 범위는 수동제어기(25,35) 직전까지의 용적까지를 포함하는 것이다.

도 8, 도 9는 도 7에서 각각 림배수, 제트배수가 시작 중 또는 종료 중일 때 압력수의 흐름과 배수량의 변화를 나타낸 것이다. 배관도에서 빨간색은 압력수가 빠지고 있는 중임을 나타내며, 파란색은 압력수가 현재 흘러나가고 있거나 다시 차오르고 있음을 나타낸다. 또한 하단의 그래프는 해당 구간에서, 시간에 따른 (림 또는 제트) 배수량의 변화를 나타낸다.

도 8의 림배수 구간을 간단히 설명한다. 림필압력수 자동제어기(24)를 A시점에서 On시켜 림필밸브(22)를 개방하는 림배수시작단계와, 림필압력수 자동제어기(24)를 B시점에서 Off시켜 C시점에서 림필밸브(22)를 폐쇄하는 림배수종료단계가 진행되며, 림필밸브가 완전 개방된 상태에서는 압력수 배관도에 빨간색과 파란색으로 표시된 부분은 모두 비워진 채로 있다.

도 9의 제트배수 구간을 간단히 설명한다. 제트필압력수 자동제어기(34)를 X시점에서 On시켜 제트필밸브(32)를 개방하는 제트배수시작단계와, 제트필압력수 자동제어기(34)를 Y시점에서 Off시켜 Z시점에서 제트필밸브(32)를 폐쇄하는 제트배수종료단계가 진행되며, 역시 제트필밸브가 완전 개방된 상태에서는 압력수 배관도에 빨간색과 파란색으로 표시된 부분은 모두 비워진 채로 있다.

본 발명이 기술하고 있는 세척수 분배방법의 기본 개념은, A시점과 상기 C시점 사이의 E시점에 제트필압력수 자동제어기(34)를 On시켜 제트필밸브(32)를 개방하는 제트배수시작단계를 두고, X시점과 상기 Z시점 사이의 D시점에 림필압력수 자동제어기(24)를 On시켜 림필밸브(22)를 개방하는 (후기) 림배수시작단계를 두어서 최적의 중첩 배수 현상을 유도하면서 세척수 절약과 총 배수시간 단축, 그리고 세척감 향상 효과 모두를 동시에 추구하는 것이다.

도 8, 9의 기본적인 배수조작을 바탕으로 림-제트-림 배수과정을 겹쳤을 때 도 10 ~ 도 12와 같은 다양한 종류의 배수패턴이 구현된다. 먼저 도 10은 각각의 필밸브 동작이 완전히 끝났을 때, 다음 필밸브 동작을 시작하는 것으로 물 소비도 많고, 사이펀 현상 유도능력도 떨어지므로 기술적으로 무가치하다.

다음으로 도 11과 도 12의 배수패턴을 생각해 볼 수 있다. 림-제트 배수구간을 약간씩 겹치게 하고, 제트-림 배수구간을 약간씩 겹치게 하는 것으로 필밸브 내 압력수충전시간과 필밸브의 실제 배수시간이 어떤 식으로 이루어지는지 알아보기 위하여 압력수 자동제어기와 필밸브의 작동을 중심으로 아래에 단계별로 설명한다.

<초기 림배수: 보울 내부면 세척>

먼저 림필압력수 자동제어기가 A시점에 열리면서 림필밸브 내 압력실의 림필압력수가 림필압력수 자동배출관을 통해 배출된다(림필압력수 자동배출관은 곧 비워진다). 이에 따라 림필밸브 내부 압력균형이 깨지면서 림필밸브가 열리고 급수분배기 내의 세척수가 림배수구로 공급된다.

림배수구로 세척수가 공급중일 때 림필압력수 자동제어기가 B시점에 닫히면서 림필압력수 자동배출관에 다시 림필압력수가 T(RF)시간 동안 차오르고, 완전히 차오르고 난 C시점에는 림필밸브는 닫힌 것이므로 림배수구쪽 세척수 공급은 중단된다. 이때 림배수구쪽 세척수 총 공급시간은 T(R1)이다.

<중기 제트배수: 오물 밀어냄>

다음으로, 상기 A시점에서 C시점 사이의 특정 시점인 X시점(예컨대 B시점일 수 있다)에 제트필압력수 자동제어기가 열리면서 제트필밸브 내 압력실의 제트필압력수가 제트필압력수 자동배출관을 통해 배출된다(제트필압력수 자동배출관은 곧 비워진다). 이에 따라 제트필밸브 내부 압력균형이 깨지면서 제트필밸브가 열리고 급수분배기 내의 세척수가 제트배수구로 공급된다.

제트배수구로 세척수가 공급중일 때 제트필압력수 자동제어기가 Y시점에 닫히면서 제트필압력수 자동배출관에 다시 제트필압력수가 T(JF)시간 동안 차오르고, 완전히 차오르고 난 Z시점에는 제트필밸브는 닫힌 것이므로 제트배수구쪽 세척수 공급은 중단된다. 이때 제트배수구쪽 세척수 총 공급시간은 T(Z)이다.

<말기 림배수: 보울 담수량 채움>

마지막으로, 상기 X시점에서 Z시점 사이의 특정 시점인 D시점(예컨대 Y시점일 수 있다)에 다시 림필압력수 자동제어기가 열리면서 림필밸브 내 압력실의 림필압력수가 림필압력수 자동배출관을 통해 배출된다(림필압력수 자동배출관은 곧 비워진다). 이에 따라 림필밸브 내부 압력균형이 깨지면서 림필밸브가 열리고 급수분배기 내의 세척수가 림배수구로 공급된다.

림배수구로 세척수가 공급중일 때 림필압력수 자동제어기가 E시점에 닫히면서 림필압력수 자동배출관에 다시 림필압력수가 T(RF)시간 동안 차오르고, 완전히 차오르고 난 F시점에는 림필밸브는 닫힌 것이므로 림배수구쪽 세척수 공급은 중단된다. 이때 림배수구쪽 세척수 총 공급시간은 T(R2)이다.

여기서 기억할 사실은 림필밸브와 림제트밸브가 시간당 총량이 일정한 세척수를 같은 급수분배기(40)의 동등한 출구위치에서 서로 나누고 있다는 점이다. 따라서 도 11의 B,X 지점에서부터 림필밸브의 배수 감소속도는 실제로는 조금 빠르게 진행되며, 제트필밸브의 배수증가속도는 실제로는 조금 느리게 진행된다. 이는 앞서 설명하였던 동일 수두에서 양쪽에 급수를 공급하는 급수 분배기 때문이다. 한편 도 11, 12의 경우, 설정된 림배수와 제트배수의 최대량은 같으므로 급수분배는 각각의 필밸브 개방시간과 폐쇄시간에만 영향 받는다.

상술한 실제 배수증가감소 속도는 사이펀 현상의 발생시점과 종료시점, 그리고 발생에 필요한 세척수량과 종료후 보울 내부에 잔류하는 세척수량에 영향을 미친다. 본 발명에서 제시하는 가장 바람직한 형태는 도 12의 세척수 분배방법이다. 도 12에서는 림배수가 최대로 진행중인 B지점 약간 전에 제트배수가 개시된다(X지점) 이는 초기 림배수량으로 보울 내 수면이 약간 올라온 순간을 놓치지 않고 최대한 사이펀 현상 유도에 활용하기 위함이며, 제트배수량이 실제로는 약간 더디게 증가한다는 것을 감안한 것이다. X지점은 오물-세척수 혼합체가 트랩을 넘어가는 사이펀현상이 개시되는 최초의 지점으로 해석될 수 있으며 아직 속도가 붙지 않은 상태이므로 이후에도 진행되는 림배수량은 트랩을 넘어가기 위한 추가 중량으로 낭비없이 제 역할을 수행할 수 있다. 물론 제트수에 의한 물 튐 현상을 방지하는 데에도 좋다.

도 12를 계속 참조하면 제트배수가 감소한지 어느 정도 지난 이후에야 후기 림배수가 개시된다.(D지점) 이는 사이펀 현상이 막 끝나가는 시점에서 불필요하게 후기 림배수량이 사이펀에 딸려들어가서 트랩 너머로 사라지는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서 후기 림배수는 비교적 늦게 시작되나 제트배수량에 대해 거의 간섭받지 않으므로 상대적으로 빠르게 증가하며 최대한 낭비없이 변기 보울 내부에 다시 물을 채워넣을 수 있다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

10: 급수관 11: 급수구
20: 림배수관 30: 제트배수관
40: 급수분배기 50: 보울(bowl: 변기 내부용기)
60: 작동스위치 70: 마이컴(Micom: 자동제어기 제어부)
21: 림배수구
22: 림필밸브(림배수구를 개폐하는 필밸브)
23: 림필압력수 자동배출관(림필압력수 = 림필밸브내 압력수)
24: 림필압력수 자동제어기
25: 림필압력수 수동제어기
26: 림필압력수 수동배출관
31: 제트배수구
32: 제트필밸브(제트배수구를 개폐하는 필밸브)
33: 제트필압력수 자동배출관(제트필압력수 = 제트필밸브내 압력수)
34: 제트필압력수 자동제어기
35: 제트필압력수 수동제어기
36: 제트필압력수 수동배출관
41: 자동제어압력수 드레인관(자동제어기를 통해서 배출되는 압력수 드레인관)
42: 자동제어압력수 드레인출구
43: 수동제어압력수 드레인관(수동제어기를 통해서 배출되는 압력수 드레인관)
44: 수동제어압력수 드레인출구
T(R1), T(R2): 림필밸브의 배출시간
T(RF): 림필밸브 내 압력수 충전시간
T(Z): 제트필밸브의 배출시간
T(ZF): 제트필밸브 내 압력수 충전시간
A, D: 림필밸브 개방시작점
B, E: 림필밸브 폐쇄시작점
C, F: 림필밸브 폐쇄완료점
X: 제트필밸브 개방시작점
Y: 제트필밸브 폐쇄시작점
Z: 제트필밸브 폐쇄완료점

Claims (7)

1. 각각 다른 방향으로 난 배수구(21,31)를 갖는 복수의 필밸브(22,32);
   상기 복수의 필밸브의 내부 압력수 충전배출을 각각 제어하는 복수의 압력수 자동제어기(24,34);
   상기 복수의 필밸브와 상기 복수의 압력수 자동제어기를 서로 연결하는 복수의 압력수 자동배출관(23,33); 및
   상기 복수의 필밸브 중 어느 하나 이상의 특정 필밸브가 전부 또는 일부 개방되어 있을 때, 나머지 필밸브의 배수량은 상기 특정 필밸브의 개방 정도에 따라 변화할 수 있도록 동일한 수두(water head)위치에서 상기 복수의 필밸브에 세척수를 동시 공급하는 급수분배기(40);를 포함하여 구성되는 세척수 분배장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 필밸브(22,32)의 내부 압력수 충전배출을 각각 제어하는 복수의 압력수 수동제어기(25,35);와
   상기 복수의 필밸브와 상기 복수의 압력수 수동제어기를 서로 연결하는 복수의 압력수 수동배출관(26,36);을 더 포함하여 구성되는 세척수 분배장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압력수 자동제어기(24,34)는 온/오프 제어되며, 상기 압력수 자동배출관(23,33)의 관로상 용적 변화를 통해 상기 온/오프 제어 이후 상기 복수의 필밸브(22,32) 각각의 개폐 시작/종료시점을 조절하는 것을 특징으로 하는 세척수 분배장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 급수분배기(40)는 동일한 수두위치에서 상기 복수의 필밸브(22,32)로 연결되는 공급관 단면적의 변화로 상기 복수의 필밸브 각각의 배수량을 조절하는 것을 특징으로 하는 세척수 분배장치.
5. 제1항에 기재된 세척수 분배장치가 탑재되고,
   외부에 상기 제1항에 기재된 복수의 압력수 자동제어기(24,34)를 조작하는 작동스위치(60)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 변기.
6. 림필압력수 자동제어기(24)를 A시점에서 On시켜 림필밸브(22)를 개방하는 림배수시작단계와;
   림필압력수 자동제어기(24)를 B시점에서 Off시켜 C시점에서 림필밸브(22)를 폐쇄하는 림배수종료단계;를 갖는 변기의 세척수 분배방법에 있어서,
   상기 A시점과 상기 C시점 사이의 E시점에 제트필압력수 자동제어기(34)를 On시켜 제트필밸브(32)를 개방하는 제트배수시작단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변기의 세척수 분배방법.
7. 제트필압력수 자동제어기(34)를 X시점에서 On시켜 제트필밸브(32)를 개방하는 제트배수시작단계와;
   제트필압력수 자동제어기(34)를 Y시점에서 Off시켜 Z시점에서 제트필밸브(32)를 폐쇄하는 제트배수종료단계;를 갖는 변기의 세척수 분배방법에 있어서,
   상기 X시점과 상기 Z시점 사이의 D시점에 림필압력수 자동제어기(24)를 On시켜 림필밸브(22)를 개방하는 림배수시작단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 변기의 세척수 분배방법.

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