KR101734195B1 - 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치 및 방법 - Google Patents

고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 히터를 이용하여 정수기의 수온을 제어하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 고도계나 기압계 없이 수온 감지 센서가 실시간으로 측정한 수온의 변화량이 기 설정된 기준 수온 변화량 미만의 수준을 유지하는지 판정함으로써 정수기 내의 수온을 비등점 이하로 유지할 수 있는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 별도의 고도계나 기압계를 구비하지 않아도, 실제로 물이 비등점에 도달하는지 여부를 수온 변화에 의해 명확하게 판정할 수 있어 경제적이면서도 안정적으로 정수기 시스템을 운영할 수 있다는 장점이 있다.

Description

고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치 및 방법{Water Temperature Controlling Apparatus and Method Using Detecting Boiling Point Variation according to Altitude in Water Purifier}
본 발명은 정수기의 수온을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고도나 기압에 따라 변화하는 물의 비등점을 수온 변화량을 이용하여 측정하는 형태로 정수기 내부의 수온을 제어할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
온수를 취급하는 정수기는 일반적으로 물이 정수기 내부에서 끓는 것을 방지하기 위해서 온도 감지 센서나 기압 감지 센서를 포함하는 온도 감지 방식을 채택하여 히터로 물을 예열시킬 때, 온수의 온도를 물의 끓는점인 100℃ 미만으로 제어한다.
이는 정수기 내부에서 물이 100℃에 도달하여 다량의 스팀 발생으로 인한 고장 또는 안전사고 발생의 위험을 억제하고, 또한 물의 다량 증발로 인하여 부족해진 물을 지속적으로 채워야 하는 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 따라서 정수기 내에서 물이 끓지 않도록 제어하는 것은 매우 중요하다.
따라서 종래의 정수기 수온 제어방식은 온도 감지 센서로 감지되는 수온의 최고점 및 최저점을 미리 설정하고, 센서에서 감지된 수온이 최고점에 도달하면 히터를 오프(off)하고, 수온이 다시 최저점에 도달하면 히터를 온(on)하여 수온을 일정하게 유지하는 방식이 사용되었다.
하지만 물이 100℃의 끓는점을 가지는 조건은 정확하게 말하면 대기압이 1atm인 지역에 국한되며, 고도가 높아서 기압이 낮은 지역에서는 그만큼 물의 끓는점이 낮아지게 된다. 이러한 지역에서 종래의 온도 제어 방식의 정수기를 사용한다면, 물의 수온이 최고점에 도달하기 전에 정수기 내부에서 물이 끓기 시작하면서 물의 수온 상승이 중지되고 히터는 계속 온 상태로 유지되어 정수기 내부에 설치된 바이메탈 등의 부품이 파손될 수 있는 문제가 나타났다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 기압이나 고도 변화로 인한 물의 끓는점 변화의 문제를 해결하고자, 온도 제어 시스템에 기압 감지 센서 또는 고도 감지 센서가 설치되어 감지되는 기압이나 고도에 따라 최고점을 변화시키는 형태인 온도-기압을 동시에 제어하는 방식이 제안되었다. 하지만 상기 방식은 기압 감지 센서 또는 고도 감지 센서라는 추가 부품이 필요하므로 기존 생산 공정에 변화가 생기며 가격 상승의 원인으로 작용할 수 있다.
따라서 본 발명은 별도의 기압 감지 장치나 고도 감지 장치를 추가하지 않아도 주변 기압에 관계없이 정수기 내부의 물이 지속적으로 끓는 것을 방지할 수 있도록 제어하는 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정수기의 수온 제어 방법은, 히터가 온 상태이고, 수온이 일정 온도 편차만큼 상승한 경우, 상기 상승한 만큼의 온도 편차가 기 설정된 기준 수온 변화량 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 단계; 상기 히터가 오프 상태이고, 수온이 기준 히터 온 온도 이하이면 히터를 온 하는 단계; 기 설정된 기준 시간 동안 상기 히터가 오프 된 횟수 및 온 된 횟수를 카운트-업 하는 단계; 상기 상승한 만큼의 온도 편차가 기 설정된 기준 수온 변화량 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수가 기 설정된 기준 횟수에 도달하면 상기 기준 히터 오프 온도를 재설정하는 단계; 및 상기 기준 시간 동안 상기 히터가 온 된 횟수가 기 설정된 히터 온 정상 여부 판단 횟수와 같고, 상기 히터가 오프 된 횟수가 기 설정된 히터 오프 정상 여부 판단 횟수와 같으면 상기 히터의 제어가 정상임을 판단하는 단계; 를 포함할 수 있다.
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또한, 상기 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 방법은, 상기 기준 히터 오프 온도가 재설정된 경우, 상기 카운트-업 하는 단계에 의해 카운트-업 된 횟수를 초기화하며, 상기 히터가 온 상태이고, 수온이 일정 온도 편차(검증 온도 편차)만큼 상승한 경우, 상기 상승한 검증 온도 편차가 기준 수온 변화량 미만인 상태로 상기 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 단계, 상기 검증 온도 편차가 상기 기준 수온 변화량 미만인 상태로 상기 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수를 연속적으로 카운트-업 하는 단계, 상기 연속적으로 카운트-업 된 횟수가 상기 기준 횟수에 도달했을 때 상기 기준 히터 오프 온도의 재설정이 정상인지 판단하는 단계 및 상기 기준 히터 오프 온도의 재설정이 정상임을 표시하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 정수기의 수온 제어 장치는, 수온이 기준 히터 온 온도 이하이면 히터를 온하고, 수온이 기준 히터 오프 온도 이상이거나, 상기 히터가 온 상태에서 일정 온도 편차만큼 수온이 상승한 경우 상기 온도 편차가 기 설정된 기준 온도 편차 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 과정을 반복하는 히터 제어부; 기 설정된 기준 시간 동안 상기 히터가 오프 된 횟수 및 온 된 횟수를 카운트하여, 상기 히터가 온 된 횟수가 기 설정된 히터 온 정상 여부 판단 횟수와 같고, 상기 히터가 오프 된 횟수가 기 설정된 상기 히터 오프 정상 여부 판단 횟수와 같으면 상기 히터 제어부의 제어가 정상임을 판단하는 히터 정상 여부 판단부; 및 상기 온도 편차가 기 설정된 기준 온도 편차 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수를 연속적으로 카운트-업 하여 기 설정된 기준 횟수에 도달하면 상기 기준 히터 오프 온도를 재설정하는 수온 제어부; 를 포함할 수 있다.
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본 발명에 의하면, 별도의 고도계나 기압계를 구비하지 않아도, 실제로 물이 비등점에 도달하는지 여부를 수온 변화에 의해 명확하게 판정할 수 있어 경제적이면서도 안정적으로 정수기 시스템을 운영할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 정수기의 수온 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 2는 히터 제어 단계를 검증하는 과정이 추가된 본 발명의 정수기의 수온 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3은 재설정 검증 단계가 추가된 본 발명의 정수기의 수온 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4는 본 발명의 정수기의 수온 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 플로우 차트로, 히터를 이용하여 정수기의 수온을 제어하는 정수기의 수온 제어 방법 및 장치를 나타낸다.
1. 기본 설정 및 저장
본 발명에서는 우선 ① 기준 히터 온 온도(편의상 T1), ② 기준 히터 오프 온도(편의상 T2), ③ 기준 유지 시간(편의상 A), ④ 기준 횟수(편의상 B) 및 ⑤ 기준 수온 변화량(편의상 ΔT0)을 설정할 수 있다(S100). 각 기호는 도면의 설명 편의를 위해 설정한 것이며, 본 발명의 권리 범위를 정하는 것과는 전혀 무관하다.
상기 기준 히터 온 온도 및 기준 히터 오프 온도는 수온을 조절하는 히터(400)가 작동하기 위한 임계 수온이다. 본 명세서에서는 편의상 상기 기준 히터 온 온도를 최저 임계 수온으로, 그리고 상기 기준 히터 오프 온도를 최대 임계 수온으로 설명하며, 일반적인 조건에서 상기 기준 히터 오프 온도는 100℃ 이하의 수치로 설정될 수 있다.
상기 기준 유지 시간은 수온의 변화량이 둔화된 채로 유지되는 시간을 의미한다. 물은 수온이 상승하다가 비등점에 도달하면 내부 에너지를 액체-기체의 상변화에 사용하면서 온도 변화가 점차 둔화된다. 이러한 현상은 고도나 기압에 무관하게 나타나는 현상으로, 본 발명에서는 물이 끓기 시작하는 시점을 수온의 변화량이 둔화되는 지점으로 판단하고, 그 둔화 상태를 판단하기 위한 기준 시간을 설정한다.
상기 기준 횟수는 상기 수온 상승이 둔화되는 상태가 1회 발생한 것만으로 물이 비등점에 도달했다고 판단할 경우 발생할 수 있는 오차를 최소화시키기 위한 신뢰도 지수이다. 따라서 기준 횟수는 1을 초과하는 자연수로 설정함이 바람직하며, 수온 상승이 둔화되는 상태가 동일 온도(또는 상식적으로 동일성이 인정될 수 있는 온도 범위)에서 수회 반복되어 기준 횟수에 도달할 경우, 비등점에 도달한 것으로 판단한다.
상기 기준 수온 변화량은 수온의 변화량이 둔화되는 정도를 판단하기 위한 기준 온도 변화량을 의미한다. 본 발명에서는 수온 변화량의 절대값이 기준 수온 변화량 미만인 경우에 수온이 비등점에 도달한 것으로 판정한다.
이러한 기본 설정들은 정수기 작동 전에 미리 설정되어 기본 설정 저장부(100)에 저장된다. 그리고 정수기가 작동하기 시작해서 정수기 내부에서 물과 직접 혹은 간접적으로 접촉하는 수온 감지 센서(500)가 수온을 지속하여 감지한다. 수온의 감지는 지속적으로 할 수도 있으며 단위 시간을 별도로 설정하여 단위 시간마다 할 수도 있다. 온도 편차는 수온의 매번 순차적으로 측정된 온도 또는 단위 시간의 사이를 두고 구해질 수 있을 것이다. 예를 들어, 단위 시간을 10초로 설정한 경우, 처음 감지시 수온이 70℃였고, 10초 후에 수온이 72℃라면 온도 편차는 2℃가 될 것이다.
2. 히터의 제어
상기 수온 감지 센서(500)가 감지한 수온이 상기 기준 히터 온 온도 이하이면 히터 제어부(200)는 히터(400)를 온(on)하여 수온을 상승시키며, 상기 수온이 기준 히터 오프 온도 이하로 감지되면 상기 히터 제어부(200)가 히터(400)를 오프(off)하여 수온을 하강시킨다(S200). 이러한 기준 히터 온 온도 및 기준 히터 오프 온도를 기준으로 하는 히터 제어는 정수기가 작동하는 동안에는 지속적으로 무한 루프 형태로 반복된다.
일반적으로 상기 기준 히터 온 온도는 정수기에서 온수로 사용할 수 있는 최적의 온도를 취사 선택하여 설정하면 된다. 또한, 상기 기준 히터 오프 온도는 정수기 내에서 물이 끓지 않도록 제어하는 온도이므로, 물의 비등점보다는 다소 낮은 온도로 설정하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 물의 비등점-(3~10℃) 수준으로 유지하여 물의 증발을 최대한 억제하는 것이 필요하다.
3. 수온의 제어
히터(400)가 온 상태인 경우, 수온은 상승하게 되는데, 수온 제어부(600)는 기 설정된 단위 시간마다 수온 감지 센서에 의해 지속적으로 측정된 수온의 수온 편차를 이용하여 수온을 제어한다.
즉, 예를 들어, 특정 시점에서의 수온이 T였으며, 이후 T+ΔT로 온도가 상승한 경우, ① 상기 수온 변화량 ΔT의 절대값이 기준 수온 변화량 미만인지(S300), ② 상기 ①의 상태가 기 설정된 기준 유지 시간 동안 지속되는지 및 ③ 상기 ① 및 ②의 상태가 연속적으로 수 회 반복(S400)되어 기준 횟수에 도달했는지 판단한다(S500).
수온이 T에서, T+ΔT로 상승하는 구간의 기준은 시간적 간격, 센서의 감지 간격 등과 같이 사용자나 제조사에서 필요에 따라 임의로 정할 수 있으나, 상기 ΔT 측정의 기준과 상기 기준 수온 변화량의 기준은 공통되어야 하는 것이 신뢰도 면에서 바람직하다. 예컨대, 시간을 기준으로 10초로 정했거나, 혹은 감지 센서의 5회 감지마다 ΔT를 구할 수 있으며, 이러한 기준이 공통되어야 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 ①의 상태가 기준 유지 시간 동안 지속되면 물이 비등점에 도달했을 가능성이 있으므로 기준 히터 오프 온도 이하의 온도지만 히터 제어부(200)가 히터를 강제로 오프하는 것이 필요하다.
만일 수온 제어부(600)에서 상기 ①, ② 및 ③의 조건이 모두 만족된다고 판단하면, 비록 수온이 기 설정된 최대 임계 수온 기준 히터 오프 온도에 도달하지는 않았으나 고도나 기압 조건에 의하여 변화된 비등점에 도달한 것으로 판정한다. 따라서, 상기 ①, ② 및 ③의 조건을 만족된 상태의 T값을 최대 임계 수온(기준 히터 오프 온도)으로 재설정하게 된다(S600).
이후 단계는 상기 재설정된 최대 임계 수온을 기준으로 상기 히터 제어 단계를 반복하여 정수기 내부의 수온을 바람직한 범위로 유지시키게 된다.
4. 다른 실시예-히터 제어 검증 단계
본 발명의 다른 실시예는 도 2에서와 같이, 상기 기준 히터 온 온도 및 기준 히터 오프 온도에 따라 동작하는 히터 제어부(200)에 의한 히터 제어 단계(S200)가 정상적인지 여부를 검증하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
이를 위하여, 추가적으로 포함되는 히터 정상 여부 판단 설정 저장부(201)는 기 설정된 히터 온 정상 여부 판단 횟수 및 히터 오프 정상 여부 판단 횟수를 저장한다(S201).
그리고 히터 정상 여부 판단부(203)는 기 설정된 기준 시간 동안 상기 히터(400)가 오프 된 횟수 및 온 된 횟수를 카운트(S202)하여, 상기 기준 시간 동안 상기 히터(400)가 온 된 횟수가 상기 히터 온 정상 여부 판단 횟수와 같고, 상기 히터(400)가 오프 된 횟수가 상기 히터 오프 정상 여부 판단 횟수와 같으면 상기 히터 제어부(200)에 의한 히터 제어 단계(S200)가 정상인 것으로 판정한다(S203).
그리고, 상기 히터 정상 여부 판단부(203)로부터 얻어진 판정 결과에 의해 히터 정상 여부 출력부(204)는 히터 제어부(200)의 히터 제어 동작이 정상 또는 비정상인지 여부를 표시하게 된다(S204).
5. 다른 실시예-기준 히터 오프 온도 재설정 검증 단계
본 발명의 다른 실시예에서는 도 3과 같이, 상기 기준 히터 오프 온도의 재설정 단계(S600)가 적합한 것인지 여부에 대하여 재설정되기 이전의 기준 히터 오프 온도를 이용하여 다시 한 번 검증하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 추가적인 검증 단계는 재설정되기 이전의 기준 히터 오프 온도를 임시 저장하여 사용하는 점을 제외하고는 기존의 수온 제어 방법을 그대로 이용할 수 있다.
즉, 기준 히터 오프 온도가 재설정되고 일정 검증 시간 도과 후에, 상기 재설정되기 이전의 기준 히터 오프 온도를 기준 히터 오프 온도(도면의 설명 편의상 T2로 설정(S700)하고, 연속적으로 카운트-업 된 횟수를 초기화시킨다. 그리고, 상기 수온 감지 센서(500)로 정수기 내의 수온을 감지하여, 상기 수온이 기 설정된 기준 히터 온 온도 이하이면 히터(400)를 온하고, 상기 기준 히터 오프 온도 이상이면 상기 히터(400)를 오프하는 단계(S800)를 무한 반복하게 된다.
이 때, 예를 들어 상기 히터가 온 상태이고, 상기 단위 시간 동안 수온이 T'+ΔT'로 상승한 경우, 수온의 변화량(ΔT')의 절대값이 기준 수온 변화량 미만인지 상태로 상기 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속되면 히터를 강제로 오프(S900)하게 된다.
그리고 상기 온도 편차 ΔT'가 기준 수온 변화량 미만인 상태로 상기 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수를 연속적으로 카운트-업 하여 그 횟수가 상기 기준 횟수에 도달하면(S1000) 상기 기준 히터 오프 온도의 재설정 과정이 정상이었는지 판단하게 되는데, 이러한 판단은 재설정 이전의 기준 히터 오프 온도(T)와 검증 단계에서 발견된 기준 히터 오프 온도(T')를 비교하는 방법으로 이루어진다(S1200).
비교 과정을 통해 상기 재설정 과정이 정상 범위 내에 있는 것으로 판단되면 상기 수온 재설정 단계는 정상으로 판정되고, 이러한 정상 혹은 비정상 결과가 재설정 검증 결과 출력부(1300)에서 표시(S1300)된다.
100: 기본 설정 저장부
200: 히터 제어부
400: 히터
500: 수온 감지 센서
600: 수온 제어부
1300: 재설정 검증 결과 출력부

Claims (5)

  1. 히터가 온 상태이고, 수온이 일정 온도 편차만큼 상승한 경우, 상기 상승한 만큼의 온도 편차가 기 설정된 기준 수온 변화량 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 단계;
    상기 히터가 오프 상태이고, 수온이 기준 히터 온 온도 이하이면 히터를 온 하는 단계;
    기 설정된 기준 시간 동안 상기 히터가 오프 된 횟수 및 온 된 횟수를 카운트-업 하는 단계;
    상기 상승한 만큼의 온도 편차가 기 설정된 기준 수온 변화량 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수가 기 설정된 기준 횟수에 도달하면 상기 기준 히터 오프 온도를 재설정하는 단계; 및
    상기 기준 시간 동안 상기 히터가 온 된 횟수가 기 설정된 히터 온 정상 여부 판단 횟수와 같고, 상기 히터가 오프 된 횟수가 기 설정된 히터 오프 정상 여부 판단 횟수와 같으면 상기 히터의 제어가 정상임을 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 방법은,
    상기 기준 히터 오프 온도가 재설정된 경우, 상기 카운트-업 하는 단계에 의해 카운트-업 된 횟수를 초기화하며,
    상기 히터가 온 상태이고, 수온이 일정 온도 편차(검증 온도 편차)만큼 상승한 경우, 상기 상승한 검증 온도 편차가 기준 수온 변화량 미만인 상태로 상기 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 단계;
    상기 검증 온도 편차가 상기 기준 수온 변화량 미만인 상태로 상기 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수를 연속적으로 카운트-업 하는 단계;
    상기 연속적으로 카운트-업 된 횟수가 상기 기준 횟수에 도달했을 때 상기 기준 히터 오프 온도의 재설정이 정상인지 판단하는 단계; 및
    상기 기준 히터 오프 온도의 재설정이 정상임을 표시하는 단계
    를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준 히터 오프 온도는 물의 비등점-(3~10)℃임을 특징으로 하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 방법.
  4. 수온이 기준 히터 온 온도 이하이면 히터를 온하고, 수온이 기준 히터 오프 온도 이상이거나, 상기 히터가 온 상태에서 일정 온도 편차만큼 수온이 상승한 경우 상기 온도 편차가 기 설정된 기준 온도 편차 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속되면 상기 히터를 오프하는 과정을 반복하는 히터 제어부;
    기 설정된 기준 시간 동안 상기 히터가 오프 된 횟수 및 온 된 횟수를 카운트하여, 상기 히터가 온 된 횟수가 기 설정된 히터 온 정상 여부 판단 횟수와 같고, 상기 히터가 오프 된 횟수가 기 설정된 상기 히터 오프 정상 여부 판단 횟수와 같으면 상기 히터 제어부의 제어가 정상임을 판단하는 히터 정상 여부 판단부; 및
    상기 온도 편차가 기 설정된 기준 온도 편차 미만인 상태로 기 설정된 기준 유지 시간 이상 지속된 횟수를 연속적으로 카운트-업 하여 기 설정된 기준 횟수에 도달하면 상기 기준 히터 오프 온도를 재설정하는 수온 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치는,
    상기 수온 제어부의 재설정 결과의 정상 여부를 표시하는 재설정 검증 결과 출력부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 고도에 따른 비등점 변화를 감지하는 정수기의 수온 제어 장치.
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