KR102010888B1 - 온수기 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저탕식 온수기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 온수기는 온수를 저장하기 위한 온수 탱크, 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량을 측정하는 유량 센서, 상기 온수 탱크에 저장된 물을 가열하기 위한 히터, 상기 제2 온도 센서의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 만족하도록 상기 히터를 제어하되, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 유량 센서의 유량만큼 상기 온수 탱크로 급수가 이루어지도록 하고, 미리 설정된 목표 온도와 상기 제1 온도 센서의 온도의 차 또는 상기 유량 센서의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 상기 히터를 작동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

온수기 및 그 제어 방법 {WATER HEATER AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 온수기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저탕식 온수기 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

온수기는 물이 가열되는 방식에 따라 이른바 저탕식과 순간 가열식으로 구분할 수 있다.

이 중 저탕식은 탱크에 저장된 물이 미리 가열되어 있다가 사용자가 원할 때 원하는 만큼 배출되는 것이다. 이 경우 흔히 급수 파이프는 탱크의 하부를 통해 연결되고 취수 파이프는 탱크의 상부를 통해 연결될 수 있다. 이에 의하면 탱크로 급수되는 물의 온도는 상대적으로 저온이고 탱크에 저장된 물의 온도는 상대적으로 고온이기 때문에 탱크의 하부에서 상부로 갈수록 물의 온도가 점차 상승하도록 일종의 층을 이루게 된다.

한편 탱크에 저장된 물의 온도를 측정하기 위한 온도 센서는 탱크의 상부에 설치될 수 있다. 이에 온도 센서에 의한 온도가 미리 설정된 물의 온도를 유지하도록 히터를 작동하거나 그 작동을 중단하는 등 적절한 제어가 이루어진다.

만약 탱크로부터 취수가 이루어지면 탱크의 상부에 있던 물(고온)의 일부가 배출되고 그만큼 새로운 물(상대적으로 저온)이 탱크의 하부를 통해 충전되어, 다시 히터를 작동하는 것이 바람직하겠지만, 온도 센서는 탱크의 상부에 있던 물의 온도를 측정하기 때문에 아직 미리 설정된 물의 온도를 유지하고 있는 것으로 판단하여 히터를 작동하지 않을 것이다. 이러한 상태에서 취수가 더 이루어지게 되면 이제 탱크의 하부에 있던 물이 배출되어 미리 설정된 물의 온도를 얻을 수 없는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해 본 발명은 온수 탱크에 저장된 물의 온도를 전체적으로 일정하게 유지할 수 있는 온수기 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 온수기는 온수를 저장하기 위한 온수 탱크, 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도를 측정하는 제1 온도 센서, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도를 측정하는 제2 온도 센서, 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량을 측정하는 유량 센서, 상기 온수 탱크에 저장된 물을 가열하기 위한 히터, 상기 제2 온도 센서의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 만족하도록 상기 히터를 제어하되, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 유량 센서의 유량만큼 상기 온수 탱크로 급수가 이루어지도록 하고, 미리 설정된 목표 온도와 상기 제1 온도 센서의 온도의 차 또는 상기 유량 센서의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 상기 히터를 작동하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

또한 상기 제1 온도 센서는 특정한 주기로 반복하여 온도를 측정하고, 상기 컨트롤러는 특정한 시간 동안의 상기 제1 온도 센서의 평균 온도를 계산하여, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 목표 온도와 상기 평균 온도의 차 또는 상기 유량 센서의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 상기 히터를 작동할 수 있다.

또한 상기 컨트롤러는 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 제2 온도 센서의 온도가 상기 목표 온도보다 높게 미리 설정된 안전 온도를 초과하면 상기 히터의 작동을 중단할 수 있다.

또한 정수를 저장하기 위한 정수 탱크, 상기 정수 탱크로부터 상기 온수 탱크의 하부로 연결되는 급수 유로 및 상기 온수 탱크의 상부로부터 인출되는 취수 유로를 더 포함하여, 상기 제2 온도 센서는 상기 정수 탱크의 내부에서 상부에 설치될 수 있다.

또한 상기 제1 온도 센서는 상기 정수 탱크의 내부에 설치될 수 있다.

한편 본 발명에 따른 온수기 제어 방법은 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있는지를 판단하는 A 단계, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있지 않은 것으로 판단할 경우, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 만족하도록 히터를 제어하는 B 단계, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있는 것으로 판단할 경우, 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량만큼 상기 온수 탱크로 급수가 이루어지도록 하는 C 단계, 상기 C 단계가 개시된 후에, 미리 설정된 목표 온도와 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도의 차 또는 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 히터를 제어하는 D 단계를 포함할 수 있다.

또한 상기 D 단계는 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도를 특정한 주기로 반복하여 측정하는 과정, 특정한 시간 동안의 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 평균 온도를 계산하는 과정 및 상기 목표 온도와 상기 평균 온도의 차 또는 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 히터를 제어하는 과정으로 이루어질 수 있다.

또한 상기 D 단계가 진행되는 중에, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도가 미리 설정된 안전 온도를 초과하면 상기 히터의 작동을 중단할 수 있다.

본 발명에 따른 온수기 및 그 제어 방법은 온수 탱크로부터 취수가 이루어지면 미리 설정된 목표 온도와 온수 탱크로 급수되는 물의 온도의 차 및 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량에 비례하는 열량을 제공하도록 히터를 제어함으로써, 다시 말해 온수 탱크로 급수될 물이 목표 온도로 가열되는 데 필요한 열량을 즉각적으로 제공함으로써 온수 탱크에 저장된 물의 온도를 전체적으로 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수기의 개요도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온수기 제어 방법의 흐름도이다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 온수기(100) 및 그 제어 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온수기(100)의 개요도이다.

도 1을 참조하면 온수기(100)는 필터(110), 냉/정수 탱크(120), 밸브(130), 급수 유로(141), 취수 유로(142), 온수 탱크(150), 히터(160), 제1 온도 센서(171), 제2 온도 센서(172) 및 컨트롤러(미도시)를 포함한다.

물은 필터(110)를 거쳐 냉/정수 탱크(120)의 상부에 마련된 정수 공간(121)에 저장된다. 이때 밸브(130)에 의해 그 유동이 조절될 수 있다.

한편 정수 공간(121)에 저장된 물 중 일부는 냉/정수 탱크(120)의 하부에 마련된 냉수 공간(122)으로 급수되어 냉각되고 일부는 급수 유로(141)를 통해 온수 탱크(150)로 급수되어 히터(160)에 의해 가열된다.

급수 유로(141)는 냉/정수 탱크(120)의 정수 공간(121)으로부터 온수 탱크(150)의 하부로 연결될 수 있다. 또한 취수 유로(142)는 온수 탱크(150)의 상부로부터 인출될 수 있다.

제1 온도 센서(171)는 온수 탱크(150)로 급수되는 물의 온도를 측정하는 역할을 한다. 도면에는 제1 온도 센서(171)가 냉/정수 탱크(120)의 정수 공간(121)의 내부에 설치되는 것으로 예시되어 있다. 그러나 온수 탱크(150)로 급수되는 물의 온도를 정확하게 측정할 수만 있다면 온수 탱크(150)보다 상류에서 그밖에 다른 위치에 설치될 수도 있을 것이다.

제2 온도 센서(172)는 온수 탱크(150)에 저장된 물의 온도를 측정하는 역할을 한다. 이를 위해 제2 온도 센서(172)는 온수 탱크(150)의 내부에 설치된다. 특히 앞서 언급한 바와 같이 취수 유로(142)가 온수 탱크(150)의 상부로부터 인출될 경우, 온수 탱크(150)로부터 취수될 물의 온도를 보다 정확하게 관리하기 위해 제2 온도 센서(172)는 온수 탱크(150)의 상부에 설치될 수 있다. 다만 본 발명에서 제2 온도 센서(172)가 온수 탱크(150)의 하부 등 그밖에 다른 위치에 설치되는 경우를 배제하는 것은 아니다.

유량 센서(180)는 온수 탱크(150)로부터 취수되는 물의 유량을 측정하는 역할을 하는데, 그 구조와 원리는 공지된 바와 같으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

컨트롤러는 제1 온도 센서(171)에 의한 온도, 제2 온도 센서(172)에 의한 온도 및 유량 센서(180)에 의한 유량에 기초하여 히터(160)의 작동을 제어한다.

이하 그 제어 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 온수기 제어 방법의 흐름도이다.

도 1과 2를 함께 참조하면 먼저 컨트롤러는 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있는지를 판단한다(S10).

이는 예컨대 취수 버튼(미도시)의 동작 여부를 통해 판단할 수 있다.

또는 유량 센서(180)에 의한 유량을 통해 판단할 수도 있다. 즉 유량 센서(180)에 의한 유량이 0이면 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있지 않은 것으로 판단하고 유량 센서(180)에 의한 유량이 0보다 크면 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있는 것으로 판단할 것이다.

물론 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있는지를 판단할 수만 있다면 온수 탱크(150)에 저장된 물의 수위를 감시하는 등 그밖에 다른 수단을 활용할 수도 있을 것이다.

이에 컨트롤러는 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있지 않은 것으로 판단한 경우와 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있는 것으로 판단한 경우, 히터(160)의 작동을 달리 제어한다.

먼저 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있지 않은 것으로 판단한 경우에 대해 설명한다.

이 경우 컨트롤러는 제2 온도 센서(172)에 의한 온도가 미리 설정된 온도 범위, 예컨대 90℃ 내지 95℃를 만족하도록 히터(160)를 제어한다. 보다 구체적으로 제2 온도 센서(172)에 의한 온도가 90℃ 미만이 되면 히터(160)를 작동하고(S21), 이후 온수 탱크(150)에 저장된 물이 점차 가열되어 제2 온도 센서(172)에 의한 온도가 95℃를 초과하게 되면 히터(160)의 작동을 중단한다(S22).

반면 온수 탱크(150)로부터 취수가 이루어지고 있는 것으로 판단한 경우, 컨트롤러는 유량 센서(180)에 의한 유량만큼 온수 탱크(150)로 급수가 이루어지도록 한다(S31).

이는 냉/정수 탱크(120)의 정수 공간(121)과 온수 탱크(150) 간 수압에 의해 정수 공간(121)에 저장된 물이 온수 탱크(150)로 저절로 보충될 수 있도록, 컨트롤러가 밸브(130)를 제어하여 정수 공간(121)에 저장된 물의 수위를 조절함으로써 이루어지도록 할 수 있다.

또는 컨트롤러가 급수 유로(141)에 별도로 구비된 밸브(미도시)를 개폐함으로써 이루어지도록 할 수도 있다.

다음으로 제2 온도 센서(172)에 의한 온도에 상관 없이 히터(160)를 작동한다(S32). 예를 들어 제2 온도 센서(172)에 의한 온도가 90℃를 초과하더라도 일단 히터(160)를 작동한다.

이때 컨트롤러는 미리 설정된 목표 온도, 예컨대 95℃와 제1 온도 센서(171)에 의한 온도의 차를 계산하여 그 차에 비례하는 열량을 제공하도록 히터(160)를 작동할 수 있다.

상기 차가 크다면 이는 제1 온도 센서(171)에 의한 온도가 낮다는 것을 의미하고, 이는 온수 탱크(150)로 급수되는 물의 온도가 낮다는 것을 의미한다. 따라서 상기 차가 클수록 더 많은 열량을 제공함으로써 온수 탱크(150)에 저장된 물의 온도를 신속하고 효과적으로 목표 온도로 조절하는 것이다.

특히 제1 온도 센서(171)는 특정한 주기로 온도를 반복적으로 측정하고, 컨트롤러는 특정한 시간 동안의 제1 온도 센서(171)에 의한 온도의 평균 온도를 계산한 후 목표 온도와 평균 온도의 차를 계산하여 그 차에 비례하는 열량을 제공하도록 히터(160)를 작동할 수 있다. 이에 의하면 본 제어의 정확도를 더욱 개선할 수 있다.

또는 컨트롤러는 유량 센서(180)에 의한 유량에 비례하는 열량을 제공하도록 히터(160)를 작동할 수 있다.

상기 유량이 많다면 이는 온수 탱크(150)로 급수될 물의 양도 많다는 것을 의미하는데, 온수 탱크(150)로 급수되는 물의 온도는 앞서 언급한 바와 같이 상대적으로 낮기 때문에 상기 유량이 많을수록 더 많은 열량을 제공함으로써 온수 탱크(150)에 저장된 물의 온도를 신속하고 효과적으로 조절하는 것이다.

나아가 컨트롤러는 목표 온도와 제1 온도 센서(171)에 의한 온도의 차 및 유량 센서(180)에 의한 유량에 비례하는 열량을 제공하도록 히터(160)를 작동함으로써 온수 탱크(150)에 저장된 물의 온도를 더욱 신속하고 효과적으로 목표 온도로 조절할 수 있다.

즉 [열량] ∝ {[목표 온도] - [제1 온도 센서(171)에 의한 온도]} × [유량 센서(180)에 의한 유량]일 수 있다.

보다 구체적으로 [열량] = [물의 비열] × {[목표 온도] - [제1 온도 센서(171)에 의한 온도]} × [유량 센서(180)에 의한 유량]일 수 있다.

이에 의하면 온수 탱크(150)로 급수될 물이 목표 온도로 가열되는 데 필요한 열량을 즉각적으로 제공함으로써 온수 탱크(150)에 저장된 물의 온도를 전체적으로 일정하게 유지할 수 있다.

다만 상기 열량을 모두 제공하기 전이라도 제2 온도 센서(172)에 의한 온도가 미리 설정된 안전 온도, 예컨대 97℃를 초과하면 히터(160)의 작동을 중단한다(S33). 이로써 과열을 방지하여 안전을 도모할 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하지 않는다. 본 발명의 보호 범위는 청구 범위에 기재된 사항에 의해 정해진다. 한편 통상의 기술자라면 본 발명의 기술적 사상을 다양하게 개량하거나 변경할 수 있을 것이다. 이러한 개량이나 변경은 통상의 기술자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (8)

1. 정수를 저장하기 위한 정수 탱크,
   온수를 저장하기 위한 온수 탱크,
   상기 정수 탱크로부터 상기 온수 탱크의 하부로 연결되는 급수 유로,
   상기 온수 탱크의 상부로부터 인출되는 취수 유로,
   상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도를 측정하는 제1 온도 센서,
   상기 온수 탱크에서 상부에 설치되어, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도를 측정하는 제2 온도 센서,
   상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량을 측정하는 유량 센서,
   상기 온수 탱크에 저장된 물을 가열하기 위한 히터,
   상기 제2 온도 센서의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 만족하도록 상기 히터를 제어하는 컨트롤러를 포함하되,
   상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 컨트롤러는 상기 유량 센서의 유량만큼 상기 온수 탱크로 급수가 이루어지도록 하고, 상기 제2 온도 센서의 온도가 상기 미리 설정된 온도 범위를 만족하는지 여부에 무관하게, 미리 설정된 목표 온도와 상기 제1 온도 센서의 온도의 차 또는 상기 유량 센서의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 상기 히터를 작동하는 온수기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 온도 센서는 특정한 주기로 반복하여 온도를 측정하고,
   상기 컨트롤러는 특정한 시간 동안의 상기 제1 온도 센서의 평균 온도를 계산하여, 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 목표 온도와 상기 평균 온도의 차 또는 상기 유량 센서의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 상기 히터를 작동하는 온수기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어질 경우, 상기 제2 온도 센서의 온도가 상기 목표 온도보다 높게 미리 설정된 안전 온도를 초과하면 상기 히터의 작동을 중단하는 온수기.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 온도 센서는 상기 정수 탱크의 내부에 설치되는 온수기.
6. 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있는지를 판단하는 A 단계,
   상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있지 않은 것으로 판단할 경우, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도가 미리 설정된 온도 범위를 만족하도록 히터를 제어하는 B 단계,
   상기 온수 탱크로부터 취수가 이루어지고 있는 것으로 판단할 경우, 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량만큼 상기 온수 탱크로 급수가 이루어지도록 하는 C 단계,
   상기 C 단계가 개시된 후에, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도가 상기 미리 설정된 온도 범위를 만족하는지 여부에 무관하게, 미리 설정된 목표 온도와 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도의 차 또는 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 히터를 제어하는 D 단계를 포함하는 온수기 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 D 단계는 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 온도를 특정한 주기로 반복하여 측정하는 과정,
   특정한 시간 동안의 상기 온수 탱크로 급수되는 물의 평균 온도를 계산하는 과정 및
   상기 목표 온도와 상기 평균 온도의 차 또는 상기 온수 탱크로부터 취수되는 물의 유량 중 적어도 어느 하나에 비례하는 열량을 제공하도록 히터를 제어하는 과정으로 이루어지는 온수기 제어 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 D 단계가 진행되는 중에, 상기 온수 탱크에 저장된 물의 온도가 미리 설정된 안전 온도를 초과하면 상기 히터의 작동을 중단하는 온수기 제어 방법.

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