KR102217850B1 - 배관 동파 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동절기 배관 동파를 방지하는 배관 동파 방지장치에 관한 것으로, 인가된 교류전기의 과전류를 감지해서 차단하는 과전류차단기; 배관의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 전류를 차단하는 히팅스위치; 상기 히팅스위치를 거친 출력전기를 수신해 발열하는 히터; 과전류차단기(12)와 히팅스위치(13)를 전기적으로 연결한 통전라인으로부터 유도전류를 생성하는 변류기; 교류전기를 직류전기로 변환하는 정류기; 상기 직류전기를 정전압으로 변환하는 정전압컨버터; 상기 정전압컨버터의 출력전기를 수신해 점등하는 전원등; 상기 유도전류를 수신해서 제2설정 기준치에 따라 정전압컨버터의 출력전기를 스위칭하는 컨트롤러; 상기 컨트롤러의 스위칭 신호에 따라 지정된 표시를 출력하는 가열표시등;을 포함하는 것이다.

Description

배관 동파 방지장치{prevention device for pipe winter-sowing}

본 발명은 동절기 배관 동파를 방지하는 배관 동파 방지장치에 관한 것으로, 히터의 초기 성능 저하로 인하여 배관의 동파 위험성을 사전에 관계자의 육안으로 인지해서 대처할 수 있도록 하면서도 제작 비용이 저렴하고 경제적이면서 히터의 동작 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 배관 동파 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플랜트 시설 및 건축물 특히 아파트 등에 설치되는 용수배관과 소방배관 등의 수로용 배관(이하 '배관')은 동절기 빈번한 동파로 인해 거주자의 용수 이용에 많은 불편과 재해가 수반된다.

따라서 이러한 문제를 해소하기 위해 종래에는 배관의 온도를 실시간으로 감지하며 유사시 해당 배관을 가열하는 프로세스의 배관 동파 방지장치가 개발되었다. 종래 배관 동파 방지장치는 배관 표면에 발열선이 설치되고 배관의 표면 또는 근접 위치에는 온도센서가 설치되어서, 상기 온도센서가 기준치 이하의 온도를 감지하면 설정 프로세스에 따라 가열기구에 전원을 스위칭 온해서 발열선에 전류를 인가시켰다. 물론 전류가 인가된 발열선은 자체 저항에 의해 발열하며 배관의 표면을 가열했다.

결국, 상기 배관 내부에 흐르거나 정체되어 있는 용수는 히터에 의해 가열되므로 동절기의 냉각 온도에서도 얼지 않으며 배관의 동파를 방지했다.

그런데 종래 배관 동파 방지장치는 특정 온도를 기준으로 가열 여부를 결정해 동작하고 가열 동작은 점등을 통해 표시하므로, 관계자는 배관 동파 방지장치의 배관 가열 여부만을 단순히 인식할 수 있었다. 또한, 특정 온도에서는 가열 동작을 지속하므로 히터에 연속적인 전기 공급이 이루어져서 동절기에는 막대한 전력이 소비되는 문제가 있었다. 더욱이 히터가 노후되어 충분한 가열이 이루어지지 않는 상태임에도 관계자는 사전에 인지하지 못하고 사용하는 불합리함이 있었다.

결국, 관계자는 배관의 온도와 가열량 등에 대해서는 전혀 인지할 수 없는 상태에서 전력만 지나치게 소비되므로 사용에 있어 경제적일 수 없었다.

이러한 문제를 해소하기 위해서 종래 배관 동파 방지장치가 배관의 온도를 측정해서 정확한 수치로 표시하는 기술이 개시되었다. 그러나 이러한 방식의 종래 배관 동파 방지장치는 자체 단가를 높였고 소비전력을 더욱 상승시켜서 일반 가정용으로는 그 사용이 적절치 못했다.

결국, 좀 더 실용적이면서도 안전이 보장되고 소비전력도 낮으며 관계자가 배관의 동파 위험성을 인지할 수 있음은 물론 현재 가열 상태에 대해서 히터(발열체)의 성능을 시각적으로 인지할 수 있도록 하는 배관 동파 방지장치가 시급이 요구되었다.

선행기술문헌 1. 실용신안등록번호 제20-0250347호(2001.11.22. 공고)

이에 본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 제작 단가를 낮춰서 범용으로 실용적이면서도 안전이 보장되고 소비전력이 낮으며 관계자가 배관 동파의 위험성을 사전에 인지할 수 있음은 물론 현재 가열 상태에 대해서도 히터(발열체)의 성능을 인지할 수 있도록 한 배관 동파 방지장치의 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

인가된 교류전기의 과전류를 감지해서 차단하는 과전류차단기;

배관의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 전류를 차단하는 히팅스위치;

상기 히팅스위치를 거친 출력전기를 수신해 발열하는 히터;

과전류차단기(12)와 히팅스위치(13)를 전기적으로 연결한 통전라인으로부터 유도전류를 생성하는 변류기;

교류전기를 직류전기로 변환하는 정류기;

상기 직류전기를 정전압으로 변환하는 정전압컨버터;

상기 정전압컨버터의 출력전기를 수신해 점등하는 전원등;

상기 유도전류를 수신해서 제2설정 기준치에 따라 정전압컨버터의 출력전기를 스위칭하는 컨트롤러; 및

상기 컨트롤러의 스위칭 신호에 따라 지정된 표시를 출력하는 가열표시등;

을 포함하는 배관 동파 방지장치이다.

상기의 본 발명은, 제작 단가를 낮춰서 범용으로 실용적이면서도 안전이 보장되고 소비전력이 낮으며 관계자가 배관 동파의 위험성을 사전에 인지할 수 있음은 물론 현재 가열 상태에 대해서도 히터(발열체)의 성능을 인지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 설치 모습을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 구성 모습을 도시한 블록도이고,
도 3은 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 동작 모습을 도시한 플로차트이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 분명해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 설치 모습을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 구성 모습을 도시한 블록도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치(10)는, 인가된 교류전기의 과전류를 감지해서 차단하는 과전류차단기(12); 배관의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 전류를 차단하는 히팅스위치(13); 히팅스위치(13)를 거친 출력전기를 수신해 발열하는 히터(14); 과전류차단기(12)와 히팅스위치(13)를 전기적으로 연결한 통전라인으로부터 유도전류를 생성하는 변류기(15); 인가된 교류전기를 직류전기로 변환하는 정류기(16); 상기 직류전기를 정전압으로 변환하는 정전압컨버터(17); 정전압컨버터(17)의 출력전기를 수신해 점등하는 전원등(181); 상기 유도전류를 수신해서 제2설정 기준치에 따라 정전압컨버터(17)의 출력전기를 스위칭하는 컨트롤러(19); 컨트롤러(19)의 스위칭 신호에 따라 지정된 표시를 출력하는 가열표시등(182);을 포함한다.

과전류차단기(12)는 전원으로부터 인가된 전기의 과전류 여부를 확인해서 전도를 차단하는 방식으로 스위칭한다. 일반적으로 퓨즈 타입과 바이메탈 타입이 있고, 본 실시의 과전류차단기(12)는 퓨즈 타입의 전기부품이 적용된다.

히팅스위치(13)는 배관의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 과전류차단기(12)의 통전 전류를 차단한다. 따라서 히팅스위치(13)는 히터(14)의 주위 온도 또는 히터(14) 자체의 온도가 지정 온도 미만이면 히터(14)에 인가전기를 출력한다. 상기 제1설정 기준치는 히터(14)의 동작을 위해 지정된 온도의 크기 또는 범위이다. 참고로 과전류차단기(12)와 히팅스위치(13)는 전원의 인가된 전기의 통전 여부를 스위칭하므로, 히팅스위치(13)의 출력전기는 사실상 전원으로부터 인가된 전기이다.

히터(14)는 히팅스위치(13)의 출력전기를 수신해 발열한다. 히터(14)는 배관(20)의 동파 방지를 위해 배관(20)을 직접 가열하므로, 배관(20)을 감싸도록 설치된다. 히터(14)는 히팅스위치(13)의 출력전기가 통전되어 발열하는 열선일 수 있고, 배관(20)의 외곽으로는 열이 방출되지 않도록 배관(20)과의 접촉면을 제외한 외면이 단열 처리된 패널 타입일 수 있다. 참고로, 열선은 둘레면에 난연성 실리콘이 피복된 실리콘 열선일 수 있다. 상기 실리콘 열선은 길이가 긴 스트립형태로 구성되어, 배관(20)의 둘레면을 코일형태로 감도록 설치되며, 일측에는 히팅스위치(13)가 전기적으로 연결된다.

변류기(15)는 상기 인가전기의 통전라인으로부터 유도전류를 미세하게 생성한다. 변류기(15)는 과전류차단기(12)와 전기적으로 연결되는 전선(L)에 설치되어서 전선(L)에 통전하는 교류전기의 크기에 대응한 유도전류를 생성하므로, 상기 유도전류는 세기의 변화가 일어난다. 전선(L)에 설치되는 변류기(15)의 구조는 이미 공지의 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

정류기(16)는 교류전기를 직류전기로 변환한다. 배관 동파 방지장치(10)에 설치된 전원등(181)과 가열표시등(182)은 직류전기의 전력으로 점등하므로, 정류기(16)는 전원의 교류전기를 정류해서 직류전기로 변환한다. 정류기(16)의 구조는 이미 공지의 기술이므로, 여기서는 그 설명을 생략한다.

정전압컨버터(17)는 상기 직류전기를 정전압으로 변환한다. 정류기(16)에서 변환 출력되는 직류전기는 세기가 일정성을 유지하지 못하고 불규칙하거나 일정한 간격으로 ON/OFF가 반복해 일어난다. 따라서 변환 출력되는 상기 직류전기가 일정한 전압을 유지하면서 지속성을 갖도록 정전압으로 변환한다. 이를 위해 정전압컨버터(17)는 가장 널리 사용되고 있는 직류용 정전압컨버터(17)는 출력 전압을 전압 표준용의 정전압 다이오드와 저항, 교류콘덴서를 이용하여 정류하고 직류 정전압을 컨트롤러(19) 및 전원등(181)에 공급한다.

전원등(181)은 정전압컨버터(17)의 출력전기를 수신해 점등한다. 전원의 교류전기가 배관 동파 방지장치(10)에 인가되면, 전술한 정류기(16)와 정전압컨버터(17)를 통해 안정된 직류전기로 변환되므로, 상기 직류전기가 인가되는 전원등(181)은 점등한다. 결국, 관계자는 전원등(181)의 점등을 확인함으로써 배관 동파 방지장치(10)에 전력이 공급됨을 확인한다. 본 실시 예에서 전원등(181)은 발광다이오드가 실시되었으나, 이에 한정하지 않고 저항등 및 기타 다양한 발광 방식의 부품이 실시될 수 있다.

컨트롤러(19)는 상기 유도전류를 수신해서 제2설정 기준치에 따라 정전압컨버터(17)의 출력전기를 스위칭한다. 컨트롤러(19)는 과전류차단기(12)의 인가전기의 세기를 감지해서 히터(14)에 공급되는 전력을 확인하므로, 변류기(15)의 유도전류를 수신한다. 컨트롤러(19)는 상기 유도전류의 세기를 제2설정 기준치에 따라 분류한다. 본 실시 예에서 제2설정 기준치를 3등급으로 분류해서 컨트롤러(19)에 설정하고, 컨트롤러(19)는 상기 유도전류의 세기가 어떤 등급에 해당하는지 확인해서 스위칭한다. 본 실시 예에서 제1등급은 상기 유도전류의 세기가 히터(14)의 정상 구동을 위한 100% 전력이면 정전압컨버터(17)의 출력전기가 제1채널로 출력되도록 스위칭신호를 발생시키는 것이고, 제2등급은 상기 유도전류의 세기가 히터(14)의 정상 구동을 위한 전력의 70% 이상이면 정전압컨버터(17)의 출력전기가 제2채널로 출력되도록 스위칭신호를 발생시키는 것이고, 제3등급은 상기 유도전류의 세기가 히터(14)의 정상 구동을 위한 전력의 50% 이상 70% 미만이면 정전압컨버터(17)의 출력전기가 제3채널로 출력되도록 스위칭신호를 발생시키는 것이다. 하지만 컨트롤러(19)에 설정되는 제2설정 기준치의 등급 분류는 일 실시 예에 불과하며, 이외에도 다양한 등급의 개수로 분류될 수 있다. 참고로, 본 실시 예에서 컨트롤러(19)는, 상기 유도전류의 세기에 대응한 스위칭신호를 출력하는 트랜지스터와, 상기 스위칭신호를 디지털신호로 변환해서 해당하는 가열표시등(182)으로 정전압컨버터(17)의 출력전기를 인가하는 논리게이트 회로부로 구성된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 유도전류가 트랜지스터의 베이스 단자에 입력되면, 상기 트랜지스터는 제2설정 기준치에 따라 스위칭신호를 컬렉터 단자와 에미터 단자로 출력해서 논리게이트 회로부에 통전시킨다. 상기 논리게이트 회로부는 스위칭신호를 디지털신호로 변환해서 정전압컨버터(17)로부터 수신된 출력전기가 디지털신호에 대응한 가열표시등(182)으로 인가되도록 한다. 결국, 상기 출력신호가 인가된 가열표시등(182)은 점등해서 히터(14)의 발열 성능이 표시된다.

가열표시등(182)은 컨트롤러(19)의 스위칭 신호에 따라 지정된 표시를 출력한다. 본 실시 예에서 가열표시등(182)은 3 종류 색상의 광을 출력하는 LED로 적용했다. 따라서 상기 제1채널로 정전압컨버터(17)의 출력전기가 100% 통전하면 녹색 광의 LED가 점등하고, 상기 제2채널로 정전압컨버터(17)의 출력전기가 70% 통전하면 황색 광의 LED가 점등하고, 상기 제3채널로 정전압컨버터(17)의 출력전기가 50% 통전하면 적색 광의 LED가 점등한다. 이외에도 가열표시등(182)은 2 종류의 색상의 광을 출력하는 LED로 적용할 수 있는데, 상기 제2채널의 경우에는 정전압컨버터(17)의 출력전기를 일정 간격으로 ON/OFF해서 녹색 광의 LED가 점멸하도록 할 수 있다. 가열표시등(182)에 대한 상기 출력전기의 통전 비율인 100%, 70%, 50%는 일실시 예에 불과하며 이하의 권리범위 내에서 다양하게 변경될 수 있다. 참고로, 본 실시의 컨트롤러(19)는 가열표시등(182)별로 가변저항이 내장되고, 사용자는 상기 가변저항을 조작해서 해당 가열표시등(182)의 점등 감도를 필요에 따라 조정한다.

도 3은 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치의 동작 모습을 도시한 플로차트이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배관 동파 방지장치(10)는 다음과 같은 순서로 동작한다.

S10; 전원의 교류전기 인가 단계

배관 동파 방지장치(10)는 전원과 전기적으로 연결되어서 전원의 교류전기가 인가된다. 또한 배관 동파 방지장치(10)의 구동을 위한 스위치(미 도시함)가 설치되어서, 관계자가 스위치를 조작하여 교류전기가 배관 동파 방지장치(10)에 구성된 전기부품에 인가되도록 한다.

S20; 배전 단계

배관 동파 방지장치(10)에 인가된 교류전기는 전기적으로 병렬 연결된 과전류차단기(12)와 정류기(16)에 각각 배전된다. 과전류차단기(12)와의 연결 채널은 히터(14)와 연결된 전기라인이고, 정류기(16)와의 연결 채널은 전원등(181) 및 가열표시등(182)과 연결된 전기라인이다.

S30; 교류전기 처리 단계

과전류차단기(12)는 교류전기의 과전류 여부를 체크해서 제1설정 기준치를 초과하면 스위칭 OFF하고, 상기 제1설정 기준치 이하이면 스위칭 ON 상태를 유지한다.

한편, 정류기(16)는 교류전기를 직류전기로 변환한다.

S40; 변류 단계

변류기(15)는 과전류차단기(12)의 인가전기가 통전하는 전선(L)에 설치되어서 인가전기의 세기에 대응한 유도전류를 일으키고 컨트롤러(19)에 전달한다.

한편, 상기 인가전기는 전선(L)을 통해 히팅스위치(13)에 전달된다.

S50; 전력 공급 단계

정류기(16)에서 정류된 직류전기는 정전압컨버터(17)를 통해 정전압의 출력전기로 변환되고 전원등(181)과 컨트롤러(19)에 전달된다. 따라서 전원등(181)은 정전압컨버터(17)의 출력전기에 따라 점등하고, 컨트롤러(19)는 유도전류를 확인해서 가열표시등(182)에 출력전기를 인가한다.

한편, 히팅스위치(13)는 배관(20)의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 전류를 차단하고, 상기 제1설정 기준치 미만일 경우 출력전기를 히터(14)에 인가한다. 따라서 히터(14)는 히팅스위치(13)의 출력전기에 따라 발열하며 배관(20)을 가열한다. 히팅스위치(13)가 감지하는 배관(20)의 온도는 배관(20)의 자체 온도일 수 있고, 배관(20)의 인근 온도일 수 있는데, 본 실시의 히팅스위치(13)는 배관(20)의 인근 온도를 감지한다.

S60; 가열표시등 점등 단계

컨트롤러(19)는 변류기(15)의 미세한 유도전류를 확인해서 제2설정 기준치와 비교하고 분류한다. 전술한 바와 같이 제2설정 기준치는 유도전류를 둘 이상의 등급으로 분류할 수 있고, 분류된 등급에 대응한 채널에 스위칭 신호를 전달해서 정전압컨버터(17)의 출력전기는 해당 채널의 가열표시등(182)에 인가된다.

결국, 상기 출력전기가 인가된 가열표시등(182)은 점등하고, 관계자는 가열표시등(182)의 점등을 통해 배관(20)을 가열하는 히터(14)의 세기를 시각적으로 파악할 수 있다.

본 실시 예에서 컨트롤러(19)는, 상기 유도전류의 세기에 대응한 스위칭신호를 출력하는 트랜지스터와, 상기 스위칭신호를 디지털신호로 변환해서 해당하는 가열표시등(182)으로 정전압컨버터(17)의 출력전기를 인가하는 논리게이트 회로부로 구성된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 유도전류가 트랜지스터의 베이스 단자에 입력되면, 상기 트랜지스터는 제2설정 기준치에 따라 스위칭신호를 컬렉터 단자와 에미터 단자로 출력해서 논리게이트 회로부에 통전시킨다. 상기 논리게이트 회로부는 스위칭신호를 디지털신호로 변환해서 정전압컨버터(17)로부터 수신된 출력전기가 디지털신호에 대응한 가열표시등(182)으로 인가되도록 한다. 결국, 상기 출력신호가 인가된 가열표시등(182)은 점등해서 히터(14)의 발열 성능이 표시된다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조해 설명했지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 인가된 교류전기의 과전류를 감지해서 차단하는 과전류차단기;
   배관의 온도를 감지하여 제1설정 기준치 이상일 경우 전류를 차단하는 히팅스위치;
   상기 히팅스위치를 거친 출력전기를 수신해 발열하는 히터;
   과전류차단기(12)와 히팅스위치(13)를 전기적으로 연결한 통전라인으로부터 유도전류를 생성하는 변류기;
   교류전기를 직류전기로 변환하는 정류기;
   상기 직류전기를 정전압으로 변환하는 정전압컨버터;
   상기 정전압컨버터의 출력전기를 수신해 점등하는 전원등;
   상기 유도전류를 수신해서 제2설정 기준치에 따라 정전압컨버터의 출력전기를 스위칭하는 컨트롤러; 및
   상기 컨트롤러의 스위칭 신호에 따라 지정된 표시를 출력하는 가열표시등;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 동파 방지장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 히터는, 상기 배관을 감싸도록 설치되고 히팅스위치의 출력전기가 통전되어 발열하는 열선을 구성한 것;
   을 특징으로 하는 배관 동파 방지장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는, 상기 변류기의 유도전류를 베이스 단자로 입력받아 제2설정 기준치에 대응한 스위칭신호를 출력하는 트랜지스터와, 상기 트랜지스터의 스위칭신호를 디지털신호로 변환해서 정전압컨버터의 출력전기가 디지털신호에 대응한 가열표시등으로 인가되도록 하는 논리게이트 회로부로 구성된 것;
   을 특징으로 하는 배관 동파 방지장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 정류기는 과전류차단기와 전기적으로 병렬 연결된 것;을 특징으로 하는 배관 동파 방지장치.

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