KR102523869B1 - 수도꼭지의 온도 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

구조가 단순하여 협소한 공간 내에서도 설치하여 사용할 수 있고, 온도차를 이용한 발전으로 물을 사용하지 않는 상태에서도 전력을 계속 생산할 수 있도록, 수도꼭지 내부의 온수관로와 냉수관로 사이에 설치되어 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 열전소자, 상기 열전소자에서 생산된 전력을 인가받아 수도꼭지의 출구로 배출되는 물의 온도를 검출하는 온도센서, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 출력신호를 인가하는 회로부, 수도꼭지 외측에 설치되고 상기 회로부의 출력신호에 따라 물의 온도를 외부에 표시하는 디스플레이부를 포함하는 수도꼭지의 온도 표시 장치를 제공한다.

Description

수도꼭지의 온도 표시 장치{APPARATUS FOR DISPLAYING TEMPERATURE OF WATER IN FAUCET}
본 개시 내용은 수도꼭지의 온도 표시 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 세면대 등에는 물의 공급을 제어할 수 있도록 수도꼭지가 설치된다.
수도꼭지는 냉수배관과 온수배관에 연결되며 내부에는 물이 유통되는 관로가 형성되고 일측에는 관로를 개폐하여 물의 양과 온도를 조절하기 위한 레버가 설치된다. 레버를 조절해서 냉수와 온수의 양을 조절하여 혼합하고 이렇게 혼합된 물은 출구를 통해 외부로 배출된다.
종래의 수도꼭지는 배출되는 물의 온도를 알 수 없어 사용자가 직접 물의 온도를 확인해야 하는 불편함이 있었다. 이에, 물의 온도를 확인할 수 있도록 온도계가 설치된 수도꼭지가 개발되고 있다. 사용자는 온도계를 통해 수도꼭지에서 배출되는 물의 온도를 확인할 수 있어, 냉수의 불쾌감이나 고온수에 의한 화상 등을 방지하고 사용 편의를 도모할 수 있다.
물의 온도를 검출하여 외부에 표시하기 위해서는 전력이 필요하다. 종래 구조의 경우 물의 흐름을 이용한 자가 발전 방식으로 생산된 전력을 이용하는 구조로 되어 있다.
그러나, 이러한 종래 구조의 경우, 로터 회전에 따른 전력 생산 구조로, 구성이 복잡하고 부피가 커서 작은 수도꼭지에 설치하기 어렵고, 고장이 빈번한 문제가 있다. 또한, 로터에 의해 물의 흐름이 방해받기 때문에 물 배출량이 줄어 사용이 불편하다.
또한, 물의 흐름이 없는 상태에서는 전혀 전력을 생산할 수 없어 사용이 어려운 문제가 있다. 이에, 원활한 사용을 위해서는 물의 흐름이 있을 때 생산된 전력을 저장할 수 있도록 축전기를 구비해야 하는 단점이 있다.
본 과제는 구조가 단순하여 협소한 공간 내에서도 설치하여 사용할 수 있도록 된 수도꼭지의 온도 표시장치를 제공한다.
본 과제는 온도차를 이용한 발전으로 물을 사용하지 않는 상태에서도 전력을 계속 생산할 수 있도록 된 수도꼭지의 온도 표시장치를 제공한다.
본 구현예의 표시 장치는, 수도꼭지 내부의 온수관로와 냉수관로 사이에 설치되어 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 열전소자, 상기 열전소자에서 생산된 전력을 인가받아 수도꼭지의 출구로 배출되는 물의 온도를 검출하는 온도센서, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 출력신호를 인가하는 회로부, 수도꼭지 외측에 설치되고 상기 회로부의 출력신호에 따라 물의 온도를 외부에 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
상기 표시장치는 열전소자의 양면에 각각 설치되어 냉수와 온수의 온도를 열전소자로 전달하는 열전달블럭을 더 포함할 수 있다.
상기 표시 장치는 열전소자에서 생산된 전력을 저장하는 2차배터리를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부는 LED로 이루어질 수 있다.
이와 같이 본 구현예에 의하면, 열전소자를 이용한 자가 발전 구조로 구성이 간단하고 구조를 보다 단순화할 수 있어, 수도꼭지의 형태나 크기를 보다 소형화할 수 있다.
단순한 구조로 제조가 용이하고 제조 비용을 낮춰 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
고장을 최소화하여 사용 편의성을 높일 수 있다.
물의 흐름이 없는 상태에서도 온수와 냉수 간의 온도차를 이용하여 지속적으로 전력을 생산할 수 있다. 이에, 전력을 별도로 저장할 필요 없이 장시간 수도를 사용하지 않은 상태에서 계속 온도를 검출하여 표시할 수 있다.
냉수와 온수의 열을 보다 효율적으로 전달하여 전력 생산 효율을 보다 극대화할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따라 온도 표시장치가 구비된 수도꼭지를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 온도 표시장치의 구성을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 온도 표시장치의 작용을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따라 온도 표시장치가 구비된 수도꼭지를 나타내며, 도 3과 도 4는 온도 표시장치의 구성을 나타내고 있다.
도시된 바와 같이, 본 실시예의 표시장치는 수도꼭지(10) 내부의 온수관로(20)와 냉수관로(22) 사이에 설치되어 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 열전소자(30), 열전소자(30)에서 생산된 전력을 인가받아 수도꼭지(10)의 출구(12)로 배출되는 물의 온도를 검출하는 온도센서(40), 온도센서(40)의 검출값을 연산하여 출력신호를 인가하는 회로부(50), 수도꼭지(10) 외측에 설치되고 회로부(50)의 출력신호에 따라 물의 온도를 외부에 표시하는 디스플레이부(56)를 포함할 수 있다.
수도꼭지(10)는 외형을 이루는 몸체(11) 내부에 물이 유통되는 관로를 형성하며, 관로 일측에는 관로의 개폐량을 조절하는 밸브(14)가 설치되고, 외측에는 밸브를 조작하여 물의 온도와 배출량을 제어하는 레버(16)가 설치된다.
이에, 사용자는 레버(16)를 조절해서 냉수와 온수의 양을 조절하여 혼합하고, 이렇게 혼합된 물을 출구(12)를 통해 외부로 배출할 수 있게 된다.
수도꼭지(10)의 내부에 형성되는 관로는, 냉수배관(100)과 연결되는 냉수관로(22), 온수배관(110)에 연결되는 온수관로(20) 및 출구(12)와 연결되는 혼합관로(24)를 포함할 수 있다.
밸브(14)는 수도꼭지(10) 내부에 마련되어 레버(16)의 조작에 따라 냉수관로(22)와 온수관로(20)의 배출량을 조절한다. 이에, 온수관로(20)를 통해 공급되는 온수와 냉수관로(22)를 통해 공급되는 냉수가 밸브(14)를 지나면서 서로 혼합되어 혼합관로(24)를 통해 흐르고, 혼합관로(24) 선단의 출구(12)를 통해 배출된다.
수도꼭지(10)는 내부에 온수와 냉수가 구분되어 흐르는 구조면 충분하며, 그 구조나 형태는 다양하게 변형될 수 있다.
본 실시예에서 열전소자(30)는 수도꼭지(10)의 내부에서 온수관로(20)와 냉수관로(22) 사이에 설치될 수 있다.
즉, 열전소자(30)는 일면이 온수관로(20)에 접하고, 반대쪽면은 냉수관로(22)에 접하여 설치된다. 이에, 열전소자(30)의 양면에 온수와 냉수에 의한 온도차가 발생된다. 이하 열전소자(30)의 양면 중 온수관로(20)에 접하여 열을 받는 면을 발열면이라 하고, 반대쪽 면으로 냉수관로(22)에 접하여 냉기를 받는 면을 냉각면이라 한다.
이에 본 장치는 열전소자(30)의 제백(seeback)효과를 이용하여 전력을 생산하게 된다. 열전소자(30)는 발열면과 냉각면의 온도차를 이용하여 열기전력을 발생시킴으로써, 열에너지를 전기에너지로 전환하게 된다.
열전소자(30)는 이종의 금속을 접합한 소자로, 이에 대해서는 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략한다. 제백 효과란 온도차에 의한 전압, 즉 열기전력(thermoelectromotive force)이 발생하여 폐회로 내에서 전류가 흐르는 현상으로서 열전 발전의 원리이다.
열전소자(30)는 전면이 냉수관로(22)와 온수관로(20)에 고르게 접하도록 설치될 수 있다.
수도꼭지(10)의 몸체 내에 형성된 온수관로(20)에는 계속 온수가 공급되므로, 열전소자(30)의 발열면에는 지속적으로 열이 가해진다. 마찬가지로, 냉수관로(22)에는 계속 냉수가 공급되므로, 열전소자(30)의 냉각면에는 지속적으로 냉기가 가해지게 된다.
이와 같이, 수도꼭지(10)의 온수관로(20)와 냉수관로(22)에는 항상 지속적으로 온수와 냉수가 공급되어 온도차가 발생되고 있어, 수도꼭지(10)의 사용 여부에 관계없이 열전소자(30)는 전력을 지속적으로 생산할 수 있다.
또한, 열전소자(30)가 온수관로(20)와 냉수관로(22) 외측에 위치하여 관로를 지나는 물과 간섭되지 않아 물의 흐름에 영향을 주지 않는다, 따라서 열전소자(30)를 통해 전력을 생산하면서도 수도꼭지(10)를 통해 원활하게 물을 배출할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 표시장치는 열전소자(30)의 양면에 각각 설치되어 냉수와 온수의 온도를 열전소자(30)로 전달하는 열전달블럭(32)을 더 포함할 수 있다.
열전달블럭(32)은 열전소자(30)의 양면에 각각 설치되어, 온수관로(20)와 냉수관로(22)에 접할 수 있다. 이에, 열전달블럭(32)은 온수관로(20)의 열을 열전소자(30)의 발열면 전체에 보다 고르고 균일하게 전달할 수 있다. 마찬가지로 냉수관로(22)의 냉기를 열전소자(30)의 냉각면에 고르고 균일하게 전달할 수 있다.
열전달블럭은 열전도율이 높은 재질로 형성될 수 있다.
온도센서(40)는 출구(12)에서 배출되는 물의 온도를 검출할 수 있다.
온도센서(40)는 예를 들어, 냉수와 온수의 혼합수가 배출되는 혼합관로(24) 일측에 설치될 수 있다. 이에, 출구(12)를 통해 배출되는 물의 온도를 정확히 검출할 수 있다.
회로부(50)와 디스플레이부(56)는 하나의 유닛으로 이루어져 수도꼭지(10)의 몸체 외측에 설치될 수 있다.
예를 들어 몸체에 설치되는 하우징(52)의 내부에 디스플레이부(56)와 회로부(50)가 내장 설치된 구조일 수 있다. 회로부(50)는 수도꼭지(10)의 몸체를 통해 열전소자(30) 및 온도센서(40)와 연결될 수 있다. 하우징(52)과 몸체 사이는 긴밀히 실링 처리될 수 있다. 이에, 물이 하우징(52)과 몸체 사이를 통해 하우징(52) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
열전소자(30)에서 생산되는 전력은 회로부(50)로 인가된다. 회로부(50)는 열전소자(30)로부터 인가된 전력을 이용하여 온도센서(40)와 디스플레이부(56)를 제어할 수 있다.
또한, 하우징(52) 내부에는 충방전이 가능한 2차배터리(54)를 더 구비될 수 있다. 2차배터리(54)는 열전소자(30)에서 생산된 전력을 저장하며, 회로부(50)의 제어에 따라 저장된 전기에너지를 출력하여 온도센서(40)나 디스플레이부(56)를 구동할 수 있다.
회로부(50)는 열전소자(30)에 가해지는 열량의 변동에 따라 발전 전력을 최적화하기 위한 저항PCB회로, 열전소자(30)로부터 2차배터리(54)로 인가되는 전압을 제어하는 변압회로를 포함할 수 있다. 발전전력을 최적화한다는 것은 저항값의 제어를 통해 발전 전력 생산을 극대화하여 최대치의 전력을 생산하는 것을 의미한다. 즉, 전력을 생산함에 있어서 저항이 너무 높은 경우 발전 생산량이 떨어지고 저항이 너무 낮으면 전자전달이 잘 이루어지지 않아 전력 생산 효율이 떨어지게 된다.
저항PCB회로는 열전소자(30)와의 폐회로(close Circuit) 구성을 위해 구비되는 저항을 열전소자(30)의 최적 발전 조건으로 가변시켜 발전 전력을 최적화한다. 즉, 저항PCB회로는 센서를 통해 열량 변동을 확인하여 최대 전력 생산이 가능하도록 하는 저항값을 찾을 수 있는 로직회로를 구비하여, 열량 변동 조건에 맞춰 최대 전력 생산을 위한 저항값을 자동 연산하게 된다. 따라서, 조건에 따라 항상 최대의 전력을 생산할 수 있게 된다.
변압회로는 열전소자(30)로부터 생성된 발전 전력의 전압을 높이기 위한 스텝업(step up)회로와, 열전소자(30)로부터 생성된 발전 전력의 전압을 낮추기 위한 스텝다운(step down)회로를 포함한다.
스텝업회로는 열전소자(30)의 발전 전력이 2차배터리(54)의 충전 가능 전압보다 낮을 경우 이를 충전 가능한 전압으로 높여 2차배터리(54)에 인가한다. 스텝다운회로는 열전소자(30)로부터 생성된 발전 전력이 2차배터리(54)의 충전 가능 전압보다 높은 경우 이를 충전 가능한 전압으로 낮춰 2차배터리(54)에 인가한다.
이에, 열전소자(30)로부터 발전되어 2차배터리(54)로 인가되는 전압이 낮거나 높은 경우 스텝업회로와 스텝다운회로를 통해 전압이 제어되어 충전가능한 전압으로 조절된다. 따라서, 어느 경우에도 열전소자(30)의 발전 전력을 2차배터리(54)에 효율적으로 충전할 수 있게 된다.
디스플레이부(56)는 하우징(52)의 상부에 설치되어 외부에 온도를 표시할 수 있다. 본 실시예에서, 디스플레이부(56)는 LED로 이루어질 수 있다. 디스플레이부(56)는 온도를 숫자 또는 색상 등으로 외부에 표시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
10 : 수도꼭지 12 : 출구
14 : 밸브 16 : 레버
20 : 온수관로 22 : 냉수관로
24 : 혼합관로 30 : 열전소자
32 : 열전달블럭 40 : 온도센서
50 : 회로부 52 : 하우징
54 : 2차배터리 56 : 디스플레이부

Claims (3)

  1. 수도꼭지 내부의 온수관로와 냉수관로 사이에 설치되어 온도차를 이용하여 기전력을 발생시키는 적어도 하나 이상의 열전소자, 상기 열전소자에서 생산된 전력을 인가받아 수도꼭지의 출구로 배출되는 물의 온도를 검출하는 온도센서, 상기 온도센서의 검출값을 연산하여 출력신호를 인가하는 회로부, 수도꼭지 외측에 설치되고 상기 회로부의 출력신호에 따라 물의 온도를 외부에 표시하는 디스플레이부, 상기 열전소자의 양면에 각각 설치되어 냉수와 온수의 온도를 열전소자로 전달하는 열전달블럭, 상기 열전소자에서 생산된 전력을 저장하는 2차배터리를 포함하는 수도꼭지의 온도 표시 장치로,
    상기 회로부는 상기 열전소자에 가해지는 열량의 변동에 따라 상기 열전소자와의 폐회로 구성을 위해 구비되는 저항을 최대 전력 생산을 위한 저항값으로 가변시키는 저항PCB회로, 상기 열전소자부터 2차배터리로 인가되는 전압을 제어하는 변압회로를 포함하고,
    상기 변압회로는 상기 열전소자의 발전 전력이 상기 2차배터리의 충전 가능 전압보다 낮을 경우 이를 충전 가능한 전압으로 높여 2차배터리에 인가하는 스텝업(step up)회로와, 상기 열전소자로부터 생성된 발전 전력이 상기 2차배터리의 충전 가능 전압보다 높은 경우 이를 충전 가능한 전압으로 낮춰 2차배터리에 인가하는 스텝다운(step down)회로를 포함하는 수도꼭지의 온도 표시 장치.
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