KR102634716B1

KR102634716B1 - 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102634716B1
Application number: KR1020220106327A
Authority: KR
Inventors: 송진환
Original assignee: (주)알레스테크
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2024-02-08

Abstract

본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체는, 온수관내의 온수유속을 측정하는 유속측정부; 상기 온수관의 개도율이 조절되도록 상기 온수관의 내부유로를 개폐시키는 밸브조립체; 상기 밸브조립체와 결합되며, 상기 온수관 내부유로가 개폐되는 방향으로 구동모터에 의해 왕복 이송되는 이송브라켓; 및 상기 온수관 내부의 온수 유량이 외부로부터 입력된 목표유량값에 도달하는 방향으로 상기 밸브조립체가 이송되도록 상기 구동모터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법을 이용하면, 온수의 공급압력이나 온수관의 형상이 변경되더라도 사용자가 원하는 난방열량에 맞춰 온수의 유량을 빠르고 정확하게 제어할 수 있으며, 사용자가 원하는 난방열량에 해당하는 온수관 개도량이 저장될 수 있으므로 온수 공급 재개 시 적정 온수 유량을 한 번에 찾아갈 수 있다는 장점이 있다.

Description

유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법{Valve assembly for regulating flow rate, auto-control heating system having the valve assembly and method for controlling the same}

본 발명은 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온수의 유량을 사용자가 원하는 수치만큼 정확하고 빠르게 조절할 수 있는 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.

주택의 난방방식을 열원의 생산방식에 따라 크게 분류하면 개별난방방식, 중앙난방방식, 지역난방방식으로 구분할 수 있다. 개별난방방식은 세대별로 설치된 개별 보일러에 의하여 난방운전을 실시하는 것이고, 중앙난방방식은 각 단지별 중앙기계실에서 생산된 열원을 직접 또는 기계실의 열교환기를 통하여 각각의 세대에 공급하는 방식이다.

지역난방방식은 일정 지역 또는 일정 규모의 열생산설비에 의하여 일괄로 생산된 열원을 일정 지역의 주택단지나 대형건축물에 공급하는 방식이다.

개별난방방식은 주택의 세대별로 열원을 생산하고 개별적으로 난방운전을 시행하는 방식으로서 가정용 보일러의 효율상승과 소형화, 그리고 사용연료가 유류에서 전기, 도시가스로 다양화되면서 보급이 크게 늘고 있다. 특히, 이들 소형 보일러를 이용한 개별난방방식이 중앙난방방식에 비하여 난방비 징수의 불합리한 측면을 해소하고 거주자의 의지에 따라 관리비의 절감과 운전비가 경제적이라는 장점이 있다.

중앙난방방식은 지역난방방식이 도입되기 전까지 대부분의 주택에 적용된 난방방식으로서 단지 내에 중앙기계실을 설치하고 1기 또는 수기의 보일러에 의하여 중온수를 생산하고, 다시 중간기계실에서 열교환을 통하여 중온수를 바닥난방에 적합한 저온수로 변환하여 각 세대로 온수를 공급하는 방식이다. 이 방식에서 온수공급 시간대와 시간 및 횟수는 해당지역의 외기 온도 변동을 주요 변수로 하여 미리 설정된 난방운전 일정표에 의해서 일일 중 3 ~ 4회 내외로 간헐적인 온수공급을 시행하는 것이 일반적이다.

지역난방방식에 의한 대단위 열원공급은 신도시의 개발과 함께 급속하게 보급이 확대되었다. 지역난방을 실시하는 주택에는 세대별로 열량계 또는 유량계가 설치되고 세대별 또는 실별로 실내온도조절기가 부착됨으로써 실질적인 실온제어가 가능하다. 일반적으로 지역난방방식에서 난방공급온도 60℃, 난방환수온수 45℃로 설계조건이 맞추어져 있으며, 외기 온도에 따라 온수온도 설정을 다르게 하여 온수를 공급한다.

이와 같이 지역난방방식에서는 공급되는 온수의 온도가 일정하게 설정되어 있으므로, 각 세대별 난방은 각 세대로 유입되는 온수의 유량으로 제어하도록 구성되어 있다. 따라서 사용자가 원하는 온도로 난방을 하기 위해서는 각 세대로 유입되는 온수 유량을 정확하고 빠르게 조절해야 하는데, 공급되는 온수의 압력에 편차가 있는 경우 단순히 온수관의 개도량만을 조절해서는 온수의 유량을 정확하게 제어할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 온수의 유속이나 압력이 동일하더라도 온수관의 형상이 상이한 경우 온수관의 개도량이 동일하더라도 온수의 유속에 차이가 있을 수 있으므로, 온수의 유량을 정밀하게 제어하기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 사용자가 원하는 난방 온도는 동일한데 정전이나 물부족 등과 같은 이유로 급수가 중단되었다가 다시 재개되는 경우가 발생할 수 있는데, 종래의 난방시스템은 급수 중단 직전의 온수관 개도량이 저장되어 있지 아니하므로 적절한 온수관 개도량을 찾는 과정을 처음부터 다시 반복해야 한다는 단점도 있었다.

KR

10-2261622

B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 온수의 공급압력이나 온수관의 형상에 차이가 있더라도 온수의 유량을 빠르고 정확하게 제어할 수 있으며, 온수관 개도량을 저장할 수 있어 온수 공급 재개 시 이전의 온수 유량을 한 번에 찾아갈 수 있는 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체는, 온수관내의 온수유속을 측정하는 유속측정부; 상기 온수관의 개도율이 조절되도록 상기 온수관의 내부유로를 개폐시키는 밸브조립체; 상기 밸브조립체와 결합되며, 상기 온수관 내부유로가 개폐되는 방향으로 구동모터에 의해 왕복 이송되는 이송브라켓; 및 상기 온수관 내부의 온수 유량이 외부로부터 입력된 목표유량값에 도달하는 방향으로 상기 밸브조립체가 이송되도록 상기 구동모터의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.

상기 유속측정부는 온수관내의 온수유속을 지속적으로 반복 측정하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제어부는 전달받은 온수유속 측정값에 따라 상기 구동모터의 동작을 실시간으로 제어하도록 구성된다.

상기 이송브라켓을 따라 슬라이딩되는 슬라이더를 구비하여, 상기 슬라이더의 위치에 따라 가변하는 저항값에 상응하는 출력신호를 발생시키는 포텐셔미터를 더 포함한다.

상기 이송브라켓은, 상기 슬라이더를 향해 연장되되 상기 슬라이더와 대응되는 부위에 체결공이 형성되는 연장바를 추가로 구비하고, 상기 슬라이더는 상기 체결공에 삽입되는 체결돌부를 구비한다.

스위치버튼이 눌러졌을 때 상기 구동모터의 동작을 오프시키는 리미트스위치를 더 포함하고, 상기 연장바는, 상기 온수관의 내부유로가 최대한 닫히도록 상기 밸브조립체가 이송되었을 때 상기 스위치버튼을 누르는 제1 돌출부와, 상기 온수관의 내부유로가 최대한 개방되도록 상기 밸브조립체가 이송되었을 때 상기 스위치버튼을 누르는 제2 돌출부를 구비한다.

상기 이송브라켓의 외주면에는 수나사산이 형성되고, 상기 이송브라켓의 수나사산과 나사결합되는 암나사산이 내주면에 형성되어, 상기 구동모터에 의해 자전되었을 때 상기 이송브라켓을 직선이송시키는 자전기어를 더 포함한다.

상기 자전기어가 이동하지 못하도록 상기 자전기어의 일측에 접촉되는 가압브라켓; 상기 자전기어에 밀착되는 방향으로 상기 가압브라켓에 탄성력을 인가하는 가압스프링;을 더 포함한다.

상기 온수관의 내부유로 중 상기 유속측정부의 선단측에 장착되되, 상기 유속측정부를 향해 볼록하게 만곡된 캡 형상을 이루며 다수 개의 유로홀이 형성되는 분산캡을 더 포함한다.

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은, 상기와 같이 구성되는 유량조절밸브 조립체; 온수공급부로부터 온수를 공급받아 복수 개의 난방존으로 온수를 공급하는 급수헤더; 상기 복수 개의 난방존을 지난 온수를 전달받아 상기 온수공급부로 환수시키는 환수헤더;를 포함하되, 상기 유량조절밸브 조립체는 온수관에 설치되어 순환되는 온수의 유량을 실시간으로 제어하도록 구성된다.

상기 유량조절밸브 조립체는, 상기 환수헤더와 상기 온수공급부 사이의 온수관에 설치된다.

본 발명에 의한 난방시스템 제어방법은, 상기와 같이 구성되는 난방시스템을 제어하기 위한 방법으로서, 목표유량값이 입력되는 제1 단계; 입력된 목표유량값에 할당된 개도량만큼 온수관의 내부유로가 개방되도록 상기 밸브조립체를 이송시키는 제2 단계; 상기 온수관 내의 온수유속을 측정하여, 온수관 내의 현재유량값을 산출하는 제3 단계; 상기 제1 단계에서 입력된 목표유량값과 상기 제3 단계에서 산출된 현재유량값의 편차를 산출하여, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위 이내에 들어오면 곧바로 다음단계로 넘어가고, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위를 벗어나면 상기 현재유량값이 상기 목표유량값에 근접하도록 온수관 개도량을 증가 또는 감소시킨 후 다음단계로 넘어가는 제4 단계; 온수공급 종료신호가 입력되었는지를 판단하여, 온수공급 종료신호가 입력되지 아니하였으면 상기 제3 단계로 되돌아가고 온수공급 종료신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하는 제5 단계;로 구성된다.

상기 제1 단계는, 사용자가 난방열량값을 입력하는 과정과, 상기 온수관 내부를 흐르는 온수의 온도를 측정하는 과정과, 상기 난방열량값과 온수측정값으로 목표유량값을 계산하는 과정과, 계산된 목표유량값이 입력되는 과정으로 구성된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체와 이를 구비하는 자동제어 난방시스템 및 그 제어방법을 이용하면, 온수의 공급압력이나 온수관의 형상이 변경되더라도 사용자가 원하는 난방열량에 맞춰 온수의 유량을 빠르고 정확하게 제어할 수 있으며, 사용자가 원하는 난방열량에 해당하는 온수관 개도량이 저장될 수 있으므로 온수 공급 재개 시 적정 온수 유량을 한 번에 찾아갈 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템의 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체의 사시도, 단면사시도 및 수직단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.
도 7은 이송브라켓과 자전기어의 결합구조를 도시하는 단면사시도이다.
도 8은 이송브라켓과 포텐셔미터의 결합구조를 도시하는 분해사시도이다.
도 9는 온수관의 내부유로가 폐쇄되도록 작동된 본 발명에 의한 유량조절밸브 조립체의 수직단면도이다.
도 10은 본 발명에 의한 난방시스템 제어방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템의 개략도이다.

본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은 공급되는 온수의 열을 이용하여 난방을 하되, 온수유량을 사용자가 원하는 수준으로 빠르고 정확하게 조절함으로서 보다 정밀한 난방제어가 가능하도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은, 온수를 공급하는 온수공급부(100)와, 상기 온수공급부(100)로부터 온수를 공급받아 복수 개의 난방존(300)으로 온수를 공급하는 급수헤더(200)와, 상기 복수 개의 난방존(300)을 지난 온수를 전달받아 상기 온수공급부(100)로 환수시키는 환수헤더(400)와, 상기 급수헤더(200)와 난방존(300) 사이에 설치되는 급수조절밸브(210)와, 난방존(300)과 환수헤더(400) 사이에 설치되는 환수조절밸브(410)와, 시스템의 동작을 제어하는 시스템 제어부(미도시)를 기본 구성요소로 구비하되, 순환되는 온수의 유량을 사용자가 원하는 양 만큼 정확하고 빠르게 조절하는 유량조절밸브(500) 조립체가 추가로 구비된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.

상기 온수공급부(100)는 집단난방의 경우 중앙보일러가 될 수 있고, 지역난방의 경우 기계실에 설치된 열교환기가 될 수 있으며, 개별난방의 경우 각 세대에 독립적으로 설치된 개별보일러가 될 수 있다. 즉, 상기 온수공급부(100)는 사전에 설정된 범위 이내의 온도를 갖는 온수를 공급할 수 있다면 어떠한 종류의 열원으로도 적용될 수 있다. 또한, 상기 급수헤더(200)와 급수조절밸브(210)와 난방존(300)과 환수헤더(400)와 환수조절밸브(410)는 종래의 난방시스템에도 실질적으로 동일하게 적용되고 있는바, 상기 언급한 각 구성요소들에 대한 상세한 설명은 생략한다.

일반적으로 온수관(10) 내부를 흐르는 온수의 유량은 온수관(10)의 개도량을 따라 증감되는바, 온수관(10)의 개도량을 증가시키면 온수관(10) 내부의 온수 유량은 증가하고, 온수관(10)의 개도량을 감소시키면 온수관(10) 내부의 온수 유량은 감소하게 된다. 그러나 온수관(10)의 개도량을 감소시킬수록 해당 부위의 온수 유속은 증가하게 되므로, 온수 유량과 온수관(10) 개도량은 정비례하지는 아니한다. 즉, 온수관(10) 개도량을 50%로 감소시킨다 하더라도 온수 유량은 정확하게 50%로 감소되지 아니하게 된다.

이때, 본 발명에 포함되는 상기 유량조절밸브(500) 조립체는 단순히 온수관(10)의 개도량을 사전에 설정된 비율로 증감시키는 것이 아니라, 온수관(10) 내의 온수 유속을 실시간으로 측정해 가면서 온수관(10)의 개도량을 증감시키도록 구성되므로, 온수의 유량을 사용자가 원하는 크기로 정확하게 제어할 수 있다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.

즉, 온수관(10)을 100% 개방시켰을 때의 온수 유량이 10ℓ/min 인 상태에서 온수 유량을 5ℓ/min 으로 감소시키고자 하는 경우, 상기 유량조절밸브(500) 조립체는 온수관(10)의 개도량을 50%로 감소시키는 한 번의 작동으로 제어가 종료되는 것이 아니라, 개도량을 50%로 감소시킨 상태에서의 온수유속을 측정하여 실제 온수 유량이 5ℓ/min 로 감소되었는지를 판단하고, 실제 온수 유량이 5ℓ/min 이 아닌 경우 온수 유량이 5ℓ/min 이 될 때까지 온수관(10)의 개도량 조절과 온수유속 측정을 반복하도록 구성된다는 점에 특징이 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 자동제어 난방시스템은 온수관(10) 내부를 흐르는 온수의 실제 유량이 사용자가 원하는 목표유량값에 도달 할 때까지 온수유속을 실시간으로 측정해 가면서 온수관(10)의 개도량을 증감하는바, 온수관(10) 내부의 실제 온수유량을 사용자가 원하는 목표유량값에 정확하게 일치시킬 수 있다는 장점이 있다.

이때, 상기 유량조절밸브(500) 조립체는 온수가 순환되는 온수관(10) 어디에도 설치될 수 있으나, 각 난방존(300)을 지나는 온수의 총량을 일시에 제어할 수 있도록 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 환수헤더(400)와 상기 온수공급부(100) 사이의 온수관(10)에 설치됨이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 유량조절밸브(500) 조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체의 사시도, 단면사시도 및 수직단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체의 내부구성을 도시하는 사시도이다.

본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 온수관(10)의 내부유로를 특정 비율로 일률적으로 개방하는 것이 아니라, 온수관(10) 내부를 흐르는 온수의 유속을 실시간으로 측정해 가면서 온수관(10)의 개도량을 조절함으로써, 온수관(10) 내부의 실제 온수 유량을 정확하게 제어할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는, 온수관(10)내의 온수유속을 측정하는 유속측정부(510)와, 상기 온수관(10)의 개도율이 조절되도록 상기 온수관(10)의 내부유로를 개폐시키는 밸브조립체(520)와, 상기 밸브조립체(520)와 결합되며 상기 온수관(10) 내부유로가 개폐되는 방향으로 구동모터(550)에 의해 왕복 이송되는 이송브라켓(530)과, 상기 온수관(10) 내부의 온수 유량이 외부로부터 입력된 목표유량값에 도달하는 방향으로 상기 밸브조립체(520)가 이송되도록 상기 구동모터(550)의 동작을 제어하는 제어부(560)를 포함하여 구성된다. 상기 밸브조립체(520)는, 상기 이송브라켓(530)과 결합되는 밸브샤프트(522)와, 상기 밸브샤프트(522)의 끝단에 장착되어 온수관(10)의 중단 유로를 개폐시키는 밸브디스크(524)로 구성된다.

이때, 온수관(10) 내부의 유로단면적은 그 크기가 일정하게 고정되어 있으므로, 온수관(10) 내부를 흐르는 온수유량은 온수유속에 따라 결정된다. 따라서 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체와 같이 상기 제어부(560)가 유속측정부(510)에서 전송된 온수유속 측정값을 실시간으로 전송받아 가면서 온수관(10)의 개도율 증감을 반복하도록 설정되면, 사용자가 원하는 온수유량에 도달하도록 온수관(10)의 개도율을 정확하게 추적할 수 있게 된다. 즉, 공급되는 온수의 압력이나 온수관(10)의 유로 패턴이 변경되더라도 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체를 사용하면 실제로 온수관(10) 내부를 흐르는 온수의 현재유량을 정확하게 제어할 수 있는바, 난방존(300)으로 공급되는 온수의 양을 실시간으로 정확하게 제어할 수 있고 이에 따라 난방 정밀도가 매우 향상된다는 장점이 있다.

이때, 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 온수가 온수관(10) 내부를 흐르는 동안 상기와 같은 온수유속 측정 및 온수관(10) 개도율 증감이 지속적으로 반복되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 유속측정부(510)는 온수관(10) 내부를 따라 온수가 흐르는 동안 온수관(10)내의 온수유속을 지속적으로 반복 측정하여 상기 제어부(560)로 전달하고, 상기 제어부(560)는 전달받은 온수유속 측정값에 따라 상기 구동모터(550)의 동작을 실시간으로 제어하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 온수유속 측정 및 온수관(10) 개도율 증감 제어가 지속되도록 구성되면, 난방이 구현되는 시간 내내 온수의 유량이 정확하게 유지될 수 있으므로, 난방의 지속성과 신뢰도가 높아진다는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 온수유속 측정 및 온수관(10) 개도량 제어가 진행되는 도중에 정전이나 단수 등의 이유로 온수 순환이 정지되었다가 일정 시간 경과 후 재개되는 경우, 온수유량이 사용자가 원하는 수준에 이를 때까지 온수관(10)의 개도량 추적을 처음부터 다시 수행해야 하는바, 신속한 난방제어가 어렵다는 단점이 있다.

본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 온수 순환이 일정 시간 정지되었다가 재개되더라도 이전의 개도량이 저장될 수 있도록, 상기 이송브라켓(530)의 이송거리에 비례하는 출력신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어 본 발명에 의한 유량조절밸브(500)는, 이송브라켓(530)의 일측에 고정되는 몸체(572)와, 상기 몸체(572)에 슬라이딩 가능한 구조로 장착되되 상기 이송브라켓(530)을 따라 슬라이딩되는 슬라이더(574)를 구비하는 포텐셔미터(570)가 추가로 구비될 수 있다. 상기 포텐셔미터(570)는 슬라이더(574)의 위치에 따라 저항값이 가변되고 가변하는 저항값에 상응하는 출력신호를 발생하도록 구성되므로, 상기 이송브라켓(530)이 어느 방향으로 어느만큼 이송되었는지에 따라 상이한 값의 출력신호를 제어부(560)로 전달하게 된다.

상기 제어부(560)는 포텐셔미터(570)에서 발생되는 신호 중 가장 최근 신호의 값을 저장해 두었다가, 난방이 재개될 때 상기 포텐셔미터(570)가 저장된 신호값을 출력하도록 이송브라켓(530)을 위치시킴으로써, 사용자가 원하는 온수 유량을 한 번에 추적할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 동력을 발생시키는 구동모터(550)는 일반적으로 구동축(552)이 매우 빠르게 회전하므로, 상기 구동축(552)의 회전력이 그대로 이송브라켓(530)으로 전달되면 상기 이송브라켓(530)의 이송을 정확하게 제어하기 어려울 뿐만 아니라 이송브라켓(530)이 과도하게 이송되어 파손되는 현상도 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 구동모터(550)의 회전력에 의해 이송브라켓(530)이 직선방향으로 왕복 이송되되, 구동모터(550)의 회전속도가 빠르더라도 상기 이송브라켓(530)이 천천히 이송될 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

예를 들어 상기 이송브라켓(530)의 외주면에는 수나사산(532)이 형성되고, 상기 이송브라켓(530)의 수나사산(532)과 나사결합되도록 암나사산(542)이 내주면에 형성되는 자전기어(540)와 상기 구동축(552)의 회전력을 감속시킨 후 자전기어(540)로 전달하는 감속기어(554)가 추가로 구비될 수 있다. 이와 같이 감속기어(554)와 자전기어(540)가 추가되면, 상기 구동모터(550)의 구동축(552)이 회전되었을 때 상기 구동축(552)의 회전력은 감속기어(554)를 거치면서 1차적으로 감속된 후 상기 자전기어(540)로 전달되고, 상기 자전기어(540)가 감속된 회전력에 의해 1회전될 때 상기 이송브라켓(530)은 수나사산(532)의 1피치 거리만큼 직선방향으로 이송하게 된다. 따라서 상기 이송브라켓(530)은 구동축(552)의 회전속도에 비해 매우 느리게 이송되므로, 사용자는 상기 이송브라켓(530)의 이송거리를 정밀하게 제어할 수 있고, 이에 따라 밸브디스크(524)의 개폐동작을 정밀하게 제어할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 온수관(10) 내부의 온수 유속을 측정하는 유속측정부(510)는 본 실시예에 도시된 바와 같이 통상적으로 임펠러 형상으로 제작된다. 이와 같이 임펠러 형상으로 제작되는 유속측정부(510)는 온수관(10) 내부를 따라 흐르는 온수의 유동압에 의해 회전되고, 상기 유속측정부(510)의 회전속도는 신호선(512)을 따라 제어부(560)로 전달되는바, 상기 제어부(560)는 유속측정부(510)의 회전속도를 기반으로 온수의 유속을 산출할 수 있게 된다. 이와 같이 임펠러의 회전속도를 측정하여 온수의 유속을 산출하는 방법은 본 발명이 해당하는 기술분야에서 널리 공지되어 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때, 온수관(10) 내부유로를 따라 흐르는 온수가 온수관(10)의 내부공간 중 어느 일측으로만 치우쳐 흐르게 되면 온수의 전체적인 유속을 정확하게 측정하기 어려워지는 문제가 발생된다.

본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 온수가 온수관(10)의 내부유로 전체에 걸쳐 고르게 흐를 수 있도록, 상기 온수관(10)의 내부유로 중 상기 유속측정부(510)의 선단측에 장착되되 상기 유속측정부(510)를 향해 볼록한 만곡 캡 형상의 분산캡(514)을 추가로 구비할 수 있다. 이때 상기 분산캡(514)에는 다수 개의 유로홀(516)이 형성되어 있으므로, 상기 온수관(10) 내부를 흐르던 온수는 상기 분산캡(514)에 이르렀을 때 상기 다수 개의 유로홀(516)을 통과하게 된다. 상기 다수 개의 유로홀(516)은 분산캡(514)의 전체에 걸쳐 고르게 분포되어 있으므로, 온수관(10) 내부를 흐르던 온수는 분산캡(514)에 형성된 다수 개의 유로홀(516)을 통과하면서 각 부위별로 고르게 분산되는 효과 즉, 상기 온수가 온수관(10)의 내부유로 전체에 걸쳐 고르게 유동하게 되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 7은 이송브라켓(530)과 자전기어(540)의 결합구조를 도시하는 단면사시도이고, 도 8은 이송브라켓(530)과 포텐셔미터(570)의 결합구조를 도시하는 분해사시도이다.

본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 상기 자전기어(540)가 제자리에서 자전함으로써 이송브라켓(530) 및 이에 결합된 밸브조립체(520)가 직선방향으로 이송된다는 점에 작동 상의 특징이 있는데, 이때 상기 자전기어(540)가 상하방향으로 흔들리면 이송브라켓(530) 및 밸브조립체(520) 역시 상하방향으로 흔들리게 되므로 밸브디스크(524)의 유로개폐 정밀도가 현저히 떨어지는 문제가 발생된다.

따라서 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는, 상기 자전기어(540)가 이동하지 못하도록 상기 자전기어(540)의 일측(본 실시예에서는 상측)에 접촉되는 가압브라켓(544)과, 상기 자전기어(540)에 밀착되는 방향(본 실시예에서는 하향)으로 상기 가압브라켓(544)에 탄성력을 인가하는 가압스프링(546)을 구비할 수 있다.

이와 같이 가압브라켓(544) 및 가압스프링(546)이 구비되면, 상기 자전기어(540)는 항상 하향으로 탄성력을 인가받게 되므로 자전을 하는 동안에 상하방향으로 흔들리는 현상이 발생하지 아니하게 되고, 이에 따라 밸브디스크(524)의 유로개폐 정밀도가 향상되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 상기 이송브라켓(530)이 승강될 때 상기 포텐셔미터(570)의 저항값이 선형적으로 가변될 수 있도록, 상기 포텐셔미터(570)의 슬라이더(574)는 상기 이송브라켓과 결합됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 이송브라켓(530)은 상기 슬라이더(574)를 향해 연장되되 상기 슬라이더(574)와 대응되는 부위에 체결공(536)이 형성되는 연장바(534)를 추가로 구비하고, 상기 슬라이더(574)는 상기 체결공(536)에 삽입되는 체결돌부(676)를 구비하도록 구성될 수 있다.

이와 같이 슬라이더(574)에 형성된 체결돌부(676)가 연장바(534)에 형성된 체결공(536)에 끼워맞춤 방식으로 삽입되면, 슬라이더(574)와 이송브라켓(530) 간의 착탈이 용이해 질 뿐만 아니라 슬라이더(574)와 이송브라켓(530)이 안정적으로 함께 이송될 수 있으므로, 밸브디스크(524)의 이동거리에 따른 포텐셔미터(570)의 저항값 변화가 선형적으로 가변될 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 이송브라켓(530)의 연장바(534)가 슬라이더(574)의 체결돌부(676)에 결합되면, 상기 이송브라켓(530)은 슬라이더(574)의 슬라이딩방향(본 실시예에서는 상하방향)으로만 움직일 수 있고 회전은 불가하게 되는바, 안정적인 직선 왕복 이송이 가능해진다는 장점도 있다.

도 9는 온수관(10)의 내부유로가 폐쇄되도록 작동된 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체의 수직단면도이다.

도 4에 도시된 상태에서 구동모터(550)가 작동하여 자전기어(540)가 자전되면, 상기 이송브라켓(530) 및 이에 결합된 밸브조립체(520)가 하강하게 되므로, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 온수관(10)의 내부유로는 밸브디스크(524)에 의해 폐쇄된다.

이와 같이 밸브디스크(524)가 온수관(10)의 내부유로를 폐쇄한 상태에서 상기 밸브조립체(520)가 더 하강하면, 밸브디스크(524) 및 온수관(10) 내부유로가 손상될 우려가 있다. 반대로 도 4에 도시된 바와 같이 밸브디스크(524)가 온수관(10)의 내부유로를 최대한 개방시킨 상태에서 상기 밸브조립체(520)가 더 상승하는 경우에 있어서도 이송브라켓(530) 및 포텐셔미터(570)의 손상이 유발될 수 있다.

따라서 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 밸브디스크(524)의 과도한 상승 및 하강을 방지할 수 있도록, 상기 밸브조립체(520)가 최대 하강위치 및 최대 상승위치에 이르렀을 때 상기 구동모터(550)의 동작이 오프되도록 구성될 수 있다.

예를 들어 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는, 스위치버튼(582)이 눌러졌을 때 상기 구동모터(550)의 동작을 오프시키는 리미트스위치(580)를 더 포함하고, 상기 연장바(534)는 상기 온수관(10)의 내부유로가 최대한 닫히도록 상기 밸브조립체(520)가 이송되었을 때 상기 스위치버튼(582)을 누르는 제1 돌출부(537)와, 상기 온수관(10)의 내부유로가 최대한 개방되도록 상기 밸브조립체(520)가 이송되었을 때 상기 스위치버튼(582)을 누르는 제2 돌출부(738)를 구비할 수 있다.

이와 같이 연장바(534)에 제1 돌출부(537)와 제2 돌출부(738)가 구비되면, 도 4에 도시된 바와 같이 밸브조립체(520)가 최대한 상승하였을 때에는 상기 제1 돌출부(537)가 스위치버튼(582)을 눌러 구동모터(550)의 동작을 오프시키고, 도 9에 도시된 바와 같이 밸브조립체(520)가 최대한 하강하였을 때에는 상기 제2 돌출부(738)가 스위치버튼(582)을 눌러 구동모터(550)의 동작을 오프시키게 되는바, 이송브라켓(530) 및 밸브조립체(520)의 과도한 상승 및 하강을 방지할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 상기 자전기어(540)와 이송브라켓(530)은 수나사와 암나사 간의 나사결합 구조로 연결되는데, 상기 수나사와 암나사를 정밀하게 제작한다 하더라도 수나사와 암나사 간에 미세한 이격거리가 발생하므로, 상기 이송브라켓(530)이 미세하게 상하로 흔들릴 우려가 있다. 본 발명에 의한 유량조절밸브(500) 조립체는 이와 같은 이송브라켓(530)의 흔들림을 방지할 수 있도록, 상기 밸브샤프트(522)에 상하방향으로 탄성력을 인가하는 복원스프링(526)이 추가로 구비될 수 있다.

이와 같이 상기 밸브샤프트(522)에 상하방향 탄성력이 인가되면, 상기 이송브라켓(530)의 수나사산(532)이 자전기어(540)의 암나사산(542)에 상향 밀착되는바, 상기 밸브샤프트(522)가 상하방향으로 흔들리는 현상이 방지되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

도 10은 본 발명에 의한 난방시스템 제어방법의 순서도이다.

본 발명에 의한 난방시스템 제어방법은 상기와 같이 구성되는 난방시스템을 제어하기 위한 방법으로서, 목표유량값이 입력되는 제1 단계(S10)와, 입력된 목표유량값에 할당된 개도량만큼 온수관(10)의 내부유로가 개방되도록 상기 밸브조립체(520)를 이송시키는 제2 단계(S20)와, 상기 온수관(10) 내의 온수유속을 측정하여 온수관(10) 내의 현재유량값을 산출하는 제3 단계(S30)와, 상기 제1 단계(S10)에서 입력된 목표유량값과 상기 제3 단계(S30)에서 산출된 현재유량값의 편차를 산출하는 제4 단계(S40)와, 온수공급 종료신호가 입력되었는지를 판단하여 온수공급 종료신호가 입력되지 아니하였으면 상기 제3 단계(S30)로 되돌아가고 온수공급 종료신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하는 제5 단계(S50)로 구성된다.

이때, 상기 제4 단계(S40)에서, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위 이내에 들어오면 곧바로 다음단계 즉, 제5 단계(S50)로 넘어가고, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위를 벗어나면 상기 현재유량값이 상기 목표유량값에 근접하도록 온수관(10) 개도량을 증가 또는 감소시킨 후(S60) 다음단계 즉, 제5 단계(S50)로 넘어간다.

이와 같이 본 발명에 의한 난방시스템 제어방법을 이용하면, 온수공급 종료신호가 입력될 때까지 온수관(10) 내의 현재유량값을 지속적으로 산출해 가면서 온수관(10) 개도량을 증감시킴으로써, 현재유량값을 목표유량값에 빠르게 근접시킬 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 제1 단계에서 입력되는 목표유량값은 사용자가 요구하는 난방열량값을 기준으로 산출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자가 난방열량값을 입력하면, 상기 온수관(10) 내부를 흐르는 온수의 온도를 측정한 후, 입력된 난방열량값과 온수측정값으로 목표유량값이 산출되도록 구성될 수 있다. 즉, 사용자가 자신이 원하는 정도의 난방이 이루어지도록 적정 난방열량값을 입력하면, 계산된 목표유량값이 입력되고, 온수관(10) 내부를 흐르는 현재유량값이 상기 목표유량값에 빠르게 이르게 되므로, 사용자가 원하는 정도의 난방이 신속하게 이루어질 수 있게 된다. 이때, 상기 난방열량값과 온수측정값으로 유량값을 계산하는 과정은 본원 발명이 해당하는 분야에서 널리 공지된 산출방법이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

지금까지, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 온수관 100 : 온수공급부
200 : 급수헤더 210 : 급수조절밸브
300 : 난방존 400 : 환수헤더
410 : 환수조절밸브 500 : 유량조절밸브 조립체
510 : 유속측정부 512 : 신호선
514 : 분산캡 516 : 유로홀
520 : 밸브조립체 522 : 밸브샤프트
524 : 밸브디스크 526 : 복원스프링
530 : 이송브라켓 532 : 수나사산
534 : 연장바 536 : 체결공
537 : 제1 돌출부 738 : 제2 돌출부
540 : 자전기어 542 : 암나사산
544 : 가압브라켓 546 : 가압스프링
550 : 구동모터 552 : 구동축
554 : 감속기어 560 : 제어부
570 : 포텐셔미터 572 : 몸체
574 : 슬라이더 676 : 체결돌부
580 : 리미트스위치 582 : 스위치버튼

Claims

온수관내의 온수유속을 측정하는 유속측정부;
상기 온수관의 개도율이 조절되도록 상기 온수관의 내부유로를 개폐시키는 밸브조립체;
상기 밸브조립체와 결합되며, 상기 온수관 내부유로가 개폐되는 방향으로 구동모터에 의해 왕복 이송되는 이송브라켓;
상기 온수관 내부의 온수 유량이 외부로부터 입력된 목표유량값에 도달하는 방향으로 상기 밸브조립체가 이송되도록 상기 구동모터의 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 이송브라켓을 따라 슬라이딩되는 슬라이더를 구비하여, 상기 슬라이더의 위치에 따라 가변하는 저항값에 상응하는 출력신호를 발생시키는 포텐셔미터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제1항에 있어서,
상기 유속측정부는 온수관내의 온수유속을 지속적으로 반복 측정하여 상기 제어부로 전달하고,
상기 제어부는 전달받은 온수유속 측정값에 따라 상기 구동모터의 동작을 실시간으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 이송브라켓은, 상기 슬라이더를 향해 연장되되 상기 슬라이더와 대응되는 부위에 체결공이 형성되는 연장바를 추가로 구비하고,
상기 슬라이더는 상기 체결공에 삽입되는 체결돌부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제4항에 있어서,
스위치버튼이 눌러졌을 때 상기 구동모터의 동작을 오프시키는 리미트스위치를 더 포함하고,
상기 연장바는, 상기 온수관의 내부유로가 최대한 닫히도록 상기 밸브조립체가 이송되었을 때 상기 스위치버튼을 누르는 제1 돌출부와, 상기 온수관의 내부유로가 최대한 개방되도록 상기 밸브조립체가 이송되었을 때 상기 스위치버튼을 누르는 제2 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제1항에 있어서,
상기 이송브라켓의 외주면에는 수나사산이 형성되고,
상기 이송브라켓의 수나사산과 나사결합되는 암나사산이 내주면에 형성되어, 상기 구동모터에 의해 자전되었을 때 상기 이송브라켓을 직선이송시키는 자전기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제6항에 있어서,
상기 자전기어가 이동하지 못하도록 상기 자전기어의 일측에 접촉되는 가압브라켓; 및
상기 자전기어에 밀착되는 방향으로 상기 가압브라켓에 탄성력을 인가하는 가압스프링;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제1항에 있어서,
상기 온수관의 내부유로 중 상기 유속측정부의 선단측에 장착되되, 상기 유속측정부를 향해 볼록하게 만곡된 캡 형상을 이루며 다수 개의 유로홀이 형성되는 분산캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유량조절밸브 조립체.
제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의한 유량조절밸브 조립체;
온수공급부로부터 온수를 공급받아 복수 개의 난방존으로 온수를 공급하는 급수헤더;
상기 복수 개의 난방존을 지난 온수를 전달받아 상기 온수공급부로 환수시키는 환수헤더;를 포함하되,
상기 유량조절밸브 조립체는 온수관에 설치되어 순환되는 온수의 유량을 실시간으로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제9항에 있어서,
상기 유량조절밸브 조립체는, 상기 환수헤더와 상기 온수공급부 사이의 온수관에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동제어 난방시스템.
제9항에 의한 난방시스템을 제어하기 위한 방법으로서,
목표유량값이 입력되는 제1 단계;
입력된 목표유량값에 할당된 개도량만큼 온수관의 내부유로가 개방되도록 상기 밸브조립체를 이송시키는 제2 단계;
상기 온수관 내의 온수유속을 측정하여, 온수관 내의 현재유량값을 산출하는 제3 단계;
상기 제1 단계에서 입력된 목표유량값과 상기 제3 단계에서 산출된 현재유량값의 편차를 산출하여, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위 이내에 들어오면 곧바로 다음단계로 넘어가고, 측정된 상기 목표유량값과 상기 현재유량값의 편차가 사전에 설정된 범위를 벗어나면 상기 현재유량값이 상기 목표유량값에 근접하도록 온수관 개도량을 증가 또는 감소시킨 후 다음단계로 넘어가는 제4 단계;
온수공급 종료신호가 입력되었는지를 판단하여, 온수공급 종료신호가 입력되지 아니하였으면 상기 제3 단계로 되돌아가고 온수공급 종료신호가 입력되었으면 모든 과정을 종료하는 제5 단계;로 구성되는 난방시스템 제어방법.
제11항에 있어서,
상기 제1 단계는, 사용자가 난방열량값을 입력하는 과정과, 상기 온수관 내부를 흐르는 온수의 온도를 측정하는 과정과, 상기 난방열량값과 온수측정값으로 목표유량값을 계산하는 과정과, 계산된 목표유량값이 입력되는 과정으로 구성되는 난방시스템 제어방법.