KR200330026Y1 - 압력 센서를 사용한 소변기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 압전 소자에 외부의 기계적인 응력이 가해지면 출력 단에서 전기적 에너지가 발생한다는 압전 효과의 원리를 바탕으로 한 압전 센서를 이용한 소변기 시스템으로써, 압전 센서를 바닥에 설치하여 사용자가 센서를 밟고 소변을 보는 소변기의 세척 장치 시스템에 관한 것이다.

Description

압력 센서를 사용한 소변기 시스템{Urinal system with pressure sensor}

본 고안과 관련하여 일반적인 소변기의 구조를 살펴보면, 도면 1에 나와 있듯이 스탠드 형태로써 사용 시 오줌이 소변기의 외부로 튕겨져 나가는 것을 방지하기 위해 가장자리가 테두리 형태를 형성하고 있지만, 소변을 볼 경우에 생기는 잔료 오줌이 화장실 바닥에 떨어지는 문제를 보완할 수는 없는 구조로 설계되어 있다.

대부분의 남자들은 소변기에 한 발짝 떨어진 상태에서 소변을 보는 경우가많은며, 이로 인해 소변이 화장실 바닥에 떨어져 불결함과 악취의 원인이 되어 화장실 청결의 심각한 문제로 대두되고 있다. 일단 한번 더렵혀지게 되면, 다음 사용자도 소변기에 가까이 가지 않게 되어, 반복적으로 소변이 화장실 바닥을 더럽히게 되고 냄새가 배이게 된다. 따라서 이러한 문제점에 대한 근본적인 해결책은 사용자들이 반드시 소변기 가까이에 밀착하여 소변을 보게 하여, 절대로 소변이 바닥을 오염시키지 않게 하는 것이다.

일반적으로 상용화되어 있는 소변 세척기의 급수 제어는 적외선 센서를 이용한 인체 검출 방식의 원리를 따르고 있다. 이것은 소변기 앞으로 다가선 인체를 감지하여 일정한 논리에 의해 정해진 순서에 따라 급수하는 제어 방식이다. 이러한 방식은 크게 둘로 나뉘는데 초전형 적외선 센서를 사용해 감지 대상으로부터 방출되는 적외선의 변화를 검출하는 형태와 반사형 적외선 센서를 사용해 감지 대상으로 인해 반사된 반사광의 변화를 검출하는 형태가 있다. 그러나 위에 언급한 적외선 센서를 이용한 시스템은 물체가 센서 작동의 일정 거리내에 들어오면, 소변의 유무와 관계없이 소변기 앞에 다가선 물체를 감지하여 급수하기 때문에 상당한 양의 물이 낭비되는 경우가 많다. 특히 반사형 적외선 센서의 경우에는 사용자와 센서간의 불완전한 검출 조건으로 인해 기계가 작동하지 않는 오류가 발생한다. 그리고 이러한 시스템은 급수 시에 물체를 감지한 후 짧은 시간동안에만 물을 급수하고, 소변을 다 보지 않았는데도 물의 급수를 중간에 단절한다. 그리고 소변을 다 마친 후에 인체가 감지되지 않으면, 추가적으로 물을 방출해 마무리 세척을 한다. 비록 물의 절약하려는 목적으로 이렇게 작동되지만, 소변자는 소변을 보는 중간에소변의 냄새로 인한 악취 때문에 많은 불쾌감을 유발한다.

소변의 세척 시 작동하는 센서와 밸브의 작동 시에는 소량의 전력이 반드시 소모된다. 이러한 전력 공급을 위해서 AC전원을 사용하는 경우와 건전지를 사용하는 경우가 있다. 그러나 AC전원을 사용 시에는 시공상의 문제점과 과다한 설치비용이 들어가면, 설치가 곤란한 단점과 누전으로 인한 감전 사고의 위험이 있으며, 이를 대체하기 위해 건전지를 사용하는 경우가 많지만, 이때에는 전기공사를 할 필요는 없으나 센서가 자주 작동할 경우에는 전력 소모가 많아져 건전지를 자주 교체해야 하는 단점이 발생한다. 따라서 이에 대한 거의 반영구적인 전력 공급장치가 필요한 실정이다.

본 고안은 앞에서 언급한 종래의 적외선 센서를 이용한 세척 방법에 대한 문제점을 해결하고, 더 나은 화장실 문화를 만들기 위해 안출된 것으로, 압전 센서를 이용한 소변기 급수 제어 시스템이다. 또한 본 고안은 소변 시 잔류 오줌이 바닥에 떨어져 생기는 불결함과 악취 문제와 소변 중에 급수가 제한되어 생기는 악취로 인한 불쾌감 문제를 해결하여 화장실 청결 문화에 기여하고, 전력소모(또는 건전지 소모)를 근본적으로 해결하며, 기계의 오작동으로 인한 물을 낭비를 막는데 보탬이 되고자 한다.

도면 1은 기존의 적외선센서를 이용한 소변세척 장치도

도면 2는 본 발명의 압력 센서를 이용한 소변세척 장치 설치도

도면 2-a는 설치 정면도, 도면 2-b는 설치 배면도, 도면 2-c는 설치 측면도

도면 3은 본 발명에 채용된 소변세척 장치의 블록도

도면 4는 본 발명에 따른 소변세척 장치의 작동 방법을 예시하는 흐름도

도면 5는 참고도로써 압전 효과에 대한 설명도

도면 6은 다양한 압력 센서를 이용한 설치도

도면 1은 기존의 나와 있는 소변 세척 장치도로써, 이에 대한 문제점은 앞에서 언급한 바와 같다. 도면 2는 본 발명을 이용해 소변 세척 장치를 설치한 도면으로써 압력센서는 소변기에 밀착되어 좌우로 두 개 놓이게 된다. 이때에 소변이 바닥에 떨어지지 않을수 있도록 소변기에 적당히 떨어진 위치에 설치해야 한다. 적당한 거리는 실험적인 방법에 의해 측정되어 결정될 수 있다. 도면 2-a는 설치 정면도로써 바닥에 설치된 압력 센서와 콘트롤 박스와의 배선은 화장실 바닥에 매립하여 설치하고, 또한 콘트롤 박스도 화장실 벽면에 매립하였다. 도면 2-b는 설치 배면도로써 센서가 설치된 모습을 위에서 나타낸 것이고, 도면 2-c는 설치 측면도로써 사용자가 센서를 밟고 있는 모습을 나타낸 것이다. 도면 3은 본 발명에 채용된 소변 세척 장치의 블록도로써 크게 압력 센서부(10), 콘트롤부(20), 그리고 작동부(30)로 나뉜다. 압력 센서부(10)는 사람의 체중에 의해 발생된 응력이 압력 센서에 입력되어 출력될 때에는 전기적 에너지로 전환되어 콘트롤부(20)로 전달되는 곳이다. 이러한 작용 원리는 도면 5에서 언급될 것이다. 콘트롤부(20)는 제어 장치가 있는 곳으로 입력 센서부(10)에서 전달된 전기 에너지를 이용하여 급수전의 시간적인 제어(블록 20단계에 대한 설명에서 자세히 언급)를 하여 판단하고, 밸브 신호를 제어하며, 유량의 양을 제어하고 현재의 상태를 시각적인 형태로 디스플레이 하는 곳이다. 작동부(30)는 콘트롤부(20)에서 전해진 밸브 신호에 따라 밸브의 개폐가 이루어지며, 소변 세척에 필요한 급수를 실행하는 곳이다.

도면 4는 본 발명에 따른 소변 세척 장치의 작동 방법을 예시하는 흐름도로써 자세한 설명은 다음과 같다. 먼저 블록 10에서는 사람의 두발이 압력센서의 위치에 놓여져 있는가의 여부를 판단한다. 압력 센서는 도면 2에 나와 있듯이 소변기의 좌우로 두 개가 설치된다. 만약 한쪽만 밟고 있으면, 이 시스템은 작동하지 않으며, 반드시 두발을 정해진 센서 위에 놓고 소변을 보도록 하여, 소변자의 위치를 고정시킴으로써 소변이 바닥에 떨어지는 것을 막을 수 있다. 만약 두 발이 센서 위에 놓여져 있으면, 블록 20으로 진행되며, 이곳에서는 사람이 지퍼를 열고 소변을 보기 전까지의 평균 시간인 3초 정도의 시간적인 간격을 설정해 놓는다. 만약 3초 미만일 경우에는 이 시스템은 작동하지 않으며, 소변을 볼 목적이 아닌 것으로 판단한다. 3초 이상일 경우에는 블록 30으로 진행되어 본격적인 세척 급수가 시작된다. 이 단계에서는 기존에 나와 있는 제품들처럼 일시적으로 급수하고, 단수하고, 다시 급수하는 것이 아니라, 사람이 센서를 밟고 잇는 동안에 급수를 계속 급수한다. 이때에 물의 소비가 많아지는 우려가 생길지도 모르나, 물의 유량을 줄여 분산되게 급수함으로써 사용자로 하여금 악취로 인한 불쾌감을 적게 할 수 있다. 다음 단계는 블록40으로써 급수를 언제까지 계속 할 것인가를 판단하는 곳이다. 만약 소변을 마친 사람이라면, 어느 한쪽의 발을 옮기거나 두발의 위치를 바꾸게 된다. 이렇게 되면 압력센서의 입력신호가 끊기게 되어 블록 50의 단계로 진행된다. 그러나 소변을 계속 보고있는 사람은 입력 신호가 계속 전달되므로 블록 30으로 돌아가 소변에 대한 세척 급수가 계속된다. 블록 50은 시스템의 마지막 단계로써 소변을 마친 후에 세척해 주는 곳이다. 소변이 끝난 후에 마지막으로 3초 정도의 추가 급수를 하여 소변기를 마무리 세척하고, 악취발생을 막을 수 있다.

도면 5는 본 고안에서 사용하고 있는 압력 센서의 원리에 대한 설명도로써 다음과 같다.

압전 효과에는 압전 직접효과와 압전 역효과가 있다. 압전 직접효과란 압전소자에 외부응력, 진동 변위 등을 가하면, 그 출력단에 전기 신호인 전압이 발생하는 현상을 말하며, 압전 역효과란 압전 소자에 외부로부터 전압을 가하면 소자가 기계적 변위를 일으키는 현상을 말한다. 본 고안에서는 전자의 압전 직접효과의 원리를 이용하여 소변기의 급수 제어 시스템을 만들고자 하였다. 좀더 자세히 설명하면, 압전 직접효과란 압전 소자인 수정, 세라믹 등의 결정을 압축 또는 신장시킬 때 전압이 발생하는 현상을 말하며, 도면5는 압전 효과를 설명하기 위한 원리도로 여기서는 압전 직접효과를 예로 들고 있다. 도면5로부터 알 수 있듯이 P방향으로 분극된 S에는 상하 2장의 전극 A와 B에 각각 리드선이 부착되어 있다. 그런데 (a)는 압전 소자에 외부 응력이 가해져 있지 않으므로, 이 상태에서 출력전압 e[V]는 발생하지 않는다. 다음으로 (b)와 같이 압축력 F를 가하면 위쪽 전극에 +, 아래쪽 전극에 -의 전압이 발생하고, 소자의 두께t ₀는t ₀〉t ₁의 관계로 된다. 또한 (c)와 같이 안장력 F를 가하면 이번에는 위쪽 전극에 -, 아래쪽 전극에 +의 전압이 발생한다. 이때 소자의 두께t ₀는t ₀〈t ₂의 관계로 되어 앞에서와 반대로 된다.

도면 6은 다양한 형태의 압력 센서가 설치된 것을 나타내며, 그 대표적인 형태로는 단일형, 분산형, 박판형 등이 있다. 특히 도면 6에 나와있는 센서의 모양은 발 모양이나 삼각형, 또는 사각 모양의 센서도 설치 될 수 있다.

본 고안의 핵심은 압력 센서를 이용한 소변기 급수 제어 시스템이다.

이러한 시스템은 적외선 센서를 이용한 소변기 급수 장치의 시장의 독점을방지하여 새로운 제품의 개발에 대한 연구를 넓히게 된다. 또한 본 고안은 소변 시 잔류 오줌이 바닥에 떨어져 생기는 불결함과 악취문제를 근본적으로 해결할 수 있고, 소변 중에 급수가 제한되어 생기는 악취로 인한 불쾌감 문제를 해결하여 요즘 새롭게 대두되고 있는 화장실 청결 문화운동에 크게 기여 할 수 있다. 그리고 센서와 밸브 작동 시에 필요한 전력이나 건전지 소모를 근본적으로 해결할 수 있으며, 끝으로 기존의 적외선 센서를 이용한 소변기의 오작동으로 인해 생기는 물의 낭비를 막을 수 있다.

Claims (7)

1. 압력 센서를 이용해 소변기의 급수를 제어하는 시스템
2. 청구 1항에 있어서 설치된 압력 센서의 형태가 도면 6에 나와 있는 것처럼 단일형, 분산형, 박판형 등의 다양한 형태를 하고 있는 소변기 급수 제어 시스템
3. 청구 1항에 있어서 설치된 압력 센서의 모양아 도면 6에 나와 있는 것처럼 발모양, 삼각형, 사각 모양 등의 다양한 모양을 하고 있는 소변기 급수 제어 시스템
4. 청구 1항에 있어서 소변기의 급수가 계속적으로 분산되어 나오는 소변기 급수 제어 시스템
5. 청구 1항에 있어서 소변기의 급수가 급수→단수→급수 형태의 형태를 띄는 소변기 시스템
6. 청구 1항에 있어서 본 고안을 이용한 소변기에서 소변을 보는 상태 및 방법을 음성으로 전달하는 방식의 소변기 디스플레이 시스템
7. 청구 1항에 있어서 압전 센서에 의해 발생된 전기적 에너지를 소변기에 사용하고, 남은 양을 축전하여, 소변기 내의 환기나 화장실 전체의 환기 시스템 등의 부가적인 목적을 가지는 시스템