KR200382678Y1 - 하이브리드 순간온수형 공급 제어 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하이브리드 순간온수형 공급 제어 장치를 공개한다. 이 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치는 사용자가 입수되는 물의 양을 수동으로 조절하는 수량 조절 수단, 가열된 물을 출수하는 배출수단, 상기 수량 조절 수단을 통해 입수되는 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 상기 배출수단을 통해 출수하는 제어부을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 순간온수형 공급 제어 장치{Control device of providing warm water with a hybrid instantaneous heating method}

본 고안은 온수 공급 제어 장치에 관한 것으로, 특히 가정용 비데에 사용되는 순간온수 공급 제어 장치에 관한 것이다.

종래의 가정용 비데는 구동방식에 따라 크게 두가지로 기계식과 전자식으로 분류 할 수 있는데, 기계식 비데는 도1a 에 나타낸 바와 같이, 사용자가 전기공급을 하지 않고 물을 수동으로 공급하는 방식으로써, 급수원 으로부터 냉수(2)와 온수(4)를 연결하여 사용자가 수동으로 온도 조절 밸브(6)를 조절하여 원하는 수온을 맞추고, 또한 사용자가 수동으로 수량 조절 밸브(8)를 조절하여 원하는 수량을 맞추어 배출구(10)를 통해 물을 배출하는 방식이다.

따라서, 기계식 비데는 사용자가 직접 수동으로 조작 하므로써 전력 사용이 없고, 구조가 단순하여 제작단가가 저렴한 반면에, 비데 내에 물을 데울수 있는 장치기가 없어서 온수가 항상 공급되는 곳(예를 들면, 열병합 발전으로 물을 공급하는 아파트)이 아니면 구비가 불가능한 형태로써, 설치 장소에 제약이 있었다.

이에 반해, 최근에 널리 사용되는 전자식 비데는 도1b 에 나타낸 바와 같이, 제어부(200)가 비데의 전반적인 동작을 제어하는 방식으로써, 급수원(2)으로부터 냉수를 연결하여 설정된 온도로 제어부(200)가 수량 조절 밸브(8)를 제어하며, 히터가 설치된 물탱크(9)를 구비하여 이를 통해 물을 가열해서 물의 온도를 맞추고, 또한 설정된 수량으로 제어부(200)가 출수량을 제어하여 원하는 물의 양을 맞추어 배출구(10)을 통해 물을 배출하는 방식이다.

따라서, 전자식 비데는 기계식 비데의 설치 장소에 대한 제약을 극복할 수 있었으나, 비데의 사용여부에 관련없이 물탱크내의 물의 온도를 항상 설정온도로 유지하여야 하기 때문에, 이에 따라 대기시에 전력이 낭비되었다.

또한, 물탱크가 구비됨에 따라 이 물탱크가 공간을 많이 차지하며, 물탱크내의 세균번식 등의 문제점이 발생되었다. 이에, 상술한 문제점을 극복하기 위해 물탱크형 온수공급 방식을 순간온수형 온수 공급방식으로 대체하는 방법이 개발되었다.

순간온수형 온수 공급 장치는 도1c 에 나타낸 바와 같이, 물탱크를 구비하지 않고, 비데 사용시에 제어부(205)가 물이 배출구로 빠져나가는 순간 세라믹 히터를 통해 물을 가열하여 배출한다.

이에 따라, 순간온수형 온수 공급 장치가 구비된 비데는 물탱크가 필요하지 않아서 물탱크형 온수 공급 방식의 비데의 단점을 극복할 수 있었지만, 상기 제어부(205)는 추가된 순간온수형 온수 공급장치의 동작까지도 제어해야 했다.

따라서, 상기 제어부(205)에는 고성능 다출력의 마이크로 프로세서가 사용되어 제어부를 개발하기 위한 장시간의 노력과 비용, 그리고 그에 따른 제작단가 상승의 문제점이 발생하였다.

본 고안은 이러한 점을 극복하기 위하여, 순간온수형 온수 공급장치를 구비한 전자식 비데의 일부분을 기계식으로 대체하므로써, 상기 전자식 비데의 제어부를 단순하게 하였다. 이에 따라, 제작단가가 낮은 순간온수형 온수 공급 제어장치를 구성하여 비데의 주제어부에서 원하는 온도로 물을 공급할 수 있도록 하였다.

본 고안의 목적은 전자식 가정용 비데에 있어서, 기계적 방식과 전자적 방식을 동시에 채택한 하이브리드 순간온수형 온수 공급 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치는 사용자가 입수되는 물의 양을 수동으로 조절하는 수량 조절 수단, 가열된 물을 출수하는 배출수단, 상기 수량 조절 수단을 통해 입수되는 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 상기 배출수단을 통해 출수하는 제어부을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 고안의 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치를 설명하면 다음과 같다.

도2 는 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급장치의 구성을 나타내는 블록도로써, 냉수를 공급하는 급수원(2), 사용자가 물의 입수량을 기계적으로 조절하도록 하는 수량조절 밸브(6), 가열된 물이 출수되는 배출구(10), 및 이 배출구(10)를 통해 출수되는 물의 온도를 설정하고, 설정된 물의 온도에 따라 입수되는 물을 가열하는 제어부(210)를 구비한다.

도2를 참조하면, 급수원으로부터 냉수(2)를 연결하여 사용자가 수동으로 수량 조절 밸브(8)를 조절하여 원하는 수량을 맞추어 출수하고, 출수되는 동안 제어부(210)는 수량과 온도설정을 파악하여 히터를 통해 수온을 설정치로 맞추고 배출구(10)를 통해 배출한다. 즉, 종래의 전자식에서 제어부(210)가 수온을 조절하는 것은 동일하고, 수량 조절 밸브(8)는 사용자가 기계식에서와 같이 수동으로 제어한다.

이때 수량 조절 밸브(8)로는 기계식 밸브를 채택하여 사용자가 용이하게 입수되는 물의 수량을 조절할 수 있도록 한다.

따라서 기계식과 전자식을 병행해서 사용하므로써, 제어부(210)의 구현을 용이하게 하고, 제작 단가를 낮출 수 있다.

도3 은 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급 장치(300)를 나타내는 블록도로써, 전력제어 신호 발생부(320), 직류전원 발생부(325), 히터 구동부(330), 수량 감지부(340), 입/출력 온도 감지부(350), 온도 설정부(360), 및 마이컴(370)을 구비한다.

이하에서는 구성요소의 기능을 설명하기로 한다.

도3 을 참조하면, 직류전원 발생부(325)는 교류전원(310)으로부터 교류전원을 공급받아 직류전원을 발생하여 마이컴(370)에 장치의 구동을 위한 직류전원을 공급한다.

전력 제어 신호 발생부(320)는 교류전원(310)으로부터 교류전원의 주기와 제로점을 파악하여 마이컴(370)에 전송한다.

히터 구동부(330)는 마이컴(370)으로부터 인가되는 히터 구동 신호에 응답하여, 입력되는 물을 설정온도에 맞게 가열한다.

수량 감지부(340)는 수량 조절 밸브가 열려 히터 구동부(330)에 입수되는 것을 감지하고, 이때에 감지된 수량에 대응되는 수량 감지신호를 마이컴(370)에 인가한다.

입/출력 온도 감지부(350)는 히터 구동부(330)로 입력 및 출력되는 수온을 감지하여 입력 및 출력 온도를 획득하고, 획득된 입력 및 출력 온도를 마이컴(370)에 전송한다.

온도 설정부(360)는 사용자가 물의 온도를 설정할 수 있도록 하고, 사용자가 물의 온도를 설정하면, 이 물의 설정온도를 마이컴(370)으로 전송한다.

마이컴(370)은 수량 감지 신호, 입력 및 출력 온도, 및 설정온도에 따라 히텅 구동부(330)의 구동 주기를 계산한다. 또한 전력제어 신호부(320)로부터 교류전원의 주기 및 제로점을 전송받아 계산된 히터 구동부(330)의 구동 주기를 반영하는 히터 구동 신호를 발생하여 히터구동부(330)로 전송한다.

도4 는 도3의 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급제어 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

마이컴은 스위치가 온 되어, 직류전원 발생부로부터 정류된 직류전원을 입력받아 전원온 된다(단계 S1).

수량 감지부는 히터 구동부를 통해 물이 흐르고 있는지를 감지하고(단계 S2), 물이 흐르고 있는 것이 확인되면, 수량에 대응되는 수량 감지신호를 마이컴에 인가하고, 만약 단계 S3에서 물이 흐르지 않는 것이 확인되면, 다시 수량감지를 실시한다(단계 S3).

마이컴은 단계 S3 에서 감지된 물에 대해 입/출력 온도 감지부을 이용하여 입력 및 출력되는 물의 온도를 파악하고(단계 S4), 온도 설정부에 미리 설정되어 있는 물의 설정온도를 감지하여(단계 S5), 파악된 물의 출력온도와 설정온도를 비교한다(단계 S6).

단계 S6 의 비교 결과, 물의 설정온도가 출력 온도 보다 높으면 마이컴은 수량 감지부로부터 통보받은 수량, 온도 설정부로부터 제공받은 설정온도, 입/출력 온도 감지부로부터 파악된 입력 및 출력되는 물의 온도를 이용하여 히터 구동주기를 계산한다(단계 S7).

그리고 마이컴은 계산된 히터 구동주기를 반영하는 히터 구동 신호를 발생하고, 이 히터 구동 신호를 수신한 히터 구동부는 가열 동작을 수행한다(단계 S8).

반면에 단계 S6 의 비교결과, 마이컴은 온도 설정부에서 제공받은 설정온도가 입출력 온도 감지부으로부터 파악된 입력 및 출력되는 물의 온도보다 작으면 가열 동작이 필요없음을 확인하고 다시 단계 S2 로 올라간다.(단계 S8)

도5 는 본 고안의 실시예에 따른 하이브리드 형 순간온수 공급 제어 장치의 회로도를 나타낸 도면이다.

도5 를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치의 제어부(210)은 외부의 교류전원(310)과 연결되어 있으며, 이 교류전원(310)의 주기와 제로점을 파악하는 전력제어 신호 발생부(320), 교류전원(310)을 직류로 정류하는 직류전원 발생부(325), 수온을 조절하는 히터 구동부(330), 물의 수량을 파악하여 제어부(370)에 전송하는 수량 감지부(340), 히터 구동부(330)로부터 입/출력 온도를 파악하는 입/출력 온도 감지부(350), 물의 설정온도를 제어부(370)로 전송하는 온도 설정부(360)로 구성되어 있다.

도5 에 나타낸 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치(300)의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

도5 에 나타낸 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치의 제어부(370)는 하기의 출력 수단들과 연결되어, 신호를 송/수신 한다.

전력 제어 신호 발생부(320)은 직류전원 발생부(325) 및 마이컴의 제1 입력단자(INPUT1)와 연결되어 있고, 캐퍼시터(C1)와, 저항들(R1, R2), 제1 트랜지스터(Q1)로 구성된다.

직류전원 발생부(325)는 스위치(311)를 구비한 교류전원(310)과 연결되어 있고, 트랜스포머(TS1)와 연결된 브릿지 다이오드(321)와, 레귤레이터(322), 캐패시터(C2)로 구성된다.

히터 구동부(330)는 교류전원(310)과 연결된 트라이악(TRIAC1)과, 이 트라이악(TRIAC1)의 게이트에 제1 광소자(OPT01)가 연결되어 있고, 이 트라이악(TRIAC1)의 애노드 및 캐소드에 세라믹 히터(331)가 연결되어 있다.

여기서 제1 광소자(OPTO1)은 사이리스터와 포토 다이오드로 구성된다.

또한, 상기 히터 구동부(330)는 마이컴(370)의 제1 출력단자가 제2 트랜지스터(Q2)를 통해 연결되어 있으며, 이 제2 트랜지스터(Q2)의 이미터에는 접지전압이, 컬렉터에는 상기 제1 광소자(OPT01)가 연결되어 있고, 캐패시터(C3) 및 저항들(R3, R4, R5)로 구성된다.

수량 감지부(340)는 직류전원전압 연결되는 제2 광소자(OPTO2)는 제너 다이오드(ZD1)를 경유하여 제3 트랜지스터(Q3)와 연결되어 있다.

여기서, 제 2광소자(OPTO2)는 임펠러(미도시)와 포토 다이오드 및 포토 트랜지스터로 구성된다.

또한, 수량 감지부(340)는 마이컴(370)의 제3 입력단자(INPUT3)가 제3 트랜지스터(Q3)를 통해 연결되어 있으며, 이 제3 트랜지스터(Q3)의 이미터에는 접지전압이, 컬렉터에는 전원전압 및 상기 제3 입력단자(INPUT3)가 연결되어 있고, 캐패시터(C4) 및 저항들(R6, R7, R8, R9, R10)로 구성된다.

입/출력 온도 감지부(350)의 입력 온도 감지부분은 히터 구동부(330)의 세라믹 히터(331)의 입수관(미도시)과 마이컴(370)의 제4 입력단자(INPUT4)와 연결되는 제1 서미스터(TH1)와 저항(R11) 및 캐퍼시터(C5)로 구성되며, 출력 온도 감지부분은 히터 구동부의 세라믹 히터의 출수관(미도시)과 마이컴(370)의 제5 입력단자(INPUT5)와 연결되는 제2 서미스터(TH2)와, 저항(R12) 및 캐패시터(C6)로 구성된다.

온도 설정부(360)는 마이컴(370)의 온도입력단자(TEMP IN)와 연결되며, 사용자가 가변저항으로 구성된 온도조절노브를 조절하여 설정한 온도를 마이컴(370)에 입력한다.

여기서 상기 온도 설정부(360)은 상술된 가변저항으로 구성된 온도조절노브 이외에도 여러개의 온도를 LED로 표시하도록 하는 전자식 키에 의해 온도를 설정하게 구성할 수도 있다.

마이컴(370)은 내부 마이크로 프로세서(미도시)와 복수개의 입력단자와 출력단자 및 온도입력단자로 구성되어 있다.

도5 에 나타낸 본 고안의 하이브리드 순간온수형 공급 제어 장치(300)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 스위치(311)가 온 되어 교류전원이 인가되면, 마이컴(370)은 직류전원 발생부(325)에 구비된 브리지 다이오드(321)와 레귤레이터(322)를 통해 동작에 필요한 직류전원을 제2 입력단자(INPUT2)를 통해 인가 받는다. 그리고, 상기 직류전원 발생부(325)와 연결된 전력제어 신호 발생부는 직류로 정류되지 않은 교류전원을 인가받아, 구비된 제1 트랜지스터(Q1)을 통하여 반복적으로 하이신호와 로우신호를 발생하고, 이에 마이컴(370)은 제1 입력단자(INPUT1)를 통해 상기 신호들을 이용하여 교류전원의 주기와 제로점을 파악한다.

세라믹 히터(HT1)의 입수관(미도시)에 연결된 입/출력 온도 감지부(350)의 서미스터(TH1)는 히터 구동부(330)에 입력되는 물의 온도에 따라 저항치를 변경하고, 변경된 저항치에 의해 생성된 전압을 마이컴(370)의 제4 입력단자(INPUT4)로 입력한다. 또한 상기 세라믹 히터(HT1)의 출수관(미도시)에 연결된 입/출력 온도 감지부(350)의 서미스터(TH2)도 출력되는 물의 온도에 상응하는 값을 가지는 전압을 마이컴(370)의 제5 입력단자(INPUT5)로 입력한다.

이와 같이, 마이컴(370)은 제4 및 제5 입력단자(INPUT4, 5)에 입력되는 전압값을 이용하여 히터 구동부(330)에 입/출력 되는 물의 온도를 지속적으로 파악한다.

위와 같은 상태에서, 사용자의 요청에 의해, 즉 사용자가 수량 조절 밸브를 조작하여 입수관(미도시)로부터 히터 구동부(330)로 물이 입력되면, 수량 감지부(340)의 제2 광소자(OPTO2)의 임펠러(미도시)가 회전하여 제2 광소자(OPTO2)의 포토 다이오드 빛은 임펠러(미도시)가 돌아가는 속도에 대응하여 전송 또는 차단된다.

이에 제2 광소자(OPTO2)의 포토 트랜지스터는 포트 다이오드의 빛을 수신하면 온 되어 하이신호를 출력하고, 빛을 수신하지 못하면 오프되어 로우 신호를 출력한다.

상기 포토 트랜지스터로부터 반복적으로 출력되는 하이신호와 로우신호는 제너 다이오드(ZD1)를 거치면서 제3 트랜지스터(Q3)에 인가되고, 제3 트랜지스터(Q3)는 반복적으로 출력되는 하이신호와 로우신호를 마이컴(370)의 제3 입력단자(INPUT3)에 입력한다.

그러면 마이컴(370)은 제3 입력단자(INPUT3)에 반복적으로 입력되는 하이신호와 로우신호의 조합을 통해 물이 흐르고 있음을 인식함과 동시에 히터 구동부(330)에 입력되는 물의 수량을 감지한다.

이에 마이컴(370)은 히터 구동부(330)를 통하여 물이 흐르고 있음이 감지하고, 현재의 입력되는 물의 온도, 출력되는 물의 온도, 설정 온도, 및 물의 수량을 이용하여 히터 구동 주기를 계산한다.

그리고 히터 구동 주기가 계산되면, 마이컴(370)은 위상 제어 방식 또는 제로 크로싱 방식을 이용하여 계산된 히터 구동주기에 따라 히터 구동시점 되었을 때, 하이 신호를 발생하여 히터 구동부(330)의 제2 트랜지스터(Q2)에 인가하여 준다.

이 상태에서 히터 구동부(330)은 수량 감지부(340)의 제3 트랜지스터(Q3)에서 반복적으로 발생하는 하이신호와 로우 신호에 응답하여 가열 동작을 수행하여 준다.

그러면 제1 광소자(OPTO1)에 구비되어 있는 포토다이오드의 순방향으로 전류가 흘러 포토 다이오드는 빛을 발광하고, 빛을 입력받은 사이리스터도 이에 응답하여 온 되고, 트라이악(TRIAC1)도 이에 응답하여 온 되어, 세라믹 히터(HT1)로 교류 전원이 인가된다. 즉, 가열 동작이 수행되게 된다.

상기에서는 본 고안의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 실용신안청구의 범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내어서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 고안의 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치는 구동방식에 있어 기계식 방식과 전자식 방식이 병행되어 구성 되므로써, 가정용 비데에 순간온수형 온수 공급이 가능하면서도 낮은 제작단가로 순간온수형 온수 공급 제어 장치를 제공할 수 있다.

도1a 는 종래의 기계식 온수 공급 방식을 나타내는 블록도 이다.

도1b 는 종래의 전자식 물탱크형 온수 공급 방식을 나타내는 블록도 이다.

도1c 는 종래의 전자식 순간온수형 온수 공급방식을 나타내는 블록도 이다.

도2 는 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급방식을 나타내는 블록도 이다.

도3 은 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급장치의 구조를 나타내는 블록도 이다.

도4 는 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급장치의 동작을 나타내는 순서도 이다.

도5 는 본 고안에 의한 하이브리드 순간온수형 온수 공급장치의 구조를 나타내는 회로도 이다.

Claims (7)

1. 사용자가 입수되는 물의 양을 수동으로 조절하는 수량 조절 수단;

   가열된 물을 출수하는 배출수단;

   상기 수량 조절 수단을 통해 입수되는 물을 가열하고, 상기 가열된 물을 상기 배출수단을 통해 출수하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치.
2. 제1 항에 있어서, 상기 수량 조절 수단은

   기계식 밸브인 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치.
3. 제1 항에 있어서, 상기 제어수단은

   교류전원과 연결되어, 상기 교류 전원으로부터 직류전원을 발생하는 직류전원 발생부;

   히터 구동 신호를 전송받아, 입수된 물을 가열하는 히터 구동부;

   상기 수량 조절 수단을 통해 수량이 조절된 후 입수되는 물의 수량을 감지하는 수량 감지부;

   입수되는 물의 온도와 출수되는 물의 온도를 파악하는 입/출력 온도 감지부;

   상기 배출수단을 통해 출수되는 물의 온도를 설정하도록 하며, 온도 조절수단으로부터 신호를 전송받는 온도 설정부;

   상기 입수되는 물의 온도, 상기 출수되는 물의 온도, 상기 설정 온도, 및 상기 물의 수량을 이용하여 히터 구동 주기를 계산하고, 상기 히터 구동 주기에 따라 히터 구동 신호를 발생하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제어수단은

   상기 교류전원과 연결되어, 교류전원의 주기와 제로점을 파악하는 전력제어 신호 발생부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는

   상기 전력 제어 신호 발생부를 통해 파악된 교류전원의 주기와 제로점을 이용하여, 히터 구동 주기를 반영하는 히터 구동 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 제어 장치.
6. 제3 항에 있어서, 상기 온도 설정부는

   상기 온도조절 수단으로 가변저항을 사용한 온도조절 노브로 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 장치.
7. 제3 항에 있어서, 상기 온도 설정부는

   상기 온도조절 수단으로 여러개의 온도를 LED로 표시가 가능 한 전자식 키로 구성하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 순간온수형 온수 공급 장치.