KR20090040002A - 에너지 절감형 부스터펌프 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물이나 공동주택에 있어서 저층부 급수와 독립적으로 고층부의 선택적인 급수 제어가 가능한 부스터펌프 시스템에 관한 것으로, 저수조와; 상기 저수조에 저장된 물을 가압하여 이송시키는 부스터펌프와; 상기 부스터펌프의 토출측에 연결되어 부스터펌프에 의해 가압된 물이 하나로 합쳐져서 이송되는 부분으로, 급수가 요구되는 건물 배관에 이르기까지 연장 설치되는 메인급수관과; 상기 메인급수관을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제1압력센서와; 상기 메인급수관으로부터 각각 분기되어, 각각 건물의 저층부와 고층부로 나누어져 개별 수용가에 연결되는 저층용급수관 및 고층용급수관과; 상기 고층용급수관에 설치되어 메인급수관을 통하여 이송되는 물을 고층부에 공급할 수 있도록 추진압력을 부여하는 라인가압펌프와; 상기 라인가압펌프 토출측에 설치되어 고층용급수관을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제2압력센서와; 상기 제1압력센서 및 제2압력센서로부터 압력감지신호값을 각각 입력받고, 상기 부스터펌프 및 라인가압펌프로부터 회전주파수값을 각각 입력받아 이를 기초로 각 펌프들의 회전수를 제어하여 수압이 미리 설정된 압력기준값으로 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

부스터펌프, 저층용급수관, 고층용급수관, 라인가압펌프, 인버터

Description

에너지 절감형 부스터펌프 시스템{ENERGY EFFECTIVE BOOSTER PUMP SYSTEM}

본 발명은 부스터펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건물이나 공동주택에 있어서 저층부 급수와 독립적으로 고층부의 선택적인 급수 제어가 가능한 부스터펌프 시스템에 관한 것이다.

통상적으로 고층 건물이나 아파트와 같은 공동주택의 냉난방 시스템은, 지하 에 마련된 저수조와, 이러한 저수조에 저장된 열매체, 즉 물을 가열 또는 냉각시키는 열원시설과, 상기 열원시설에 의하여 가열 또는 냉각된 물을 가압하는 펌프등으로 구성되는 것이 일반적이며, 가압된 물이 메인급수관을 통하여 이송되어 건물의 저층부와 고층부를 순환함에 따라 냉난방이 수행된다.

이러한 냉난방 시스템에서 물을 가압하기 위한 수단으로서 부스터펌프가 주로 사용되는데, 상기 부스터펌프는 대체로 다수개가 병렬로 연결되어 저수조로부터 유출되는 물을 미리 설정된 일정한 압력으로 가압하여 메인급수관으로 배출시키게 된다. 이러한 다수개의 부스터펌프들은 주로 인버터에 의해 회전수가 제어됨에 따라 일정한 급수 압력을 유지할 수 있도록 제어된다. 이하, 이와 같이 부스터펌프와 이를 제어하는 인버터를 포함하는 시스템을 간략히 부스터펌프 시스템이라 칭하기로 한다.

그러나, 이러한 종래의 부스터펌프 시스템에 있어서는, 건물 전체, 즉, 저층부와 고층부를 하나의 순환관으로 연결하고, 부스터펌프의 회전수를 제어함에 따라 저층부 및 고층부에 동시 급수만이 가능토록 구성됨으로써, 고층부에 급수가 필요없는 경우에도 필요 이상으로 펌프 가압력을 상승시켜 에너지 낭비가 초래될 뿐만 아니라, 고층부 배관으로의 물 순환시 열손실로 인하여 열효율이 떨어지는 단점이 있어 왔다. 따라서, 고층부의 선택적인 급수 제어가 가능한 부스터펌프 시스템이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 부스터펌프 시스템의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 필요에 따라 선택적으로 고층부의 급수 제어가 가능함에 따라, 불필요하게 낭비되는 에너지를 절약할 수 있으며, 열손실을 최소화하여 열효율을 높일 수 있고, 별도의 펌프 시스템의 설치 없이도 고층부의 급수 제어가 가능함에 따라 설치비용 및 유지 비용을 절감할 수 있는 부스터펌프 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적 및 장점들은 이하 더욱 상세히 설명될 것이며, 실시예에 의해 더욱 구체화될 것이다. 또한 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타난 수단 및 이들의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템은, 건물 급수에 필요한 물을 저장하는 저수조와; 상기 저수조에 저장된 물을 가압하여 이송시키며 다수개가 상호 병렬로 연결되는 부스터펌프와; 상기 부스터펌프의 토출측에 연결되어 부스터펌프에 의해 가압된 물이 하나로 합쳐져서 이송되는 부분으로, 급수가 요구되는 건물 배관에 이르기까지 연장 설치되는 메인급수관과; 상기 메인급수관을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제1압력센서와; 상기 메인급수관으로부터 각각 분기되어, 각각 건물의 저층부와 고층부로 나누어져 개별 수용 가에 연결되는 저층용급수관 및 고층용급수관과; 상기 고층용급수관에 설치되어 메인급수관을 통하여 이송되는 물을 고층부에 공급할 수 있도록 추진압력을 부여하는 라인가압펌프와; 상기 라인가압펌프 토출측에 설치되어 고층용급수관을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제2압력센서와; 상기 제1압력센서 및 제2압력센서로부터 압력감지신호값을 각각 입력받고, 상기 부스터펌프 및 라인가압펌프로부터 회전주파수값을 각각 입력받아 이를 기초로 각 펌프들의 회전수를 제어하여 수압이 미리 설정된 압력기준값으로 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 제어부는, 제1압력센서 및 제2압력센서의 압력감지신호값과 부스터펌프 및 라인가압펌프의 회전주파수를 입력받고 피엘씨의 제어에 따라 부스터펌프 및 라인가압펌프의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 피아이디제어기와;상기 피아이디제어기의 출력 신호를 입력받아 상기 부스터펌프 및 라인가압펌프를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 인버터와; 상용전원과 상기 인버터의 제어 신호를 특정 부스터펌프 또는 라인가압펌프로 선택적으로 전달하거나 차단하는 스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템에 의하면, 필요에 따라 선택적으로 고층부의 급수 제어가 가능함에 따라, 불필요하게 낭비되는 에너지를 절감할 수 있으며, 열손실을 최소화하여 열효율을 높일 수 있고, 별도의 펌프 시스템의 설치 없이도 고층부의 급수 제어가 가능함에 따라 설치비용 및 유지 비용을 절감할 수 있는 탁월한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 구체적인 구성을 바람직한 실시예와 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 개략도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 제어 계통이 개략적으로 도시된 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템은 저수조(10), 부스터펌프(20), 메인급수관(30), 제1압력센서(40), 저층용급수관(50), 고층용급수관(60), 라인가압펌프(70), 제2압력센서(80) 그리고 제어부(100)를 포함한다.

상기 저수조(10)는 건물 또는 공동주택의 냉난방, 기타 급수를 위해 필요한 물을 일시 저장하는 곳으로, 외부의 상수도원 또는 지하수원에 연결되어 건물 전체의 급수에 필요한 물을 공급받아 저장하며 대체로 건물 또는 공동주택의 지하에 설치된다.

상기 부스터펌프(20)는 건물에의 급수를 위해 상기 저수조(10)에 저장된 물을 가압하여 배관을 통해 이송시키는 것으로, 도 1 에 도시된 바와 같이 다수개가 서로 병렬로 연결된다. 도 1 에는 바람직한 실시예로서 3개의 부스터펌프, 즉, 제1 부스터펌프(22), 제2부스터펌프(23), 그리고 제3부스터펌프(24)가 병렬로 연결된 모습이 도시된다.

상기 부스터펌프(20)의 토출측은 메인급수관(30)에 연결된다. 상기 메인급수관(30)은 병렬로 연결된 다수의 부스터펌프(20)에 의해 가압된 물이 하나로 합쳐져서 이송되는 부분으로, 급수가 요구되는 건물 또는 공동주택 배관에 이르기까지 연장 설치된다.

상기 부스터펌프(20)의 토출측 메인급수관(30)에는 제1압력센서(40)가 구비된다. 상기 제1압력센서(40)는 메인급수관(30)을 따라 이송되는 물의 압력을 감지하는 부분으로, 이러한 물의 압력 감지를 통하여 메인급수관(30)을 통해 이송되는 물의 압력을 원하는 압력으로 유지시킬 수 있도록 후술하는 인버터(120)에 의해 각 부스터펌프의 회전수를 제어하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템에서는, 이미 언급한 바와 같이, 건물 또는 공동주택의 저층부와 고층부 급수가 독립적으로 제어될 수 있도록 구성된다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템은 저층용급수관(50)과 고층용급수관(60)을 별도로 구비한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 저층용급수관(50)과 고층용급수관(60)은 메 인급수관(30)으로부터 각각 분기되며, 각각 건물의 저층부와 고층부로 나누어져 개별 수용가에 연결된다. 그리고, 고층부의 독립적인 급수 제어를 위하여 상기 고층용급수관(60)에는 메인급수관(30)을 통하여 이송되는 물을 고층부에 공급할 수 있도록 추진압력을 부여하는 라인가압펌프(70)가 추가로 구비된다. 또한, 상기 고층용급수관(60)의 라인가압펌프(70) 토출측에는 제2압력센서(80)가 설치되어 고층용급수관(60) 내의 수압을 실시간으로 감지한다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템은 제어부(100)에 의하여 전체 작동이 일괄 제어된다. 이하, 도 2 를 참조로 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템 제어부(100)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 제어부(100)는 파아이디제어기, 인버터(120), 그리고 스위칭부(130)를 포함한다.

상기 피아이디제어기(110)(PID Controller; Proportional-plus-Integral-plus-Derivative Controller)는 제1압력센서(40)에 의해 감지된 메인급수관(30)의 압력 출력값과 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)의 출력 회전수를 입력받아 제어신호를 출력하는 부분으로, 출력단 신호의 일부를 입력단으로 돌려보내어 출력신호를 조절하기 때문에 피드백 제어기(feedback controller)라고도 불리우며, 증폭기, 미분기, 그리고 적분기로 구성되는 것이 일반적이다. 여기서, 상기 증폭기는 신호의 크기를 증폭하는 부분이고, 미분기는 신호의 출력 응답 속도를 조절하는 부분이며, 적분기는 신호의 정상상태 오차를 조절하는 부분이다.

상기 피아디제어기의 제어신호는 피엘씨(200)(PLC; Programamable Logic Controller)에 의해 결정된다. 피엘씨(200)는 피아디제어기의 제어 방법을 결정하는 부분으로, 그 명칭으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로그램가능한 논리 제어기이다. 다시 말해, 상기 피엘씨(200)는 종래의 릴레이 제어의 각종 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 마이크로프로세서를 이용해 통합시킨 것으로, 상기 피엘씨(200)에 프로그램을 작성함으로써 시퀀스 제어는 물론 산술연산, 논리연산, 함수연산, 조절연산 및 데이터처리를 실행할 수 있다. 이러한 이유 때문에 공장 등에서의 자동 제어에 있어서 피엘씨(200)가 많이 사용되고 있으며, 본 발명에 있어서도, 피아디제어기의 제어 방법은 상기 피엘씨(200)에 미리 프로그래밍된 논리에 의하여 수행된다.

상기 인버터(120)는 피아이디제어기(110)의 제어신호를 이용하여 상기 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)의 회전수를 제어한다. 일반적으로 상기 인버터(120)는 주파수를 제어함에 따라 전동기의 회전수를 가변시켜 부스터펌프(20)의 가압력을 변화시킨다. 상기 인버터(120)는 피아이디제어기(110)의 제어신호를 입력받아 미리 정해진 회전수와 차이가 발생하는 경우 주파수를 제어함으로써 전동기의 회전수를 가변시켜 부스터펌프(20)에 의해 가압되는 물의 압력을 항상 일정하게 유 지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 스위칭부(130)는 외부로부터 연결된 상용전원(300)과 상기 인버터(120)로부터 전달되는 회전수 제어신호를 온오프하는 부분으로, 인버터(120)의 회전수 제어신호에 따라 특정 펌프에 전원을 공급 또는 차단하며, 특정 펌프의 회전수를 변환시킬 수 있도록 특정 펌프에 인버터(120)의 회전수 제어신호를 전달한다.

지금까지, 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 각부 구성 및 제어부(100)의 상세한 구성에 대하여 살펴보았다. 이하, 도 1 및 도 2 를 참조로 본 발명에 따른 부스터 펌프 시스템의 작동 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 건물 또는 공동주택의 급수를 위해, 부스터펌프(20)를 기동하여 저수조(10)의 물을 메인급수관(30)으로 통하여 이송시킨다. 건물의 고층부에 급수가 필요치 않은 경우 메인급수관(30)을 통하여 이송되는 물은 저층용급수관(50)을 통해 이송되어 저층부의 급수가 이루어진다.

이렇게 저층부의 급수가 이루어지는 동안 상기 고층용급수관(60)에 설치된 라인가압펌프(70)는 기동이 중지된 상태에 있게 되어 고층용급수관(60)으로의 물 유입이 차단됨에 따라 고층부의 급수는 이루어지지 않게 된다.

저층부의 급수는 제어부(100)에 의해 제어된다. 부스터펌프(20)의 기동으로 인하여 메인급수관(30)을 통해 물이 이송되면, 제1압력센서(40)에서 메인급수관(30)의 압력을 감지한다. 상기 제1압력센서(40)에 의해 감지된 압력감지신호는 피아이디제어기(110)로 전송되고, 상기 피아이디제어기(110)는 피엘씨(200)의 제어에 따라 미리 저장된 기준압력값과 상기 압력감지신호값을 상호 비교하여 그 결과를 인버터(120)로 전송한다.

상기 인버터(120)는 전송된 데이터에 기초하여 메인급수관(30)의 압력이 기준압력값 보다 낮으면 급수 압력을 높이기 위하여 제1부스터펌프(22)의 회전수를 높이기 위한 제어신호를 출력한다. 이 때, 스위칭부(130)는 상용전원(300)과 인버터(120) 제어신호가 제1부스터펌프(22)로 보내지도록 온시키고, 제2부스터펌프(23) 및 제3부스터펌프(24)는 작동이 정지되도록 오프시킨다.

이와 같은 방법으로 기동된 제1부스터펌프(22)의 회전주파수는 피아이디제어기(110)로 실시간 피드백된다. 이와 같이, 피아디제어기에는 제1압력센서(40)에 의해 감지된 압력감지신호값과 펌프들의 회전주파수가 실시간으로 전달되고 이를 기초로 부스터펌프(20) 시스템의 자동 제어가 연속적으로 수행된다.

예컨대, 제1부스터펌프(22)가 한계주파수(펌프 허용 최대주파수)에 도달하기 전에 기준압력값에 도달되면, 제1부스터펌프(22), 제2부스터펌프(23), 그리고 제3 부스터펌프(24)의 현재 동작상태를 그대로 유지하도록 하며, 제1부스터펌프(22)의 회전주파수가 한계주파수에 도달된 후에도 기준압력값 보다 낮은 것으로 판명되면, 제1부스터펌프(22)를 직기동으로 전환하고 제2부스터펌프(23)를 인버터(120)를 이용하여 기동한다. 여기서, 직기동이란 펌프들이 일정한 회전수를 가지고 동작하는 것을 말한다.

제2부스터펌프(23)가 기동되면, 마찬가지로 제2부스터펌프(23)의 회전주파수는 피아이디제어기(110)로 전송되고, 상기 제2부스터펌프(23)의 회전주파수가 한계주파수에 도달하기 전에 기준압력값에 도달되면, 제1부스터펌프(22), 제2부스터펌프(23), 그리고 제3부스터펌프(24)의 동작상태를 유지하며, 제2부스터펌프(23)의 회전주파수가 한계주파수에 도달된 후에도 기준압력값 보다 낮을 경우 제2부스터펌프(23)를 직기동으로 전환하고 제3부스터펌프(24)를 인버터(120)를 이용하여 기동한다.

그리고, 제1압력센서(40)에 의하여 감지된 압력감지신호값이 기준압력값 보다 높은 경우에는 인버터(120)의 제어에 따라 순차적으로 각 부스터펌프들의 동작을 정지시킨다.

한편, 고층부의 급수가 요구되는 경우에는, 고층용급수관(60)에 설치된 라인가압펌프(70)를 기동시켜 메인급수관(30)을 통해 이송되는 물을 가압함으로써 건물 의 고층부에까지 공급한다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 고층용급수관(60)에는 별도의 제2압력센서(80)를 구비할 수 있다. 제2압력센서(80)는 라인가압펌프(70)에 의해 가압된 물의 력압을 실시간으로 측정하여 제어부(100)의 피아이디제어기(110)에 전송한다.

상기 피아이디제어기(110)는 피엘씨(200)의 제어에 따라 미리 저장된 기준압력값과 상기 압력감지신호값을 상호 비교하여 그 결과를 인버터(120)로 전송한다. 상기 인버터(120)는 전송된 데이터에 기초하여 고층용급수관(60)의 압력을 변화시키기 위한 제어신호를 출력하고, 이 제어신호에 의하여 스위칭부(130)에서 상용전원(300)과 인버터(120) 제어신호를 라인가압펌프(70)로의 전달 또는 차단한다. 그리고, 라인가압펌프(70)의 회전주파수 역시 실시간으로 피아이디제어기(110)로 피드백된다. 이와 같은 고층부의 급수 제어 방법의 기본 원리는 저층부 급수 제어 방법과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 고층부의 급수 제어는 별도의 제어 시스템을 구비하지 않고 기존 저층부 급수 제어 시스템을 그대로 사용하면서 고층용급수관(60)에 라인가압펌프(70)와 제2압력센서(80)만을 별도 설치하여 저층부 급수와 통합적으로 제어할 수 있어 설치비와 유지비가 절감될 수 있다.

지금까지, 본 발명의 실시예를 기준으로 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 개략도이고,

도 2 는 본 발명에 따른 부스터펌프 시스템의 제어 계통이 개략적으로 도시된 블록도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 저수조 20 : 부스터펌프

22 : 제1부스터펌프 23 : 제2부스터펌프

24 : 제3부스터펌프 30 : 메인급수관

40 : 제1압력센서 50 : 저층용급수관

60: 고층용급수관 70 : 라인가압펌프

80 : 제2압력센서 100 : 제어부

110 : 피아이디제어기 120 : 인버터

130 : 스위칭부 200 : 피엘씨

300 : 상용전원

Claims (2)

1. 건물 급수에 필요한 물을 저장하는 저수조(10)와;

   상기 저수조(10)에 저장된 물을 가압하여 이송시키며 다수개가 상호 병렬로 연결되는 부스터펌프(20)와;

   상기 부스터펌프(20)의 토출측에 연결되어 부스터펌프(20)에 의해 가압된 물이 하나로 합쳐져서 이송되는 부분으로, 급수가 요구되는 건물 배관에 이르기까지 연장 설치되는 메인급수관(30)과;

   상기 메인급수관(30)을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제1압력센서(40)와;

   상기 메인급수관(30)으로부터 각각 분기되어, 각각 건물의 저층부와 고층부로 나누어져 개별 수용가에 연결되는 저층용급수관(50) 및 고층용급수관(60)과;

   상기 고층용급수관(60)에 설치되어 메인급수관(30)을 통하여 이송되는 물을 고층부에 공급할 수 있도록 추진압력을 부여하는 라인가압펌프(70)와;

   상기 라인가압펌프(70) 토출측에 설치되어 고층용급수관(60)을 통하여 이송되는 물의 압력을 감지하는 제2압력센서(80)와;

   상기 제1압력센서(40) 및 제2압력센서(80)로부터 압력감지신호값을 각각 입력받고, 상기 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)로부터 회전주파수값을 각각 입력받아 이를 기초로 각 펌프들의 회전수를 제어하여 수압이 미리 설정된 압력기준값으로 일정하게 유지되도록 제어하는 제어부(100)를 포함하는 부스터펌프 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제어부(100)는,

   제1압력센서(40) 및 제2압력센서(80)의 압력감지신호값과 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)의 회전주파수를 입력받고 피엘씨(200)의 제어에 따라 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)의 동작을 제어하기 위한 신호를 출력하는 피아이디제어기(110)와;

   상기 피아이디제어기(110)의 출력 신호를 입력받아 상기 부스터펌프(20) 및 라인가압펌프(70)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력하는 인버터(120)와;

   상용전원(300)과 상기 인버터(120)의 제어 신호를 특정 부스터펌프(20) 또는 라인가압펌프(70)로 선택적으로 전달하거나 차단하는 스위칭부(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부스터펌프 시스템.

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