KR20100001509A - 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기에 관한것으로 최소의 전기에너지를 사용하여 동파를 방지할 수 있도록 하기 위하여 보일러(10)에서 물을 가열하여 발생한 스팀을 보일러(10)에 연결된 파이프(20)를 통해 외부로 배출하여 차량을 세차하는 스팀 세차기에 있어서, 상기 파이프(20)의 둘레를 감싸게 되며 전류가 공급되면 발열하여 상기 파이프(20)를 가열하는 발열수단(100)과; 상기 보일러(10)와 파이프(20) 및 외부의 온도와 상기 파이프(20)의 내부 압력 값을 측정하는 센서수단과; 상기 센서수단으로부터 전달된 측정값에 따라 상기 발열수단(100)에 전류를 공급하거나 차단하여 스팀 세차기 내부에 존재하는 물이 얼어 동파되는 것을 방지하도록 제어하는 제어수단(300);을 더 포함하게 되며 이에 따라 최적의 조건으로 파이프를 가열하여 전기에너지의 소모를 최소화하며 동파를 방지할 수 있다.

스팀 세차기 동파 센서 신경회로망 인공지능

Description

동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기{steam car washing machine with function for prevention of frozen to burst}

본 발명은 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기에 관한 것으로 보다 상세하게는 스팀이 통과하는 파이프의 외부를 유리섬유 열선으로 감싸게 되며 외부의 기온과 보일러, 파이프의 온도 그리고 파이프의 압력을 감지하고 이를 신경회로망을 이용하여 전기에너지의 소모량을 줄일 수 있도록 상기 유리섬유 열선의 전원을 제어하도록 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기에 관한 것이다.

차량의 외부면은 운행하거나 외부에 주차를 하고 있는 동안 비나 눈, 먼지 등에 노출되어 있어 오염물이 부착되게 된다.

상기와 같은 오염물은 보기에 나쁠 뿐만 아니라 차량의 표면을 부식시키는 등 차량의 내구성에도 문제를 일으키므로 이를 제거하기 위해서 주기적으로 세차를 할 필요성이 있다.

종래에는 차량의 외부면에 부착된 오염물을 제거하기 위하여 물과 세제를 사용하였다.

그러나 상기와 같이 물과 세제를 사용하여 세차하는 경우 물의 소모량이 많 으며 세차시 사용되는 세제 및 차량의 오염물 등이 혼합된 물이 배출되어 환경오염이 우려가 있으므로 이를 정화하기 위한 시설이 별도로 필요하다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 보일러에서 물을 가열하여 스팀을 발생시키고 이를 차량의 표면에 분사하여 차량의 표면에 부착된 오염물을 고온의 스팀으로 제거하는 스팀 세차기가 개발되어 사용되고 있다. 상기 스팀 세차기는 물의 소모량이 적으며 세제를 사용할 필요가 없어 환경오염의 우려가 적다는 장점을 가지고 있어 널리 보급되고 있다.

그런데 상기 스팀 세차기는 세차를 위해 차량이 접근할 수 있도록 외부에 설치되는 경우가 많으므로 동절기 한파에 의한 동파가 발생할 우려가 있다.

세차 중에는 고온(약 250도씨 정도)의 스팀이 보일러에 연결된 파이프와 호스를 통해 외부로 배출되므로 기온이 영하로 떨어지더라도 동결이 발생하지 않으나 사용을 하지 않는 경우, 특히 야간에 보일러나 파이프 내부에 존재하는 물이 동결되면 동파가 발생할 우려가 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 동파를 방지한 스팀 세차기를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

또한 동파 방지에 사용되는 전기에너지의 소모를 줄일 수 있으며 내구성이 높은 스팀세차기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 보일러(10)에서 물을 가열하여 발생한 스팀을 보일러(10)에 연결된 파이프(20)를 통해 외부로 배출하여 차량을 세차하는 스팀 세차기에 있어서, 상기 파이프(20)의 둘레를 감싸게 되며 전류가 공급되면 발열하여 상기 파이프(20)를 가열하는 발열수단(100)과; 상기 보일러(10)와 파이프(20) 및 외부의 온도와 상기 파이프(20)의 내부 압력 값을 측정하는 센서수단과; 상기 센서수단으로부터 전달된 측정값에 따라 상기 발열수단(100)에 전류를 공급하거나 차단하여 스팀 세차기 내부에 존재하는 물이 얼어 동파되는 것을 방지하도록 제어하는 제어수단(300);을 더 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기를 기술적 요지로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 발열수단(100)은 유리섬유 열선인 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 제어수단(300)은 학습최적화 알고리즘을 이용한 신경회로망 제어프로그램에 의해 전기에너지의 소모량을 최소로 하는 상기 파 이프(20)의 가열 목표온도 또는 가열시간을 결정하게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 신경회로망 제어프로그램은 가열된 파이프(20)의 온도변화율에 따라 파이프(20)의 가열 목표온도를 증감시키게 되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면 상기 신경회로망 제어프로그램은 외부 기온에 따라 파이프(20)의 목표 가열온도를 증감시키게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기에 의하면 동파의 우려가 있을 경우 발열수단이 작동되므로 내부의 물이 동결되는 것을 방지하므로 동파를 방지할 수 있다.

또한 유리섬유 열선을 사용하므로 열에 의한 열선의 손상이 억제되어 내구성이 향상된다는 효과가 있으며 신경회로망을 이용하여 상기 유리섬유 열선에 공급되는 전원을 제어하도록 하여 소모되는 전기에너지의 양을 줄여 경제적이라는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기의 간략한 구성도이다.

도시된 도에 의하면 본 발명은 발열수단(100)과 센서수단과 제어수단(300)을 더 포함하고 있음을 알 수 있다.

먼저 발열수단(100)에 대해 설명하기로 한다. 상기 발열수단(100)은 스팀청소기의 파이프(20)를 감싸고 있으며 전원(400)으로부터 전류가 공급되면 열을 발생시켜 파이프(20)를 가열하게 된다.

상기 발열수단(100)은 전류가 공급되면 열을 발생시키는 니크롬선, 카본열선, 세라믹 열선 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는 상기 발열수단으로 유리섬유 열선을 사용하고 있다.

이는 상기 니크롬 열선이나 카본열선, 세라믹 열선에 비해 상대적으로 상기 유리섬유 열선이 절연성이나 내구성이 높기 때문이다.

일반적으로 스팀 세차기의 파이프(20)는 동으로 이루어져 있어 니크롬 열선이나 카본열선 등을 사용하는 경우 열선의 외부에 절연피복을 씌우거나 절연체를 파이프와 열선 사이에 삽입하여야 하므로 구성이 복잡하다는 문제점이 있다.

또한 스팀 세차기의 파이프(20)는 세차 중 약 250도씨 가량의 스팀이 통과하므로 상기 니크롬 열선이나 카본열선, 세라믹 열선의 경우 상기 스팀의 열에 의해 산화되어 손상이 발생하게 되며 이에 따라 수명이 짧아지게 된다.

이에 반해 상기 유리섬유 열선은 카본열선의 외부에 유리섬유 소재를 감싼 것으로 450도씨까지의 열을 발생하게 되며 종래의 니크롬 열선이나 세라믹 열선 등에 비해 열에 강하며 내구성이 높을 뿐만 아니라 절연성도 우수하다. 또한 상기 유리섬유가 보온효과를 가지고 있으므로 가열된 파이프(20)의 온도가 서서히 떨어지므로 에너지의 낭비를 줄일 수 있다.

다음으로 센서수단에 대해 설명하기로 한다. 상기 센서수단은 스팀 세차기 내외의 상태를 감지하게 된다. 본 발명은 동파방지 기능을 구비하여야 하므로 동파 가능성을 파악할 수 있도록 내외의 상태를 감지할 필요성이 있다. 따라서 스팀 세차기 내외부의 온도가 중요한 변수가 되므로 스팀 세차기에 다수개의 온도센서를 부설하여 온도를 측정하도록 한다.

또한 스팀 세차기가 사용중인 경우에는 동파가 일어나지 않으므로 사용중인지 여부를 판단하기 위하여 파이프 내부에 설치되어 파이프 내의 압력을 감지하는 압력센서를 구비하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 상기 센서수단은 스팀 세차기의 외부 기온을 감지하는 온도센서(210)와 보일러의 온도를 감지하는 온도센서(220)와 파이프(20)의 온도를 감지하는 온도센서(230) 및 파이프 내부의 압력을 감지하는 압력센서(240)를 포함하게 된다.

상기 센서수단은 상기 온도센서들과 압력센서들이 감지한 측정값을 전기적인 신호로 출력하게 된다.

다음으로 제어수단(300)에 대해 설명하기로 한다. 상기 제어수단(300)은 상기 센서수단에서 전달되는 신호를 전달받아 입력 값으로 하여 상기 발열수단(100)의 전원을 제어하게 된다.

상기 제어수단(300)은 상기 입력값으로부터 상기 파이프(20)가 동파될 우려가 있는지 파악하고 동파될 우려가 있을 경우 상기 전원(400)에 발열수단(100)으로 전류를 공급하도록 제어신호를 발생시키게 된다.

예를 들어 외부 기온이 영하로 떨어질 경우 스팀 세차기 내부에 존재하는 물이 동결될 우려가 있으므로 전류를 공급할 필요가 있다. 그런데 상기와 같이 외부의 기온만을 사용하여 제어할 경우 스팀 세차기 내부의 온도가 영상으로 유지되어 동결될 우려가 없는 경우에도 작동이 이루어지게 되므로 전기에너지의 소모량이 증가하게 된다.

또한 내부의 온도만을 감지하여 제어하는 경우에도 문제점이 있다. 즉 온도센서가 부착된 부분의 온도는 높지만 온도센서가 장착되지 않은 부분의 온도가 낮을 경우에는 동파가 발생할 우려가 있으나 제어수단에서는 발열수단을 작동시키지 않으며 반대로 센서가 부설된 부분의 온도가 낮을 경우에는 반대로 전기에너지가 낭비될 우려가 있게 된다.

특히 본 발명의 실시예에서는 발열수단으로 에너지 소모가 많은 유리섬유 열선을 사용하고 있으므로 상기 발열수단을 적절히 제어하여 전기에너지를 최대한 절약할 필요성이 있다.

본 발명의 실시예에 따른 제어수단은 전기에너지의 소모를 줄이기 위하여 일반적인 제어방법을 사용하는 대신 학습최적화 알고리즘을 사용하는 신경회로망 프 로그램을 사용하고 있다.

이는 일반적인 제어방법의 경우 스팀 세차기의 상태에 따른 조건을 충족하도록 제어하는데 한계가 있기 때문이다.

즉 동일한 기온 하에서도 스팀세차기가 외부에 완전히 노출되어 있는 경우와 수납되어 있는 경우와 같이 스팀세차기의 설치 상태 뿐만아니라 외부의 습도 등에 의해 가열된 파이프가 외부의 기온에 의해 온도가 떨어지는 변화율이 달라지므로 단순히 스팀 세차기 내외의 온도에 따른 제어를 하는 경우 잦은 전원 공급으로 인하여 에너지를 낭비할 우려가 있다.

따라서 본 발명에서는 단순히 파이프가 외부에 노출되어 있어 급격하게 온도가 떨어지는 경우에는 파이프를 가열하여 달성하는 목표 가열온도를 높여 상기 발열수단에 공급하는 전원의 전류를 증가하거나 장시간 전원을 공급하도록 제어할 필요가 있다.

낮은 온도에서 새로 발열수단을 가열하여 온도를 올리는 에너지보다 가열된 상태에서 계속 에너지를 공급하여 온도를 올리는 것이 에너지 소모가 적으므로 온도변화가 급격한 경우에는 목표 가열온도를 높여 다시 가열하는 시점까지의 시간을 증가시켜 에너지를 절약하도록 하기 위함이다. 그러나 온도가 너무 높아질 경우에는 외부의 기온과 파이프의 온도 차가 크져 열이 외부로 배출되어 가열에 많은 에너지가 소모되므로 적절한 온도로 가열할 필요가 있다.

반대로 가열된 파이프의 온도가 서서히 내려가는 경우에도 목표온도를 적절하게 정하여 제어하여야 에너지의 소모를 최소화할 수 있다.

본 발명의 신경회로망 제어프로그램은 먼저 입력되는 온도와 압력값으로 부터 파이프를 가열할 것인지 결정하게 된다. 즉 외부의 온도가 영하로 떨어져 있으며 스팀 세차기를 사용하지 않는 경우 가열을 할 필요가 있다라고 판단하게 되며 외부의 온도가 영상을 유지하거나 스팀세차기를 사용중인 경우에는 가열할 필요가 없다고 판단하게 된다.

이후 가열할 경우 목표가열온도나 가열시간을 결정하기 위하여 온도의 변화를 파악하게 된다. 상기 신경회로망 제어프로그램은 온도의 변화를 감지하기 위해 일정시간 간격으로 온도를 감지한 신호를 입력받아 저장하게 된다. 그리고 저장된 온도들과 현재 입력된 온도들을 비교하여 변화율을 파악하게 된다.

이에 따라 온도의 변화율이 높을 경우에는 목표 가열온도를 높게 설정하거나 가열시간을 증가시키게 되며 변화율이 낮을 경우에는 반대로 목표 가열온도를 낮게 설정하거나 가열시간을 단축하게 된다.

이후 목표 가열온도를 설정하여 제어하는 경우에는 파이프에 설치된 온도센서로부터 입력되는 값을 확인하여 설정한 온도가 되면 전원을 차단하여 더 이상 가열되지 않도록 하게 되며 가열시간으로 제어하는 경우에는 내장된 타이머를 사용하 여 가열시간동안 가열한 후 전원을 차단하게 된다.

이를 위해 최초 신경회로망 제어프로그램은 초기화 된 후 각 입력값(온도, 압력 등)을 수집하고 각 입력값의 특성에 근거하여 분석하고 데이터 규칙을 작성하게 된다.

상기 데이터 규칙은 신경회로망에 의해 학습된다. 여기서 신경회로망의 학습은 역전파 알고리즘(Back-Propagation Algorism)과 Levenberg-Marquardt 방법 및 뉴턴 방법과 최급강하법의 가능한 학습 최적화 알고리즘이 사용된다.

이를 위해 상기 신경회로망 제어프로그램은 실제로 스팀 세차기의 동파 방지 기능을 수행한 후 전기에너지의 소모량 또는 효율을 산출하여, 전기에너지를 절약할 수 있는 새로운 데이터가 취득에 따라 원하는 전기에너지의 소모량 또는 효율에 이를 때까지 학습하게 된다.

상기와 같이 신경회로망 제어프로그램의 학습이 이루어지면 상기 신경회로망 제어프로그램은 입력되는 온도값과 압력값에 따라 최소의 전기에너지를 소모하여 동파를 방지할 수 있도록 제어하게 된다.

상기와 같이 제어한 후 전기에너지의 소모량 또는 효율을 비교 분석하고 이 를 저장하여 데이터를 업데이트함으로써 점진적으로 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.

상기와 같은 신경회로망의 학습과정은 당업자에게는 주지 관용의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

지금까지는 본 발명의 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 한정하는 것이 아니라 예시한 것으로 해석되어야 한다.

도1 : 본 발명의 실시예에 따른 스팀 세차기의 간략한 구성도.

<도면의 주요부에 사용된 부호의 설명>

10 : 보일러 20 : 파이프

100 : 발열수단 210,220,230 : 온도센서

240 : 압력센서 300 : 제어수단

400 : 전원

Claims (5)

1. 보일러(10)에서 물을 가열하여 발생한 스팀을 보일러(10)에 연결된 파이프(20)를 통해 외부로 배출하여 차량을 세차하는 스팀 세차기에 있어서,

   상기 파이프(20)의 둘레를 감싸게 되며 전류가 공급되면 발열하여 상기 파이프(20)를 가열하는 발열수단(100)과;

   상기 보일러(10)와 파이프(20) 및 외부의 온도와 상기 파이프(20)의 내부 압력 값을 측정하는 센서수단과;

   상기 센서수단으로부터 전달된 측정값에 따라 상기 발열수단(100)에 전류를 공급하거나 차단하여 스팀 세차기 내부에 존재하는 물이 얼어 동파되는 것을 방지하도록 제어하는 제어수단(300);을 더 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발열수단(100)은 유리섬유 열선인 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제어수단(300)은 학습최적화 알고리즘을 이용한 신경회로망 제어프로그램에 의해 전기에너지의 소모량을 최소로 하는 상기 파이프(20)의 가열 목표온도 또는 가열시간을 결정하게 되는 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 신경회로망 제어프로그램은 가열된 파이프(20)의 온도변화율에 따라 파이프(20)의 가열 목표온도를 증감시키게 되는 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기.
5. 제3항에 있어서,

   상기 신경회로망 제어프로그램은 외부 기온에 따라 파이프(20)의 목표 가열온도를 증감시키게 되는 것을 특징으로 하는 동파방지 기능을 구비한 스팀 세차기.

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