KR20100052047A

KR20100052047A - 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치

Info

Publication number: KR20100052047A
Application number: KR1020080110908A
Authority: KR
Inventors: 한경희
Original assignee: 주식회사 한경희생활과학; 한경희
Priority date: 2008-11-10
Filing date: 2008-11-10
Publication date: 2010-05-19
Also published as: KR101028879B1; CN101737308B; CN101737308A

Abstract

본 발명은 순간가열식 스팀청소기의 상용교류전원의 최대치 전압이 인가되도록 상용교류전원의 반주기 전체 동안 솔레노이드 펌프를 동작시키는 대신에 투입 전력을 조절하기 위해 그 동작 주파수를 상용교류전원의 주파수보다 낮게 제어하도록 된 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치는 물탱크에 저장된 물을 스팀보일러를 향해 토출하는 솔레노이드 펌프; 상용교류전원을 전원으로 하여 상기 솔레노이드 펌프를 구동하는 펌프 구동부; 상용교류전원의 각 제로 크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부; 상기 제로크로스 검출부에서 검출된 제로 크로스 점에 의거하여 상기 펌프 구동부에 상용교류전원의 반주기 전력의 투입 주파수를 제어하는 주파수 제어부 및 상용교류전원에서 소정 크기의 직류전원을 발생시켜 장치의 각 부에 공급하는 직류전원 발생부를 포함하여 이루어진다.

순간가열식, 스팀청소기, 솔레노이드, 펌프, 에스씨알, SCR, 전압, 반주기, 디플립플롭

Description

순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치{Control Apparatus for Solenoid Pump of Heating Steam Cleaner}

본 발명은 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치에 관한 것으로, 특히 순간가열식 스팀청소기에서 솔레노이드 펌프가 스팀보일러를 향해 적정한 압력을 유지한 채로 원하는 양의 물을 공급할 수 있도록 한 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 순간가열식 스팀청소기는 관체로 된 유로와 그 주위에 설치된 히이터로 이루어진 스팀보일러를 통해 바닥면에 스팀을 분사하면서 바닥면을 청소하는 기기이다.

이러한 순간가열식 스팀청소기에서는 솔레노이드 펌프를 작동시켜 물탱크에 저장된 물을 스팀보일러를 향해 토출하게 되는데, 이렇게 토출된 물은 향후 스팀보일러의 유로를 통과하는 과정에서 히이터에 의해 가열되어 최종적으로 스팀 형태로 분사되게 된다.

도 1은 일반적인 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프의 내부 구조를 보인 단면도이다. 도 1에 도시한 바와 같은, 종래 스팀청소기의 솔레노이드 펌프로는 원하는 정격의 전용 제품 개발 등에 따른 비용을 절감하기 위해 규격화, 즉 기존에 널리 상용화된 제품, 예를 들어 정격 분당 토출량이 스팀청소기에서 요구되는 18cc보다 큰 125cc인 것을 사용하는데, 이에 따라 솔레노이드 펌프에 투입되는 전원, 예를 들어 상용교류전원의 위상을 제어함으로써 그 토출량을 조절하게 된다.

도 2는 종래 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프의 제어 방식을 설명하기 위한 제어 타이밍 차트이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 종래 순간가열식 스팀청소기에 사용되는 솔레노이드 펌프의 토출량은 3개 이상의 p-n 접합을 포함하는 pnpn 구조의 반도체 소자로서 사이러트론과 유사한 전류-전압 특성을 갖는 사이리스터(thyristor), 예를 들어 트라이악(TRIAC)을 사용하여 위상, 즉 상용교류전원의 매 주기에 있어서의 전원 투입 기간(도 2에서 빗금친 부분)을 조절함으로써 적절하게 제어되고 있다.

그러나 전술한 바와 같은 종래의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 방식에 따르면, 스팀보일러가 연결되지 않은 상태에서의 물의 토출량은 전술한 바와 같은 위상 제어에 의해 적절하게 조절되나 스팀보일러가 연결되어 작동중인 경우에는 상용교류전원의 매 주기마다 인가되는 전압의 크기가 상용교류전원의 전압 최대치보다 현저하게 낮기 때문에 스팀보일러의 히이터에서 발생된 증기압에 의해 솔레노이드 펌프에서 토출된 물이 역류하는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 순간가열식 스팀청소기의 상용교류전원의 최대치 전압이 인가되도록 상용교류전원의 반주기 전체 동안 솔레노이드 펌프를 동작시키는 대신에 투입 전력을 조절하기 위해 그 동작 주파수를 상용교류전원의 주파수보다 낮게 제어하도록 된 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치를 제공함을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치는 물탱크에 저장된 물을 스팀보일러를 향해 토출하는 솔레노이드 펌프; 상용교류전원을 전원으로 하여 상기 솔레노이드 펌프를 구동하는 펌프 구동부; 상용교류전원의 각 제로 크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부; 상기 제로크로스 검출부에서 검출된 제로 크로스 점에 의거하여 상기 펌프 구동부에 상용교류전원의 반주기 전력의 투입 주파수를 제어하는 주파수 제어부 및 상용교류전원에서 소정 크기의 직류전원을 발생시켜 장치의 각 부에 공급하는 직류전원 발생부를 포함하여 이루어진다.

전술한 구성에서, 상기 펌프 구동부는 에스씨알을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제로크로스 검출부는 에프이티를 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 주파수 제어부는 디플립플롭과 여기에 연결된 RC 시정수 회로를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치에 따르면, 상용교류전원의 최대치 전압이 인가되도록 상용교류전원의 반주기 전체 동안 솔레노이드 펌프를 동작시키는 대신에 투입 전력을 조절하기 위해 그 동작 주파수를 상용교류전원의 주파수보다 낮게 제어함으로써 스팀보일러를 향해 역류가 발생되지 않는 적정한 압력을 유지한 채로 원하는 양의 물을 토출시킬 수가 있다.

이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치의 개략적인 블록 구성도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치는 크게 물탱크에 저장된 물을 스팀보일러를 향해 토출하는 솔레노이드 펌프(140), 상용교류전원을 전원으로 하여 솔레노이드 펌프(140)를 구동하는 펌프 구동부(130), 상용교류전원의 각 제로 크로스(Zero Cross) 점을 검출하는 제로크로스 검출부(110), 펌프 구동부(130)에 상용교류전원의 반주기 전력의 투입 주파수를 제어하는 주파수 제어부(120) 및 상용교류전원에서 소정 크기의 직류전원을 발생시켜 장치의 각 부에 공급하는 직류전원 발생부(100)를 포함하여 이루어질 수 있다.

전술한 구성에서, 주파수 제어부(120)는 상용교류전원의 반주기, 예를 들어 양(+)의 반주기에 해당하는 전력이 솔레노이드 펌프(140)의 코일에 투입되도록 펌프 구동부(130)를 제어하는데, 이 과정에서 투입되는 전체 전력을 조절하기 위해 상용교류전원의 매 반주기가 아니라 소정 주파수 간격마다의 반주기 동안씩만, 즉 상용교류전원 주기의 적어도 2배 이상의 정수배가 되는 시간 간격마다 상용교류전원의 반주기 전력이 투입되도록 펌프 구동부(140)를 제어한다.

도 4는 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치의 일 실시예에 따른 회로 구성도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 펌프 구동부(130)는 사이리스터의 일종인 에스씨알(Silicon Controlled Rectifier: SCR)(SCR)을 포함하여 이루어질 수 있는데, 이러한 에스씨알(SCR)에는 상용교류전원에 대해 직렬로 솔레노이드 코일(L1; 140)이 연결되어 있다. 한편, 에스씨알(SCR)의 게이트 단자에는 캐소드 단자와의 사이에 소정의 전압이 인가되도록 하는 분압 저항(R7),(R8)이 병렬로 연결되어 있다.

한편, 제로크로스 검출부(110)는 트랜지스터, 예를 들어 에프이티(FET)와 저항(R1),(R2),(R3)으로 구현될 수 있는데, 에프이티(FET)의 출력단에서는 상용교류전원의 매 양의 반주기에 동기되어 구형파 펄스가 출력된다.

직류전원 발생부(100)는 상용교류전원을 반파 정류하는 정류 다이오드(D1)와 정류 다이오드(D1)에서 정류된 전압을 충전 및 방전하는 콘덴서(C2) 및 이러한 콘덴서(C2)의 양단에 연결되어 콘덴서(C2) 양단의 전압을 정전압, 예를 들어 5[V]로 유지시키는 제너 다이오드(ZD)를 포함하여 이루어질 수 있다.

마지막으로 주파수 제어부(120)는 디플립플롭(D-FF)과 여기에 연결된 RC 시정수 회로를 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적으로 디플립플롭(D-FF)의 클럭단자(CL)에는 제로크로스 검출부(110)에서 출력되는 구형파 펄스가 클럭 신호로서 인 가되고, D-입력단자(D)는 RC 시정수 회로를 이루는 저항(R4) 및 콘덴서(C1)와 전류제한 저항(R5)을 개재하여 반전 출력단자(

)에 연결되며, 그 비반전 출력단자(Q)는 분압 저항(R6),(R7)을 개재하여 에스씨알(SCR)의 게이트 단자에 연결된다.

이하에서는 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치의 동작에 대해 상세하게 설명한다.

도 5는 도 4의 각 부에서의 출력 파형도이다. 먼저 스팀청소기 전원 스위치(SW)가 온되면 직류전원 발생부(100)의 정류 다이오드(D1)는 상용교류전원을 반파 정류하고, 이렇게 반파 정류된 전압에 의해 콘덴서(C2)가 충전 및 방전되며, 콘덴서(C2)에 병렬 연결된 제너 다이오드(ZD)에서는 5[V]의 정전압이 출력되어 장치의 각 부, 즉 제로크로스 검출부(110)의 에프이티(FET) 및 주파수 제어부(120)의 디플립플롭(D-FF)에 직류 전원으로 공급된다.

한편, 제로크로스 검출부(110)의 에프이티(FET)는 상용교류전원의 주기에 따라 온-오프를 반복, 즉 양의 반주기 동안에는 온되고 음(-)의 반주기 동안에는 오프되는 동작을 반복하는데, 이에 따라 에프이티(FET)의 게이트 단자에는 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 상용교류전원의 음의 반주기 전압이 주기적으로 출력되고 이와 동기되어 에프이티(FET)의 드레인 단자에서는 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 5[V]의 구형파 펄스가 주기적으로 출력된다. 그리고 이렇게 상용교류전원의 제로 크로스 점에 동기되어 출력(상승 및 하강)되는 구형파 펄스는 주파수 제어부(120)의 디플립플롭(D-FF)의 클럭 단자(CL)에 클럭 신호로 공급된다. 결과적으로 주파수 제어부(120)의 디플립플롭(D-FF)의 클럭 단자(CL)에는 상용교류전원의 주파수와 동일한 60[㎐]의 구형파 펄스가 클럭 신호로 공급된다.

다음으로, 디플립플롭(D-FF)의 D-입력단자(D)에는 콘덴서(C1) 양단의 전압이 인가되는데, 이러한 콘덴서(C1) 양단의 전압은 도 5의 (e)에 도시한 바와 같이 디플립플롭(D-FF)의 반전 출력단자(

)의 출력이 하이-레벨 상태를 유지하는 동안에 충전에 의해 서서히 증가한다. 그리고 이렇게 증가한 전압이 미리 정해진 기준치 이상이 되면, 디플립플롭(D-FF)의 비반전 출력단자(Q)에서는 클럭 신호의 상승 에지에 동기되어 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이 클럭 신호의 한 주기에 해당하는 폭을 갖는 구형파 펄스가 출력된다. 반면에 그 반전 출력단자(

)에서는 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이 도 5의 (c)의 파형과 정반대의 파형이 출력된다.

한편, 펌프 구동부(130)의 에스씨알(SCR)의 게이트 단자는 주파수 제어부(120)의 디플립플롭의 비반전 출력단자(Q)에 연결되기 때문에 디플립플롭(D-FF)의 비반전 출력단자(Q)에서 구형파 펄스가 출력되는 동안에 에스씨알(SCR)의 게이트 단자와 캐소드 단자는 순방향 상태가 되는데, 이 상태에서 에스씨알(SCR)이 역방향 상태에서 순방향 상태로 전환되는 즉시, 즉 에스씨알(SCR)에 상용교류전원의 양의 반주기 전압이 인가되는 즉시 에스씨알(SCR)이 턴-온되고, 결과적으로 솔레노이드 코일(L1; 140)에는 도 5의 (f)에 도시한 바와 같이 상용교류전원의 양의 반주기 전력 투입되게 된다.

도 5의 예에서는 에스씨알(SCR), 즉 솔레노이드 코일(L1; 140)에 상용교류전 원의 8주기 간격, 즉 4/15[sec] 간격마다 상용교류전원의 양의 반주기 전력 투입되게 되는데, 이와 같이 상용교류전원의 최대치 전압이 솔레노이드 코일(L1; 140)에 인가되기 때문에 비록 종래에 비해 간헐적이기는 하나 상대적으로 높은 압력으로 다량의 물을 스팀보일러를 향해 토출할 수가 있고, 이에 따라 역류 현상이 제거되게 된다.

본 발명에 따른 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치는 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 에스씨알(SCR)이 동작하는 주파수 간격(시간 간격)은 RC 시정수를 적절하게 변경하는 것에 의해 조절될 수가 있다. 더욱이, 직류전원 발생부(100), 주파수 제어부(120), 제로크로스 검출부(110) 및 펌프 구동부(130)의 구체적인 회로 구성은 적절하게 변경할 수가 있다. 또한 펌프 구동부(130)를 구현함에 있어서 에스씨알 대신에 트라이악을 사용할 수도 있을 것이다.

도 1은 일반적인 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프의 내부 구조를 보인 단면도,

도 2는 종래 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 방식을 설명하기 위한 제어 타이밍 차트,

도 3은 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치의 개략적인 블록 구성도,

도 4는 본 발명의 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치의 일 실시예에 따른 회로 구성도,

도 5는 도 4의 각 부에서의 출력 파형도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 직류전원 발생부, 110 : 제로크로스 검출부,

120 : 주파수 제어부, 130 : 펌프 구동부,

140 : 솔레노이드 펌프,

R1 - R7 : 저항, L1 : 솔레노이드 코일,

C1, C2 : 콘덴서, SCR : 에스씨알,

D1, D2 : 다이오드, D-FF : 디플립플롭,

FET : 에프이티, ZD : 제너 다이오드

Claims

물탱크에 저장된 물을 스팀보일러를 향해 토출하는 솔레노이드 펌프;

상용교류전원을 전원으로 하여 상기 솔레노이드 펌프를 구동하는 펌프 구동부;

상용교류전원의 각 제로 크로스 점을 검출하는 제로크로스 검출부;

상기 제로크로스 검출부에서 검출된 제로 크로스 점에 의거하여 상기 펌프 구동부에 상용교류전원의 반주기 전력의 투입 주파수를 제어하는 주파수 제어부 및

상용교류전원에서 소정 크기의 직류전원을 발생시켜 장치의 각 부에 공급하는 직류전원 발생부를 포함하여 이루어진 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 펌프 구동부는 에스씨알을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제로크로스 검출부는 에프이티를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 주파수 제어부는 디플립플롭과 여기에 연결된 RC 시정수 회로를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 순간가열식 스팀청소기의 솔레노이드 펌프 제어 장치.