KR20120112060A - 온수공급장치 및 온수공급방법 - Google Patents

온수공급장치 및 온수공급방법 Download PDF

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KR20120112060A
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이수영
이경헌
정희도
이현우
문형민
홍진표
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Abstract

본 발명은 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유량제어를 통하여 단시간에 온수 취수가 가능하도록 한 순간 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치는, 유입되는 물을 히터가열용량으로 가열하는 히터; 상기 히터에 유입되는 물의 양을 조절하는 유입 밸브; 및 목표수온 및 상기 히터가열용량을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 제어하는 밸브제어부를 포함할 수 있다.

Description

온수공급장치 및 온수공급방법{Device and method for supplying warm water}
본 발명은 유량 제어를 이용하는 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것으로서, 상세하게는 단시간에 온수 취수가 가능하도록 한 순간 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것이다.
가정용 비데 또는 정수기 등에 사용되는 온수공급장치는 크게 물탱크 속에 히터를 설치하는 물탱크형과, 공급되는 물에 대하여 필요 시마다 히터를 이용하여 가열하는 순간온수형으로 구분된다.
물탱크형 온수공급장치는 온수의 사용여부와 관계없이 물탱크 내의 물의 온도를 항상 설정온도로 유지하므로 대기전력의 낭비와 공간을 많이 차지하게 된다. 따라서, 최근에는 사용자의 온수 공급 요청에 따라, 순간적으로 물을 가열하여 온수를 공급하는 순간온수형 온수공급장치가 널리 사용되고 있다.
다만, 종래의 순간온수형 온수공급장치의 히터는 히터의 구동주기를 제어하여 온수의 온도를 조절하였기 때문에, 상기 히터가 연결된 전력 시스템상에 노이즈가 빈번하게 발생하였다.
상기의 노이즈에 의하여 온수공급장치 등에 소손이나 과열이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 효율이 저하되는 문제점이 있으며 특히, 고조파(harmonic) 성분의 노이즈가 발생하는 경우 온수공급장치에 전력을 공급하는 변압기 등에서 온도가 상승하게 되어 화재를 유발할 우려가 있다.
또한, 플리커(flicker)가 발생할 경우에는 전력 공급 장치에 걸리는 로드가 순간적으로 급변하게 되므로 전력 공급 장치에 연결된 다른 부하형 장치들에 동작에 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치 및 온수공급방법은 빈번한 노이즈 발생을 줄여 소손이나 과열을 방지할 수 있는 온수공급장치 및 온수공급방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치는, 유입되는 물을 히터가열용량으로 가열하는 히터; 상기 히터에 유입되는 물의 양을 조절하는 유입 밸브; 및 목표수온 및 상기 히터가열용량을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 제어하는 밸브제어부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 밸브제어부는
Figure pat00001
여기서, V는 유입되는 물의 부피, w는 히터의 가열용량, c는 물의 비열, ρ는 물의 밀도, Δt는 가열시간, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도를 이용하여, 상기 히터로 유입되는 물의 유량을 계산하고, 상기 계산된 유량에 따라 상기 유입밸브의 개폐정도를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 히터는 상기 히터가열용량을 상기 히터의 최대 가열용량으로 설정할 수 있다.
여기서 상기 온수공급장치는, 상기 히터에 유입되는 물의 양을 감지하는 유량 감지부; 및 상기 감지된 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않는 히터 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 히터제어부는, 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터의 동작주기를 조절하여, 상기 히터의 히터가열용량을 제어할 수 있다.
여기서 상기 밸브제어부는, 상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받는 피드백부를 더 포함하고, 상기 피드백부에서 감지한 상기 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 히터의 피드백가열용량을 계산한 후, 상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 재설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치는, 유입된 물을 제1 가열용량으로 가열하는 상판히터; 상기 상판히터와 대향하는 것으로서, 상기 유입된 물을 제2가열용량으로 가열하는 하판히터; 상기 상판히터 및 하판히터 사이에 구비되는 히팅유로; 상기 히팅유로에 유입되는 물의 양을 조절하는 유입 밸브; 및 목표수온, 상기 제1가열용량 및 제2가열용량을 이용하여 상기 유입밸브의 개폐정도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하여, 상기 유입되는 물을 가열하는 전체 가열용량의 크기를 조절할 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 상기 목표수온, 상기 히팅유로에 유입되는 물의 유량 및 온도를 이용하여, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택할 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 상기 유입되는 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않을 수 있다.
여기서, 상기 상기 밸브제어부는 상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받는 피드백부를 더 포함하고, 상기 피드백부에서 감지한 상기 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 히터의 피드백가열용량을 계산한 후, 상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 재설정할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급방법은, 목표수온 및 히터의 히터가열용량을 이용하여 상기 히터에 유입할 물의 양을 계산하는 유량계산단계; 유입 밸브의 개폐정도를 조절하여, 상기 계산된 유량만큼 상기 히터에 물을 유입하는 유입밸브제어단계; 및 상기 히터에 유입된 물을 상기 히터로 가열하는 가열단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 유량계산단계는,
Figure pat00002
여기서, V는 유입되는 물의 부피, w는 히터의 가열용량, c는 물의 비열, ρ는 물의 밀도, Δt는 가열시간, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도를 이용하여, 상기 히터로 유입할 물의 유량을 계산할 수 있다.
여기서 상기 히터가열용량은 상기 히터의 최대 가열용량일 수 있다.
여기서 상기 가열단계는, 상기 히터로 유입되는 물의 양을 감지하는 유입량감지과정; 및 상기 감지된 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않는 최저유량확인과정을 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 가열단계는, 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터의 동작주기를 조절하여 상기 히터의 히터가열용량을 제어할 수 있다.
여기서 상기 히터는 제1가열용량을 가지는 상판히터 및 제2가열용량을 가지는 하판히터를 포함하는 것으로서, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하여 전체 가열용량의 크기를 조절하는 가열용량선택단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 가열용량선택단계는, 상기 목표수온, 상기 유입되는 물의 유량 및 온도를 이용하여, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택할 수 있다.
여기서 상기 유량계산단계는, 상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받아 상기 히터의 피드백가열용량을 계산하는 피드백과정; 및 상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여, 상기 히터에 유입하는 물의 양을 재설정하는 오차보정과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치 및 온수공급방법은, 히터로 유입되는 유량을 조절하여 상기 히터에서 출수되는 물의 온도를 목표온도로 제어할 수 있다. 이 경우, 종래 히터의 구동주기를 제어하는 방식에 비하여, 노이즈의 발생을 줄일 수 있으므로, 온수공급장치의 소손이나 과열을 방지하는 동시에 가열효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치 및 온수공급방법은, 가열용량이 서로 다른 상판히터 및 하판히터를 선택적으로 구동함으로써, 상기 노이즈 등의 발생없이 전체 가열용량의 크기를 조절하는 것이 가능하다.
도1은 위상제어방식 및 제로 크로싱 제어 방식에 의한 히터 가열용량 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치의 기능을 도시한 기능 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치의 히터를 나타낸 분해사시도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급장치의 히터를 나타낸 사시도이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온수공급장치의 상판히터, 하판히터 및 히팅유로의 구조를 나타내는 단면도이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1은 위상제어방식 및 제로 크로싱 제어 방식에 의한 히터 가열용량 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도1을 참조하면, 도1(a)는 시간(t)에 따른 입력전원전압(V)을 나타낸 것이다. 도1(b)는 시간(t)에 따른 제로 크로싱 제어전압을 나타낸 것으로서, 상기 제로 크로싱 제어방식에 의하여 히터를 구동할 때, 상기 히터에 입력되는 제로 크로싱 제어전압이다. 도1(c)는 시간(t)에 따른 위상제어전압을 나타낸 것으로서, 상기 위상제어방식에 의하여 히터를 구동할 때, 상기 히터에 입력되는 위상 제어전압이다.
상기 위상제어방식 및 제로 크로싱 제어방식에 의하면, 상기 히터는 전체 입력전원 중에서 일부만을 상기 히터의 구동주기에 따라 입력받을 수 있다. 상기 히터는 입력받은 전원을 이용하여 유입되는 물을 가열할 수 있으므로, 상기 히터가 가열하는 물의 온도는 상기 히터의 구동주기에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 상기 히터의 구동주기에 따라 히터의 가열용량을 제어함으로써, 상기 히터에서 출수되는 물의 온도를 조절할 수 있다.
제로 크로싱 제어방식은 히터에 교류전원전압을 인가할 때, 양의 전원전압만을 인가하는 방식이다. 위상제어방식은 반주기마다 특정한 위상에서 상기 히터에 전원전압을 인가하여 영전압에서 전원을 차단하는 방식이다. 상기 위상제어방식에서 전원전압이 인가되는 위상각을 도통각이라 한다.
상기 위상제어방식이나 제로 크로싱 제어방식에 의하면 도1의 (b), (c)에 도시된 바와 같이, 히터에 인가되는 전원의 전압 파형의 일부만을 선택적으로 입력받을 수 있다. 상기 선택적으로 입력받은 전원의 전압 파형에 의하여 상기 히터의 가열용량을 결정할 수 있다. 따라서, 상기 히터의 구동주기를 통하여 상기 입력 받을 전원의 전압 파형을 선택할 수 있고, 그로 인하여 상기 히터의 가열용량을 제어할 수 있다.
다만, 상기의 위상제어방식이나 제로 크로싱 제어방식을 이용하는 경우, 가열되는 물의 온도를 조절하기 위하여, 히터에 인가되는 전원의 전압 파형의 일부만을 선택적으로 입력받는다. 상기한 바와 같이 전압 파형의 일부만을 입력받게 되면, 상기 히터 및 상기 히터에 전력을 공급하는 전체 전력 공급 시스템상에 고조파 성분으로 인한 노이즈 또는 플리커 노이즈가 발생할 수 있다.
상기 고조파 성분 노이즈가 발생하게 되면, 전력 공급 장치 등이 과열되는 문제가 발생할 수 있으며, 상기 고조파 성분이 증가하게 되면 전력소모는 주파수의 제곱에 비례하기 때문에 불필요한 전력을 과도하게 소모시키는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 플리커 노이즈가 발생하게 되면, 전류 공급이 순간적으로 감소하거나 증가하기 때문에 다른 부하형 장치에 데미지를 입히는 문제가 발생할 수 있다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치의 기능을 도시한 기능 블록도이다.
도2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치(100)는 유입밸브(10), 유량감지부(20), 히터구동제어부(30), 히터(40), 밸브 제어부(50), 온도감지부(60) 및 통신부(70)를 포함할 수 있다.
이하, 도2을 참조하여, 본원발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치를 설명한다.
온수공급장치(100)는 상기 온수공급장치(100)로 공급된 물을 가열하여, 기 설정된 목표수온을 갖는 물을 제공할 수 있다.
메인제어장치(200)는 상기 목표수온, 상기 온수공급장치(100)로 물을 공급할 것인지 여부, 상기 온수공급장치(100)에게 요구되는 온수의 제공까지의 응답 시간 등의 정보를 상기 온수공급장치(100)로 제공할 수 있다.
히터(40)는, 유입된 물을 히터가열용량으로 가열할 수 있다. 상기 히터(40)의 히터가열용량은 상기 히터(40)의 소비전력에 관한 것으로서 와트(W: watt)로 표현될 수 있다. 상기 히터(40)는 유입된 물에 대하여 가열을 시작하여 상기 물의 온도가 목표수온에 도달할 때까지 상기 히터가열용량으로 일정하게 가열할 수 있다.
여기서 상기 히터(40)는, 상기 히터가열용량을 상기 히터(40)가 구동할 수 있는 최대 가열용량으로 설정할 수 있다.
상기 히터(40)의 최대 가열용량으로 히터(40)에 유입된 물을 가열하는 경우에는, 도1(a)에 도시된 입력전원의 전압 파형의 전부를 입력받을 수 있다.
즉, 입력전원의 전압이 연속파형으로 입력되기 때문에, 상기 입력전원의 전압이 불연속 파형일 때 발생하는 고조파 성분에 의한 노이즈 또는 플리커 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 히터(40)는 하나 또는 복수개의 발열기의 구성을 포함할 수 있으며, 상기 발열기를 이용하여 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있다.
상기 발열기는 전원으로부터 전력을 공급받아 전기에너지를 열에너지로 교환할 수 있다. 상기 발열기에 의하여 교환된 열에너지를 이용하여 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있다. 상기 복수의 발열기의 가열용량의 합을 상기 히터(40)의 히터가열용량으로 할 수 있다. 상기 발열기 각각의 가열용량은 서로 동일 또는 상이할 수 있다.
상기 발열기는 히터(40) 내부에 유입된 물을 직접 가열할 수도 있으며, 상기 히터(40)로 유입된 물이 흐르는 유로를 가열하여 간접적으로 상기 유로 내부를 흐르는 물을 가열할 수도 있다.
상기 히터(40)는 복수의 발열기 중 적어도 어느 하나를 이용하여 히터(40)로 유입되는 물을 가열할 수 있으므로, 상기 복수의 발열기 중 전원이 공급되어 전기에너지를 열에너지로 교환하는 상기 발열기의 개수 또는 상기 발열기가 가지는 가열용량에 의하여 상기 전체 히터(40)의 가열용량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 복수의 발열기는 각각 최대 가열용량으로 구동되도록, 입력전원의 전압 파형을 전부 입력할 수 있다. 상기 발열기가 최대 가열용량으로 구동되면, 입력 전원의 전압 파형이 연속파형으로 입력되므로, 상기한 고조파 성분에 의한 노이즈, 플리커 노이즈의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 최대 가열용량으로 구동되는 복수의 발열기의 개수를 조절함으로써, 상기한 고조파 성분에 의한 노이즈, 플리커 노이즈의 발생을 최소화하는 동시에 상기 히터(40)의 가열용량 또한 제어할 수 있다.
상기 복수의 발열기 중에서 구동되는 발열기의 선택 및 구동되는 발열기의 개수는 히터(40)에 유입되는 최대 유입량, 최소 유입량 및 상기 온수공급장치(100)에 요구되는 온수의 제공까지의 응답시간을 고려하여 선택할 수 있다.
예를 들면, 상기 발열기 중 최대 가열용량이 작은 발열기를 제1발열기라 하고, 최대 가열용량이 큰 발열기를 제2발열기로 둘 수 있다. 또한, 상기 히터(40)에 유입되는 물의 유량에 따라서, 최소 유입량의 경우에는 제1수량, 최소 유입량보다는 많지만 최대 유입량보다는 작을 경우에는 제2수량 및 최대 유입량의 경우에는 제3수량으로 둘 수 있다.
상기 히터(40)에 제1수량만큼의 물이 유입되면, 제1발열기를 구동시켜 물을 가열할 수 있다. 최소 유입량에 해당하는 물이 히터(40)에 유입되었으므로, 상기 전체 히터(40)의 가열용량을 최소로 하여 가열하는 것이 바람직하다. 히터(40)에 유입된 물이 적은 경우에 지나치게 큰 가열용량으로 가열하게 되면, 전체 온수공급장치(100)가 과열될 위험이 있을 수 있다. 따라서, 최대 가열용량이 작은 제1발열기만을 구동하여 히터(40)에 유입된 물을 가열시킬 수 있다.
상기 히터(40)에 제2수량만큼의 물이 유입되면, 제2발열기를 구동시켜 물을 가열할 수 있다. 상기 최소 유입량보다는 많은 양의 물이 히터(40)에 유입되었으므로, 보다 큰 가열용량으로 유입된 물을 가열하여야 사용자가 요구하는 가열목표수온 및 응답시간을 충족시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1발열기(41)보다 최대 가열용량이 큰 제2발열기를 이용하여 히터(40)에 유입된 물을 가열시킬 수 있다.
상기 히터(40)에 제3수량만큼의 물이 유입되면, 제1발열기 및 제2발열기를 모두 구동시켜서 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있다. 히터(40)에 최대 유입량의 물이 유입되었으므로, 히터(40)의 최대 가열용량을 모두 이용할 필요가 있다. 따라서, 상기 제1발열기 및 제2발열기 모두를 이용하여 히터(40)에 유입된 물을 가열함으로써, 사용자가 요구하는 목표수온 및 응답시간을 충족시킬 수 있다.
또한, 상기 목표수온이 높거나, 상기 온수공급장치(100)에 요구되는 온수의 제공까지의 응답시간이 짧은 경우에는, 상기 히터(40)에 유입되는 유량을 줄이고, 상기 구동되는 발열기의 개수를 늘리는 등의 방식으로 사용자가 요구하는 가열목표온도 및 응답시간을 충족시킬 수 있다. 상기의 내용은 상기 발열기가 1개인 경우 또는 3개 이상인 경우에도 적용 가능하다.
유입 밸브(10)는 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양을 조절할 수 있다. 상기 유입 밸브(10)는 상기 유입 밸브(10)의 개폐에 의하여 상기 히터(40)에 유입되는 유량을 조절할 수 있으며, 상기 유입 밸브(10)의 개폐는 밸브 제어부(50)에 의하여 제어될 수 있다.
구체적으로, 상기 유입 밸브(10)는 개방되는 유로의 단면적의 크기 또는 상기 유로의 개방 시간을 제어함으로써 상기 히터(40)에 유입되는 유량을 조절할 수 있다.
상기 유로의 단면적의 크기를 조절하는 방식은, 상기 유입 밸브(10)가 디스크 등 유로 차단 수단으로 상기 유로의 단면적을 일부 또는 전부 차단하는 것일 수 있다. 상기 차단되는 유로의 단면적 크기를 조절하여, 단위시간당 상기 히터(40)로 유입되는 물의 양을 제어할 수 있다.
상기 개방 시간을 조절하는 방식은, 상기 유입 밸브(10)의 개폐를 주기적으로 반복하여 단위시간당 상기 히터(40)로 유입되는 유량을 조절할 수 있다. 상기 주기적인 유입 밸브(10)의 개폐는 펄스 폭 변조(PWM: Pulse width modulation)에 의하여 구현될 수 있다. 상기 펄스 폭 변조에 의하여 구현된 유입 밸브(10)의 일 실시예로서, 상기 유입 밸브(10)는 상기 밸브 제어부(50)에서 전송하는 일정한 주기의 펄스 형태의 제어 신호를 입력받아, 상기 펄스가 하이(High)이면 상기 유입 밸브(10)를 개방하고, 로우(Low)이면 상기 유입 밸브(10)를 닫을 수 있다. 여기서, 상기 밸브 제어부(50)가 전송하는 펄스가 하이인 시간이 길수록, 상기 유입 밸브(10)는 단위시간당 보다 많은 양의 물을 상기 히터(40)로 유입시킬 수 있다.
밸브제어부(50)는 목표수온 및 상기 히터가열용량을 이용하여 상기 유입 밸브(10)의 개폐 정도를 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 히터(40)에 유입되는 물의 유량은 수학식
Figure pat00003
을 이용하여 구할 수 있다. 여기서 V는 유입되는 물의 부피, w는 히터 가열용량, c는 물의 비열, Δt는 가열시간, ρ는 물의 밀도, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도를 의미할 수 있다.
Δt는 상기 히터(40)에 유입된 물에 대한 가열시간으로서, 이는 상기 메인제어장치(200)가 온수공급장치(100)에 제공하는 정보 중에서, 온수 제공까지의 응답시간에 관한 정보로부터 결정될 수 있다. 또는 상기 Δt는 기 설정된 값으로서 상수일 수 있다.
T1은 목표수온으로서, 사용자가 입력한 온수의 온도일 수 있다. 상기 목표수온은 상기 메인제어장치(200)가 사용자로부터 입력받은 것을 통신부(70)를 통하여 제공받는 방식으로 얻을 수 있다. T2는 유입되는 물의 수온으로서 온도 감지부(60)에 의하여 측정될 수 있다.
여기서, 상기 가열용량(w), 물의 비열(c), 가열시간(Δt), 물의 밀도(ρ), 목표수온 및 유입되는 물의 온도(T2)는 이미 알고 있는 값이므로, 상기 유입되는 물의 부피(V)를 용이하게 계산할 수 있다. 따라서, 상기의 수학식에 따라 계산된 물의 양(V)만큼 상기 히터(40)에 유입하면, 목표수온을 가지는 물을 상기 히터(40)에서 추출할 수 있다.
또한 밸브 제어부(50)는, 상기 계산된 유량에 따라 상기 유입 밸브(10)의 개폐를 제어할 수 있다. 즉, 상기 밸브 제어부(50)는 상기 유입 밸브(10)를 개방한 이후에 상기 히터(40)로 유입된 유량을 감지하여, 상기 감지된 유량이 상기 계산된 유입 유량과 동일하면 상기 유입 밸브(10)를 닫는 방식으로 상기 유입 밸브(10)의 개폐를 제어할 수 있다. 또는, 상기 유입되는 유량 및 상기 히터(40) 내에 유입된 유량을 감지하여, 상기 유입 밸브(10)의 개폐를 피드백제어방식으로 제어할 수도 있다.
상기 밸브 제어부(50)에 의하여 상기 계산된 유량만큼 상기 히터(40)에 물이 유입될 수 있으며, 그에 따라 상기 히터(40)는 목표수온을 가지는 물을 출수할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 밸브 제어부(50)는 상기 히터(40)에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받는 피드백부를 더 포함할 수 있다. 상기 밸브 제어부(50)는, 상기 피드백부에서 감지한 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 히터(40)의 가열용량을 계산할 수 있으며, 상기 계산된 히터(40)의 가열용량을 피드백가열용량으로 할 수 있다. 상기 피드백가열용량이 상기 히터(40)의 히터가열용량과 상이하면, 상기 밸브 제어부(50)는 상기 피드백가열용량 및 목표수온을 이용하여 상기 유입 밸브(10)의 개폐 정도를 재설정할 수 있다.
즉, 수학식
Figure pat00004
에서, 히터가열용량(w)을 피드백가열용량(w')으로 치환하여 상기 히터(40)에 유입할 물의 유량을 다시 계산할 수 있으며, 계산된 물의 유량에 따라 상기 유입 밸브(10)의 개폐 정도를 재설정할 수 있다.
히터가열용량은 상기 히터(40)가 단위시간동안 제공하는 열량을 의미하는 것으로서, 상기 히터(40)의 부하 즉, 히터(40)의 저항은 일정하고, 상기 히터(40)에 전력을 공급하는 전원도 항상 일정한 경우를 가정한 것이다.
하지만, 실제 히터(40)의 부하는 일정한 범위의 오차를 가질 수 있으며, 상기 히터(40)에 전력을 공급하는 전원도 공급전압의 크기 등에서 오차를 가질 수 있다. 예를들어, 2400W의 히터가열용량을 가지는 히터(40)는, 상기 히터(40)의 부하 및 상용전원 등의 오차에 의하여 실제 가열용량이 1800W ~ 3200W까지 가변할 수 있다. 이 경우, 상기 히터가열용량만으로 상기 히터(40)에 유입되는 물의 유량을 계산하여 상기 유입밸브(10)의 개폐 정도를 조절하면, 상기 히터(40)에서 출수되는 물의 온도를 목표수온에 맞출 수 없게 된다. 특히, 실제 히터가열용량이 3200w 정도로 높은 경우에도 히터가열용량인 2400w를 기준으로 상기 히터(40)에 유입하는 물의 양을 조절하게 되면, 히터(40)가 과열되어 화재가 발생하는 등의 문제점이 발생할 수도 있다.
이를 방지하기 위하여, 상기 밸브제어부(50)는 상기 피드백부를 이용하여 상기 히터(40)에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받을 수 있으며, 이를 이용하여 상기 히터(40)의 피드백가열용량을 계산하고, 상기 피드백가열용량에 따라 상기 히터(40)에 유입되는 물의 유량을 조절할 수 있다.
구체적으로, 히터의 가열용량은 와트(watt)로 표현할 수 있으므로, P = V*I = I^2*R = V^2/R을 이용하여 상기 피드백가열용량을 계산할 수 있다. 여기서, 상기 히터(40)에 인가되는 전압 및 전류를 모두 입력받으면 보다 정확하게 히터(40)의 피드백가열용량을 계산할 수 있으나, 이 경우 비용의 면에서 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 히터(40)에 인가되는 전압 및 전류 중 어느 하나만을 입력받아 상기 히터(40)의 피드백가열용량을 계산하는 것도 가능하다.
예를들어, 히터(40)에 인가되는 전류를 피드백받아 히터(40)의 피드백가열용량을 계산하는 경우를 고려하면, P = I^2*R이므로 상기 전류값(I) 및 히터(40)의 저항값(R)에 따라 상기 피드백가열용량(P)을 계산할 수 있다. 이 경우, 상기 계산된 히터(40)의 피드백가열용량(P)은 상기 히터(40)의 저항값(R)에 의한 오차에 의하여 가변할 수 있다.
다만, 상기 히터(40)의 저항값은 기 설정된 값을 기준으로 일정한 오차범위 내에서 발생하는 것이므로, 상기 오차범위내에서 상기 히터(40)의 피드백가열용량을 계산할 수 있다. 상기 저항값에 의한 오차는 수용가능한 범위내에 포함되는 것으로 볼 수 있으므로, 상기 피드백되는 전류값을 이용하여 상기 히터(40)의 피드백가열용량을 계산하는 것이 가능하다.
또는, 상기 히터(40)의 저항값에 따른 오차를 최소화하기 위하여, 상기 히터(40)의 저항값을 직접 구한 이후에 상기 피드백가열용량을 계산할 수 있다. 즉, 상기 히터(40)에 기 설정된 전압을 인가한 후 상기 히터(40)에서 출력되는 전류를 측정하는 방식으로 상기 히터(40)의 저항값을 직접 측정할 수 있다. 상기 히터(40) 저항의 오차는 상기 히터(40)의 생산과정에서 발생하는 것으로서, 각각의 히터(40)가 가지는 저항값은 오차가 있을 수 있으나, 각각의 히터(40)는 고정된 크기의 저항값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 히터(40)의 저항을 상기 히터(40)의 생산과정이나 설치과정에서 1회 측정하고, 상기 측정한 저항값을 기준으로 상기 피드백가열용량을 계산하는 것도 가능하다.
따라서, 상기 밸브 제어부(50)는, 상기 피드백부를 더 포함하여, 상기 히터(40)의 실제 가열용량을 계산하여 피드백가열용량으로 설정할 수 있으며, 상기 피드백가열용량과 목표수온을 이용하여 상기 유입밸브(10)의 개폐 정도를 재설정할 수 있다.
유량 감지부(20)는 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양을 감지할 수 있다. 상기 유량 감지부(20)는 상기 유입밸브(10)를 통하여 히터(40)로 유입되는 유량을 감지하는 것일 수 있으며, 또는 상기 히터(40)에 유입되어 있는 유량을 감지하는 것일 수 있다. 상기 유량 감지부(20)는 상기 유입되는 물의 이동에 의하여 회전하는 회전체를 구비하는 것일 수 있으며, 단위시간당 상기 회전체가 회전하는 횟수를 측정하여 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양을 감지하는 것일 수 있다.
히터 제어부(30)는 상기 감지된 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터(40)를 동작하지 않을 수 있다.
상기 히터 제어부(30)는 상기 히터(40)에 최저동작유량 초과의 물이 유입되지 않은 경우에 상기 히터(40)가 구동되는 것을 방지할 수 있다. 상기 히터(40)에 최저동작유량 초과의 물이 유입되지 않은 경우에도 상기 히터(40)가 구동된다면, 히터(40)가 과열되어 소손이 발생할 수 있으며, 화재 등의 위험이 있을 수 있다. 따라서, 상기 히터 제어부(30)의 구성을 포함하여 상기 히터(40)에 상기 최저동작유량 초과의 물이 유입된 경우에 한하여 상기 히터(40)가 구동되도록 할 수 있다.
추가적으로, 상기 히터 제어부(30)는, 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터(40)의 동작주기를 조절하여, 상기 히터(40)의 히터가열용량을 제어할 수 있다.
상기 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 의하면 상기 히터(40)의 가열용량을 제어할 수 있으며, 상기 밸브 제어부(50)에 의하여 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양의 제어가 가능하다. 따라서, 상기 히터(40)의 가열용량 및 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양을 각각 제어함으로써, 상기 온수공급장치(100)의 제어 범위를 보다 확장할 수 있다.
구체적으로, 히터(40)로 유입되는 물의 양이 적은 경우에는, 상기 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 상기 히터(40)의 가열용량을 낮추어 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있으며, 상기 히터(40)에 유입된 유량이 많은 경우에는 상기 히터(40)의 가열용량을 높여서 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있다.
또한, 상기 목표수온이 높거나, 상기 온수공급장치(100)에게 요구되는 온수의 제공까지의 응답시간이 짧은 경우에는 상기 히터(40)에 유입되는 유량을 상기 히터(40)가 동작할 수 있는 최소한의 양으로 줄이고, 상기 히터(40)의 가열용량은 높인 후 가열 하는 방식으로 사용자가 요구하는 목표수온 및 응답시간을 충족시킬 수 있다.
온도 감지부(60)는 유입 밸브(10)를 통하여 히터(40)로 유입되는 물의 온도를 또는 상기 히터(40)에 의하여 가열된 물의 온도를 감지할 수 있다. 상기 온도 감지부(60)는 온도센서를 포함할 수 있으며, 상기 온도센서는 상기 히터(40)의 유입부나 히터(40)의 출수부에 위치할 수 있다. 그러므로, 상기 온도센서를 이용하여, 상기 히터(40)로 유입되는 물의 온도 또는 상기 히터(40)에서 출수되는 물의 온도를 감지할 수 있다.
상기 온도 감지부(60)는, 상기 히터(40)로 유입되는 물의 온도(T2)를 상기 밸브 제어부(50)로 전송할 수 있으며, 상기 밸브제어부(50)는 이를 이용하여 상기 히터(40)로 유입할 물의 유량을 계산할 수 있다.
또한, 상기 히터(40)로 유입되는 물의 온도(T2)를 상기 목표수온와 비교하여, 상기 히터(40)로 유입되는 물의 온도(T2)가 상기 목표수온보다 낮은 경우에 한하여, 히터(40)를 구동시킬 수 있다.
통신부(70)는 메인제어장치(200)와 온수공급장치(100)간의 정보의 송, 수신을 수행할 수 있다.
상기 통신부(70)는 상기 메인제어장치(200)가 송신하는 상기 목표수온, 상기 온수공급장치(100)로 물을 공급할 것인지 여부, 상기 온수공급장치(100)에게 요구되는 온수의 제공까지의 응답 시간 등의 정보를 수신할 수 있다. 상기 통신부(70)는 상기 목표수온, 상기 온수공급장치(100)에게 요구되는 온수의 제공까지의 응답시간에 대한 정보를 밸브 제어부(50)로 전송할 수 있다. 또한, 상기 통신부(70)는, 상기 히터(40)로부터 출수되는 물의 유량과, 이때의 물의 온도 등을 상기 메인제어장치(200)로 전송할 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치의 히터를 나타낸 분해 사시도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치의 히터가 결합된 모습을 나타내는 사시도이다.
도3및 도4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치의 히터(40)는, 상판히터(41), 하판히터(42), 히팅유로(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 도3 및 도4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온수공급장치의 히터(40)를 설명한다.
히터(40)는, 유입된 물을 기 설정된 가열용량으로 가열하는 것으로서, 도시된 바와 같이, 상기 히터(40)는 상판히터(41) 및 하판히터(42)로 나눌 수 있다. 상기 상판히터(41)는 유입된 물을 제1가열용량으로 가열하는 것일 수 있으며, 상기 하판히터(42)는 상기 상판히터(41)와 대향하는 것, 즉 마주보는 것으로서 상기 유입되는 물을 제2가열용량으로 가열할 수 있다.
상기 상판히터(41) 및 하판히터(42) 사이에는 히팅유로(43)가 구비될 수 있으며, 상기 히팅유로(43) 내부로 유입된 물이 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42) 중 적어도 어느 하나에 의하여 가열될 수 있다. 여기서 유입구(a)를 통하여 물이 상기 히팅유로(43)로 유입되어, 유출부(b)를 통하여 추출될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 히팅유로(43)에 유입되는 물의 양은 유입밸브를 이용하여 제어할 수 있으며, 상기 유입밸브는 제어부에 의하여 조절될 수 있다.
상기 제어부는 상기 목표수온, 상기 제1가열용량 및 제2가열용량을 이용하여 상기 유입밸브의 개폐정도를 제어할 수 있으며, 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42) 중 적어도 어느 하나를 선택하여, 상기 유입되는 물을 가열하는 전체 가열용량의 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부는 상기 목표수온, 상기 히팅유로에 유입되는 물의 유량 및 온도를 이용하여 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택할 수 있다.
여기서 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42)의 제1가열용량 및 제2가열용량은 서로 동일하거나 상이한 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 상판히터(41)는 950W, 하판히터(42)는 1450W의 가열용량을 가지는 것일 수 있다. 이는 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42) 중 어느 하나를 동작시키거나, 둘다 동작시키는 방법으로 상기 히터(40)의 전체 가열용량을 조절하기 위함이다.
즉, 상기 제어부는 상기 상판히터(41) 하나만을 동작시켜 950W의 가열용량으로 가열하거나, 상기 하판히터(42) 하나만을 동작시키면 1450W의 가열용량으로 가열할 수 있으며, 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42)를 모두 동작시켜 2400W의 가열용량으로 동작시킬수도 있다. 따라서, 유입되는 물의 온도, 출수시까지 요구되는 시간, 목표수온, 출수유량 등을 고려하여 상기 가열용량 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
또한, 상기 히터(40)의 가열용량 및 상기 히터(40)에 유입되는 물의 양을 각각 제어함으로써, 상기 온수공급장치(100)의 제어 범위를 보다 확장할 수 있다.
구체적으로, 히터(40)로 유입되는 물의 양이 적은 경우에는, 상기 상판히터(41) 하나만을 동작시켜 히터(40)의 가열용량을 낮춘 후 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있으며, 상기 히터(40)에 유입된 유량이 많은 경우에는 상기 하판히터(41)를 동작시키는 방식으로 상기 히터(40)의 가열용량을 높여서 상기 히터(40)에 유입된 물을 가열할 수 있다.
또한, 상기 목표수온이 높거나, 상기 온수공급장치(100)에게 요구되는 온수의 제공까지의 응답시간이 짧은 경우에는 상기 히터(40)에 유입되는 유량을 상기 히터(40)가 동작할 수 있는 최소한의 양으로 줄이고, 상기 상판히터(41) 및 하판히터(42)를 모두 동작시켜 가열 하는 방식으로 사용자가 요구하는 목표수온 및 응답시간을 충족시킬 수 있다.
추가적으로, 상기 제어부는 상기 히팅유로(43)로 유입되는 물의 양을 감지하여, 상기 유입되는 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터(40)를 동작하지 않을 수 있다. 이는 앞서 살핀바와 같이, 히터(40)가 과열되어 부품이 파손되는 등의 부작용을 방지하기 위함이다.
도5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 온수공급장치의 히터를 나타낸 사시도이다. 상기 도5는 상기 히팅유로(43)로 유입된 물이 국부적으로 과열되어 증기가 발생하지 않도록 하기 위하여 상기 히팅유로(43) 내부의 유로를 구성한 것이다.
구체적으로, 상기 히팅유로(43)는, 물이 가로로 유동하는 하나 이상의 가로부, 물이 세로로 이동하는 하나 이상의 세로부를 포함하는 것으로서, 상기 가로부의 너비는 유입구(a)로부터 유출구(b)로 갈수록 줄어들 수 있으며, 상기 가로부의 길이는 유입구(a)로부터 유출구(b)로 갈수록 길어질 수 있다. 그리고, 상기 세로부의 개수는 5개 이상 8개 이하일 수 있으며, 상기 가로부와 세로부의 연결부위는 곡면으로 이루어질 수 있다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급방법을 나타낸 순서도이다.
도6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급방법은 목표수온 입력단계(S10), 유량계산단계(S20), 유입밸브 제어단계(S30) 및 가열단계(S60)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 유입량감지과정(S50) 및 최저유량확인과정(S60)을 더 포함할 수 있다.
이하, 도6을 참조하여, 본원발명의 일 실시예에 따른 온수공급방법을 설명한다.
목표수온입력단계(S10)는, 사용자가 제공받고자 하는 물의 온도를 입력하면, 상기 사용자가 입력한 온도를 목표수온으로 설정할 수 있다. 상기 사용자가 입력한 온도에 관한 정보는 메인제어장치로부터 전송 받을 수 있다.
유량계산단계(S20)는, 상기 목표수온 및 히터의 히터가열용량을 이용하여 상기 히터에 유입할 물의 양을 계산할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 히터에 유입되는 유량은 수학식
Figure pat00005
을 이용하여 구할 수 있다. 여기서 V는 유입되는 물의 부피, w는 히터의 가열용량, c는 물의 비열, Δt는 가열시간, ρ는 물의 밀도, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도을 의미한다.
Δt는 히터에 유입된 물에 대한 히터의 가열시간으로서, 외부로부터 입력 받을 수도 있고, 고정된 상수일 수도 있다. T1은 목표수온으로서, 상기 목표수온 입력받는 단계(S10)에서 사용자가 제공받고자 하는 온수의 온도로 입력한 온도이다. T2는 유입되는 물의 수온으로서 별도의 온도 측정 과정에 의하여 측정하거나, 또는 기 설정된 상수일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 상기 유량계산단계(S20)는 피드백과정 및 오차보정과정을 더 포함할 수 있다. 상기 유량계산단계(S20)는, 상기 히터가열용량이 가변하는 경우에 발생할 수 있는 출수온도의 오차를 상기 피드백과정 및 오차보정과정을 통하여 조절할 수 있다.
구체적으로, 상기 히터가열용량은 상기 히터의 부하와 상기 히터에 인가되는 전원에 의하여 설정되는 것으로서, 상기 히터의 부하 및 상기 히터에 인가되는 전원이 일정하다면 상기 히터가열용량 또한 일정하게 유지된다. 하지만, 실제로는 상기 히터의 저항값 및 상기 히터에 공급하는 전원이 여러가지 요인에 의하여 변화되므로, 상기 히터가열용량이 가변할 수 있다. 예를들어, 2400W의 히터가열용량을 가지는 히터는 상용교류전원의 전압변화에 따라 실제 가열용량이 1800W ~ 3200W까지 가변할 수 있다.
상기 히터의 실제 가열용량과 히터가열용량의 차이에 불구하고 상기 히터가열용량으로 상기 히터에 유입할 물의 양을 설정하여 가열하면, 상기 히터의 출수온도는 목표수온과 큰 차이가 있을 수 있다. 따라서, 상기 히터의 가열용량이 가변하는 경우에도 목표수온을 가지는 물을 제공하기 위해서 상기 유량계산단계(S20)는 상기 피드백 과정 및 오차보정과정을 이용할 수 있다.
구체적으로, 상기 피드백 과정은 상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받아 상기 히터의 피드백가열용량을 계산할 수 있다. 히터의 가열용량은 와트(watt)로 표현할 수 있으므로, P = V*I = I^2*R = V^2/R을 이용하여 계산할 수 있다. 상기 전류 및 전압을 모두 피드백받는 경우에는 상기 히터의 정확한 가열용량을 계산할 수 있으나, 상기 전류 및 전압 중 어느 하나만을 피드백받는 경우에는 상기 히터 저항의 오차에 의하여 상기 계산된 피드백가열용량에도 오차가 있을 수 있다.
다만, 상기 히터 저항은 기 설정된 히터 저항값에 대하여 일정한 오차범위를 가지는 것으로서, 상기 히터 저항의 오차에 의한 피드백가열용량값의 변화량은 전체 피드백가열용량에 비하여 미미하며, 상기 히터 저항의 오차에 의한 피드백가열용량값의 변화는 수용가능한 범위내에 포함되는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 상기 히터에 인가되는 전류 또는 전압 중 적어도 어느 하나만 피드백받아, 상기 히터의 피드백가열용량을 계산할 수 있다.
추가적으로, 상기 히터의 저항값에 따른 오차를 최소화하기 위하여 상기 히터의 저항을 직접 측정할 수 있다. 즉, 상기 히터에 기 설정된 전압을 인가한 후, 상기 히터에서 출력되는 전류를 측정하는 방식으로 상기 히터의 저항값을 직접 측정할 수 있다. 상기 히터 저항의 오차는 상기 히터의 생산과정에서 발생하는 것으로서, 각각의 히터가 가지는 저항값은 서로 다를 수 있을 수 있으나, 각각의 히터는 고정된 크기의 저항값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 히터의 저항을 상기 히터의 생산과정이나 설치과정에서 1회 측정하고, 상기 측정한 저항값을 기준으로 상기 피드백가열용량을 계산하는 것도 가능하다.
이후 오차보정과정은, 상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여, 상기 히터에 유입하는 물의 양을 재설정할 수 있다. 즉, 상기 피드백 과정에서 계산한 피드백가열용량이 히터가열용량과 상이한 경우, 수학식
Figure pat00006
에서, 히터가열용량(w)을 피드백가열용량(w')으로 치환하여 상기 히터(40)에 유입할 물의 유량을 다시 계산할 수 있다.
유입밸브제어단계(S30)는, 상기 계산된 유량만큼 상기 히터에 물을 유입하기 위하여 유입 밸브를 제어할 수 있다. 상기 히터로 유입되는 물은 상기 유입 밸브를 통과하기 때문에 상기 유입 밸브의 개폐를 제어함으로써 상기 히터로 유입되는 물의 양을 제어할 수 있다.
상기 유입 밸브의 개폐의 제어방법은, 상기 유입 밸브에 유입되는 물의 양을 감지하여, 상기 감지된 유량이 상기 계산된 유입 유량과 동일하면 상기 유입 밸브를 닫는 방법으로 구현할 수 있다. 또는, 상기 유입되는 유량 및 상기 히터내부에 유입된 물의 양을 감지하여, 상기 유입 밸브의 개폐를 피드백 제어하는 방식으로 구현할 수도 있다.
가열단계(S60)는, 히터에 유입된 물에 대하여 히터의 가열용량으로 가열할 수 있다. 여기서 상기 가열용량은 상기 히터가 가질 수 있는 최대 가열용량일 수 있다.
추가적으로, 상기 가열단계(S60)는 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터의 동작주기를 조절하여 상기 히터의 히터가열용량을 제어할 수 있다.
상기 유입밸브제어단계(S30) 이후에, 유량감지과정(S50) 및 최저유량확인과정(S60)을 더 포함할 수 있다.
상기의 과정(S50, S60)에 의하여, 상기 히터에 최저동작유량을 초과하는 않은 경우에도 히터가 구동되는 것을 방지할 수 있다. 상기 히터에 최저동작유량 초과의 물이 유입되지 않은 경우에도 히터가 구동된다면, 히터가 과열되어 소손이 발생할 수 있으며, 화재 등의 위험이 있을 수 있다. 따라서, 상기의 과정(S50, S60)을 포함하여 히터에 최저동작유량을 초과하는 물이 유입되는 경우 한하여 상기 히터가 구동되도록 할 수 있다.
가열단계(S60)는, 서로 동일 또는 상이한 가열용량으로 설정된 복수의 발열기를 포함하는 히터를 이용할 수 있다. 여기서 상기 유입된 물을 히터로 가열하는 단계(S60)는 상기 히터로 유입되는 유량, 목표수온 및 상기 복수의 발열기의 가열용량을 이용하여 상기 복수의 발열기 중에서 구동시킬 발열기을 결정하는 과정 및 상기 결정된 복수의 발열기를 구동하여 상기 히터로 유입되는 물을 가열하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발열기의 설정된 가열용량은 상기 발열기의 최대 가열용량으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 온수공급방법은, 도시하지는 않았으나, 가열용량선택단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 히터는 제1가열용량을 가지는 상판히터 및 제2가열용량을 가지는 하판히터를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 가열용량선택단계에서 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하여 전체 가열용량의 크기를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 가열용량선택단계는 상기 목표수온, 상기 유입되는 물의 온도를 이용하여, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택할 수 있다.
상기 가열용량선택단계는, 상기 유입밸브제어단계(S30)와 동시에 또는 먼저 수행될 수 있으며, 상기 유입밸브제어단계(S30) 이후에 수행될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 온수공급장치 200: 메인제어장치
10: 유입밸브 20: 유량감지부
30: 히터구동제어부 40: 히터
41: 상판히터 42: 하판히터
43: 히팅유로 50: 밸브 제어부
60: 온도감지부 70: 통신부
S10: 목표수온입력단계 S20: 유량계산단계
S30: 유입밸브제어단계 S40: 유입량감지과정
S50: 최저유량확인과정 S60: 가열단계

Claims (18)

  1. 유입되는 물을 히터가열용량으로 가열하는 히터;
    상기 히터에 유입되는 물의 양을 조절하는 유입 밸브; 및
    목표수온 및 상기 히터가열용량을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 제어하는 밸브제어부를 포함하는 온수공급장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 밸브제어부는
    Figure pat00007

    여기서, V는 유입되는 물의 부피, w는 히터가열용량, c는 물의 비열, ρ는 물의 밀도, Δt는 가열시간, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도를 이용하여, 상기 히터로 유입되는 물의 유량을 계산하고, 상기 계산된 유량에 따라 상기 유입밸브의 개폐정도를 제어하는 온수공급장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히터는
    상기 히터가열용량을 상기 히터의 최대 가열용량으로 설정한 온수공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히터에 유입되는 물의 양을 감지하는 유량 감지부; 및
    상기 감지된 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않는 히터 제어부를 더 포함하는 온수공급장치.
  5. 제4항에 있어서 상기 히터제어부는,
    위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터의 동작주기를 조절하여, 상기 히터의 히터가열용량을 제어하는 온수공급장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밸브제어부는
    상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받는 피드백부를 더 포함하고,
    상기 피드백부에서 감지한 상기 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 히터의 피드백가열용량을 계산한 후, 상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여 상기 유입 밸브의 개폐 정도를 재설정하는 온수공급장치.
  7. 유입된 물을 제1 가열용량으로 가열하는 상판히터;
    상기 상판히터와 대향하는 것으로서, 상기 유입된 물을 제2가열용량으로 가열하는 하판히터;
    상기 상판히터 및 하판히터 사이에 구비되는 히팅유로;
    상기 히팅유로에 유입되는 물의 양을 조절하는 유입 밸브; 및
    목표수온, 상기 제1가열용량 및 제2가열용량을 이용하여 상기 유입밸브의 개폐정도를 제어하는 제어부를 포함하는 온수공급장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하여, 상기 유입되는 물을 가열하는 전체 가열용량의 크기를 조절하는 온수공급장치.
  9. 제8항에 있어서, 제어부는
    상기 목표수온, 상기 히팅유로에 유입되는 물의 유량 및 온도를 이용하여, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하는 온수공급장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 유입되는 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않는 온수공급장치.
  11. 목표수온 및 히터의 히터가열용량을 이용하여 상기 히터에 유입할 물의 양을 계산하는 유량계산단계;
    유입 밸브의 개폐정도를 조절하여, 상기 계산된 유량만큼 상기 히터에 물을 유입하는 유입밸브제어단계; 및
    상기 히터에 유입된 물을 상기 히터로 가열하는 가열단계를 포함하는 온수공급방법.
  12. 제11항에 있어서 상기 유량계산단계는,
    Figure pat00008

    여기서, V는 유입되는 물의 부피, w는 히터의 가열용량, c는 물의 비열, ρ는 물의 밀도, Δt는 가열시간, T1은 목표수온, T2는 유입되는 물의 온도를 이용하여, 상기 히터로 유입할 물의 유량을 계산하는 온수공급방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 히터가열용량은 상기 히터의 최대 가열용량인 온수공급방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 가열단계는,
    상기 히터로 유입되는 물의 양을 감지하는 유입량감지과정; 및
    상기 감지된 물의 양이 최저동작유량 이하이면 상기 히터를 동작하지 않는 최저유량확인과정을 더 포함하는 온수공급방법.
  15. 제14항에 있어서 상기 가열단계는,
    위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식에 따라 상기 히터의 동작주기를 조절하여 상기 히터의 히터가열용량을 제어하는 온수공급방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 히터는 제1가열용량을 가지는 상판히터 및 제2가열용량을 가지는 하판히터를 포함하는 것으로서,
    상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하여 전체 가열용량의 크기를 조절하는 가열용량선택단계를 더 포함하는 온수공급방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가열용량선택단계는
    상기 목표수온, 상기 유입되는 물의 유량 및 온도를 이용하여, 상기 상판히터 및 하판히터 중 적어도 어느 하나를 선택하는 온수공급방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 유량계산단계는
    상기 히터에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 어느 하나를 피드백 받아 상기 히터의 피드백가열용량을 계산하는 피드백과정; 및
    상기 피드백가열용량 및 상기 목표수온을 이용하여, 상기 히터에 유입하는 물의 양을 재설정하는 오차보정과정을 더 포함하는 온수공급방법.
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