KR20210048326A - 순환펌프 구동 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순환펌프에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 순환펌프의 구동 노이즈를 저감시킬 수 있는 구동 제어 방법에 대한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 다른 순환 장치는, 제1 제어신호에 의해 순환모터의 위치가 정렬되고, 제2 제어신호에 의해 구동 개시되는 순환펌프 및 순환펌프 동작 신호가 입력되면 제1 제어신호를 생성하여 출력하고, 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 제2 제어신호를 생성하여 출력하는 콘트롤러(이때, 제1 제어신호 및 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 순환펌프 구동 제어 방법은, 순환펌프 모터의 얼라인 단계에서는 비가청주파수로 모터를 제어하고, 순환펌프 모터의 동작 단계에서는 가청 주파수로 모터를 제어하여 순환펌프의 동작으로 인한 소음을 저감시킬 수 있다.

Description

순환펌프 구동 제어 방법{DRIVING CONTROL METHOD FOR CIRCULATION PUMP}
본 발명은 순환펌프에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 순환펌프의 구동 노이즈를 저감시킬 수 있는 구동 제어 방법에 대한 것이다.
보일러는 난방 환수 배관에서 유입되는 물을 가열하여 공급 배관으로 공급함으로써 난방을 수행하는 장치이고, 온수기는 배관에서 유입되는 물을 가열하여 공급 배관으로 공급함으로써 온수를 제공하는 장치이다. 보일러, 온수기와 같은 난방장치에서 물의 순환은 중요한 기능이다. 따라서, 난방장치에서는 고효율의 순환펌프가 사용되고 있다.
순환펌프는 내부로 물이 순환하는 특성 상 그 제어를 위한 별도의 센서가 구비되지 않고 있다(SENSORLESS). 순환펌프를 센서 없이 제어하기 위하여 5~20[KHz]의 가청 주파수 대역의 제어신호(PWM, Pulse Width Modulation)가 사용된다. 이러한 가청 주파수 대역의 제어신호는 소음을 유발하는 문제점이 있다.
한국공개특허 제10-2017-0035082호(주식회사 코아비스, BLDC 모터의 구동 제어 방법)
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 순환펌프의 동작으로 인한 소음을 저감시킬 수 있는 순환펌프 구동 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 제어신호에 의해 순환모터의 위치가 정렬되고, 제2 제어신호에 의해 구동 개시되는 순환펌프; 및 순환펌프 동작 신호가 입력되면 상기 제1 제어신호를 생성하여 출력하고, 상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 제2 제어신호를 생성하여 출력하는 콘트롤러;를 포함하되, 상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 순환 장치가 개시된다.
실시예에 따라, 상기 제1 제어신호는 비가청주파수에 상응하고, 상기 제2 제어신호는 가청주파수에 상응할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 제어신호의 주파수가 상기 제2 제어신호의 주파수보다 높은 주파수일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 순환장치에서 구비된 순환 펌프의 구동을 제어하는 방법에 있어서, 순환펌프에 구비된 순환모터가 제1 제어신호에 따라 위치가 정렬되는 단계; 및 상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 순환모터가 제2 제어신호에 따라 구동 개시되는 단계;를 포함하되, 상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 순환 펌프 구동 제어 방법이 개시된다.
실시예에 따라, 상기 제1 제어신호는 비가청주파수에 상응하고, 상기 제2 제어신호는 가청주파수에 상응할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 제어신호의 주파수가 상기 제2 제어신호의 주파수보다 높은 주파수일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 물이 미리 설정된 온도가 되도록 가열하는 가열기; 상기 가열기에 의해 가열된 물이 유입되는 공급관; 상기 공급관의 물이 순환한 후 유입되고, 유입된 물을 상기 가열기로 보내는 환수관; 상기 공급관 및 상기 환수관 내부의 물을 순환시키고, 제1 제어신호에 의해 순환모터의 위치가 정렬되고, 제2 제어신호에 의해 구동 개시되는 순환펌프; 및 순환펌프 동작 신호가 입력되면 상기 제1 제어신호를 생성하여 출력하고, 상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 제2 제어신호를 생성하여 출력하는 콘트롤러;를 포함하되, 상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 난방 장치가 개시된다.
본 발명에 따른 순환펌프 구동 제어 방법은, 순환펌프 모터의 얼라인 단계에서는 비가청주파수로 모터를 제어하고, 순환펌프 모터의 동작 단계에서는 가청 주파수로 모터를 제어하여 순환펌프의 동작으로 인한 소음을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환장치에 대한 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환모터 제어신호에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프 구동 제어 방법에 대한 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 장치에 대한 블록구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 순환 장치(100)는 액체를 순환시킬 수 있는 장치로서, 보일러 또는 온수기 등과 같은 난방 장치일 수 있다. 도 1에서는 순환 장치(100)를 보일러로 가정하여 설명하고 있으나, 온수기 등에도 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 순환 장치(100)는 난방소요처(170)에 공급수의 열을 전달한 환수가 유입되는 환수관(110), 구비된 버너 또는 히터에 의해 환수를 설정된 온도가 되도록 가열하는 가열기(120), 가열기(120)에 의해 가열된 공급수를 난방소요처(170)로 공급하는 공급관(130), 환수관(110), 가열기(120), 공급관(130) 및 난방소요처(170)를 연결하는 난방 배관 내부의 물을 순환시키기 위한 순환펌프(140) 및 순환펌프(140)에 구비된 모터(이하, '순환모터'라 칭함)의 구동을 제어하는 콘트롤러(150)를 포함할 수 있다.
순환 장치(100)의 구성 중 순환펌프(140) 및 순환펌프(140)의 구동을 제어하는 콘트롤러(150)를 제외한 나머지 구성들은 일반적인 보일러(100)에서의 동작과 대동소이하다. 따라서 이하에서는 순환펌프(140) 및 순환펌프(140)(특히 순환모터)의 동작을 제어하는 콘트롤러(150)의 동작을 구체적으로 설명한다.
순환펌프(140)는 난방 배관 내부의 물을 순환시키기 위한 펌프일 수 있다. 예를들어, 순환펌프(140)는 난방 배관 내부의 물의 온도가 미리 설정된 온도(예를 들어 섭씨 85도) 이상이 되면 동작 개시될 수 있다. 즉, 콘트롤러(150)는 난방 배관 내부의 물의 온도를 감지하여 물의 온도가 미리 설정된 온도(예를 들어 섭씨 85도) 이상이 되면 순환펌프(140)의 동작을 개시하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 순환펌프(140)는 당해 신호의 입력에 따라 동작이 개시되어 난방 배관 내부의 물을 순환시킬 수 있다.
또한, 순환펌프(140)는 난방 배관 내부의 물의 온도가 미리 설정된 온도 이하가 되면 동작이 정지될 수 있다. 즉, 콘트롤러(150)는 난방 배관 내부의 물의 온도를 감지하여 물의 온도가 미리 설정된 온도(예를 들어 섭씨 45도) 미만이 되면 순환펌프(140)의 동작을 정지시키기 위한 신호를 생성할 수 있다. 순환펌프(140)는 당해 신호의 입력에 따라 동작이 정지되어 난방 배관 내부 물의 순환을 정지시킬 수 있다.
순환펌프(140)에 포함된 순환모터는 3상 모터일 수 있다. 3상 모터는 회전자의 위치에 의해 회전시 최대코트를 얻기 위해 여자되어야 할 상(phase)이 결정된다. 회전자가 회전하고 있는 경우 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 있으며, 이를 기초로 최대토크를 얻기 위한 적절한 상을 선택적으로 여자시켜 모터를 회전시킬 수 있다. 3상 모터의 초기구동 시에는 역기전력에 따라 회전자의 위치를 측정할 수 없기 때문에 위치감지용 센서를 이용할 수 있다. 회전자의 위치에 따른 적절한 상을 여자시키지 못하는 경우, 3상 모터의 초기 구동에 실패할 수 있으며 구동시간이 오래 걸리고 불필요한 전력의 소비가 발생할 수 있다.
그런데, 보일러의 순환모터와 같이, 그 구동 환경이 위치감지용 센서를 장착하기 어려운 구조에서는 고정자를 여자시킴으로써 회전자를 강제 정렬 시키고 정렬된 위치로부터 구동을 시작하는 방법이 사용될 수 있다. 3상 모터의 회전자를 강제 정렬시킨 후 구동시키는 방법으로 PWM(Pulse Width Modulation) 구동신호를 3상 모터에 입력하는 방법이 사용될 수 있다.
콘트롤러(150)가 순환펌프(140)의 순환모터를 구동시키는 방법에 대해 자세히 설명하면, 먼저 콘트롤러(150)는 순환모터의 구동이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 콘트롤러(150)는 난방 배관 내부 물의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되면 순환모터의 구동이 필요하다고 판단할 수 있다.
콘트롤러(150)는 순환모터의 구동이 필요한 경우, 제1 제어신호인 PWM신호를 생성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 순환모터는 구동 개시 시 회전자의 위치 정렬이 필요하다. 따라서 콘트롤러(150)는 순환모터의 회전자의 위치 정렬을 위한 PWM 신호인 제1 제어신호를 생성하여 순환펌프(140)로 출력할 수 있다. 제1 제어신호에 의해 순환모터의 회전자는 미리 설정된 위치로 강제 정렬될 수 있다.
여기서, 제1 제어신호는 비가청주파수 대역의 신호가 사용될 수 있다. 순환모터가 구동되지 않는 상황에서는 순환 장치(100)인 보일러는 구동에 따른 소음이 매우 적은 상태일 수 있다. 이때 가청주파수 대역의 신호로 순환모터가 구동될 경우 순환모터의 정렬로 인한 소음으로 사용자들이 불편을 겪을 수 있다. 특히 보일러가 일반 가정에 설치되어 있고, 사용자가 잠든 심야 시간에 순환모터가 구동 개시될 경우 특히 문제될 수 있다. 따라서, 제1 제어신호는 비가청주파수 대역(예를 들어 20[KHz]를 초과하는 주파수 대역)의 신호일 수 있다.
순환모터의 회전자 위치 정렬이 완료되면, 콘트롤러(150)는 순환모터의 가속을 위한 PWM 신호인 제2 제어신호를 생성하여 순환펌프(140)로 출력할 수 있다. 제2 제어신호에 의해 순환모터의 회전자는 가속되면서 구동될 수 있다.
여기서, 제2 제어신호는 제1 제어신호와 달리 가청주파수 대역의 신호가 사용될 수 있다. 순환모터가 구동되기 시작하면, 순환모터 외 순환 장치(100)의 다른 구성 요소들(예를 들어, 팬(Fan) 등)도 함께 동작될 것이기 때문에 순환모터의 구동 소음으로 인한 불편이 상대적으로 줄어들 것이기 때문이다. 따라서, 제2 제어신호는 비가청주파수 대역(예를 들어 5[KHz] 내지 20[KHz] 사이의 주파수 대역)의 신호일 수 있다.
따라서 제1 제어신호와 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호일 수 있고, 제1 제어신호가 제2 제어신호에 비하여 높은 주파수 대역의 신호일 수 있다.
이후 콘트롤러(150)는 순환모터의 구동 정지가 필요한 경우, 제2 제어신호인 PWM 신호의 출력을 제거하여 순환모터의 구동을 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 콘트롤러(150)는 난방 배관 내부 물의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 되면 순환모터의 구동 정지가 필요하다고 판단하여 제2 제어신호의 출력을 제거할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 순환모터 제어신호에 대한 시뮬레이션 결과 도면이다.
도 2에 예시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프(140)의 순환모터는 비가청주파수 대역에 상응하는 제1 제어신호에 의해 회전자 강제 정렬을 수행하고, 가청주파수 대역에 상응하는 제2 제어신호에 의해 가속될 수 있다.
이에 의하여 사용자는 순환 장치(100)가 본격적으로 구동되지 않는 상태에서(즉, 구동 소음이 매우 적은 상태에서) 순환모터가 구동 개시되어도 소음으로 인한 불편함을 겪지 않을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프 구동 제어 방법에 대한 순서도이다.
이하 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 순환펌프 구동 제어 방법에 대해 설명한다. 이하에서 설명될 각 단계들은 도 1을 참조하여 설명한 순환 장치(100)의 각 구성(특히 콘트롤러(150))에서 수행되는 단계들일 수 있으나, 이해와 설명의 편의를 위하여 순환 장치(100)에서 수행되는 것으로 통칭하여 설명한다.
단계 S310에서, 순환 장치(100)는 순환펌프(140)의 순환모터가 구동되어야 하는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 예를 들어, 순환 장치(100)는 난방 배관 내부 물의 온도가 미리 설정된 온도 이상이 되면 순환모터의 구동이 필요하다고 판단할 수 있다.
단계 S320에서, 순환모터의 구동이 필요하다고 판단되면, 순환 장치(100)는 순환모터의 회전자 위치 정렬을 위한 제1 제어신호인 PWM 신호를 생성할 수 있다. 순환모터는 구동 개시 시 회전자의 위치 정렬이 필요하다. 따라서 순환 장치(100)는 순환모터의 회전자의 위치 정렬을 위한 PWM 신호인 제1 제어신호를 생성할 수 있다. 제1 제어신호에 의해 순환모터의 회전자는 미리 설정된 위치로 강제 정렬될 수 있다. 여기서, 제1 제어신호는 비가청주파수 대역의 신호가 사용될 수 있다.
단계 S330 내지 S340에서, 순환모터의 회전자 위치 정렬이 완료되면, 순환 장치(100)는 순환모터의 가속을 위한 PWM 신호인 제2 제어신호를 생성할 수 있다. 제2 제어신호에 의해 순환모터의 회전자는 가속되면서 구동될 수 있다. 여기서, 제2 제어신호는 제1 제어신호와 달리 가청주파수 대역의 신호가 사용될 수 있다.
단계 S350 내지 S360에서, 순환 장치(100)는 순환모터의 구동 정지가 필요한 경우, 제2 제어신호인 PWM 신호의 출력을 제거하여 순환모터의 구동을 정지시킬 수 있다. 예를 들어, 순환 장치(100)는 난방 배관 내부 물의 온도가 미리 설정된 온도 미만이 되면 순환모터의 구동 정지가 필요하다고 판단하여 제2 제어신호의 출력을 제거할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 순환펌프 구동 제어 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터 시스템에 의하여 해독될 수 있는 데이터가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 난방장치
110 : 환수관
120 : 가열기
130 : 공급관
140 ; 순환펌프
150 : 콘트롤러
170 : 난방소요처

Claims (7)

  1. 제1 제어신호에 의해 순환모터의 위치가 정렬되고, 제2 제어신호에 의해 구동 개시되는 순환펌프; 및
    순환펌프 동작 신호가 입력되면 상기 제1 제어신호를 생성하여 출력하고, 상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 제2 제어신호를 생성하여 출력하는 콘트롤러;
    를 포함하되,
    상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 순환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 비가청주파수에 상응하고, 상기 제2 제어신호는 가청주파수에 상응하는, 순환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어신호의 주파수가 상기 제2 제어신호의 주파수보다 높은 주파수인, 순환장치.
  4. 순환장치에서 구비된 순환 펌프의 구동을 제어하는 방법에 있어서,
    순환펌프에 구비된 순환모터가 제1 제어신호에 따라 위치가 정렬되는 단계; 및
    상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 순환모터가 제2 제어신호에 따라 구동 개시되는 단계;
    를 포함하되,
    상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 순환 펌프 구동 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 제어신호는 비가청주파수에 상응하고, 상기 제2 제어신호는 가청주파수에 상응하는, 순환 펌프 구동 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 제어신호의 주파수가 상기 제2 제어신호의 주파수보다 높은 주파수인, 순환 펌프 구동 제어 방법.
  7. 물이 미리 설정된 온도가 되도록 가열하는 가열기;
    상기 가열기에 의해 가열된 물이 유입되는 공급관;
    상기 공급관의 물이 순환한 후 유입되고, 유입된 물을 상기 가열기로 보내는 환수관;
    상기 공급관 및 상기 환수관 내부의 물을 순환시키고, 제1 제어신호에 의해 순환모터의 위치가 정렬되고, 제2 제어신호에 의해 구동 개시되는 순환펌프; 및
    순환펌프 동작 신호가 입력되면 상기 제1 제어신호를 생성하여 출력하고, 상기 순환모터의 위치 정렬이 완료되면 상기 제2 제어신호를 생성하여 출력하는 콘트롤러;
    를 포함하되,
    상기 제1 제어신호 및 상기 제2 제어신호는 주파수가 상이한 신호인, 난방 장치.
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