KR20210077622A - 수전 제어 장치 및 방법, 그리고 수전 - Google Patents

Abstract

수전 제어 장치 및 방법, 그리고 수전이 개시된다. 본 발명에 따른 수전 제어 장치는, 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 입력수단, 온수관 및 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 수량을 각각 측정하는 제1수량 센서와 제2수량 센서, 온수관 및 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 온도를 각각 측정하는 제1온도 센서와 제2온도 센서, 내부에 히터를 구비하여 온수관으로부터 공급되는 온수를 1차로 가열하여 보관하는 가열 수조, 가열 수조 내의 물의 온도를 측정하는 제3온도 센서, 온수관으로부터 공급되는 온수를 출력하는 온수 직수관, 가열 수조로부터 입력되는 가열 온수, 온수 직수관으로부터 입력되는 온수 및 냉수관으로부터 입력되는 냉수를 선택적으로 혼합하여 배출하는 전자 밸브, 및 가열수조 내의 물의 온도를 기초로 가열 수조 내에 구비된 히터의 구동 여부를 제어하고, 상기 배출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 배출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 전자 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어기를 구비한다.

Description

수전 제어 장치 및 방법, 그리고 수전{Faucet control device and method, and faucet}

본 발명은 자동 온도 조절이 가능한 수전 제어 장치 및 방법, 그리고 수전에 관한 것이다.

씽크대나 세면대 등에 설치되는 수전은 냉, 온수배관에서 냉, 온수가 각각 공급되도록 형성된 본체와, 본체에 설치되어 물의 단속 및 냉온수의 선택을 행하는 레버로 구성된다. 사용자가 레버를 잡고 회전시키거나 승강시키면 물을 차단하거나 공급할 수 있고 또한 공급되는 물의 온도를 조절할 수 있다. 레버를 개폐시키면서 물의 양을 조절함과 아울러 하나의 수전 금구에서 온수와 냉수가 같이 나오는 경우 레버의 회전 각도를 조절함으로써 물의 온도를 조절하게 된다.

수전을 통해 공급되는 온수의 온도는 개별 공급 시스템일 경우에는 보일러의 상태에 영향을 받게 된다. 예를 들어, 이미 보일러를 충분히 가동하여 온수가 확보된 상태에서는 수전을 동작시킴과 동시에 온수가 공급되지만, 보일러 가동이 얼마 되지 않은 시점에서는 처음엔 냉수가 공급되다가 차츰 온수의 양이 많아지면서 소정 온도에 도달하게 된다. 한편, 중앙 공급 시스템일 경우에는 온수 공급원으로부터 온수 소비지까지의 거리, 외부 기온, 수압, 인접 가구의 온수 사용여부 등에 영향을 받게 된다.

또한, 온수 급수전 내부의 온도가 균일하지 않을 경우 갑자기 고온의 물이 수전을 통해 공급되거나 온수 공급 중에 물의 온도가 달라지는 경우도 자주 발생된다. 이러한 온수 온도의 갑작스런 변화는 자칫 고온의 온수로 인하여 피부에 화상이 발생될 수도 있고, 공급되는 물의 온도가 순간적으로 차가워짐으로써 사용자에게 불편을 줄 수 있다. 나아가 온수의 공급 수압이 변하는 경우에도 물의 온도가 달라지게 되는 문제가 있다.

이와 관련하여 한국등록특허 제10-1986942호에는 자동 온도 조절이 가능한 수전, 그 제어 장치 및 방법을 제시되어 있다. 그러나 해당 특허에 기재된 수전은 전력이 충분하게 공급되는 환경에서 목표하는 동작이 가능하다는 점에서 한계가 존재한다. 즉, 한국과 같이 가정내 최대전력이 약 5 Kw이고, 가정용 콘센트의 최대전력이 약 3 Kw인 경우에 50 ㎖의 물을 1초 동안 히터로 데우면 약 12 ℃ 상승시킬 수 있다. 이와 같은 상황에서 온수과 내의 온수 온도가 20 ℃로 낮아져 있다면, 온수관으로부터 초당 50 ㎖의 온수가 출수되도록 밸브를 제어한다해도 1초 동안 온수 온도를 32 ℃까지 상승시킬 수 있게 된다. 이러한 온도는 사용자가 희망하는 온도보다 지나치게 낮기 때문에 수전에서 얻고자 하는 목표를 달성하기 어렵게 된다.

본 발명은 자동 온도 조절이 가능한 수전 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 온수 또는 냉수의 공급 수압이 변하더라도 배출되는 온도를 일정하게 유지하도록 자동 조절할 수 있는 수전 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 온수 또는 냉수의 공급 수압이 변하더라도 배출되는 온도를 일정하게 유지하도록 자동 조절할 수 있는 수전을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 자동 온도 조절이 가능한 수전 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 입력수단; 온수관 및 냉수관에 설치되어 온수와 냉수의 수량을 각각 측정하는 제1 수량 센서와 제2 수량 센서; 상기 온수관 및 상기 냉수관에 설치되어 온수와 냉수의 온도를 각각 측정하는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서; 내부에 히터를 구비하여 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 1차로 가열하여 보관하는 가열 수조; 상기 가열 수조 내의 물의 온도를 측정하는 제3 온도 센서; 내부에 히터를 구비하여 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 2차로 가열하여 제공하는 가열 모듈; 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 가열 수조와 상기 가열 모듈로 사전에 설정된 비율로 분배하는 분배기; 상기 가열 수조로부터 출수되는 1차 가열 온수와 상기 가열 모듈로부터 출수되는 2차 가열 온수가 혼합된 혼합 온수의 온도를 측정하는 제4 온도 센서; 상기 온수와 냉수의 배출구에 설치되는 자동 구동 밸브 모듈; 상기 가열수조 내의 물의 온도를 기초로 상기 가열 수조 내에 구비된 히터의 구동 여부를 제어하고, 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제4온도 센서에 의해 측정된 값들을 기초로 상기 가열 모듈의 구동 여부 및 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하여 상기 배출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 배출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 하는 제어기;를 포함하는 수전 제어 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 입력수단은 수전 노브의 작동 종료시의 수평 회전각과 수직 회전각 중 적어도 하나를 측정하는 각도 센서이다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 수전 노브의 최대 수평 회전각의 중간을 수평회전 기준점으로 설정하고, 상기 수전 노브의 최하단 위치를 수직회전 기준점으로 설정하며, 상기 수평 회전 기준점 및 상기 수직 회전 기준점을 이용하여 상기 수전 노브의 상기 수평 회전각과 상기 수직 회전각을 산출한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 수전 노브의 정지 위치에 대응하는 배출수의 목표 수량 및 목표 온도를 산출하고, 상기 온수와 냉수의 수압을 이용하여 산출한 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 온수와 냉수의 온도를 기초로 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하여 상기 배출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 한다.

바람직하게는, 상기 입력수단은 무선통신기능을 구비하여 사용자가 설정한 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 상기 제어기로 전송하는 무선제어장치이다.

바람직하게는, 상기 입력수단은 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 입력받아 자체에 구비된 출력장치에 표시하고 상기 제어부에 제공하는 입력패널이다.

바람직하게는, 상기 분배기는 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 가열 수조와 상기 가열 모듈로 1:1 내지 1:4의 수량비로 분배한다.

바람직하게는, 상기 자동 구동 밸브 모듈은 상기 온수와 냉수의 배출구에 각각 설치되는 제1 전자 밸브 및 제2 전자 밸브를 포함하며, 상기 제어기는 상기 혼합 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제4 온도 센서에 의해 측정된 값들을 이용하여 상기 배출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 제1 전자 밸브 및 제2 전자 밸브의 개방 정도를 제어한다.

바람직하게는, 상기 자동 구동 밸브 모듈은 상기 온수와 냉수의 배출구로부터 공급되는 온수와 냉수를 혼합하여 배출하는 제3 전자 밸브를 포함하며, 상기 제어기는 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제4 온도 센서에 의해 측정된 값들을 기초로 상기 배출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 제3 전자 밸브를 제어한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온수 온도가 상기 배출수의 목표 온도보다 높은 경우, 상기 배출수의 목표 수량, 상기 온수의 온도, 상기 냉수의 온도, 상기 온수의 수량 및 상기 냉수의 수량을 이용하여 냉수의 증가량을 계산하고, 상기 냉수의 증가량만큼 온수의 감소량을 설정하되, 상기 냉수의 증가량 및 상기 온수의 감소량을 반영하여 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온수 온도가 상기 배출수의 목표 온도 미만인 경우, 상기 제4 온도 센서에 의해 측정된 온수 온도가 상기 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도에 대응하는 배출수의 목표 온도에 도달할 때까지 상기 가열 모듈을 가동시키고, 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 냉수가 배출되지 않도록 하되 상기 온수의 수량이 상기 배출수의 목표 수량보다 적으면 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 온수가 전량 배출되도록 하고, 상기 온수의 수량이 상기 배출수의 목표 수량보다 많으면 상기 배출수의 수량이 상기 배출수의 목표 수량과 동일하도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고, 상기 제1 온도 센서에 의해 측정된 온수 온도가 상기 배출수의 목표 온도에 도달하면, 상기 가열 모듈의 가동을 중단하고, 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 온도 센서와 제2 온도 센서에 의해 측정된 상기 온수와 냉수의 온도를 기초로 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 상기 배출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 온수의 수량과 상기 냉수의 수량이 모두 증가한 경우, 상기 배출수 수량을 유지하도록 증가한 온수의 수량 및 냉수의 수량만큼 상기 온수의 수량 및 상기 냉수의 수량을 감소시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하며, 상기 온수의 수량이 감소한 경우 상기 배출수 온도를 유지하도록 상기 감소한 온수의 수량만큼 상기 냉수의 수량이 감소되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하며, 상기 냉수의 수량이 감소한 경우 상기 배출수 온도를 유지하도록 상기 감소한 냉수의 수량만큼 상기 온수의 수량을 감소시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어한다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 온수의 수량이 감소한 경우, 상기 배출수의 수량을 유지하도록 상기 온수의 수량이 감소한 만큼 냉수의 수량이 증가되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고, 상기 배출수의 온도를 유지하도록 상기 배출수 온도에 상응하여 상기 가열 모듈을 가동시킨다.

바람직하게는, 상기 제어기는, 상기 온수 또는 냉수의 수압이 변할 경우에 수압 변화량에 따른 상기 배출수의 온도 변화량을 산출하여 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어한다.

바림직하게는, 상기 가열 모듈은 상기 분배기와 상기 가열 수조로부터 1차 가열 온수가 출수되는 지점 사이에 배치된다.

바람직하게는, 상기 가열 모듈은 복수 개의 히터로 구성되며, 상기 분배기 쪽에 인접한 히터부터 순차적으로 또는 선택적으로 가동된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내부에 히터를 구비하여 온수관으로부터 공급된 온수를 1차로 가열하여 보관하는 가열수조, 상기 가열수조로부터 출수되는 1차 가열 온수와 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 설정된 비율로 혼합하여 제공하는 혼합기, 상기 혼합기로부터 출수되는 혼합 온수를 제공받아 2차로 가열하여 제공하는 가열 모듈, 온수 및 냉수의 토출구에 설치되는 자동 구동 밸브 모듈을 제어하는 수전 제어 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결되는 메모리;를 포함하고, 상기 메모리는, 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제5 온도 센서에 의해 측정된 값들을 기초로 토출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 토출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하는 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 수전 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 사용자로부터 토출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 입력수단; 온수관 및 냉수관에 설치되어 온수와 냉수의 수량을 각각 측정하는 제1 수량 센서와 제2 수량 센서; 상기 온수관 및 상기 냉수관에 설치되어 온수와 냉수의 온도를 각각 측정하는 제1 온도 센서와 제2 온도 센서; 내부에 가열기를 구비하여 상기 온수관으로부터 공급된 온수를 1차로 가열하여 보관하는 가열수조; 상기 가열수조 내의 물의 온도를 측정하는 제3 온도 센서; 상기 가열수조로부터 출수되는 1차 가열 온수와 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 설정된 비율로 혼합하여 제공하는 혼합기; 상기 혼합기로부터 출수되는 혼합 온수의 온도를 측정하는 제4 온도 센서; 상기 혼합기로부터 출수되는 혼합 온수를 제공받아 2차로 가열하여 제공하는 가열 모듈; 상기 가열 모듈로부터 출수되는 2차 가열 온수의 온도를 측정하는 제5 온도 센서; 상기 온수와 냉수의 토출구에 설치되는 자동 구동 밸브 모듈; 상기 가열수조 내의 물의 온도를 기초로 상기 가열수조 내에 구비된 히터의 구동 여부를 제어하고, 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제5 온도 센서에 의해 측정된 값들을 기초로 상기 가열 모듈의 구동 여부 및 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하여 상기 토출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 토출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 하는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는, 온수와 냉수의 수량 및 온수와 냉수의 온도를 모니터링하여 적응적으로 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하되, (a) 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 혼합 온수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도 미만인 경우, (a1) 상기 제5온도 센서에 의해 측정된 온수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도에 도달할 때까지 상기 가열 모듈을 가동시키고, 냉수가 토출되지 않도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하되 상기 온수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량보다 적으면 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 온수가 전량 토출되도록 하고, 상기 온수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량보다 많으면 상기 토출수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량과 동일하도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고, (a2) 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 온수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도에 도달하면, 상기 가열 모듈의 가동을 중단하고, 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 제4온도 센서와 제2온도 센서에 의해 측정된 상기 혼합 온수와 냉수의 온도를 기초로 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 상기 토출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 하고, (b) 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 온수 온도가 상기 토출수의 목표 온도 이상인 경우, (b1) 상기 온수와 냉수의 수량 및 상기 혼합 온수와 냉수의 온도를 기초로 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 상기 토출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 하고, (b2) 상기 토출수의 수량 및 온도가 상기 목표 수량 및 목표 온도가 된 상태에서 상기 온수의 수량 및 상기 냉수의 수량 중 적어도 하나가 변경되면, (b21) 온수의 수량과 상기 냉수의 수량이 모두 증가한 경우, 온수의 수량 및 냉수의 수량을 감소시켜 상기 토출수의 수량 및 온도가 상기 토출수의 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하며, (b22) 온수의 수량이 감소한 경우, 감소한 온수의 수량만큼 냉수의 수량을 감소시켜 상기 토출수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도가 되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하거나, 온수의 감소량만큼 냉수의 수량을 증가시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고 상기 가열 모듈을 가동시켜 상기 온수의 온도를 높이도록 제어하며, (b23) 냉수의 수량이 감소한 경우 감소한 냉수의 수량만큼 온수의 수량을 감소시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 자동 온도 조절이 가능한 수전 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, (a) 사용자로부터 희망하는 토출수의 온도와 수량을 입력받는 단계; (b) 온수관과 냉수관 내의 온수와 냉수의 수량을 측정하는 단계; (c) 상기 온수관과 냉수관 내의 온수와 냉수의 온도를 측정하는 단계; (d) 상기 사용자로부터 희망하는 토출수의 온도와 수량에 대응하는 토출수의 목표 수량과 목표 온도를 산출하는 단계; (e) 상기 온수관 내의 온수를 사전에 설정된 온도로 가열된 온수가 저장되어 있는 가열수조 내의 온수와 혼합하여 혼합 온수를 제공하는 단계; (f) 상기 토출수의 온도와 수량이 상기 토출수의 목표 수량과 목표 온도와 동일해 지도록 상기 혼합 온수와 냉수의 수량 및 온도를 이용하여 상기 온수와 냉수의 토출구에 설치된 자동 구동 밸브 모듈을 제어하는 단계;를 포함하며, (f1) 상기 혼합 온수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도보다 높으면 상기 토출수의 목표 수량, 상기 혼합 온수의 온도, 상기 냉수의 온도, 상기 혼합 온수의 수량 및 상기 냉수의 수량을 이용하여 냉수의 증가량을 계산하고, 상기 냉수의 증가량만큼 상기 혼합 온수의 감소량을 설정하되, 상기 냉수의 증가량 및 상기 혼합 온수의 감소량을 반영하여 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하고, (f2) 상기 혼합 온수의 온도가 상기 토출수의 목표 온도 미만이면, 상기 혼합 수조의 후단에 배치된 가열 모듈에 의해 상기 혼합 온수를 상기 배출수의 목표 온도에 도달할 때까지 가열하고, 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 냉수가 토출되지 않도록 하되 상기 혼합 온수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량보다 적으면 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하여 온수가 전량 토출되도록 하고, 상기 온수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량보다 많으면 상기 토출수의 수량이 상기 토출수의 목표 수량과 동일하도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고, (g1) 상기 혼합 온수의 수량과 상기 냉수의 수량이 모두 증가하면, 상기 토출수의 수량을 유지하도록 증가한 혼합 온수의 수량 및 냉수의 수량만큼 상기 혼합 온수의 수량 및 상기 냉수의 수량을 감소시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어하며, (g2) 상기 혼합 온수의 수량이 감소하면, 상기 토출수 온도를 유지하도록 상기 감소한 혼합 온수의 수량만큼 상기 냉수의 수량이 감소되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하며, (g3) 상기 냉수의 수량이 감소하면, 상기 토출수 온도를 유지하도록 상기 감소한 냉수의 수량만큼 상기 혼합 온수의 수량을 감소시키도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어한다.

바람직하게는, 상기 혼합 온수의 수량이 감소하면, 상기 토출수의 수량을 유지하도록 상기 혼합 온수의 수량이 감소한만큼 냉수의 수량이 증가되도록 상기 자동 구동 밸브 모듈을 제어하고, 상기 토출수의 온도가 목표 온도가 되도록 상기 가열 모듈에 의해 상기 혼합 온수를 가열한다.

바람직하게는, 상기 혼합 온수 또는 냉수의 수량이 변하면, 수량 변화량에 따른 상기 토출수의 온도 변화량을 산출하여 상기 자동 구동 밸브 모듈의 개방 정도를 제어한다.

본 발명에 따른 수전 제어 장치의 바람직한 또 다른 실시예는, 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 입력수단; 온수관 및 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 수량을 각각 측정하는 제1수량 센서와 제2수량 센서; 상기 온수관 및 상기 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 온도를 각각 측정하는 제1온도 센서와 제2온도 센서; 내부에 히터를 구비하여 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 가열하여 보관하고, 사용자에 의한 수전 사용시 가열된 온수를 수전측으로 공급하는 가열 수조; 상기 가열 수조 내의 물의 온도를 측정하는 제3온도 센서; 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 수전측으로 공급하는 온수 직수관; 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 가열 수조와 상기 온수 직수관으로 사전에 설정된 비율에 따라 분배하는 분배기; 상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수, 상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수 및 상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 혼합하여 사용자로부터 입력받은 희망 수량과 희망 온도의 배출수를 배출관을 통해 수전으로 공급하는 전자 밸브; 상기 전자 밸브의 배출관을 통해 공급되는 배출수의 온도를 측정하는 제4온도 센서; 및 상기 가열 수조 내의 물의 온도를 기초로 상기 가열 수조 내에 구비된 히터의 구동 여부를 제어하고, 상기 배출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 배출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 전자 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어기;를 구비한다.

바람직하게는, 상기 전자 밸브는, 내부에 원통형의 수용공간이 형성된 하우징; 상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제1입수관; 상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제2입수관; 상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제3입수관; 상기 배출수를 상기 수전으로 출력하는 배출관; 상기 하우징의 길이 방향으로 이동가능하게 상기 원통형의 수용공간 내에 삽입되며, 상기 수용공간 내에서의 위치에 따라 상기 제1 내지 제3입수관 중에서 1개 또는 2개의 입수관의 개방 정도를 결정하는 개폐기; 상기 제어기의 제어에 의해 회전하는 모터; 및 상기 모터와 상기 개폐기를 기계적으로 연결하여 상기 모터의 회전운동을 상기 개폐기의 직선운동으로 변환하는 회전축;을 구비한다.

바람직하게는, 상기 수전과 상기 전자 밸브 사이에 설치되어 상기 전자 밸브로부터 입력받은 배출수를 상기 수전으로 제공하는 제2전자 밸브를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 전자 밸브의 배출관을 통해 입력받은 배출수를 수량을 상기 배출수의 목표 수량에 대응하도록 상기 제2전자 밸브를 제어한다.

바람직하게는, 상기 개폐기는 상기 수용공간 내에서 상기 제1입수관과 상기 제2입수관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제1이동 범위, 상기 제2입수관과 상기 제3입수관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제2이동 범위 및 상기 제1입수관과 상기 제3입수관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제3이동 범위 내에서 상기 모터의 회전 방향과 회전량에 따라 위치가 결정된다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1온도 센서 내지 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 모터의 회전 방향과 회전량을 제어하여 상기 개폐기의 위치를 결정하되, i) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상이면, 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, ii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, iii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 상기 제3온도 센서의 측정값이 상기 제1온도 센서의 측정값보다 높으면, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상인 경우에 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮은 경우에 상기 개폐기는 상기 제2이동 범위 내에서 위치가 결정되되 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 높게 되는 시점부터 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, iv) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 상기 제3온도 센서의 측정값이 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정된다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동한다.

바람직하게는, 상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 수조를 통해 공급되는 가열 온수와 상기 온수 직수관을 통해 공급되는 온수의 혼합비율, 상기 가열 수조를 통해 공급되는 가열 온수와 상기 냉수관을 통해 공급되는 냉수의 혼합비율, 또는 상기 온수 직수관을 통해 공급되는 온수와 상기 냉수관을 통해 공급되는 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 제어한다.

바람직하게는, 상기 분배기와 상기 가열 수조 사이에는 열차단을 위한 차폐장치가 구비된다.

바람직하게는, 상기 차폐장치는 일방향 밸브이다.

바람직하게는, 상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고, 상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1입수관과 상기 제3입수관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1입수관과 상기 제3입수관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1온도 센서 내지 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 모터의 회전 방향과 회전량을 제어하여 상기 개폐기의 위치를 결정하되, i) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상이면, 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, ii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, iii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크면, 상기 제1온도 센서의 측정값이 상기 목표 온도 이상인 경우에 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, 상기 제1온도 센서의 측정값이 상기 목표 온도보다 낮은 경우에 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정된다.

바람직하게는, 상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정한다.

바람직하게는, 상기 전자 밸브는, 상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수와 상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수가 사전에 설정된 체적비로 혼합된 혼합 온수를 입력받는 제1입수관; 상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 입력받는 제2입수관; 상기 배출수를 상기 수전으로 출력하는 배출관; 상기 제1입수관으로부터 입력되는 혼합 온수와 상기 제2입수관으로부터 입력되는 냉수의 혼합비율을 결정하여 상기 배출관으로 제공하는 개폐기; 상기 제어기의 제어에 의해 회전하는 모터; 및 상기 모터와 상기 개폐기를 기계적으로 연결하여 상기 모터의 회전운동에 대응하여 상기 개폐기에 의한 혼합 온수와 냉수의 혼합비율을 결정하는 구동모듈;을 구비한다.

바람직하게는, 상기 수전과 상기 전자 밸브 사이에 설치되어 상기 전자 밸브로부터 입력받은 배출수를 상기 수전으로 제공하는 제2전자 밸브를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 전자 밸브의 배출관을 통해 입력받은 배출수를 수량을 상기 배출수의 목표 수량에 대응하도록 상기 제2전자 밸브를 제어한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동한다.

바람직하게는, 상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 온수와 상기 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 제어한다.

바람직하게는, 상기 분배기와 상기 가열 수조 사이에는 열차단을 위한 차폐장치가 구비된다.

바람직하게는, 상기 차폐장치는 일방향 밸브이다.

바람직하게는, 상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고, 상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1입수관과 상기 제2입수관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1입수관과 상기 제2입수관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제2온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정한다.

바람직하게는, 상기 전자 밸브는, 상기 가열 수조로부터 가열 온수를 입력받는 제1입력관과 상기 온수 직수관으로부터 잔존 온수를 입력받는 제2입력관을 구비하며, 상기 제어기의 제어신호에 의해 상기 가열 온수와 상기 잔존 온수의 체적비를 1:0에서 0:1까지 혼합하여 출력하는 제1전자 밸브; 상기 제1전자 밸브의 출력관으로부터 입력받는 혼합 온수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력하는 제2전자 밸브; 및 상기 냉수관으로부터 입력받는 냉수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력하는 제3전자 밸브;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1온도 센서에 의해 측정된 상기 온수관으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도가 될 때까지 상기 제1전자 밸브로부터 출력되는 혼합 온수의 온도가 배출수의 목표 온도가 되도록 상기 제1전자 밸브의 개방비율을 제어하고, 상기 수전으로 냉수가 배출되지 않도록 상기 제3전자 밸브를 폐쇄하도록 제어하고, 상기 제2전자 밸브로부터 상기 수전으로 공급되는 혼합 온수의 수량이 상기 배출수의 목표 수량이 되도록 상기 제2전자 밸브의 개방비율을 제어하며, 상기 제어기는 상기 제1온도 센서에 의해 측정된 상기 온수관으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하면, 상기 가열 수조(250)로부터 입력되는 온수가 모두 출력되도록 상기 제1전자 밸브의 개방비율을 제어하고, 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량에 대응하여 상기 제2전자 밸브 및 상기 제3전자 밸브의 개방비율을 제어한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동한다.

바람직하게는, 상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며, 상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 온수와 상기 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 한다.

바람직하게는, 상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고, 상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제한다.

바람직하게는, 상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제2온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자동 온도 조절이 가능한 수전 제어 장치 및 방법, 그리고 수전을 제공함으로써, 온수 또는 냉수의 공급 수압이 변하더라도 배출되는 온도를 일정하게 유지하도록 자동 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 노브의 수평 회전각과 수직 회전각을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 방법을 나타낸 순서도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 장치가 밸브를 제어하는 방법을 설명한 순서도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 밸브를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 밸브의 주요 부품을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 밸브의 회전에 따른 온수와 냉수의 수량 제어의 예를 도시한 도면.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면,
도 13은 수전이 사용되지 않을 때 제1온도 센서와 제3온도 센서의 측정값들을 기초로 제어기에 의한 히터의 구동방법을 도시한 도면,
도 14는 혼합 온수의 최저 공급 온도, 가열된 온수의 최고 온도 및 온수의 온수 직수관과 가열 수조로의 분배 비율을 기초로 제어기에서 수행되는 히터의 구동방법을 도시한 도면,
도 15는 수전이 사용되는 시점에 결정된 전자 밸브의 개방비율을 보정하는 방법을 도시한 흐름도,
도 16은 온수관으로부터 공급되는 온수 또는 냉수관으로부터 공급되는 냉수의 유량이 변하는 경우에 전자 밸브의 개방비율을 보정하는 방법을 도시한 흐름도,
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면,
도 18은 본 실시예에서 사용되는 전자 밸브의 일 예를 도시한 도면,
도 19는 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 일 예를 도시한 도면,
도 20은 온수만 공급되거나 가열 온수만 공급되는 상황에 대응하는 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 위치를 도시한 도면,
도 21은 가열 온수만 공급되거나 냉수만 공급되는 상황에 대응하는 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 위치를 도시한 도면,
도 22는 냉수만 공급되거나 냉수와 온수가 절반씩 혼합되어 공급되거나 물의 공급이 차단되는 상황에 대응하는 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 위치를 도시한 도면,
도 23은 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 냉수만 공급되는 위치와 가열 온수만 공급되는 위치 사이의 거리를 나타내는 도면,
도 24는 전자 밸브 내에 설치되는 개폐기의 최대 이동영역을 보여주는 도면,
도 25는 전자 밸브 내의 개폐기의 초기 위치를 설정하기 위한 포토 센서의 장착 예를 도시한 도면,
도 26은 도 18에 도시된 전자 밸브를 채용하는 경우에 가열 수조 내에 설치된 히터의 제어 방법을 도시한 도면,
도 27은 도 17에 도시된 전자 밸브와 수전 사이에 설치된 별도의 전자 밸브에 의해 배출수의 배출량을 조절하여 배출수를 목표 수량만큼 수전으로 제공하는 실시예를 도시한 도면,
도 28은 전자 밸브에 채용되는 카트리지의 일 예를 도시한 도면,
도 29는 전자 밸브에 채용되는 카트리지의 다른 예를 도시한 도면,
도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 장치(100)는 온도 및 수량 설정 수단(105), 복수의 수량 센서(110a, 110b), 복수의 온도 센서(120a 내지 120d), 복수의 전자 밸브(130a, 130b, 130c), 방향 제어 밸브(130d), 가열 수조(140), 가열 모듈(145) 및 제어기(150)를 구비한다.

온도 및 수량 설정 수단(105)은 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 구성요소이다. 도 1에 도시된 온도 및 수량 설정 수단(105)은 통상적인 수전의 노브(3)에 결합된 회전 센서이다. 이러한 회전 센서는 수전 노브(3)의 수평 회전각과 수직 회전각을 측정하기 위한 구성이다. 예를 들어, 수전 제어 장치(100)는 수전 노브(3)의 이전 정지 위치(이전 작동종료시점의 수평 및 수직 회전량)와 현재 이동량(수평 및 수직 회전량)을 기초로 수전 노브(3)의 정지 위치를 검출할 수 있다.

도 2를 참조하면, 수전 노브(3)의 수평 회전량은 수전 노브(3)가 가장 왼쪽으로 회전했을 때의 각도를 0°로 설정하고 가장 오른쪽으로 회전했을 때의 각도를 θ_Hmax°로 설정하는 것을 가정하기로 한다. 이와 같을 때 수전 노브(3)가 중앙에 위치하는 경우 수전 노브(3)의 각도는 0.5θ_Hmax°와 같다. 즉, 수전 노브(3)의 수평 회전각이 0°~ 90°일 때, 수전 노브(3)가 중앙에 위치하는 경우 각도는 45°가 된다. 또한, 수전 노브(3)의 수직 회전량은 수전 노브(3)가 가장 하단에 위치할 때의 각도를 0°로 설정하고, 가장 위쪽(상단)에 위치했을 때의 각도를 θ_Vmax°로 설정하기로 한다. 예를 들어, 수전 노브(3)의 수직 회전량은 0°~ 45°범위로 설정될 수 있다.

수전 노브(3)의 이전 정지 위치와 현재 이동량을 기초로 정지 위치를 산출하면, 시간이 경과함에 따라 오차가 점점 더 커지는 문제가 발생한다. 따라서, 수전 제어 장치(100)는 수전 노브(3)의 수평 회전각은 중간 각도(0.5θ_Hmax°)를 수평 기준각으로 설정하고, 수직 회전각은 수전 노브(3)가 최하단에 위치된 상태인 0°를 수직 기준각으로 설정한 후 수전 노브(3)가 수평 기준각과 수직 기준각에 위치하면 수전 노브의 이동량을 초기화한다. 그리고 초기화된 수전 노브(3)의 이동량을 기초로 수전 노브(3)의 수직 및 수평 회전량을 측정하여 수전 노브(3)의 현재 회전량을 산출함으로써 오차를 최소화할 수 있다.

또한, 수전 제어 장치(100)는 수전 노브(3)가 정지된 시점으로부터 일정 시간(예를 들어, 1초) 경과시점에 검출된 정지 위치를 최종 위치로 확정할 수 있다.

상술한 바와 같이 수전 제어 장치(100)는 수전 노브(3)의 수평 회전각과 수직 회전각을 측정하여 사용자가 희망하는 배출수의 온도와 수량을 산출한다.

한편, 다양한 형태의 입력장치가 온도 및 수량 설정 수단(105)으로 사용될 수 있다. 일 예로, 온수 노브와 냉수 노브가 분리되어 있는 경우 온수 노브와 냉수 노브의 회전량을 측정하여 사용자가 희망하는 배출수의 온도와 수량을 파악할 수 있다. 또한, 터치패널을 통해 사용자로부터 희망 온도와 수량을 입력받을 수 있으며, 수전 제어 장치(100)에 통신모듈을 장착하면, 스마트폰, 무선제어기 등을 통해서 사용자로부터 배출수의 희망 온도와 수량을 입력받을 수도 있다.

수량 센서(110a, 110b)는 각각 온수관(1)과 냉수관(2) 내에 흐르는 온수와 냉수의 수량을 측정한다. 이하의 설명에서 온수관(1) 내에 설치된 수량 센서(110a)를 제1수량 센서로 칭하고, 냉수관(2) 내에 설치된 수량 센서(110b)를 제2수량 센서로 칭한다. 한편, 온수와 냉수의 수량은 수량 센서(110a, 110b) 대신에 압력 센서를 이용하여 측정할 수 있다. 온수관(1)과 냉수관(2)에 각각 수량 센서 대신에 압력 센서를 구비함으로써 온수관(1)과 냉수관(2)의 수압을 각각 측정한다. 이하, 온수관(1)에 설치된 압력 센서를 제1압력 센서로 칭하며, 냉수관(2)에 설치된 압력 센서를 제2압력 센서로 통칭하여 설명하기로 한다. 제1압력 센서 및 제2압력 센서는 온수관(1) 및 냉수관(2) 내의 수압을 측정하며, 측정된 값(이하에서는 측정값이라 칭하기로 함)을 제어기(150)로 출력한다.

온도 센서(120a 내지 120d)는 각각 온수관(1), 냉수관(2), 가열 수조(140) 및 수전과 최종적으로 연결되는 온수관 내에 설치된다.

제1온도 센서(120a)는 온수가 유입되는 온수 유입구에 설치되어 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 온도(이하, '초기 온수 온도'라 칭함)를 측정한다. 또한, 제2온도 센서(120b)는 냉수관(2)에 설치되며, 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 온도(이하, '냉수 온도'라 칭함)를 측정한다. 제1온도 센서(120a)와 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 초기 온수 온도와 냉수 온도는 제어기(150)로 출력된다.

제3온도 센서(120c)는 가열 수조(140) 내의 물의 온도를 측정한다. 가열 수조(140)는 내부에 히터(140a)를 구비하여 온수관(1)으로부터 공급된 온수를 1차로 가열하여 보관한다. 앞서 설명한 바와 같이 가정내 최대전력이 제한되어 있으면, 가열 모듈(145)만으로는 온수의 온도를 상승시킬 수 없는 경우가 발생한다. 즉, 특정한 전기제품의 최대허용전력이 3kW인 경우에 용량이 3kW의 히터를 사용하면 50 ㎖의 온수를 초당 약 12 ℃까지 상승시킬 수 있다. 이 경우, 초기 온수 온도가 20 ℃이면, 가열 모듈(145)만 사용할 경우에 온수는 32 ℃까지 상승시킬 수 있다. 따라서 사용자가 희망 온도를 40 ℃로 설정한 경우에는 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 없는 문제가 발생한다. 또한, 사용자의 희망 온도가 32 ℃인 경우에도 가열 모듈(145)만으로 온수의 온도를 상승시키게 되면 온수의 온도가 서서히 증가하므로 배출수의 온도가 32 ℃가 될 때까지 대기시간이 필요하게 되는 문제가 있다.

이러한 문제는 가열 수조(140)를 채용함으로써 해결될 수 있다. 즉, 수전이 동작하지 않는 동안(사용자가 물을 사용하지 않는 동안)에 가열 수조(140) 내부에 설치된 히터(140a, 이하, '제1히터'라 칭함)를 구동하여 가열 수조(140) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열한다. 만약 가열 수조(140) 내부의 물의 온도가 제1온도에 도달하면, 제어기(150)는 제1히터(140a)의 동작을 중지시킨다. 이러한 상태에서 가열 수조(140) 내부의 물의 온도가 사전에 설정된 제2온도(예를 들면, 40 ℃)까지 하강하면, 제어기(150)는 다시 제1히터(140a)를 구동하여 가열 수조(140) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열는 동작을 반복한다. 제1온도와 제2온도는 온수의 최초 유입 지점(지역난방공사에 의해 온수가 공급되는 경우에는 중앙배관에서 각 댁내로 분기되는 지점, 개별난방인 경우에는 댁내에 설치된 보일러의 온수 출수 지점)으로부터 수전(3)까지의 배관 내에 잔존하는 온수의 수량, 최초 온수 온도, 가열 수조(140)의 용량, 온수와 냉수의 수량, 제1히터(140a)의 용량 등에 의해 결정된다. 이때, 배출수의 희망 온도를 보장하기 위해서는 제1온도를 가능한 높게 설정하는 것이 유리하나, 사용자가 화상을 입을 가능성, 가열 수조(140)의 내열성능 등을 고려하면 가능한 100 ℃ 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 도 1에는 가열수조(140) 내에 하나의 히터만 장착되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 가열수조(140) 내에 복수 개의 히터가 장착될 수도 있다.

이러한 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)는 수전이 동작하지 않는 동안 구동되도록 제어될 수 있으며, 온수의 최초 유입 지점으로부터 수전(3)까지의 배관 내에 잔존하는 온수의 수량, 최초 온수 온도, 냉수 온도, 가열 수조(140)의 용량, 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 수량, 온수와 냉수의 수량, 제1히터(140a)의 용량, 가열 모듈(145)에 설치된 제2히터(140b)의 용량 등에 의해 제1히터(140a)의 구동 여부가 결정될 수 있다. 나아가 제1히터(140a)의 용량은 기본적으로 가열 수조(140)의 용량과 최초 온수 온도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 가열 수조(140)의 용량이 1 L일 때, 20 ℃의 온수를 10분 동안 가열하여 80 ℃로 상승시키기 위해서는 제1히터(140a)의 용량은 503 W이면 된다. 이와 같이 제1온도로 가열된 1차 가열 온수는 가열 수조(140) 내에 보관되며, 제어기(150)는 사용자에 의한 수전(1)의 동작에 대응하여 제1전자 밸브(130a)를 제어하여 1차 가열 온수가 가열 수조(140)로부터 수전(3)으로 공급되도록 한다.

이러한 제1전자 밸브(130a)는 수전(3)이 사용되지 않을 때에는 가열 수조(140) 내의 가열된 온수의 열이 제2전자 밸브(130b) 쪽으로 전달되는 것을 방지하기 위해 폐쇄된다. 그리고 제1전자 밸브(130a)는 수전(3)이 사용되는 시점에 가열 수조(140) 내의 가열된 온수가 제2전자 밸브(130b) 쪽으로 흐르도록 제어된다. 이때, 제1전자 밸브(130a)의 개방 정도에 따라 온수관(1)을 통해 공급된 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분배되는 분배비가 달라진다. 즉, 제1전자 밸브(130a)를 모두 개방하면 온수관(1)을 통해 공급된 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 1:1로 분배된다. 제어기(150)에 의한 제1전자 밸브(130a)의 보다 상세한 제어 동작은 후술한다.

한편, 온수관(1)으로부터 가열 수조(140)로 분기되는 배관의 내경과 온수관(1)으로부터 가열 모듈(145)로 분기되는 배관의 내경을 적절히 결정함으로써 온수의 분배비율을 설정할 수 있다. 이때, 온수관(1)으로부터 유입되는 온수의 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로의 분배비율은 1:1 내지 1:4의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우 가열 수조(140) 내의 가열된 온수의 열이 온수관(1) 및 가열 모듈(145) 쪽으로 전달되는 것을 방지하기 위해 가열 수조(140)의 온수 유입구 측에 온수관(1)으로부터 가열 수조(140) 쪽으로만 온수가 흐르도록 하는 방향 제어 밸브(130d)를 설치하는 것이 바람직하다. 다만, 가열 수조(140)의 온수 유입구 측에 방향 제어 밸브(130d)를 설치하는 경우에 가열 수조(140)의 온수 유출구, 가열 모듈(145) 및 온수관(1)으로의 배관이 연통되어 있어 지속적으로 가열 수조(140)로부터 열이 전달되는 문제가 발생하게 된다. 이는 결과적으로 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)에 의해 온수관(1) 내의 잔존 온수와 가열 수조(140) 내로 공급된 온수 및 가열 모듈(145) 내의 온수 등이 모두 가열됨으로써 에너지 낭비의 요인으로 작용할 수 있다. 따라서 이 경우 가열 모듈(145)의 출수 지점에도 방향 제어 밸브를 설치하는 것이 바람직하다. 한편, 이러한 문제는 온수관(1)에 연결된 배관의 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)의 분기지점 전단부에 방향 제어 밸브를 설치함으로써 해결될 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 방향 제어 밸브와 제1전자 밸브(130a)에 의해 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)이 온수관(1)에 대해 열적으로 차단되게 되어 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)는 가열 수조(140) 내로 공급된 온수 및 가열 모듈(145) 내의 온수 만을 가열하게 된다.

이와 달리, 온수관(1)을 통해 공급되는 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분기되는 지점에 제4전자 밸브(미도시)를 설치하여 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 사전에 설정된 비율(예를 들면, 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분배되는 온수의 체적비를 1:2로 설정)로 온수를 분배할 수 있다. 이러한 분배비율은 온수의 최초 유입 지점으로부터 수전(3)까지의 배관 내에 잔존하는 온수의 수량, 최초 온수 온도, 가열 수조(140)의 용량, 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 수량, 온수와 냉수의 수량, 제1히터(140a)의 용량, 가열 모듈(145)에 설치된 제2히터(140b)의 용량 등에 의해 결정된다. 이때 제4전자 밸브는 선택적으로 적용되는 구성요소이다.

한편 제4전자 밸브는 수전(3)이 사용되지 않을 때에는 온수관(1)을 통해 공급되는 온수가 전량 가열 모듈(145)로 유입되도록 제어된다. 그리고 제4전자 밸브는 수전(3)이 사용되는 시점에 온수관(1)을 통해 공급되는 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 사전에 설정된 비율로 분배되도록 제어된다. 이에 의해 사용자가 수전(3)을 사용하지 않을 경우 가열 수조(140) 내의 가열된 온수의 열이 온수관(1) 및 가열 모듈(145) 쪽으로 전달되는 것을 방지할 수 있다.

가열 모듈(145)은 유입된 온수를 2차로 가열하여 2차 가열 온수를 제2전자 밸브(130b) 쪽으로 공급한다. 도 1에는 가열 모듈(145)에 구비되는 제2히터(140b)가 하나인 것으로 도시되어 있으나, 가열 모듈(145)에 복수 개의 히터가 설치될 수 있다. 제2히터(140b)가 복수 개인 경우, 제어기(150)는 급수관을 따라 복수 개의 제2히터(140b)가 순차적 또는 선택적으로 구동하여 온도를 높이도록 제어할 수 있다. 또한, 복수 개의 제2히터(140b)는 하나의 장치에 구분된 형태로 구성될 수도 있으며, 분리된 복수 개의 가열 모듈(145) 내에 각각 장착될 수도 있다. 복수 개의 제2히터(140b)가 구비될 경우에 온수의 유입지점에 가까운 히터부터 순차적으로 구동하여 온수의 온도를 순차적으로 상승시키는 것이 바람직하다. 이를 통해 온수에 대한 정밀한 온도제어가 가능하게 되는 이점이 있다. 예를 들어, 사용자가 설정한 희망 온도 및 희망 수량에 대응하여 요구되는 수전으로 출수되는 온수의 온도가 44 ℃라 가정할 때, 온수관을 통해 초당 90 ㎖로 유입되는 온수의 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분배되는 부피비가 1:2, 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수의 온도가 43 ℃, 그리고 가열 모듈(145)로 유입되는 온수의 온도가 40 ℃이면, 가열 모듈(145)은 유입되는 온수의 온도를 44.5 ℃까지 상승시켜야 한다. 만약 가열 모듈(145)에 용량이 각각 1 kW와 0.5 kW인 히터 2개가 구비되어 있다면, 1 kW의 히터는 60 ㎖를 초당 약 3.3 ℃ 상승시킬 수 있고, 0.5 kW의 히터는 60 ㎖를 초당 약 1.65 ℃ 상승시킬 수 있다. 따라서 1 kW의 히터는 상기의 조건이 유지되는 동안 계속 가동되고, 0.5 kW의 히터는 3초 가동 후 1초 가동 중지를 반복하도록 제어된다. 만약 위와 같은 조건에서 사용자가 설정한 희망 온도 및 희망 수량에 대응하여 요구되는 수전으로 출수되는 온수의 온도가 43.2 ℃라 가정하면, 1 kW의 히터만 가동시키면 된다.

나아가, 도 1에는 가열 모듈(145)로부터 출수되는 2차 가열 온수가 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수와 혼합된 후 수전(3)으로 출수되는 위치에 가열 모듈(145)이 배치되어 있다. 그러나 가열 모듈(145)은 온수관(1)으로부터 온수가 유입되는 지점과 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분기되는 지점 사이 또는 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 분기되는 지점과 가열 수조(140) 사이 또는 가열 수조(140)로부터 1차 가열 온수가 출수되는 지점과 제2전자 밸브(130b) 사이에 위치할 수도 있다. 가열 모듈(145)에 구비된 제2히터(140b)에 의한 온수의 가열시간(즉, 가열 모듈(145)로 유입된 온수의 온도를 제2히터(140b)에 의해 목표하는 온도까지 상승시키기 위해 필요한 시간)을 고려하면, 가열 모듈(145)은 도 1에서 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수와 가열 모듈(145)을 통과한 2차 가열 온수가 혼합되는 지점으로부터 온수관(1) 쪽으로 치우쳐 설치되는 것이 바람직하다. 한편 제4온도 센서(120d)는 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수와 가열 모듈(145)로부터 출수되는 2차 가열 온수가 혼합된 혼합 온수의 온도를 측정하여 제어기(150)로 제공한다.

제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)는 각각 혼합 온수가 수전(3)으로 공급되는 지점과 냉수가 수전(3)으로 공급되는 지점에 설치되어 제어기(150)로부터의 제어신호에 의해 혼합 온수 및 냉수의 공급량을 조절한다. 도 1에는 혼합 온수와 냉수의 수전(3)으로의 공급 지점에 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)가 각각 설치되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 하나의 온도 조절용 전자 밸브에 의해 혼합 온수와 냉수가 수전(3)으로 공급될 수도 있다. 이 경우, 온도 조절용 전자 밸브는 제어기(150)의 제어에 의해 구동되어 혼합 온수와 냉수의 혼합비를 조절함으로써 수전(3)으로부터 배출되는 배출수의 온도를 희망 온도와 일치시키게 된다. 한편, 온도 조절용 전자 밸브에 의해 혼합 온수와 냉수의 혼합비를 조절하는 경우에 해당 전자 밸브의 후단에 수량 조절용 전자 밸브를 추가로 설치하여 제어기(150)의 제어에 의해 배출수의 수량이 희망 수량과 일치되도록 할 수 있다.

이와 달리, 온도 조절용 전자 밸브의 후단에 수량 조절용 전자 밸브를 추가로 설치하지 않고, 물리적 수전에 장착된 노브를 이용하여 사용자가 직접 수량을 조절할 수도 있다. 물리적 수전에 장착된 노브에 의해 수량을 조절하는 구성을 채용하면, 정전시 또는 고장시에 보조 배터리에 의해 온도 조절용 전자 밸브를 혼합 온수와 냉수가 1:1로 혼합되도록 구동함으로써 물의 사용이 가능하게 되는 이점이 있다. 이때, 물리적 수전에는 배출수의 수량만 조절하는 카트리지가 장착된다. 나아가 제어기(150)는 수전 노브에 장착된 회전 센서에 의해 검출된 좌우 회전량을 기초로 배출수의 희망 온도를 파악거나 별도로 설치된 희망 온도 설정 수단에 의해 사용자로부터 배출수의 희망 온도를 설정받을 수 있다.

이와 같이 온도 조절용 전자 밸브를 채용하는 경우에, 앞서 설명한 바와 같이 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)을 온수관(1)에 대해 열적으로 차단하기 위해 온수관(1)에 연결된 배관의 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)의 분기지점 전단부에 방향 제어 밸브를 설치한다. 이때, 온도 조절용 전자 밸브는 혼합 온수를 모두 차단하는 위치로 제어되어야 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)이 냉수관(1)과도 열적으로 차단될 수 있다.

제어기(150)는 온수와 냉수의 수량 및 상기 제1 내지 제4온도 센서에 의해 측정된 값들을 기초로 수전(3)으로부터 배출되는 배출수의 수량과 온도가 사용자로부터 설정받은 배출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 배출수의 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 제1히터(140a)와 제2히터(140b)의 구동 여부 및 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도를 제어한다. 이하에서는 제어기(150)에 의한 제1히터(140a), 제2히터(140b), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)의 제어동작에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 온도 및 수량 설정 수단(105)이 통상적인 수전의 노브(3)에 결합된 회전 센서로 구현되는 경우를 설명한다. 이 경우, 제어기(150)는 회전 센서에 의해 측정된 수전 노브(3)의 수평 회전각과 수직 회전각을 기초로 사용자가 희망하는 배출수의 희망 온도와 희망 수량을 결정한다.

이를 위해, 제어기(150)는 도 1에는 도시되어 있지 않으나 메모리 및 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리에는 이하에서 설명하는 수전 제어 방법들을 수행하기 위한 명령어들이 저장될 수 있다. 또한, 프로세서는 메모리에 저장된 명령어들을 실행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수전 제어 방법의 수행과정을 도시한 순서도이다.

먼저, 제어기(150)는 제3온도 센서(120c)로부터 주기적으로 입력되는 가열 수조(140) 내의 물의 온도를 기초로 제1히터(140a)를 구동하여 가열 수조(140) 내의 물의 온도가 사전에 설정된 온도 범위 내가 되도록 제어한다(S300). 일예로, 제어기(150)는 수전(3)이 동작하지 않는 동안(사용자가 물을 사용하지 않는 동안)에 가열 수조(140) 내부에 설치된 제1히터(140a)를 구동하여 가열 수조(140) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열한다. 만약 가열 수조(140) 내부의 물의 온도가 제1온도에 도달하면, 제어기(150)는 제1히터(140a)의 동작을 중지시킨다. 이러한 상태에서 가열 수조(140) 내부의 물의 온도가 사전에 설정된 제2온도(예를 들면, 40 ℃)까지 하강하면, 제어기(150)는 다시 제1히터(140a)를 구동하여 가열 수조(140) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열는 동작을 반복한다. 이러한 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)는 기본적으로 수전(3)이 동작하지 않는 동안 구동되도록 제어되는 것이 바람직하나, 필요시(예를 들면, 온수의 공급 수량이 지나치게 적어 온수의 온도를 보다 높게 상승시킬 필요가 있는 경우 등)에는 수전(3)이 동작하는 동안에도 구동될 수 있다.

한편, 제1히터(140a)의 구동 여부는 제1온도 센서(120a)와 제3온도 센서(120c)에 의해 측정된 값을 기초로 결정될 수도 있다. 예를 들어, 가열 수조(140)의 단열 성능이 우수하여 제3온도 센서(120c)에 의해 측정된 물의 온도가 45 ℃인 반면에 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도(실질적으로 온수관(1) 내의 온수 온도와 동일함)는 30 ℃일 수 있다. 이 경우, 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수의 수량에 따라 이후에 사용자가 수전(3)을 작동시킬 때 사용자가 설정한 희망 온도로 배출수를 공급하기 어려울 수도 있다. 예를 들어, 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 30 ℃이고, 가열 수조(140)의 용량이 2000 ㎖이고, 잔존 온수의 수량이 6000 ㎖이고, 온수의 공급 수량이 60 ㎖/초이며, 온수관(1)을 통해 공급된 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 각각 20 ㎖/초와 40 ㎖/초로 분배되면, 잔존 온수와 가열 수조(140) 내의 온수는 모두 100초 후에 소진된다.

제1히터(140a)와 제2히터(140b)를 구동하지 않을 경우에 잔존 온수와 가열 수조(140) 내의 온수가 모두 소진되기까지 100초 동안에 제2전자 밸브(130b)로 공급되는 온수의 온도는 35 ℃가 된다. 따라서 사용자가 희망하는 배출수의 희망 온도가 35 ℃를 초과하는 경우에는 대응할 수 없게 되는 문제가 있다. 이러한 상황을 방지하기 위해 제어기(150)는 우선적으로 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량을 파악하여 보유할 필요가 있다. 잔존 온수의 수량은 수전(3)의 동작시점으로부터 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하는 시점까지의 소요 시간과 온수의 최대 공급 수량을 기초로 파악될 수 있다. 예를 들어, 온수의 최대 공급 수량이 80 ㎖/초이고, 수전(3)의 동작시점으로부터 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하는 시점까지의 소요 시간이 80초이면, 잔존 온수의 수량은 6400 ㎖이다.

이러한 상태에서 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 30 ℃이고, 가열 수조(140)의 용량이 2000 ㎖이고, 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량이 각각 42 ℃와 60 ㎖/초이고, 온수관(1)을 통해 공급된 온수가 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)로 각각 20 ㎖/초와 40 ㎖/초로 분배되면, 잔존 온수는 약 106.7초에 소진되고, 가열 수조(140) 내의 온수는 100초가 경과되는 시점에 소진된다. 따라서 가열 수조(140) 내의 온수가 소진되는 시점이 잔존 온수가 모두 소진되는 시점과 거의 동일하므로, 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하기까지 소요되는 106.7초의 시간 동안 사용자가 설정한 희망 온도와 희망 수량으로 배출수를 공급하기 위한 가열 수조(140) 내의 온수 온도를 다음의 수학에 의해 구할 수 있다.

여기서, T_t는 배출수의 희망 온도, Q_t는 배출수의 희망 수량(온수의 공급 수량과 동일), T_h는 가열 수조(140) 내의 온수 온도, Q_ha는 가열 수조(140)로 분배되는 온수의 수량, 그리고 T_l은 온수관(1)으로부터 공급되는 온수 온도이다.

따라서 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하기까지 소요되는 106.7초의 시간 동안 사용자가 설정한 희망 온도와 희망 수량으로 배출수를 공급하기 위해서는 가열 수조(140) 내의 온수 온도는 최소 66 ℃가 되어야 한다. 결과적으로, 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)는 사전에 설정된 제2온도(예를 들면, 40 ℃)보다 높은 경우에도 구동될 수 있다. 물론, 가열 모듈(145)에 의해 추가적으로 온수 온도를 높일 수 있으므로, 가열 수조(140) 내에 설치된 제1히터(140a)의 구동 온도는 가열 모듈(145)의 용량에 대응하는 온도 만큼 낮게 설정될 수 있다.

이와 같이 제어기(150)는 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수관(1) 내의 온수 온도, 제3온도 센서(120c)에 의해 측정된 가열 수조(140) 내의 물의 온도, 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수의 수량, 가열 수조(140)의 용량 등을 기초로 제1히터(140a)의 구동 여부를 결정할 수 있다. 이때, 가열 수조(140)의 용량을 증가시킴에 따라 제1히터(140a)에 의한 물의 가열 시간 역시 증가하는 점을 고려하면, 가열 수조(140)의 용량은 1 L에서 3 L 사이에서 적절히 결정되는 것이 바람직하다. 또한, 가열 수조(140)의 용량을 지나치게 증가시키지 않으면서 제1히터(140a)의 구동시간을 최소화하기 위해서는 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수가 소진될 때까지는 배출수의 목표 온도와 목표 수량을 사용자가 설정한 희망 온도와 희망 수량과 상이하게 설정하는 방법을 취할 수도 있다. 예를 들면, 사용자가 설정한 희망 온도와 희망 수량이 각각 45 ℃ 및 80 ㎖/초라 해도, 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수가 소진될 때까지는 배출수의 목표 온도와 목표 수량을 최대 40 ℃ 및 60 ㎖/초로 제한할 수 있다. 이러한 제한 값은 가열 수조(140)의 용량, 제1히터(140a)의 용량, 잔존 온수의 수량 등을 기초로 결정된다.

다음으로, 제어기(150)는 온도 및 수량 설정 수단(105)을 통해 사용자로부터 희망하는 배출수의 희망 온도와 희망 수량을 입력받는다(S310). 온도 및 수량 설정 수단(105)이 통상적인 수전(3)의 노브에 결합된 회전 센서일 경우에 제어기(150)는 회전 센서로부터 입력된 노브의 회전량(수평 회전량 및 수직 회전량 중 적어도 하나의 값)을 기초로 배출수의 희망 온도와 희망 수량을 산출한다. 다음으로, 제어기(150)는 사용자로부터 입력받은 배출수의 희망 온도와 희망 수량에 대응하는 배출수의 목표 온도와 목표 수량을 결정한다(S320). 예를 들어, 배출수의 목표 온도는 수학식 2를 이용하여 산출될 수 있다.

여기서, T는 배출수의 목표 온도를 나타내며, T_H는 온수의 공급 온도를 나타내고, T_L은 냉수의 공급 온도를 나타내며, Q_Hmax는 온수의 최대 공급 수량을 나타내고, Q_Lmax는 냉수의 최대 공급 수량을 나타내며, θ_H는 수평 회전각을 나타내고, θ_Hmax는 수전 노브의 최대 수평 회전각을 나타낸다.

배출수의 목표 수량을 공급하기 위한 온수와 냉수의 목표 수량은 수학식 3 및 4를 이용하여 산출될 수 있다.

여기서, Q_H는 온수의 목표 수량을 나타내며, θ_V는 수전 노브의 수직 회전각을 나타내고, θ_Vmax는 수전 노브의 최대 수직 회전각을 나타낸다.

여기서, Q_L은 냉수의 목표 수량을 나타낸다.

수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 온수의 목표 수량과 냉수의 목표 수량을 각각 산출한 후 이를 합산하여 수전(3)을 통해 배출되는 배출수의 목표 수량을 최종적으로 도출할 수 있다. 이상과 같이 수학식 2 내지 4를 기초로 설명한 배출수의 목표 온도와 목표 수량의 결정 방법에 있어서, 온수의 공급 온도(수학식 2에서 T_H)는 가열 수조(140) 내의 제1히터(140a) 및 가열 모듈(145) 내의 제2히터(140b)가 구동되지 않는 경우에는 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 온도이며, 가열 수조(140) 내의 제1히터(140a) 및 가열 모듈(145) 내의 제2히터(140b) 중 하나 또는 모두 구동되는 경우에는 제4온도 센서(120d)에 의해 측정된 혼합 온수의 온도이다.

일반적으로, 배출수의 목표 온도와 목표 수량은 사용자로부터 입력받은 배출수의 희망 온도와 희망 수량과 동일하게 설정된다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이, 수전(3)의 동작 초기에는 사용자가 희망하는 희망 온도와 희망 수량을 공급할 수 없는 경우가 발생할 수 있으며, 이 경우에는 배출수의 목표 온도와 목표 수량이 사용자로부터 입력받은 배출수의 희망 온도와 희망 수량과는 상이하게 결정된다. 다음으로, 제어기(150)는 제1전자 밸브(130a)를 개방하여 가열 수조(140) 내에 보관되어 있는 1차 가열 온수가 출수되도록 한다(S330).

다음으로, 제어기(150)는 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도, 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 온도, 제1수량 센서(110a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량, 제2수량 센서(110b)에 의해 측정된 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 수량, 제3온도 센서(120c)에 의해 측정된 가열 수조(140) 내의 온수의 온도, 가열 수조(140)의 용량 및 제4온도 센서(120d)에 의해 측정된 혼합 온수의 온도를 기초로 가열 모듈(145)에 구비된 제2히터(140b)의 가동 여부를 결정한다(S340). 제2히터(140b)는 수전(3)의 동작 초기에 배출수의 목표 온도를 높이고자 할 때, 수전(3)의 동작 중에 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 감소할 때 등의 경우에 구동된다.

다음으로, 제어기(150)는 제1온도 센서(120a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도, 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 온도, 제1수량 센서(110a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량, 제2수량 센서(110b)에 의해 측정된 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 수량, 제3온도 센서(120c)에 의해 측정된 가열 수조(140) 내의 온수 온도, 제4온도 센서(120d)에 의해 측정된 혼합 온수의 온도, 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방 여부 및 개방 정도를 제어한다(S350).

먼저, 용량이 2400 ㎖인 가열 수조(140) 내의 물이 제1히터(140a)에 의해 80 ℃로 가열되어 유지되고 있는 경우에 제어기(150)에 의한 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 제어 동작을 설명한다. 이하의 설명에서, 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수가 6400 ㎖이고, 제1전자 밸브(130a)가 온수관(1)으로부터 공급된 온수를 가열 수조(140)와 가열 모듈(150)로 분배하도록 제어되고, 제1온도 센서(120a)와 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 온수와 냉수의 온도가 각각 30 ℃ 및 20 ℃이고, 온수와 냉수의 최대 공급 수량이 각각 80 ㎖/초와 100 ㎖/초이며, 온수의 최대 공급 온도가 60 ℃로 가정한다.

사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량이 각각 42 ℃와 60 ㎖/초이면, 제어기(150)는 잔존 온수가 소진될 때까지 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수와 가열 모듈(145)에 의한 2차 가열 온수를 혼합한 혼합 온수의 온도가 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도에 도달할 수 있는지를 확인한다. 만약 가능한 것으로 확인되면, 제어기(150)는 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량을 배출수의 목표 온도와 목표 수량으로 설정한다. 이와 달리, 가능하지 않은 것으로 확인되면, 배출수의 목표 온도를 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도보다 낮게 설정하거나 배출수의 목표 수량을 사용자가 설정한 배출수의 목표 수량보다 작게 설정한다.

앞의 예에서, 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수가 초당 20 ㎖로 배출되면, 2400 ㎖의 1차 가열 온수가 모두 소진될 때까지 120초가 소요되며, 이는 잔존 온수가 모두 소진되기까지 소요되는 106.7초보다 길다. 이때 제2전자 밸브(130b)로 공급되는 혼합 온수의 온도는 46.67℃이다. 따라서 제2전자 밸브(130b)만을 개방하면, 사용자의 희망 온도보다 높은 온도의 배출수가 출수되므로, 제2전자 밸브(130b)를 제어하여 혼합 온수의 수량을 감소시키는 동시에 제3전자 밸브(130c)를 제어하여 감소되는 혼합 온수의 수량만큼 냉수를 공급함으로써 수전(3)으로부터 배출되는 배출수의 온도가 목표 온도인 42 ℃가 되도록 하여야 한다. 이때 수전(3)으로 혼합 온수와 냉수를 각각 49.5 ㎖/초와 10.5 ㎖/초 공급하면 배출수의 온도는 42 ℃가 된다. 이 경우, 온수관(1)으로부터 가열 수조(140)로 공급되는 온수의 양은 16.5 ㎖/초이고, 가열 모듈(145)로 공급되는 온수의 양은 33 ㎖/초이다. 따라서 제1전자 밸브(130a)는 가열 수조(140)로부터 16.5 ㎖/초의 1차 가열 온수가 출수되도록 개방된다. 이러한 상황에서 제1전자 밸브(130a)가 완전히 개방되었을 때 가열 수조(140)로부터 24.75 ㎖/초의 1차 가열 온수가 출수됨을 고려하면, 제1전자 밸브(130a)는 완전 개방시에 대해 약 66.7% 정도 개방된다. 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도는 수학식 5 및 수학식 6을 이용하여 산출될 수 있다.

여기서, O_θH는 수전(3)을 통해 배출되는 배출수의 목표 온도가 목표 공급 온도일 때 온수의 최대 공급 수량 대비 수전 노브(105)의 수평 회전량에 따른 제2전자 밸브(130b)의 개방 비율을 나타낸다.

여기서, O_θL은 수전(3)을 통해 배출되는 배출수의 목표 온도가 목표 공급 온도일 때 냉수의 최대 공급 수량 대비 수전 노브(105)의 수평 회전량에 따른 제3전자 밸브(130c)의 개방 비율을 나타낸다. O_θH와 O_θL은 밸브의 완전 개방시 1로 설정될 수 있다.

수학식 5와 6에 따르면, 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)는 완전 개방에 대해 각각 61.9 %와 10.5 % 개방된다. 한편, 이와 같은 변경으로 인해 잔존 온수의 소진 시간과 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수의 소진 시간은 각각 129초와 145초로 증가하며, 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수의 소진 시간이 잔존 온수의 소진 시간보다 크게 되므로 제어기(150)는 안정적으로 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 제공할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 수전(3)의 작동시점(즉, 사용자가 수전을 사용하는 시점)으로부터 온수관(1)과 냉수관(2)을 통해 공급되는 온수와 냉수의 온도와 수량이 각각 최대 공급 온도와 최대 공급 수량에 도달할 때까지 안정적으로 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 있다. 나아가 가열 수조(140) 내의 온수의 온도가 제1설정 온도(예를 들면, 80 ℃)에 도달하지 못한 경우, 잔존 온수의 온도가 지나치게 낮은 경우 등이 발생할 때에는 배출수의 목표 온도와 목표 수량을 사용자의 희망 온도와 희망 수량보다 낮게 설정하여 대응할 수 있다.

다음으로, 제어기(150)는 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량과 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 수량의 변화 여부를 파악한다(S360). 이러한 제어기(150)의 동작은 수전(3)의 작동시점으로부터 수전(3)의 작동이 종료되는 시점까지 지속된다. 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량과 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 수량이 변하는 상황은 제1소비처에서 온수와 냉수를 사용하고 있을 때, 제2소비처에서 온수 또는 냉수를 사용할 경우에 발생한다. 즉, 일정한 수압으로 댁내로 공급된 온수와 냉수는 주온수관과 주냉수관으로부터 각각의 소비처로 분기되며, 복수의 소비처에서 온수와 냉수를 사용하게 되면 수압의 변화로 인해 각각의 소비처에서 온수와 냉수의 수량이 변하게 된다.

도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온수와 냉수의 수량 변화에 따른 제2전자 밸브 및 제3전자 밸브 제어 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 수전 제어 장치(100)가 온수와 냉수 수량 변화를 모니터링 한 후 온수와 냉수의 수량 변화에 따라 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도를 제어하는 방법에 대해 설명한다.

먼저, 제어기(150)는 온수의 수량만 감소한 것으로 파악되면(S400), 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도의 변경만으로 배출수를 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 제공할 수 있는지 여부를 판단한다(S405). 만약 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도의 변경만으로 배출수를 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 제공할 수 있는 것으로 판단되면, 제어기(150)는 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)를 선택적으로 제어하여 배출수의 온도와 수량을 사용자가 희망하는 희망 온도와 희망 수량에 대응하는 목표 온도와 목표 수량이 되도록 조절한다(S410).

도 3을 참조하여 설명한 예와 동일한 조건, 즉, 용량이 2400 ㎖인 가열 수조(140) 내에 80 ℃로 가열된 1차 가열 온수가 보관되어 있고, 잔존 온수가 6400 ㎖이고, 제1온도 센서(120a)와 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 온수와 냉수의 온도가 각각 30 ℃ 및 20 ℃이고, 온수와 냉수의 최대 공급 수량이 각각 80 ㎖/초와 100 ㎖/초이며, 온수의 최대 공급 온도가 60 ℃로 가정한다. 이때, 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량이 각각 42 ℃와 60 ㎖/초이면, 수전(3)으로 혼합 온수와 냉수를 각각 49.5 ㎖/초와 10.5 ㎖/초로 공급하면 배출수의 온도와 수량은 각각 42 ℃와 60 ㎖/초가 된다. 이때, 온수관(1)으로부터 가열 수조(140)로 공급되는 온수의 양은 16.5 ㎖/초이고, 가열 모듈(145)로 공급되는 온수의 양은 33 ㎖/초이다. 즉, 제1전자 밸브(130a)는 완전 개방에 대해 66.7 % 개방된다.

이러한 상황에서 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량이 60 ㎖/초로 감소하면, 제2전자 밸브(130b)를 통해 공급되는 혼합 온수는 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량의 61.9 %인 37.1 ㎖/초가 된다. 이때 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수의 양과 가열 모듈(145)로부터 출수되는 온수의 양은 각각 12.4 ㎖/초와 24.7 ㎖/초이다. 따라서 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)를 제어하여 온수와 냉수의 수량을 변경하지 않으면, 배출수의 온도와 수량은 각각 40.8 ℃와 47.6 ㎖/초로 감소한다. 따라서 배출수의 온도와 수량을 유지하기 위해서는 제1 내지 제3전자 밸브(130a, 130b, 130c)를 선택적으로 제어하여 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수의 양, 혼합 온수의 양 및 냉수의 양을 변경하여야 한다.

먼저, 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도를 변경하지 않는 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 제2전자 밸브(130b)를 추가로 개방하면, 혼합 온수의 40 ㎖/초로 출수되도록 할 수 있다. 즉, 제2전자 밸브(130b)를 완전개방에 대해 82.5 % 개방하면, 혼합 온수가 49.5 ㎖/초로 출수된다. 이때, 혼합 온수의 온도를 46.7 ℃가 되도록 제1전자 밸브(130a)를 제어하면, 사용자가 희망하는 42 ℃의 배출수를 60 ㎖/초의 양으로 공급할 수 있다. 따라서, 제1전자 밸브(130a)를 완전개방에 대해 66.7 % 개방하면, 가열 수조(140)로부터 1차 가열 온수가 16.5 ㎖/초로 출수되며, 이때, 혼합 온수의 온도가 46.7 ℃가 된다. 이와 같이, 제1전자 밸브(130a)와 제2전자 밸브(130b)의 개방량을 조절함으로써 배출수의 온도와 수량을 유지할 수 있다.

다음으로, 제2전자 밸브(130b)의 개방 정도를 변경하지 않고, 제3전자 밸브(130c)만 추가로 개방하여 혼합 온수의 감소량에 대응하여 냉수의 양을 증가시키는 방법을 고려할 수 있다. 이 경우, 냉수는 22.9 ㎖/초로 공급되어야 하며, 따라서 제3전자 밸브(130c)는 완전개방에 대해 22.9 % 개방된다. 이때, 혼합 온수의 온도는 55.6 ℃가 되어야 한다. 따라서 가열 수조(140)로부터 1차 가열 온수가 19 ㎖/초로 출수되면, 사용자가 희망하는 42 ℃의 배출수를 60 ㎖/초의 양으로 공급할 수 있다. 그런데 혼합 온수가 37.1 mL/초로 공급되는 상황에서 가열 수조(140)로부터 출수되는 1차 가열 온수의 최대량은 제1전자 밸브(130a)를 완전개방할 때 18.6 mL/초이다. 따라서 이 경우 제3전자 밸브(130c)만을 개방하면 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 없는 상황이 발생할 수 있다. 결과적으로 제어기(150)는 혼합 온수의 최대 공급량을 기준으로 제3전자 밸브(130c)만을 개방하여 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 있는 것으로 확인된 경우에 이러한 동작을 수행한다. 물론, 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)의 개방정도를 모두 변경하여 배출수의 온도와 수량을 유지할 수 있다. 그러나 이 경우 세 개의 전자 밸브(130a, 130b, 130c)의 개방정도를 모두 변경하여야 한다는 점에서 앞에서 설명한 두 가지의 제어 방법이 보다 효율적이다.

결과적으로 가열 모듈(145)에 구비된 제2히터(140b)를 구동하지 않아도 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도를 선택적으로 조절함으로써 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 감소하여도 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 지속적으로 제공할 수 있다. 물론, 제2히터(140b)를 구동할 경우에는 제2히터(140b)의 용량에 대응하여 가열 수조(140)에 보관되어 있는 1차 가열 온수의 소비량을 감소시킬 수 있게 된다.

한편, 잔존 온수 및 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수가 모두 소진되면, 가열 수조(140) 내의 온수의 온도와 가열 모듈(145) 내의 온수의 온도는 최대 공급 온도(예를 들면, 60 ℃)가 된다. 이와 같은 상태를 정상 상태라 하면, 제어기(150)는 온수관(1)으로부터 온수가 유입되는 지점에 설치된 제1온도 센서(120a)와 냉수관(2)으로부터 냉수가 유입되는 지점에 설치된 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 값이 최대 공급 온도에 도달했는지를 파악하여 정상 상태의 도달여부를 파악할 수도 있다. 이때, 제1전자 밸브(130a)의 개방 여부와 무관하게 제2전자 밸브(130b) 쪽으로 동일한 양과 동일한 온도의 온수가 공급된다. 따라서 제어기(150)는 제1전자 밸브(130a)는 폐쇄하여 온수관(1)으로부터 공급되는 온수가 모두 가열 모듈(145) 쪽으로 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 상태에서 사용자가 설정한 희망 온도와 희망 수량인 42 ℃와 60 ㎖/초로 배출수를 공급하기 위해서는 혼합 온수가 33 ㎖/초로 공급되고, 냉수가 27 ㎖/초로 공급되도록 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)가 제어된다. 따라서 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)는 각각 완전개방에 대해 약 41.3 %와 27 % 개방된다. 이와 같이 배출수가 공급되고 있는 상태에서 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량이 60 ㎖/초로 감소하면, 혼합 온수는 제2전자 밸브(130b) 쪽으로 24.8 ㎖/초로 출수된다. 따라서 배출수의 온도와 수량은 각각 39.2 ℃와 51.8 ㎖/초로 감소하게 된다.

이와 같이 정상 상태에 도달한 후에 온수의 수량이 감소하는 경우, 앞서 설명한 바와 같이 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도를 변경하지 않고, 제2전자 밸브(130b)를 추가로 개방하면 혼합 온수의 수량을 33 ㎖/초가 되도록 할 수 있다. 즉, 제2전자 밸브(130b)의 개방 정도를 완전개방에 대해 55 % 개방하면, 혼합 온수가 33 ㎖/초로 공급되며, 따라서 배출수의 온도와 수량을 유지할 수 있다. 그러나 이 경우에는 제2전자 밸브(130b)의 개방 정도를 변경하지 않고, 제3전자 밸브(130c)를 추가로 개방하게 되면, 배출수의 수량은 유지되나 온도는 36.9 ℃로 낮아지게 되는 문제가 있다.

다음으로, 온수의 수량만 감소한 상황에서 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도의 변경만으로 배출수를 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 제공할 수 없는 것으로 판단되면, 제어기(150)는 가열 모듈(145)에 구비된 제2히터(140b)를 가동할 때 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 있는 지를 확인한다(S415). 물론, 가열 수조(140)에 구비된 제1히터(140a)를 같이 구동하면 배출수의 온도를 보다 높일 수 있으나, 제1히터(140a)의 용량이 제2히터(140b)의 용량보다 크지 않기에 이하에서는 제2히터(140b)를 구동하는 것을 기초로 설명한다. 만약, 제2히터(140b)를 가동할 때 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 있는 것으로 확인되면, 제어기(150)는 제2히터(140b)를 구동하고, 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)를 선택적으로 제어하여 배출수의 온도와 수량을 사용자가 희망하는 희망 온도와 희망 수량에 대응하는 목표 온도와 목표 수량이 되도록 조절한다(S420). 이때, 온수관(1)로부터 가열 모듈(145)로 공급된 물은 흐르는 상태에서 제2히터(140b)에 의해 가열되며, 제2히터(140b)에 의한 온도 증가량은 다음의 수학식에 의해 계산될 수 있다.

여기서, ΔT는 승온량, P는 제2히터(140b)의 용량(KW), c는 물의 비열(4.18 KJ/(Kg℃)), ρ는 물의 밀도(1 Kg/L), t는 승온시간(분), α는 안전율(1.2로 가정), 그리고 q는 유량(L/min)이다.

가열 모듈(145)이 내경이 2 ㎝이고, 길이가 20 ㎝인 관의 내부에 외경이 1 ㎝이고 길이가 18 ㎝인 카트리지 히터가 장착되어 구성되어 있으면, 가열 모듈(145)의 내부에는 약 49 ㎖의 물이 수용될 수 있다. 따라서 가열 모듈(145)로 30 ℃의 온수가 20 ㎖/초의 수량으로 공급되면, 약 2.5초 후 승온된 물이 출수된다. 이때, 카트리지 히터의 용량이 1 KW이면, 수학식 7에 따라 가열 모듈(145)로부터 출수되는 2차 가열 온수의 온도는 약 10 ℃ 승온된 40 ℃가 된다. 나아가, 이러한 가열 모듈 두 개를 연결하여 하나의 가열 모듈을 구성하게 되면, 20 ㎖/초의 수량으로 가열 모듈(145)로 유입되는 온수의 온도를 약 20 ℃ 승온시킬 수 있다. 한편, 가열 모듈(145)로 유입되는 온수의 수량이 2배 증가하면(즉, 40 ㎖/초), 온수는 약 1.2초 후 10 ℃ 승온된다. 이를 기초로 가열 모듈(145)이 관형으로 제작될 때 일정한 지연 시간을 거친 후 승온량은 수학식 7에 따른 승온량의 순간변화율이므로, 가열시간에 관계없는 수학식 8을 도출할 수 있다.

여기서, ΔT는 승온량, P는 제2히터(140b)의 용량(KW), c는 물의 비열(4.18 KJ/(Kg℃)), ρ는 물의 밀도(1 Kg/L), α는 안전율(1.2로 가정), 그리고 q는 유량(L/min)이다.

앞의 예와 동일한 상황에서, 수전(3)의 사용시점으로부터 60초가 경과한 시점에서 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 30 ㎖/초로 감소하게 되면, 제2전자 밸브(130b)를 최대한 개방해도 30 ㎖/초의 혼합 온수만을 공급할 수 있게 된다. 따라서 사용자가 희망하는 60 ㎖/초의 배출수를 제공하고자 한다면, 냉수의 수량을 30 ㎖/초로 증가시켜야 한다. 이 경우, 혼합 온수의 온도는 64 ℃가 되어야 하며, 이를 위해 가열 수조(140)로부터 20.4 ㎖/초의 1차 가열 온수가 출수되어야 하고, 가열 모듈(145)로부터 9.6 ㎖/초의 온수가 출수되어야 한다. 그러나 가열 수조(140)로부터 출수될 수 있는 1차 가열 온수의 최대량은 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 절반인 15 ㎖/초이므로, 이러한 조건을 맞출 수 없게 된다. 따라서 가열 모듈(145)에 구비된 제2히터(140b)를 구동하여 가열 모듈(140)로 초당 15 ㎖의 수량으로 유입되는 온수를 2차 가열할 필요가 있다.

만약 제2히터(140b)의 용량이 1.5 kW일 때 수학식 8에 의해 15 ㎖/초로 공급되는 온수를 약 20 ℃ 승온시킬 수 있다. 물론 히터의 효율이 100%가 아니라 80 %라 하고 승온시킬 수 있는 온도는 약 16 ℃이다. 따라서 제2히터(140b)를 구동하면, 가열 모듈(140)로부터 50 ℃의 2차 가열 온수가 15 ㎖/초의 수량으로 출수되며, 혼합 온수의 온도는 최대 65 ℃까지 높일 수 있게 된다. 따라서 제2히터(140b)를 구동함으로써, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 감소하여도 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 지속적으로 제공할 수 있다. 만약 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 지나치게 감소하면, 제1히터(140a)와 제2히터(140b)를 모두 구동해도 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급할 수 없는 상황이 발생할 수 있으며, 이 경우, 1히터(140a)와 제2히터(140b)를 모두 구동하여 배출수의 온도를 사용자가 희망하는 온도가 되도록 하되 배출수의 수량을 감소시키도록 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)를 제어한다(S425).

한편, 잔존 온수 및 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수가 모두 소진되면, 가열 수조(140) 내의 온수의 온도와 가열 모듈(145) 내의 온수의 온도는 최대 공급 온도(예를 들면, 60 ℃)가 된다. 이러한 상황에서 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 30 ㎖/초로 감소하게 되면, 제2전자 밸브(130b)를 최대한 개방해도 60 ℃의 혼합 온수를 30 ㎖/초의 수량으로 공급할 수 있게 된다. 따라서 사용자가 희망하는 60 ㎖/초의 배출수를 제공하고자 한다면, 냉수의 수량을 30 ㎖/초로 증가시켜야 한다. 이 경우, 혼합 온수의 온도는 40 ℃가 되며, 따라서 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 없게 된다. 이 경우, 제2히터(140b)를 구동하여 가열 모듈(145)을 통해 공급되는 온수의 온도를 68 ℃로 승온시킴으로써 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 있게 된다. 이때 제2히터(140b)의 구동시간을 적절히 조절함으로써 온수의 온도를 8 ℃ 승온시킬 수 있다.

다음으로, 냉수의 수량만 감소한 것으로 파악되면(S430), 제3전자 밸브(130c)의 개방 정도의 변경하여 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급한다(S435).

도 3을 참조하여 설명한 예와 동일한 조건에서 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량이 각각 42 ℃와 60 ㎖/초이면, 수전(3)으로 혼합 온수와 냉수를 각각 49.5 ㎖/초와 10.5 ㎖/초로 공급하면 배출수의 온도와 수량은 각각 42 ℃와 60 ㎖/초가 된다. 따라서 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방량은 각각 최대 개방량에 대해 61.9 %와 10.5 %이다. 이러한 상황에서 냉수의 수량이 100 ㎖/초에서 80 ㎖/초로 감소하면, 냉수의 공급량을 10.5 ㎖/초로 유지하기 위해 제3전자 밸브(130c)의 개방정도를 최대 개방량에 대해 13.1 %로 변경한다. 만약 잔존 온수 및 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수가 모두 소진되면, 가열 수조(140) 내의 온수의 온도와 가열 모듈(145) 내의 온수의 온도는 최대 공급 온도(예를 들면, 60 ℃)가 된다. 이때 혼합 온수와 냉수의 공급량은 각각 33 ㎖/초와 27 ㎖/초가 되며, 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)의 개방량은 각각 최대 개방량에 대해 41.3 %와 27 %이다. 이러한 상황에서 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 수량이 80 ㎖/초로 감소하게 되면, 냉수의 공급량을 27 ㎖/초로 유지하기 위해 제3전자 밸브(130c)의 개방정도를 최대 개방량에 대해 33.8 %로 변경한다. 냉수의 공급량만 감소한 경우에 상술한 바와 같은 제3전자 밸브(130c)의 제어를 통해 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 있게 된다.

다음으로, 온수와 냉수의 수량이 모두 감소한 것으로 파악되면(S440), S400단계 내지 S425단계에 따른 온수의 수량 감소에 대응하는 제1전자 밸브 내지 제3전자 밸브(130a, 130b, 130c)의 선택적 제어 및 제1히터(140a)와 제2히터(140b)의 선택적 구동을 통해 온수의 감소량에 대응하는 제어를 수행한 이후 S430단계 및 S435단계에 따른 냉수의 감소량에 대응하는 제3전자 밸브(130c)의 제어를 수행하면 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 있게 된다(S445).

온수와 냉수의 수량은 두 가지 경우에 증가한다. 첫째, 특정한 소비처에서 온수와 냉수가 최대 공급 수량으로 공급되고 있을 때 다른 소비처에서 온수 또는 냉수를 사용함으로 인해 해당 소비처로의 온수 또는 냉수의 공급량이 감소된 상태에서 다른 소비처에서 온수 또는 냉수의 사용을 종료하게 되면 해당 소비처로의 온수 또는 냉수의 공급량이 증가하게 된다. 둘째, 다른 소비처에서 온수 또는 냉수를 사용하고 있음으로 인해 특정한 소비처에서 온수 또는 냉수를 사용하게 되면 최대 공급 수량에 미치지 못하는 수량으로 온수 또는 냉수가 공급되게 된다. 이러한 상태에서 다른 소비처에서 온수 또는 냉수의 사용을 종료하면, 해당 소비처로의 온수 또는 냉수의 공급량이 증가하게 된다.

만약, 온수의 수량만 증가하면(S450), 제어기(150)는 제1전자 밸브(130a) 내지 제3전자 밸브(130c)의 개방정도를 선택적으로 변경하여 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 공급한다(S455).

도 3을 참조하여 설명한 예와 동일한 조건, 즉, 용량이 2400 ㎖인 가열 수조(140) 내에 80 ℃로 가열된 1차 가열 온수가 보관되어 있고, 잔존 온수가 6400 ㎖이고, 제1온도 센서(120a)와 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 온수와 냉수의 온도가 각각 30 ℃ 및 20 ℃이고, 온수와 냉수의 최대 공급 수량이 각각 80 ㎖/초와 100 ㎖/초이며, 온수의 최대 공급 온도가 60 ℃로 가정한다. 그리고 가열 수조(140) 내에 1차 가열 온수가 잔존하는 경우에, 온수관(1)을 통해 60 ㎖/초의 수량으로 온수가 공급되고, 냉수관(2)을 통해 100 ㎖/초의 수량으로 냉수가 공급되면, 사용자가 희망하는 42 ℃의 배출수를 60 ㎖/초의 양으로 공급하기 위해서는 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)를 각각 완전개방에 대해 55 %, 82.5 % 및 10.5 % 개방하거나, 63.3 %, 61.9 % 및 22.9 % 개방하여야 한다.

이러한 상황에서 온수관(1)로부터 공급되는 온수의 수량이 80 ㎖/초로 증가하면, 수전(3)으로 공급되는 혼합 온수의 수량이 49.5 ㎖/초에서 66 ㎖/초로 증가하거나 37.1 ㎖/초에서 49.5 ㎖/초로 증가하게 된다. 따라서 각각의 경우에 제2전자 밸브(130b) 또는 제3전자 밸브(130c)의 개방정도를 조절하여 배출수의 수량을 60 ㎖가 되게 만들어야 한다.

먼저, 제2전자 밸브(130b)의 개방량을 감소시키는 방법에 대해 설명한다. 혼합 온수의 공급량을 49.5 ㎖/초로 줄이기 위해서는 제2전자 밸브(130b)의 개방정도를 완전개방에 대해 82.5 %에서 61.9 %로 줄여야 하고, 혼합 온수의 공급량을 37.1 ㎖/초로 줄이기 위해서는 제2전자 밸브(130b)의 개방정도를 완전개방에 대해 61.9 %에서 46.4 %로 줄여야 한다. 각각의 경우에 냉수의 공급량은 각각 10.5 ㎖/초와 22.9 ㎖/초이다. 그리고 이에 따라 혼합 온수가 각각 46.7 ℃와 55.6 ℃가 되어야 하며, 따라서 제1전자 밸브(130a)의 개방정도를 각각의 경우에 완전개방에 대해 각각 41.3 %와 47.5 %가 되도록 조절하여야 한다. 이와 같이 온수관(1)으로 공급되는 온수의 수량이 증가하면, 제1전자 밸브(130a)와 제2전자 밸브(130b)의 개방량을 감소시킴으로써 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 공급할 수 있다.

다음으로, 제3전자 밸브(130c)의 개방량을 감소시키는 방법에 대해 설명한다. 먼저, 혼합 온수의 증가량이 16.5 ㎖/초인 경우에 냉수의 공급량은 10.5 ㎖/초이므로, 이 경우에는 희망하는 만큼 냉수를 줄일 수가 없다. 따라서 이 경우에는 제3전자 밸브(130c)를 완전히 잠그고, 수전(3)으로 공급되는 혼합 온수의 수량이 60 ㎖가 되도록 제2전자 밸브(130b)의 개방정도를 조절한다. 따라서 제2전자 밸브(130b)는 완전개방에 대해 75 % 개방되어야 한다. 이때 수전(3)으로 공급되는 혼합 온수의 온도는 사용자가 희망하는 온도인 42 ℃가 되어야 하며, 따라서 제1전자 밸브(130a)는 완전개방에 대해 36 % 개방하면, 혼합 온수의 온도가 42 ℃가 된다. 한편, 혼합 온수의 증가량이 12.4 ㎖/초인 경우에는 냉수의 공급량이 22.9 ㎖/초이므로, 이 경우에는 냉수의 공급량을 12.4 ㎖/초만큼 감소시킴으로써 배출수의 수량을 사용자가 희망하는 수량으로 제어할 수 있다. 이때, 제3전자 밸브(130c)는 수전(3)으로 10.5 ㎖/초의 수량으로 냉수를 공급하기 위해 완전개방에 대해 10.5 % 개방된다. 이러한 상황에서 사용자가 희망하는 42 ℃의 온도로 배출수를 공급하기 위해서는 수전(3)으로 공급되는 혼합온수의 온도는 46.7 ℃가 되어야 하며, 따라서 제1전자 밸브(130a)는 완전개방에 대해 41.3 % 개방되도록 제어된다. 이상과 같이 제1전자 밸브(130a), 제2전자 밸브(130b) 및 제3전자 밸브(130c)를 선택적으로 제어함으로써, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량이 증가하는 경우에도 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 제공할 수 있다.

이와 달리, 냉수의 수량만 증가하면(S460), 제어기(150)는 제3전자 밸브(130c)의 개방량을 감소시켜 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 공급한다(S465). 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 공급하고 있는 상태에서 냉수의 수량이 100 ㎖/초에서 120 ㎖/초로 증가하는 경우를 가정한다. 즉, 제3전자 밸브(130c)는 완전개방에 대해 10.5 % 개방되어 수전(3)으로 10.5 ㎖/초의 수량으로 냉수를 공급하고 있는 상태에서 냉수의 수량이 120 ㎖로 증가하면, 제3전자 밸브(130c)의 개방량을 완전개방에 대해 8.75 %로 감소시켜 수전(3)으로 공급되는 냉수의 수량을 10.5 ㎖가 되도록 할 수 있다.

한편, 수전(3)으로 공급되는 온수와 냉수의 수량이 모두 증가하면, 온수만 증가한 경우의 제어 방법을 수행한 후 제3전자 밸브(130c)의 개방량을 완전개방에 대해 냉수의 증가량만큼 감소시킬 수 있는 정도로 제어하면 사용자가 희망하는 온도와 수량으로 배출수를 지속적으로 공급할 수 있다(S470).

이상의 설명에서 제어기(150)는 온수관(1)과 냉수관(2)에 위치된 각 수량 센서(110a, 110b)에 의해 온수와 냉수의 수량을 산출한다. 이와 달리, 온수와 냉수의 수량은 수량 센서 대신에 압력 센서를 이용하여 측정될 수도 있다.

예를 들어, 수압에 따른 수량은 수학식 9 및 수학식 10을 이용하여 도출될 수 있다.

여기서, P는 수압(1000g/cm²)을 나타내고, V는 유속(cm/s)를 나타내고, g는 중력 가속도(9.8 m/s²)를 나타낸다.

여기서, Q는 체적 수량을 나타내며, A는 관의 단면적을 나타낸다.

수학식 9 및 10에 의해 수학식 11이 도출될 수 있다.

여기서, K=0.6597d²(d는 관의 내경)이므로, 수압은 수량의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다.

예를 들어, 관의 내경이 15 mm이고, 수압이 0.5 kg/cm²일 때 수량은 470 ㎖/초가 된다.

따라서, 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서에 의해 측정된 수압이 각각 A kg/cm² 및 B kg/cm²이고, A가 B보다 작은 경우 온수와 냉수의 수량비는 A:B/A가 된다. 이로부터 온수와 냉수의 수량 및 수량비를 산출할 수 있다.

한편, 이상에서 설명한 바와 같은 온수와 냉수의 수량 변화, 온수와 냉수의 수압 변화 등에 따른 밸브 제어시, 각각의 변화에 즉각적으로 대응할 경우에 지나치게 자주 밸브의 개방정도를 조절하여야 하는 문제가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 수전 노브 회전량에 따른 배출수의 온도가 정상상태에 도달한 이후에 온수와 냉수의 온도가 변하거나 수량이 변화하더라도 그 변화에 따른 배출수의 온도가 정상상태의 배출수의 온도에 비해 사전에 정한 기준 변화량(예를 들면, ±3℃)보다 크거나 온수와 냉수의 수량 변화량이 사전에 정한 기준 변화량(예를 들면, ±10%의 수량 변화)보다 큰 경우에 한하여 밸브를 제어하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 수전 제어 장치는 계절별 또는 사용자별로 배출수의 목표 온도를 다르게 설정할 수 있다. 예들 들면, 동일한 사용자가 30℃의 배출수를 여름에는 다소 뜨겁다고 느끼는 반면에 겨울에는 다소 차갑다고 느낄 수 있다. 따라서 사용자 친화적인 제어를 위해 배출수의 목표 온도를 계절에 따라 적응적으로 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수전 노브의 수평 회전량에 대한 배출수의 목표 온도를 여름에는 10% 감소시키고 겨울에는 10% 증가시킬 수 있다. 물론 이러한 제어는 계절에 대해서만 수행하지 않고 실외 온도 또는 수전이 위치한 장소의 온도에 기반하여 수행될 수 있다. 일예로, 수전이 위치한 장소의 온도가 특정한 설정온도(예를 들면, 30℃)보다 낮으면, 수전 노브의 수평 회전량에 대한 배출수의 목표 온도를 10% 증가시키고, 설정온도 이상이면 배출수의 목표 온도를 10% 증가시킬 수 있다.

이러한 제어는 별도의 입력장치를 통해 사용자로부터 수전 노브의 회전 정보를 입력받거나 배출수의 목표 온도와 수량을 직접 입력받는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 나아가, 별도의 입력장치를 통해 사용자로부터 수전 노브의 회전 정보를 입력받거나 배출수의 목표 온도와 수량을 직접 입력받는 경우에 사용자별로 배출수의 목표 온도를 다르게 설정할 수 있다. 즉, 각각의 사용자별로 선호하는 배출수의 온도와 수량을 수립하여 분석함으로써, 동일한 수전 노브의 회전량에 대한 배출수의 목표 온도와 목표 수량을 사용자별로 다르게 제어할 수 있다. 이때 입력장치가 스마트폰일 경우에는 스마트폰으로부터 사용자의 정보를 자동으로 제공받음으로써 사용자에 대한 정보를 용이하게 파악할 수 있다. 이와 달리, 제어 패널이 입력장치로 사용될 경우에는 제어 패널을 통해 사용자를 설정할 수 있다.

본 발명에 따른 수전 제어 장치(100)는 수전 노브 대신에 수전 노브의 수직 및 수평 회전량에 대응하는 정보를 별도의 입력장치를 통해 사용자로부터 입력받을 수 있다. 나아가, 수전 노브의 수직 및 수평 회전량에 대응하는 정보 대신에 사용자가 희망하는 배출수의 온도 및 수량을 사용자로부터 입력받을 수도 있다. 이때 별도의 입력장치는 스마트폰, 입력장치와 출력장치를 구비한 제어 패널 등이 될 수 있다. 스마트폰이 입력장치로 사용될 경우 스마트폰에는 본 발명에 따른 수전 제어 장치(100)를 제어하기 위한 앱이 설치되는 것이 바람직하다. 제어 패널의 출력장치에는 냉수 온도, 온수 온도, 냉수 수량, 온수 수량, 배출수 온도, 배출수 수량 등이 사용자의 선택 또는 설정상태에 타라 선택적으로 표시된다. 또한 제어 패널의 입력장치는 터치스크린, 음성인식장치, 버튼입력장치 등의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(100)는 입력장치 및 출력장치와 데이터를 송수신하기 위한 통신부를 구비하며, 블루투스 모듈, 와이파이 모듈 등을 포함한 유선 또는 무선 통신이 가능한 장치가 통신부로 채택될 수 있다.

도 6과 도 7은 혼합 온수와 냉수의 수전(3)으로의 공급 지점에 하나의 전자 밸브에 의해 혼합 온수와 냉수가 수전(3)으로 공급되는 경우에 사용되는 전자 밸브의 예를 도시한 도면이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 밸브(500)는 상부 케이스(510), 온도 조절부(520), 연결부(530) 및 하부 케이스(540)로 구성된다.

상부 케이스(510)는 내부에 공간이 형성되어 온도 조절부(520)와 연결부(530)를 수용한다. 상부 케이스(510)는 원통형상이며, 상측의 직경이 하측의 직경보다 작게 형성된다. 상부 케이스(510)의 상측에 형성된 작은 직경의 원통 내로 온도 조절부(520)의 상부 모듈이 삽입되어 회전가능하게 고정된다. 이때, 온도 조절부(520)의 상부 모듈의 외면과 상부 케이스(510)의 상측에 형성된 작은 직경의 원통의 내면이 맞닿게 되므로, 온도 조절부(520)의 상부 모듈의 외면에는 외주면을 따라 복수 개의 홈이 형성되어 상부 케이스(510)의 상측에 형성된 작은 직경의 원통의 내면과의 마찰면을 감소시키는 동시에 온도 조절부(520)의 원활한 회전을 보장한다. 나아가, 온도 조절부(520)의 상부 모듈의 외면에 외주면을 따라 복수 개의 링 베어링을 설치하면 상부 케이스(510)의 상측에 형성된 작은 직경의 원통의 내면과의 마찰을 보다 감소시킬 수 있다. 온도 조절부(520)의 하부 모듈은 상면은 상부 케이스(510)의 상측의 내면과 맞닿는다. 이러한 온도 조절부(520)의 하부 모듈은 상면 역시 상부 케이스(510)의 상측의 내면과의 마찰을 감소시키기 위해 외주면을 따라 복수 개의 홈이 형성되거나 복수 개의 링 베어링이 설치되는 것이 바람직하다.

온도 조절부(520)의 상부 모듈의 상면에는 선형 모터(미도시)가 결합되는 결합홈이 형성되어 있으며, 선형 모터의 회전에 대응하여 온도 조절부(520)가 회전한다. 온도 조절부(520)의 상부 모듈의 상측에는 걸림턱(525)이 형성되고, 상부 케이스(510)의 내면의 대응되는 지점에는 복수 개의 스토퍼가 설치된다. 걸림턱(525)과 스토퍼에 의해 온도 조절부(520)는 상부 케이스(510)에 대해 일정한 각도의 범위 내에서 회전된다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 온도 조절부(520)의 하부 모듈의 하면에는 잘린 도넛 형상의 복수 개의 유로(521, 522)가 형성되어 있다. 이러한 복수 개의 유로(521, 522) 중에서 제1유로(521)는 온도 조절부(520)의 회전상태에 따라 연결부(530)에 형성된 온수 유입구(531)와 온수 유출구(533) 사이의 온수 흐름을 통제하고, 제2유로(522)는 온도 조절부(520)의 회전상태에 따라 연결부(530)에 형성된 냉수 유입구(532)와 냉수 유출구(534) 사이의 냉수 흐름을 통제한다. 이러한 연결부(530)에 대한 온도 조절부(520)의 회전량에 따른 온수와 냉수의 혼합비의 조절 예가 도 8에 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 온수 조절부(520) 하면에 형성된 유로들(521, 522)과 연결부(530)에 형성된 온수 유입구(531), 냉수 유입구(532), 온수 유출구(533) 및 냉수 유출구(534)가 서로 대칭인 상태에 있을 때(도 8의 (a)), 온수 유입구(531)와 냉수 유입구(532)는 동일하게 절반씩 열리게 된다. 따라서 온수 유입구(531)와 냉수 유입구(532)를 통해 각각 40 mL/초와 80 mL/초의 수량으로 온수와 냉수가 유입되면, 온수 유출구(532)와 냉수 유출구(534)로 각각 20 mL와 40 mL/초로 온수와 냉수가 출수된다. 한편, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 시계방향으로 30°회전하면(도 8의 (b)), 온수 유입구(531)로 유입된 온수는 전량 온수 유출구(533)로 출수되며, 냉수 유입구(532)와 냉수 유출구(534) 사이에는 유로가 형성되지 않으므로 냉수 유출구(534)로 냉수가 출수되지 않는다. 반대로, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 반시계방향으로 30°회전하면(도 8의 (c)), 냉수 유입구(532)로 유입된 냉수는 전량 냉수 유출구(534)로 출수되며, 온수 유입구(531)와 온수 유출구(533) 사이에는 유로가 형성되지 않으므로 온수 유출구(533)로 온수가 출수되지 않는다. 또한, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 시계방향으로 12°회전하면(도 8의 (d)), 온수 유입구(531)로 유입된 온수의 약 90 %가 온수 유출구(533)로 출수되며, 냉수 유입구(532)로 유입된 냉수의 약 10 %가 냉수 유출구(534)로 출수된다. 이와 달리, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 반시계방향으로 12°회전하면(도 8의 (e)), 온수 유입구(531)로 유입된 온수의 약 10 %가 온수 유출구(533)로 출수되며, 냉수 유입구(532)로 유입된 냉수의 약 90 %가 냉수 유출구(534)로 출수된다. 이와 같이, 온도 조절부(520)의 회전방향과 회전량을 조절함으로써, 온수와 냉수의 혼합비를 조절할 수 있다. 이러한 온도 조절부(520)의 회전방향과 회전량은 제어기(150)에 의해 제어된다.

연결부(530)는 하부 케이스(540)에 결합된다. 이를 위해 연결부(530) 하면의 외주부분에 삽입부(535-1, 535-2)가 형성되어 있으며, 각각의 삽입부(535-1, 535-2)는 하부 케이스(540) 상면의 대응되는 위치에 형성된 결합홈에 삽입되어 연결부(530)가 하부 케이스(540)에 고정되도록 한다. 한편, 연결부(530)의 상면의 중앙에는 돌기가 형성되어 온도 조절부(520)의 하면에 형성된 돌기 수용홈에 결합된다. 이에 의해 온도 조절부(520)는 연결부(530)의 상면에 형성된 돌기를 중심축으로 하여 회전한다. 이러한 연결부(530)는 온도 조절부(520)와 회전가능하게 밀착되되 온수와 냉수의 누수를 방지하기 위해 마찰계수가 작고 탄성이 높은 재질(예를 들면, 테프론)로 제작된다.

하부 케이스(540)는 상부 케이스(510)와 결합된다. 이를 위해 하부 케이스(540)의 상면 외주면에는 체결 돌기(549-1, 549-2)가 형성되어 있으며, 각각의 체결 돌기(549-1, 549-2)는 상부 케이스(510) 측면에 대응되는 위치에 형성된 결합홈(515)에 삽입된다. 하부 케이스(540)의 상면에는 연결부(530)에 형성된 온수 유입구(531), 냉수 유입구(532), 온수 유출구(533) 및 냉수 유출구(534)에 대응하는 온수 유입구(545), 냉수 유입구(546), 온수 유출구(547) 및 냉수 유출구(548)가 형성되어 있다. 이때 누수를 방지하기 위해 온수 유입구(545), 냉수 유입구(546), 온수 유출구(547) 및 냉수 유출구(548)에는 각각 외주에 고무링이 삽입된다. 또한 하부 케이스의 하면에는 온수 유입관(541), 냉수 유입관(542), 온수 유출관(543), 냉수 유출관(544)이 장착되어 있으며, 각각의 관은 하부 케이스(540)의 내부에 형성된 유로를 통해 대응되는 온수 유입구(545), 냉수 유입구(546), 온수 유출구(547) 및 냉수 유출구(548)와 연통된다.

이하에서는 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)를 제거하고, 도 6 내지 도 8을 참조하여 설명한 전자 밸브(이하, '제4전자 밸브'라 함)를 장착하여 수전을 제어하는 방법에 대해 설명한다. 이때 혼합 온수가 출수되는 배관은 제4전자 밸브(500)의 온수 유입관(541)과 연결되고, 냉수가 출수되는 배관은 제4전자 밸브(500)의 냉수 유입관(542)과 연결된다. 또한 제4전자 밸브(500)의 온수 유출관(543)은 수전(3)의 온수관과 연결되고, 냉수 유출관(544)은 수전(3)의 냉수관과 연결된다.

먼저, 온도 조절부(520)의 회전량에 따라 온수 유입관(541)과 냉수 유입관(542)으로 각각 유입된 온수와 냉수가 온수 유출관(543)과 냉수 유출관(544)으로 어느 정도의 수량으로 출수되는 지를 살펴본다. 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 시계방향으로 30°회전하면, 온수 유입구(531)로 유입된 온수는 전량 온수 유출구(533)로 출수되고, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 반시계방향으로 30°회전하면, 냉수 유입구(532)로 유입된 냉수는 전량 냉수 유출구(534)로 출수되는 것으로 설정한다. 그리고 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 시계방향으로 30°회전한 상태를 0°로 설정하면, 온도 조절부(520)에 연결된 선형 모터가 반시계방향으로 30°회전한 상태는 60°가 된다. 이때, 온수 유입관(541)으로 x ㎖/초의 수량으로 온수가 유입되고, 냉수 유입관(542)으로 y ㎖/초의 수량으로 냉수가 유입되면, 온수 유출관(543)과 냉수 유출관(544)으로 출수되는 온수와 냉수의 수량은 다음의 수학식에 의해 얻어진다.

여기서, X는 온수 유출관(543)으로 출수되는 온수의 수량, Y는 냉수 유출관(544)으로 출수되는 냉수의 수량, 그리고 k는 온도 조절부(530)의 회전량이다.

이러한 조건에서 온수 유출관(543)과 냉수 유출관(544)으로 출수되는 온수와 냉수의 온도가 각각 a ℃와 b ℃이면, 이를 혼합한 혼합수의 온도(T)는 다음의 수학식에 의해 구할 수 있다.

한편, 제4전자 밸브(500)는 온수와 냉수의 혼합비를 조절하여 혼합수의 온도만을 조절하는 기능만을 수행하므로, 제4전자 밸브(500)의 후단에 수량 조절 수단이 구비되어야 한다. 이러한 수량 조절 수단은 도 1을 참조하여 설명한 제1전자 밸브(130a)가 채용될 수 있다. 또한, 통상의 수전에 적용되는 카트리지를 수량 조절 수단으로 사용할 수 있으며, 이때 카트리지는 수전 노브의 수평 회전량에 대응하여 온수와 냉수의 혼합비를 조절하는 기능은 제거되고, 수전 노브의 수직 회전량에 대응하여 온수와 냉수가 혼합된 혼합수의 수량만을 조절하는 기능만 수행한다.

예를 들어, 용량이 2400 ㎖인 가열 수조(140) 내의 물이 제1히터(140a)에 의해 80 ℃로 가열되어 유지되고 있는 경우에 제어기(150)에 의한 제4전자 밸브(500)의 제어 동작을 설명한다. 이하의 설명에서, 온수의 공급 지점으로부터 가열 수조(140) 사이의 배관에 잔존하는 잔존 온수가 6400 ㎖이고, 제1전자 밸브(130a)가 온수관(1)으로부터 공급된 온수를 가열 수조(140)와 가열 모듈(150)로 분배하도록 제어되고, 제1온도 센서(120a)와 제2온도 센서(120b)에 의해 측정된 온수와 냉수의 온도가 각각 30 ℃ 및 20 ℃이고, 온수와 냉수의 최대 공급 수량이 각각 80 ㎖/초와 100 ㎖/초이며, 온수의 최대 공급 온도가 60 ℃로 가정한다.

사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량이 각각 42 ℃와 60 ㎖/초이면, 제어기(150)는 잔존 온수가 소진될 때까지 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수와 가열 모듈(145)에 의한 2차 가열 온수를 혼합한 혼합 온수의 온도가 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도에 도달할 수 있는지를 확인한다. 만약 가능한 것으로 확인되면, 제어기(150)는 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도와 희망 수량을 배출수의 목표 온도와 목표 수량으로 설정한다. 이와 달리, 가능하지 않은 것으로 확인되면, 배출수의 목표 온도를 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도보다 낮게 설정하거나 배출수의 목표 수량을 사용자가 설정한 배출수의 목표 수량보다 작게 설정한다.

앞의 예에서, 잔존 온수가 모두 소진되기까지 소요되는 106.7초이며, 따라서 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수는 106.7초보다 늦게 소진되면 된다. 따라서 가열 수조(140)로부터 최대 초당 22 ㎖로 배출되면, 2400 ㎖의 1차 가열 온수가 모두 소진될 때까지 109초가 소요된다. 이때 제4전자 밸브(500)로 공급되는 혼합 온수의 온도는 43.75 ℃이며, 수학식 12와 수학식 13에 의해 제4전자 밸브(500)의 온도 조절부(520)의 회전량을 구할 수 있다. 이 경우, 제4전자 밸브(500)의 온도 조절부(520)의 회전량은 0.2°로 산출된다. 이때, 온수 유출관(543)과 냉수 유출관(544)으로 출수되는 온수와 냉수의 수량은 각각 79.7 ㎖/초와 0.33 ㎖/초가 된다. 따라서 제4전자 밸브(500) 후단에 설치된 수량 제어 수단은 온도가 42 ℃이고 수량이 80.03 ㎖/초인 혼합수를 사용자가 설정한 수량인 60 ㎖/초로 출수하도록 제어한다.

만약 잔존 온수 및 가열 수조(140) 내의 1차 가열 온수가 모두 소진되어 정상상태에 도달하면, 가열 수조(140) 내의 온수의 온도와 가열 모듈(145) 내의 온수의 온도는 최대 공급 온도(예를 들면, 60 ℃)가 된다. 이 경우, 제4전자 밸브(500)의 온도 조절부(520)의 회전량을 23.7°로 설정하면, 온수 유출관(543)과 냉수 유출관(544)으로 출수되는 온수와 냉수의 수량은 각각 48.4 ㎖/초와 39.5 ㎖/초가 된다. 따라서 제4전자 밸브(500) 후단에 설치된 수량 제어 수단은 온도가 42 ℃이고 수량이 87.9 ㎖/초인 혼합수를 사용자가 설정한 수량인 60 ㎖/초로 출수하도록 제어한다.

정상 상태에 도달하기 전과 도달한 후에 수전(3)의 사용 중에 온수의 수량과 냉수의 수량 중 적어도 하나가 증가하거나 감소하면 그에 따른 제4전자 밸브(500)의 회전량 제어 방법은 도 3과 도 4를 참조하여 설명한 사항 및 수학식 12와 수학식 13을 참조하면 얻어질 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 자명하게 알 수 있는 사항이다.

한편, 이상의 설명에서 밸브의 개방량에 대해 온수, 냉수, 혼합 온수, 혼합수 등의 수량이 선형적으로 대응하는 것으로 기술하였다. 그러나 밸브의 개방량이 일정수준 이하로 작아지게 되면 수량은 비선형적으로 변하게 된다. 예를 들어, 밸브의 개방량이 50 %이면 유입되는 수량의 절반이 밸브를 통해 공급되나, 밸브의 개방량이 10 %이면 유입되는 수량의 10 %보다 작은 수량이 밸브를 통해 공급된다. 따라서 이러한 차이를 고려하여 밸브의 개방량을 결정하는 것이 바람직하다. 나아가 이러한 차이에 의해 발생하는 배출수의 온도와 수량이 사전에 설정된 오차 범위(예를 들면, 온도는 ±2 ℃, 수량은 ±5 ㎖/초) 내이면, 이러한 차이를 고려하지 않도록 설정할 수도 있다.

한편, 수전(3)이 카트리지가 구비된 일반적인 수전일 경우에 노브의 수직 및 수평 회전량에 대응하여 카트리지에 의한 온수와 냉수의 혼합비 및 혼합수의 수량이 최종적으로 수전(3)에 의해 변경된다. 이 경우, 근사적으로는 다음과 같은 수식에 의해 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)를 제어하면, 목표 온도와 목표 수량으로 배출수를 공급할 수 있다.

조정된 온수의 수량 : Q_H0

조정된 냉수의 수량 : Q_L0

수전 노브의 수평 회전각 : θ_H

수전 노브의 최대 수평 회전각 : θ_Hmax

θ_H/θ_Hmax≥0.5이면 제3전자 밸브는 그대로 유지하고, 제2전자 밸브를 θ_Hmax/(2θ_H)의 비율만큼 추가로 개방함을 통해 Q_H0의 배출양을 늘여 수전을 통해 최종적으로 섞이게 되는 온수의 양이 변하지 않도록 하고, θ_H/θ_Hmax<0.5이면 제2전자 밸브는 그대로 유지하고, 제3전자 밸브를 θ_Hmax/(2(θ_Hmax-θ_H))의의 비율만큼 추가로 개방함을 통해 Q_L0의 배출양을 늘여 최종적으로 수전을 통해 섞이게 되는 냉수의 양이 변하지 않도록 한다.

한편, 가열 수조(140)와 가열 모듈(145)이 온수관(1)과 제2전자 밸브(130b)(또는 온도 조절용 전자 밸브)에 대해 밀폐되어 있으므로, 가열 수조(140) 내의 물이 가열됨에 따라 부피가 팽창하여 가열 수조(140), 가열 모듈(145), 온수관(1)과 제2전자 밸브(130b) 사이의 배관에 지나치게 큰 압력이 가해지게 된다. 이는 장치의 파손을 야기할 수 있으므로, 압력을 적정수준(예를 들면, 온수 공급 수압의 1.5배) 이하로 낮출 필요가 있다. 이를 위해 제2전자 밸브(130b)가 사용되는 경우에는 가열 수조(140)와 온수관(1)을 연결하는 바이패스관을 설치하고, 바이패스관에 가열 수조(140)로부터 온수관(1)으로만 물을 흐르게 하는 일방향 밸브를 설치하는 것이 바람직하다. 이때 일방향 밸브는 제1기준압력(예를 들면, 온수 공급 수압의 1.2배)보다 높은 압력이 가해지면 개방되는 밸브를 채용할 수 있다. 물론, 바이패스관을 설치하는 대신 가열 수조(140) 내의 압력이 제1기준압력에 도달하면 제2전자 밸브(130b)를 개방하여 가열 수조(140) 내의 압력을 제1기준압력 이하로 낮출 수도 있다. 나아가 온도 조절용 전자 밸브가 채용되는 경우에도 바이패스관을 설치하여 가열 수조(140) 내의 압력을 낮출 수도 있다. 그러나 이 경우에는 온도 조절용 전자 밸브를 조절하여 혼합 온수가 냉수관(2)으로 공급되도록 함으로써 가열 수조(140) 내의 압력을 적정수준 이하로 낮출 수 있다. 이를 위해 가열 수조(140) 내에는 압력 센서가 설치되어야 하며, 제어기(150)는 압력 센서로부터 입력되는 값을 기초로 제2전자 밸브(130b) 또는 온도 조절용 전자 밸브를 제어한다. 만약 압력 센서로부터 입력되는 값이 적정수준에 도달하면 제어기(150)는 가열 수조(140) 내부에 장착된 히터(140a)의 구동을 정지시킴으로써 가열 수조(140) 내의 물의 부피가 추가적으로 증가하는 것을 방지함으로써 가열 수조(140) 내의 압력이 증가하는 것을 방지한다.

한편, 제2전자 밸브(130b)와 제3전자 밸브(130c)를 이용하여 혼합 온수와 냉수의 배출량을 조절하는 구성의 경우에 정전 또는 고장시 물의 사용이 불가능하게 된다. 이러한 상황을 대비하여 온수관(1)과 냉수관(2)이 본 발명에 따른 장치와 연결되는 각각의 지점에 3 방향 밸브를 설치하고 정상적인 상황인 경우에는 온수관(1)으로부터 공급되는 온수와 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수가 본 발명에 따른 장치로 향하도록 하되, 정전 또는 고장시에는 사용자가 직접 3 방향 밸브 각각에 장착된 노브를 조절하여 온수관(1)으로부터 공급되는 온수와 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수가 바이패스관을 통해 수전으로 공급되도록 구성한다. 이때 3 방향 밸브의 노브가 사용자에 의해 정전 또는 고장시 위치로 변경된 상태에서 사용자가 동일한 방향으로 3 방향 밸브의 노브를 추가적으로 회전시키게 되면 온수와 냉수의 배출량의 조절이 가능하도록 구성할 수 있다. 이러한 구성은 온도 조절용 전자 밸브를 채용하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 이와 달리, 온도 조절용 전자 밸브를 채용하되 수량 조절은 수전에 장착된 노브에 의해 수행되는 경우에는 3 방향 밸브와 바이패스관을 설치하지 않고 정전 또는 고장시 보조 배터리에 의해 제어기(150)와 온도 조절용 전자 밸브에 전원을 공급하여 온도 조절용 전자 밸브를 혼합 온수와 냉수가 1:1로 혼합되는 위치로 구동함으로써 지속적인 물의 사용이 가능하게 구성할 수도 있다.

도 9 내지 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치(200)는 온도 및 수량 설정 수단(3a), 복수의 수량 센서(210a, 210b), 복수의 온도 센서(220a 내지 220d), 방향 제어 밸브(230), 온수 직수관(240), 가열 수조(250), 히터(255), 전자 밸브(260) 및 제어기(270)를 구비한다.

온도 및 수량 설정 수단(3a)은 사용자로부터 배출수의 희망 온도 및 희망 수량을 설정받는 구성요소이다. 도 9에 도시된 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 통상적인 수전(3)의 노브에 결합된 회전각 측정 센서이다. 이러한 회전각 측정 센서는 수전 노브의 수평 및 수직 회전각을 측정하기 위한 구성이다. 그러나 도 2를 참조하여 설명한 실시예와 달리, 본 실시예에서는 온도 및 수량 설정 수단(3a)에는 수전 노브의 수평 회전각만을 측정하여 제어기(270)에 제공한다. 제어기(270)는 온도 및 수량 설정 수단(3a)으로부터 입력된 수전 노브의 수평 회전 방향과 회전량을 기초로 사용자가 희망하는 희망 온도를 산출하다. 이러한 온도 및 수량 설정 수단(3a)에 의한 수전 노브의 수평 회전각 측정 동작은 도 2를 참조하여 설명한 수전 노브의 수평 회전각 측정 동작과 동일하다. 한편, 본 실시예에서 배출수의 희망 수량은 사용자에 의한 수전 노브의 수직 회전량에 따라 물리적으로 조절된다. 따라서 수전(3) 내에는 수전 노브의 수직 회전량에 대응하여 물의 배출량만을 조절하기 위한 수량 조절용 카트리지가 설치된다. 이러한 수량 조절용 카트리지는 전자 밸브(260)로부터 수전(3)으로 사용자가 설정한 희망 온도로 공급되는 배출수의 배출양을 수전 노브의 수직 회전량에 대응하여 조절한다.

이와 달리, 수전 노브는 수직 방향으로만 동작하여 사용자가 물리적으로 배출수의 희망 수량을 설정하도록 구성하고, 배출수의 희망 온도는 별도로 입력받도록 구성할 수 있다. 이러한 실시예는 도 10에 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 배출수의 희망 온도는 수전 노브와 별도로 설치된 온도 설정 장치(280)에 의해 사용자로부터 입력받는다. 온도 설정 장치(280)는 회전 노브, 누름 버튼 등으로 구성될 수 있다. 온도 설정 장치(280)에 의해 사용자로부터 입력받은 배출수의 희망 온도는 제어기(270)로 입력된다. 수전 노브에 의한 배출수의 수량 조절은 도 9를 참조하여 설명한 바와 동일하다.

수량 센서(210a, 210b)는 각각 온수관(1)과 냉수관(2)으로부터 수전 제어 장치(200)로 공급되는 온수와 냉수의 수량을 측정한다. 이하의 설명에서 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 수량을 측정하는 수량 센서(210a)를 제1수량 센서로 칭하고, 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 수량을 측정하는 수량 센서(210b)를 제2수량 센서로 칭한다. 한편, 온수와 냉수의 수량은 수량 센서(210a, 210b) 대신에 압력 센서를 이용하여 측정할 수 있다. 수량 센서 대신에 압력 센서를 구비함으로써 온수관(1)과 냉수관(2)으로부터 공급되는 온수와 냉수의 수압을 각각 측정한다. 이러한 압력 센서에 의해 측정된 온수와 냉수의 수압을 온수와 냉수의 수량으로 변환하는 과정은 도 1을 참조하여 설명한 바와 동일하다.

온도 센서(220a 내지 220d)는 각각 온수관(1)과 연결되는 배관, 냉수관(2)과 연결되는 배관, 가열 수조(250) 내 및 전자밸브(260)로부터 수전(3) 사이에 연결된 배관 내에 설치된다.

제1온도 센서(220a)는 온수가 유입되는 온수 유입구에 설치되어 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 온도를 측정한다. 온수의 사용 직후에는 온수관(1) 내의 온도수 온도와 가열 수조(250) 내의 온수 온도가 동일하게 된다. 따라서 제1온도 센서(220a)와 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 측정값이 동일한 온도를 나타낸다. 그러나 온수의 사용이 종료된 시점으로부터 시간이 경과함에 따라 온수관(1) 내의 온수의 온도는 점차로 낮아지게 되며, 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도 역시 점차로 낮아지게 된다. 이때 방향 제어 밸브(230)가 온수관(1) 측과 가열 수조(250) 사이의 열전달을 완벽하게 차단하는 경우에는 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도는 온수관(1) 내의 온수의 온도와 동일하다. 그러나 실제에 있어서는 방향 제어 밸브(230)를 기준으로 온수관(1) 측과 가열 수조(250) 사이의 열전달이 완벽하게 차단되지 않으므로, 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도와 온수관(1) 내의 온수의 온도는 차이가 있게 된다.

본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)는 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도와 온수관(1) 내의 온수의 온도의 차이가 크지 않다는 전제하에 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도를 온수관(1) 내의 온수의 온도로 설정한다. 그러나 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도와 온수관(1) 내의 온수의 온도의 차이가 큰 경우에는 이를 반영할 필요가 있다. 이를 위해 제어기(270)는 온수 사용이 개시된 시점에 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도와 온수 사용이 개시된 시점 이후에 일정시간 간격(예를 들면, 10㎳)으로 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도의 차이값이 사전에 설정된 제1기준값(예를 들면, 2℃)보다 크게 되는 시점에 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수의 온도를 온수관(1) 내의 온수의 온도로 변경한다.

또한, 제2온도 센서(220b)는 냉수가 유입되는 냉수 유입구에 설치되어 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 온도를 측정한다. 제3온도 센서(220c)는 가열 수조(250) 내에 설치되어 가열 수조(250)로 공급된 온수의 온도를 측정한다. 온수의 사용이 종료된 시점으로부터 상당한 시간이 흐르게 되면, 온수관(1) 내의 온수와 가열 수조(250) 내의 온수는 모두 온도가 저하되어 동일한 온도가 된다. 이와 달리, 온수의 사용이 종료된 직후에는 온수관(1) 내의 온수와 가열 수조(250) 내의 온수는 모두 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)가 된다. 한편, 가열 수조(250) 내에 설치된 히터(255)가 동작함에 따라 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 온수의 온도는 상승하게 된다. 제4온도 센서(220d)는 전자밸브(260)로부터 수전(3) 사이에 연결된 배관 내에 설치되어 전자밸브(260)로부터 수전(3)으로 공급되는 배출수의 온도를 출력한다. 제1온도 센서(220a) 내지 제4온도 센서(220d)에 의해 측정된 측정값들은 제어기(270)로 입력된다.

온수관(1)을 통해 수전 제어 장치(200)로 공급된 온수는 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로 분기된다. 온수관(1)으로부터 유입되는 온수의 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로의 분배비율은 1:1 내지 1:4의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 분배비율은 온수 직수관(240)의 관경, 형태, 길이 등에 의해 조절될 수 있다. 나아가 온수관(1)을 통해 수전 제어 장치(200)로 공급된 온수의 분기지점에 분배비율을 조절할 수 있는 3-way 밸브를 적용할 수도 있으며, 이때 3-way 밸브의 분배비율은 수동으로 조절되거나 제어기(270)로부터 입력되는 제어신호에 의해 자동으로 조절될 수 있다. 방향 제어 밸브(230)는 온수의 분기 지점 이전에 설치되며, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수가 온수관(1) 쪽으로 역류하는 것을 방지하는 기능과 가열 수조(250)로부터 온수관(1) 쪽으로의 열전달을 방지하거나 최소화는 기능을 수행한다.

이상의 설명에서 방향 제어 밸브(230)는 온수의 분기 지점 이전에 설치되나, 이와 가열 수조(250)의 온수 유입구와 온수 유출구에 각각 방향 제어 밸브가 설치될 수 있다. 이러한 실시예는 도 11에 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 제1방향 제어 밸브(230a)는 가열 수조(250)의 온수 유입구에 설치되고, 제2방향 제어 밸브(230b)는 가열 수조(250)의 온수 유입구에 설치된다. 이와 같이 구성함으로써, 가열 수조(250)를 다른 구성요소들과 열적으로 차단할 수 있다. 이때 제1방향 제어 밸브(230a)는 물을 온수관(1)으로부터 가열 수조(250) 방향으로만 흐르도록 하되, 가열 수조(250) 내의 압력이 일정한 제1기준압력(예를 들면, 5bar)보다 높이지게 되면 가열 수조(250) 내의 물을 배출하여 가열 수조(250) 내의 제2기준압력(예를 들면, 2bar) 이하로 낮추는 안전 밸브일 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 배출수의 희망 온도 및 희망 수량 설정 방식과 도 11에 도시된 방향 제어 밸브의 설치 방식을 결합한 구성은 도 12에 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 배출수의 희망 온도는 별도로 설치된 온도 설정 장치(280)에 의해 사용자로부터 입력받으며, 방향 제어 밸브(230a, 230b)는 가열 수조(250)의 온수 유입구와 온수 유출구에 각각 설치된다.

가열 수조(250)는 일정량(예를 들면, 1.8ℓ)의 물을 보관할 수 있는 용량으로 제작되며, 내부에 히터(255) 및 제3온도 센서(220c)가 설치된다. 수전이 동작하지 않는 동안(사용자가 물을 사용하지 않는 동안)에 가열 수조(250) 내부에 설치된 히터(255)를 구동하여 가열 수조(250) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열한다. 만약 가열 수조(250) 내부의 물의 온도가 제1온도에 도달하면, 제어기(270)는 히터(255)의 동작을 중지시킨다. 이러한 상태에서 가열 수조(250) 내부의 물의 온도가 사전에 설정된 제2온도(예를 들면, 40 ℃)까지 하강하면, 제어기(270)는 다시 히터(255)를 구동하여 가열 수조(250) 내부의 물을 사전에 설정된 제1온도(예를 들면, 80 ℃)로 가열하는 동작을 반복한다.

제1온도와 제2온도 및 히터(255)의 구동여부는 온수의 최초 유입 지점(중앙난방인 경우에는 중앙배관에서 각 댁내로 분기되는 지점, 개별난방인 경우에는 댁내에 설치된 보일러의 온수 출수 지점)으로부터 수전(3)까지의 배관 내에 잔존하는 온수의 수량, 최초 온수 온도, 가열 수조(250)의 용량, 온수와 냉수의 수량, 히터(255)의 용량 등에 의해 결정된다. 이때, 배출수의 희망 온도를 보장하기 위해서는 제1온도를 가능한 높게 설정하는 것이 유리하나, 사용자가 화상을 입을 가능성, 가열 수조(250)의 내열성능 등을 고려하면 가능한 90 ℃ 이하로 설정(예를 들면, 75 ℃)하는 것이 바람직하다. 한편, 도 9에는 가열 수조(250) 내에 하나의 히터만 장착되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 가열 수조(250) 내에 복수 개의 히터가 장착될 수도 있다. 나아가 히터(255)의 용량은 기본적으로 가열 수조(250)의 용량과 온수관(1) 내 잔존온수의 최저 온도에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 가열 수조(250)의 용량이 1.8ℓ일 때, 20 ℃의 온수를 10분 동안 가열하여 80 ℃로 상승시키기 위해서는 히터(255)의 용량은 940 W(히터의 안전율을 1.25로 설정)면 된다. 이와 같이 제1온도로 가열된 가열 온수는 가열 수조(250) 내에 보관되며, 제어기(270)는 사용자에 의한 수전(3)의 동작에 대응하여 전자 밸브(260)를 제어하여 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수와 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 온수가 혼합된 혼합 온수를 수전(3)으로 공급한다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 온도만으로 히터(255)의 구동여부를 결정하면 안정적인 온수의 공급은 가능하나 전력소비량이 증가하는 문제가 있다. 이러한 문제를 고려하여 수전(3)이 사용되지 않을 때 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)와 제3온도 센서(220c)의 측정값들을 기초로 히터(255)의 구동여부를 결정하면 전력소비량을 최적화할 수 있다. 도 13은 수전(3)이 사용되지 않을 때 제1온도 센서(220a)와 제3온도 센서(220c)의 측정값들을 기초로 제어기(270)에 의한 히터(255)의 구동방법을 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)에 전원이 공급되면 제어기(270)는 주기적으로 제1온도 센서(220a) 및 제3온도 센서에 의해 측정된 온수관(1) 내의 온수 온도와 가열 수조(250) 내의 온수 온도를 파악한다(S1300). 먼저, 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제1기준온도(V1)보다 낮은지 확인한다(S1305). 만약 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제1기준온도(V1) 이상이면, 제어기(270)는 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제1기준온도(V1)보다 낮으면, 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제2기준온도(V2)보다 낮은지 확인한다(S1310). 만약 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제2기준온도(V2) 이상이면, 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제5기준온도(V5)보다 낮은지 확인한다(S1330). S1330단계에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제5기준온도(V5) 이상이면, 제어기(270)는 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제5기준온도(V5)보다 낮으면, 제어기(270)는 히터를 켠다(S1350). 그리고 제어기(270)는 히터(255)가 켜진 상태에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제9기준온도(V9) 이상이 되면 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제9기준온도(V9)보다 낮으면 히터(255)를 켠상태로 유지한다(S1350).

S1310단계에서 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제2기준온도(V2)보다 낮은 것으로 확인되면, 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제3기준온도(V3)보다 낮은지 확인한다(S1315). 만약 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제3기준온도(V3) 이상이면, 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제6기준온도(V6)보다 낮은지 확인한다(S1335). S1335단계에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제6기준온도(V6) 이상이면, 제어기(270)는 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제6기준온도(V6)보다 낮으면, 제어기(270)는 히터를 켠다(S1360). 그리고 제어기(270)는 히터(255)가 켜진 상태에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제10기준온도(V10) 이상이 되면 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제10기준온도(V10)보다 낮으면 히터(255)를 켠상태로 유지한다(S1360).

S1315단계에서 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제3기준온도(V3)보다 낮은 것으로 확인되면, 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제4기준온도(V4)보다 낮은지 확인한다(S1320). 만약 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제4기준온도(V4) 이상이면, 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제7기준온도(V7)보다 낮은지 확인한다(S1340). S1340단계에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제7기준온도(V7) 이상이면, 제어기(270)는 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제7기준온도(V7)보다 낮으면, 제어기(270)는 히터를 켠다(S1370). 그리고 제어기(270)는 히터(255)가 켜진 상태에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제11기준온도(V11) 이상이 되면 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제11기준온도(V11)보다 낮으면 히터(255)를 켠상태로 유지한다(S1370).

S1320단계에서 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제4기준온도(V3)보다 낮은 것으로 확인되면, 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제8기준온도(V8)보다 낮은지 확인한다(S1345). S1345단계에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제8기준온도(V8) 이상이면, 제어기(270)는 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제8기준온도(V8)보다 낮으면, 제어기(270)는 히터를 켠다(S1380). 그리고 제어기(270)는 히터(255)가 켜진 상태에서 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제12기준온도(V12) 이상이 되면 히터(255)를 끈다(S1325). 이와 달리, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 제12기준온도(V12)보다 낮으면 히터(255)를 켠상태로 유지한다(S1370).

이상의 설명에서 각각의 기준온도는 다음의 표에 기재된 바와 같이 설정될 수 있다. 이러한 기준온도들은 가열 수조(250)의 용량, 온수관(1) 내의 잔존온수의 용량, 히터(255)의 용량, 가열 수조(250)에 대해 설정된 온수의 최대 가열 온도, 온수관(1) 내의 잔존온수의 온도, 냉수관(2) 내의 냉수의 온도 등에 의해 변경될 수 있다.

구분	기준온도	구분	기준온도	구분		기준온도
V1	35 ℃	V9	45 ℃	V9		50 ℃
V2	30 ℃	V6	50 ℃	V10		60 ℃
V3	25 ℃	V7	65 ℃	V11		70 ℃
V4	20 ℃	V8	60 ℃	V12		75 ℃

이상에서 설명한 바와 같이, 온수관(1) 내의 잔존온수와 가열 수조(250) 내의 가열된 온수의 냉각 정도에 따라 능동적으로 히터(255)의 온오프를 제어하면, 다음 사용자가 수전(3)을 사용할 때 즉각적으로 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 있는 동시에 히터(255)를 구동하기 위해 소비되는 전력을 절감할 수 있게 된다.

도 13을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 사용되지 않을 때 제1온도 센서(220a)와 제3온도 센서(220c)의 값에 대해 사전에 설정된 기준온도를 기초로 히터(255)의 온오프를 제어할 수 있다. 이와 달리, 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 잔존 온수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열된 온수가 혼합된 혼합 온수의 최저 공급 온도, 가열 수조(250) 내의 가열된 온수의 최고 온도 및 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로의 분배 비율을 기초로 히터(255)의 가동여부를 제어할 수 있다.

도 14는 이와 같은 방법에 의해 제어기(270)에서 수행되는 히터(255)의 구동방법을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 제어기(270)는 제1유량 센서(210a) 및 제2유량 센서(210b)로부터 입력되는 유량값을 기초로 수전(3)의 사용 여부를 파악한다(S1400). 이때, 제어기(270)는 제1유량 센서(210a)와 제2유량 센서(210b) 중 적어도 하나로부터 입력받은 측정값이 0보다 크거나 일정한 유량 이상이면 수전(3)이 사용 중인 것으로 판단한다. 다음으로, 수전(3)이 사용 중이 아닌 것으로 판단되면(S1405), 제어기(270)는 다음의 수학식에 의해 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도를 산출한다(S1410).

여기서, T_{3, target}은 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도, T_{4, target}은 혼합 온수의 목표 공급 온도, T₁은 온수관(1) 내의 잔존 온수의 온도, 그리고 k는 온수관(1)으로부터 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로 분배되는 잔존 온수의 분배 비율이다. 일예로, 수학식 15에서 k는 0.6(즉, 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로의 분배 비율은 6:4)으로 설정될 수 있고, T_{4, target}은 45℃로 설정될 수 있다.

다음으로, 제어기(270)는 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})와 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})를 비교한다(S1415). 만약, 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})가 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})보다 낮으면, 제어기(270)는 히터(255)를 켠다(S1420). 이와 달리, 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})가 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})보다 높거나 같으면, 히터(255)를 끈다(S1430). 히터(255)를 구동한 이후에 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})와 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})를 비교한다(S1425). 만약, 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})가 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})보다 높거나 같으면, 히터(255)를 끈다(S1430). 이와 달리, 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})가 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})보다 낮으면, S1415 단계로 진행한다.

이상에서 설명한 방법에 의해 제어기(270)는 수전(3)이 사용되지 않는 동안에 가열 수조(250)에 설치된 히터(255)의 구동여부를 적절히 제어함으로써, 전력소비를 최소화하면서 이후 사용자에 의한 수전(3) 사용시에 안정적으로 온수를 공급할 수 있다.

한편, 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 사용되지 않을 때 히터(255)를 적절하게 온오프시켜 가열 수조(250) 내의 온수의 온도를 조절함으로써 사용자가 수전(3)을 사용할 때 즉각적으로 사용자가 희망하는 온도의 배출수를 제공할 수 있다. 그러나 온수관(1) 내의 잔존온수의 온도가 지나치게 낮아지는 상황, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치되어 있는 환경에서 온수관(1) 내의 잔존온수의 수량이 가열 수조(250)의 용량에 비해 많게 되는 상황 등에서는 온수관(1) 내의 잔존온수가 모두 소진되기 전에 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)에서 제공할 수 있는 온수의 온도가 사용자가 희망하는 배출수의 온도보다 낮아지게 될 수 있다. 이 경우, 제어기(270)는 수전(1)이 사용중인 경우에도 히터(255)를 가동하여 가열 수조(250) 내의 온수를 가열함으로써 사용자가 희망하는 배출수의 온도를 보장할 수 있다.

예를 들어, 가열 수조(250)의 용량이 2ℓ, 히터(255)의 용량이 1.5㎾, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 유량이 100㎖/s, 가열 수조(250)와 온수 직수관(240) 사이의 온수 분배배율이 1:1, 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 온도가 20℃, 사용자가 희망하는 배출수의 온도가 38℃일 때, 가열 수조(250) 내의 온수 온도가 50℃이면, 가열 수조(250)로부터 50℃의 온수가 50㎖/s의 유량으로 배출되고 온수 직수관(240)을 통해 20℃의 온수가 50㎖/s의 유량으로 배출되며, 전자밸브(260)로 35℃의 온수가 100㎖/s의 유량으로 공급된다. 따라서 전자밸브(260)를 제어하여 온수를 100% 수전(1)으로 공급한다 해도 사용자가 희망하는 배출수의 온도인 38℃보다 낮은 온수가 공급되는 문제가 있다. 이 경우 1.5㎾ 용량의 히터(255)를 구동하면, 가열 수조(250) 내의 온수를 약 6℃ 승온시킬 수 있으며, 따라서 사용자가 희망하는 38℃의 온수를 공급할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 사용중인 상황에서 히터(255)를 구동할지 여부에 대한 결정은 온수관(1) 내의 잔존 온수의 용량(즉, 지역난방공사에 의해 온수가 공급되는 경우에는 중앙배관에서 각 댁내로 분기되는 지점, 개별난방인 경우에는 댁내에 설치된 보일러의 온수 출수 지점으로부터 공급 온도의 온수가 공급되기까지 온수관(1) 내에 남아 있는 냉각된 온수의 용량), 잔존 온수의 온도, 가열 수조(250)의 용량, 히터(255)의 용량, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 유량, 가열 수조(250)와 온수 직수관(240) 사이의 온수 분배배율, 사용자가 희망하는 배출수의 온도가 38℃일 때, 가열 수조(250) 내의 온수 및 수량 등에 의해 결정된다. 만약 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 사용중인 상황에서 히터(255)를 구동시켜도 사용자가 희망하는 배출수의 온도를 보장하지 못하는 것으로 판단되면, 제어기(270)는 히터(255)를 구동시킴과 동시에 잔존 온수의 온도와 수량, 가열 수조(250)의 용량과 가열 수조(250) 내의 온수 온도, 가열 수조(250)와 온수 직수관(240) 사이의 온수 분배배율, 히터(255)의 용량 등을 기초로 배출수의 온도와 수량을 사용자가 희망하는 배출수의 온도와 수량보다 낮게 설정하여 수전(1)으로 공급한다.

전자 밸브(260)는 수전(3)이 사용되지 않을 때에는 가열 수조(250) 내의 가열된 온수의 열이 수전(3) 쪽으로 전달되는 것을 방지하기 위해 온수관 쪽을 폐쇄하는 위치로 제어된다. 그리고 제어기(270)는 수전(3)이 사용되는 시점에 전자 밸브(260)를 제어하여 가열 수조(250)로부터 출수되는 가열된 온수와 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 온수가 혼합된 혼합 온수와 냉수관(2)으로부터 공급된 냉수의 혼합비를 조절하여 수전(3)으로 제공한다. 예를 들어, 사용자가 희망하는 배출수의 온도와 수량이 각각 40℃와 80㎖/s, 혼합 온수의 온도와 수량이 각각 47℃와 100㎖/s, 냉수의 공급 온도와 수량이 각각 20℃와 120㎖/s이면, 제어기(270)는 다음의 수학식에 의해 전자밸브(260)의 회전량을 조절하여 혼합 온수와 냉수의 혼합비를 조절한다.

여기서, K는 전자밸브(260)의 회전량(K=0.5이면 혼합 온수와 냉수가 절반씩 혼합되고, 0≤K<0.5이면 혼합 온수가 냉수에 대해 0에서 절반까지 혼합되고, 0.5<k≤1이면 냉수가 혼합 온수에 대해 0에서 절반까지 혼합됨), T_O는 배출수의 희망온도, T_H는 혼합 온수의 온도, T_L은 냉수의 온도, Q_H는 혼합 온수의 공급 수량, Q_L은 냉수의 공급 수량이다. 이때 Q_H와 Q_L은 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치되는 장소에서 측정된 온수관(1)과 냉수관(2)을 통해 공급되는 최대 공급 수량으로 설정될 수 있다.

위의 예에 따른 각각의 값을 수학식 15에 대입하면, K는 0.282가 된다. 따라서 전자밸브(260)는 배출수의 수량에 대해 혼합 온수와 냉수가 각각 28.2%와 71.8%가 포함되록 제어된다. 결과적으로 혼합 온수와 냉수는 각각 22.56㎖/s와 57.44㎖/s가 전자밸브(260)를 통해 수전(3)으로 공급되며, 최종적으로 수전(3)을 통해 사용자가 희망하는 40℃의 온도와 80㎖/s의 수량으로 온수가 출수된다.

한편, 제어기(270)는 수전(3)이 사용되는 시점에 다음의 수학식을 이용하여 전자밸브(260)를 제어할 수도 있다.

여기서, M_O는 수전(3)이 사용되는 시점에서 전자밸브(260)의 최초 개방비율(0≤M_O≤1), T_req는 사용자의 희망 배출수 온도, Q_Cmax는 냉수의 최대 공급 수량, Q_Hmax는 온수의 최대 공급 수량, T₁, T₂ 및 T₃는 각각 제1 내지 제3온도 센서의 측정값(온수 온도, 냉수 온도, 가열 수조(250) 내 온수 온도), k는 0~1의 값을 갖는 상수이다. Q_Hmax와 Q_Cmax는 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치되는 장소에서 측정된 온수관(1)과 냉수관(2)을 통해 공급되는 최대 공급 수량으로 설정될 수 있다.

수학식 16에서, M_O=0이면 온수와 냉수의 혼합비율은 0:1, M_O=1이면 온수와 냉수의 혼합비율은 1:0, 그리고 M_O=0.5이면 온수와 냉수의 혼합비가 1:1이며 이때 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝모터는 중앙에 위치한다. 이때, 제어기(270)는 M₀>1이면, M₀=1로 간주하여 온수 공급 비율을 최대(냉수차단)가 되도록 전자 밸브(260)를 제어하고, M₀<0이면, M₀=0으로 간주하여 냉수 공급 비율을 최대(온수차단)가 되도록 전자 밸브(260)를 제어한다. 또한, k는 혼합 온수 중 온수 직수관(240)을 통해 공급된 잔존 온수의 유량비이다. 혼합 온수의 유량이 100㎖/s일 때, 가열 수조(250)로부터 공급된 가열 온수와 온수 직수관(240)을 통해 공급된 잔존 온수의 수량이 각각 40㎖/s와 60㎖/s이면, k는 0.6으로 계산된다.

이상에서 설명한 바와 같이 제어기(270)는 수학식 15 및 수학식 16에 의해 수전(3)이 사용되는 시점에서 전자밸브(260)의 최초 개방비율을 결정함으로써, 사용자가 희망하는 온도와 유량으로 배출수를 공급할 수 있다. 그러나 온도 센서(220a, 220b, 220c)의 측정 오차, 유량 센서(210a, 210b)의 측정 오차 등으로 인해 수전(3)이 사용되는 시점에서 결정된 전자밸브(260)의 최초 개방비율에 따라 공급된 배출수의 온도와 유량이 사용자가 희망하는 온도와 유량과 달라질 수 있다. 예를 들어, 수학식 15와 수학식 16에서 온수와 냉수의 유량은 전자밸브(260)가 동작하여 수전(3)을 통해 배출수가 배출되기 시작한 이후에 측정될 수 있다. 따라서 수학식 15에서 혼합 온수와 냉수의 공급 수량 및 수학식 16에서 온수와 냉수의 최대 공급 수량은 수전(3)이 사용되는 시점에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치되는 장소에 대해 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 최대 공급 수량은 120㎖/s로 설정되었을 때, 다른 장소에서의 냉수 사용으로 인해 수전(3)이 사용되는 시점에 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 공급 수량은 80㎖/s로 달라질 수 있다. 이 경우, 수학식 15 또는 수학식 16에 의해 계산된 전자 밸브(260)의 개방비율에 따라 전자 밸브(260)를 제어하면, 배출수의 온도는 사용자가 희망하는 온도보다 높아지게 된다. 이러한 문제는 온수관(1)과 냉수관(2)과 인접하는 위치에 압력 센서(미도시)를 설치함으로써 해결될 수 있다. 즉, 온수관(1)과 냉수관(2)과 인접하는 위치에 설치된 압력 센서에 의해 측정된 값을 기초로 수학식 11에 의해 수전(3)이 사용되기 직전의 온수 유량과 냉수 유량을 파악할 수 있으며, 이 값을 수학식 16의 온수와 냉수의 최대 공급 수량으로 설정하면 배출수의 온도는 사용자가 희망하는 온도가 될 수 있다. 이하에서는 압력 센서가 설치되지 않은 경우에 수전(3)이 사용되는 시점에 결정된 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정하는 방법에 대해 설명한다.

도 15는 수전(3)이 사용되는 시점에 결정된 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 15를 참조하면, 수전(3)의 사용에 따라 수학식 15 또는 수학식 16에 의해 전자 밸브(260)의 초기 제어가 완료되면(S1500), 제어기(270)는 제4온도 센서(220d)에 의해 측정된 배출수의 현재 온도(T_4,cur)가 사용자가 설정한 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값이 기준 온도(T_ref)보다 작은 지 여부를 확인한다(S1505). 만약, 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값이 기준 온도(T_ref)보다 작으면, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 개방비율에 대한 보정없이 종료한다. 이와 달리, 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값이 기준 온도(T_ref)보다 크거나 같으면, 제어기(270)는 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)를 비교한다(S1510). 만약 배출수의 현재 온도(T_4,cur)가 배출수의 희망 온도(T_4,target)보다 낮으면, 제어기(270)는 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값에 일정한 보정상수(α)를 곱한 값을 수학식 15에 의해 얻어진 K 또는 수학식 16에 의해 얻어진 M_O에 더한 값을 새로운 전자 밸브(260)의 개방비율로 결정하여 전자 밸브(260)를 제어한다(S1520). 이와 달리, 배출수의 현재 온도(T_4,cur)가 배출수의 희망 온도(T_4,target)보다 높거나 같으면, 제어기(270)는 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값에 일정한 보정상수(α)를 곱한 값을 수학식 15에 의해 얻어진 K 또는 수학식 16에 의해 얻어진 M_O에서 감한 값을 새로운 전자 밸브(260)의 개방비율로 결정하여 전자 밸브(260)를 제어한다(S1525). 다음으로, 제어기(270)는 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값이 기준 온도(T_ref)보다 작게 될 때까지 S1505단계 내지 S1520단계를 반복적으로 수행한다.

도 15를 참조하여 설명한 수전(3)이 사용되는 시점에 결정된 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정하는 방법은 수전(3)이 사용되는 시점으로부터 사전에 정해진 제1시간(예를 들면, 1초) 내에 수행되어 배출수의 현재 온도(T_4,cur)와 배출수의 희망 온도(T_4,target)의 차이의 절대값이 기준 온도(T_ref)보다 작게 되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 보정상수(α)는 실험적으로 결정될 수 있으며(예를 들어,

), 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치된 환경에 따라 달라질 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 수전(2)이 사용되는 시점에 전자 밸브(260)에 대한 1차 제어가 완료되면, 제어기(270)는 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도 또는 유량의 변화, 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 온도 또는 유량의 변화 등에 따른 2차 제어를 수행한다. 2차 제어가 수행되는 경우는, i) 다른 물 사용처에서의 온수 또는 냉수의 사용에 따라 온수관(1)으로부터 공급되는 온수 또는 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 유량이 변하는 경우, ii) 온수관(2) 내의 잔존 온수의 사용에 따라 전자 밸브(260)로 공급되는 혼합 온수의 온도가 지속적으로 하강하는 경우, iii) 온수관(2) 내의 잔존 온수가 모두 사용됨에 따라 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도의 온수가 공급되어 전자 밸브(260)로 공급되는 혼합 온수의 온도가 지속적으로 상승하는 경우 등이 있다. 이 중에서 혼합 온수의 온도가 상승하거나 하강하는 경우에는 도 15을 참조하여 설명한 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정 방법에 의해 배출수의 온도를 사용자가 설정한 희망 온도에 근접하도록 제어할 수 있다. 따라서 이하에서는 다른 물 사용처에서의 온수 또는 냉수의 사용에 따라 온수관(1)으로부터 공급되는 온수 또는 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 유량이 변하는 경우에 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정하는 방법에 대해 설명한다.

도 16은 온수관(1)으로부터 공급되는 온수 또는 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 유량이 변하는 경우에 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정하는 방법을 도시한 흐름도이다.

도 16을 참조하면, 수전(3)의 사용에 따라 수학식 15 또는 수학식 16에 의해 전자 밸브(260)의 초기 제어가 완료거나 도 15를 참조하여 설명한 전자 밸브(260)의 개방비율을 보정 방법에 의해 배출수의 온도를 사용자가 설정한 희망 온도에 근접하도록 제어되면(S1600), 제어기(270)는 제1유량 센서(210a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_HD)과 제2유량 센서(210b)에 의해 측정된 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수의 현재 유량(Q_Ccur)과 이전 유량(Q_Cold)의 차이값(Q_CD)을 비교한다(S1610). 만약, 냉수의 현재 유량(Q_Ccur)과 이전 유량의 차이값(Q_Cold)이 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(QCold)보다 크면, 제어기(270)는 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_Cold)에 일정한 보정상수(β)를 곱한 값을 수학식 15에 의해 얻어진 K 또는 수학식 16에 의해 얻어진 M_O에 더한 값을 새로운 전자 밸브(260)의 개방비율로 결정하여 전자 밸브(260)를 제어한다(S1620). 이와 달리, 냉수의 현재 유량(Q_Ccur)과 이전 유량의 차이값(Q_Cold)이 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_Cold)보다 작으면, 제어기(270)는 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_Cold)에 일정한 보정상수(β)를 곱한 값을 수학식 15에 의해 얻어진 K 또는 수학식 16에 의해 얻어진 M_O에서 감한 값을 새로운 전자 밸브(260)의 개방비율로 결정하여 전자 밸브(260)를 제어한다(S1630). 이와 달리, 냉수의 현재 유량(Q_Ccur)과 이전 유량의 차이값(Q_Cold)이 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_Cold)이 동일하면, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 개방비율을 그대로 유지한다. 그리고 제어기(270)는 냉수의 현재 유량(Q_Ccur)과 이전 유량의 차이값(Q_Cold)이 온수의 현재 유량(Q_Hcur)과 이전 유량(Q_Hold)의 차이값(Q_Cold)이 사전에 설정된 기준값보다 작게 될 때까지 S1610단계 내지 S1630단계를 반복적으로 수행한다.

한편, 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 실시예들은 가열 수조(250)가 온수관(1)과 전자 밸브(260)에 대해 밀폐되어 있으므로, 가열 수조(250) 내의 물이 가열됨에 따라 부피가 팽창하여 가열 수조(250), 온수 직수관(220), 온수관(1) 및 전자 밸브(260) 사이의 배관에 지나치게 큰 압력이 가해지게 된다. 또한, 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한 실시예들은 가열 수조(250) 자체가 밀폐되어 있으므로, 가열 수조(250) 내의 물이 가열됨에 따라 부피가 팽창하여 가열 수조(250)에 지나치게 큰 압력이 가해지게 된다. 이는 장치의 파손을 야기할 수 있으므로, 압력을 적정수준(예를 들면, 온수 공급 수압의 1.5배) 이하로 낮출 필요가 있다. 이를 위해 가열 수조(250)에 압력 센서(미도시)를 장착하고, 제어기(270)는 압력 센서에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 압력이 제1기준압력(예를 들면, 5bar) 이상이면, 전자 밸브(260)의 개방비율을 제어하여(예를 들면, 수학식 15의 경우 K=0.5, 수학식 16의 경우 M_O=0.5) 혼합 온수가 냉수관 쪽으로 흐르도록 한다. 그리고 가열 수조(250) 내의 압력 또는 가열 수조(250)를 포함한 폐공간 내의 압력이 제2기준압력(예를 들면, 2bar)에 도달하면, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 개방비율을 제어하여(예를 들면, K=0 또는 M_O=0) 혼합 온수의 냉수관(2) 쪽으로의 배출을 차단한다. 이러한 제어기(270)에 의한 압력 완화 동작은 사용자의 수전(3) 사용과 관계없이 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치된 이후 지속적으로 수행된다.

나아가 제어기(270)는 가열 수조(250)에 설치된 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 값을 기초로 압력 완화 동작을 수행할 수도 있다. 이 경우, 가열 수조(250)에 압력 센서를 장착할 필요가 없으며, 제어기(270)는 가열 수조(250)에 설치된 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 물의 온도의 증가량에 대응하는 압력 증가량을 산출하고, 압력 증가량에 대응하는 가열 수조(250) 내의 압력이 제1기준압력(예를 들면, 5bar) 이상이면, 전자 밸브(260)의 개방비율을 제어하여(예를 들면, 수학식 15의 경우 K=0.5, 수학식 16의 경우 M_O=0.5) 혼합 온수가 냉수관 쪽으로 흐르도록 한다. 그리고 가열 수조(250)에 설치된 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 물의 온도의 감소량이 사전에 설정된 기준감소량에 도달하면, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 개방비율을 제어하여(예를 들면, K=0 또는 M_O=0) 혼합 온수의 냉수관(2) 쪽으로의 배출을 차단한다. 가열 수조(250) 내의 온도 증가량 및 온도 감소량에 대응하는 압력 증가량 및 압력 감소량은 실험적으로 측정되어 제어기(270)에 저장될 수 있다. 이러한 제어기(270)에 의한 압력 완화 동작은 사용자의 수전(3) 사용과 관계없이 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)가 설치된 이후 지속적으로 수행된다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치(200)는 온도 및 수량 설정 수단(3a), 복수의 유량 센서(210a, 210b), 복수의 온도 센서(220a 내지 220d), 방향 제어 밸브(230), 온수 직수관(240), 가열 수조(250), 히터(255), 전자 밸브(260) 및 제어기(270)를 구비한다.

온도 및 수량 설정 수단(3a), 복수의 유량 센서(210a, 210b), 복수의 온도 센서(220a 내지 220d), 복수의 방향 제어 밸브(230a, 230b), 온수 직수관(240), 가열 수조(250) 및 히터(255)의 기능 및 동작은 도 11을 참조하여 설명한 실시예와 동일하다. 복수의 방향 제어 밸브(230a, 230b) 중에서 제2방향 제어 밸브(230b)는 생략될 수 있다. 또한, 가열 수조(250)의 입구측과 출구측에 설치된 복수의 방향 제어 밸브(230a, 230b)를 제거하고, 도 10에 도시된 실시예와 같이 온수관(1)을 통해 공급된 온수가 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)로 분기되는 지점 이전에 하나의 방향 제어 밸브만을 설치할 수도 있다. 도 17에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치(200)는 온수 직수관(240)과 가열 수조(250)의 출구 배관이 전자 밸브(260)에 직접 연결된다. 따라서 전자 밸브(260)는 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수, 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수 및 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수를 직접 공급받아 수전(3)으로 배출수를 공급한다. 이에 따라 제어기(270)의 제어 동작도 상이하게 된다. 이하에서는 제어기(270)에 의한 전자 밸브(260)의 제어 동작에 대해 상세하게 설명한다.

제어기(270)에 의한 전자 밸브(260)의 제어 동작은 기본적으로 제1 내지 제4온도 센서(220a 내지 220d)와 제1 및 제2유량 센서(210a, 210b)의 측정값을 기초로 수행된다. 본 실시예에서 사용되는 전자 밸브(260)는 3개의 입력 중에서 선택된 2개의 입력 사이의 혼합비를 조절하는 밸브이다. 도 18에는 본 실시예에서 사용되는 전자 밸브(260)의 일 예가 도시되어 있다.

도 18을 참조하면, 전자 밸브(260)는 제1유입관(1810), 제2유입관(1820), 제3유입관(1830), 배출관(1840), 개폐기(1850), 스텝 모터(1860), 회전축(1870) 및 방수 모듈(1880)로 구성된다. 제1유입관 내지 제3유입관(1810, 1820, 1830)에는 각각 온수 직수관(240), 가열 수조(250)의 배출구와 연결되는 배관 및 냉수관(2)이 연결된다. 물론, 상황에 따라 제1유입관 및 제2유입관(1810, 1820)에 각각 가열 수조(250)의 배출구 및 온수 직수관(240)이 연결될 수도 있다. 배출관(1840)에는 수전(3)과 연결하는 배관이 연결된다. 개폐기(1850)는 내부가 비어 있는 두 개의 피스톤이 연결되어 있는 형태로 제작된다. 도 19에는 개폐기(1850)의 일 예가 도시되어 있다. 도 19를 참조하면, 개폐기(1850)는 동일한 형태의 제1피스톤(1852), 제2피스톤(1854) 및 두 개의 피스톤(1852, 1854)을 연결하여 고정하는 연결 모듈(1856)로 구성된다. 각각의 피스톤(1852, 1854)의 길이방향 양단에는 내부에 나사산이 형성되어 있는 도넛 형태의 회전축 수용부가 연결부재에 의해 각각의 피스톤(1852, 1854)의 원통형 몸체에 고정된다. 이러한 개폐기(1850)는 회전축(1870)과 결합되어, 회전축(1870)이 회전함에 따라 전자 밸브의 내부를 왕복한다. 스텝 모터(1860)는 제어기(270)의 제어신호에 대응하여 시계방향 및 반시계방향으로 회전축(1870)을 회전시킨다. 제어기(270)에 의한 스텝 모터(1860)의 제어방법은 후술한다. 회전축(1870)는 외주면에 나사산이 형성되어 있으며, 스텝 모터(1860)에 의해 구동되어 개폐기(1850)를 전자 밸브(260)의 내부를 왕복운동하도록 한다. 방수 모듈(1880)은 전자 밸브(260) 내부의 유체가 스텝 모터(1860)쪽으로 유출되지 않도록 한다. 방수 모듈(1880)은 전자 밸브(260)의 외부로 노출된 회전축의 외주면에 부착되는 복수 개의 오링(O-Ring)과 이를 수용하는 덮개로 구성된다.

이하에서, 도 18에 도시된 전자 밸브(260)가 채용된 경우에 제어기(270)의 동작에 대해 설명한다.

제어기(270)는 제1온도 센서 내지 제3온도 센서(220a 내지 220c)의 측정값들(T1, T2, T3)과 사용자가 설정한 희망 온도(T_4,target)를 입력받는다. 이때, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)은 온수관(1) 내의 잔존 온수가 모두 사용되어 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)로 공급되는 시점부터 가열 수조(250) 내에 온수관(1)으로부터 공급된 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 가득 찰 때까지의 시간 동안만 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)보다 낮게 된다. 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)보다 크거나 같으면, 제어기(270)는 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수와 냉수관(1)으로부터 공급되는 냉수가 혼합되어 수전(3)으로 배출되도록 전자 밸브(260)를 제어한다. 또한, 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 제2온도 센서(220b)의 측정값(T3)과 동일하거나 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)과 제2온도 센서(220b)의 측정값(T3)의 차이의 절대값이 사전에 결정된 기준 온도(예를 들면, 2℃)보다 작으면, 제어기(270)는 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수가 혼합되어 수전(3)으로 배출되도록 전자 밸브(260)를 제어한다. 또한, 사용자가 설정한 희망 온도(T_4,target)가 제2온도 센서(220b)의 측정값(T2)보다 크거나 같고 제1온도 센서(220b)의 측정값(T2)보다 작으면, 제어기(270)는 냉수관(1)으로부터 공급되는 냉수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수가 혼합되어 수전(3)으로 배출되도록 전자 밸브(260)를 제어한다. 또한, 사용자가 설정한 희망 온도(T_4,target)가 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)보다 크거나 같고 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)보다 작거나 같으면, 제어기(270)는 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수가 혼합되어 수전(3)으로 배출되도록 전자 밸브(260)를 제어한다. 이때, 전자 밸브(260)의 개방비율은 수학식 15에 의해 얻어지는 K값 또는 수학식 16에 의해 얻어지는 M_O값을 기초로 결정된다. 일예로, 결정된 K값 또는 M_O값을 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝 모터(1860)의 특성값, 전자 밸브(260)에 형성된 유입관들의 직경, 전자 밸브(260)에 장착된 개폐기(1850)의 길이, 전자 밸브(260)에 형성된 배출관(1840)과 공간적으로 연통되도록 선택된 유입관 등에 따라 산출된 스텝수로 변환하면 된다.

예를 들어, 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 제어기(270)에 의해 전자 밸브(260)의 스텝 모터(1860)가 반시계방향으로 구동되면, 회전축(1870)이 반시계방향으로 회전되어 개폐기(1850)는 초기 위치로부터 제2유입관(1820)과 제3유입관(1830)을 폐쇄하고 제1유입관(1810)을 개방하는 지점(제1위치)에 위치한다. 따라서 온수 직수관(240)을 통해 공급된 온수는 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 순차적으로 통과하여 배출관(1840)으로 흐르게 된다. 또한, 도 20의 (b)에 도시된 바와 같이 제어기(270)에 의해 전자 밸브(260)의 스텝 모터(1860)가 반시계방향으로 구동되면, 회전축(1870)이 반시계방향으로 회전되어 개폐기(1850)는 제1유입관(1810)과 제3유입관(1830)을 폐쇄하고 제2유입관(1820)을 개방하는 지점(제2위치)에 위치한다. 따라서 가열 수조(250)로부터 통해 공급된 가열 온수는 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통과하여 배출관(1840)으로 흐르게 된다. 이와 같이 개폐기(1850)를 제1위치와 제2위치 사이에 위치시키면 온수와 가열 온수의 혼합비를 1:0에서 0:1까지 적절히 조절할 수 있다.

또한, 도 21의 (a)에 도시된 바와 같이 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)가 제2위치에 있으면, 가열 수조(250)로부터 통해 공급된 가열 온수는 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통과하여 배출관(1840)으로 흐르게 된다. 그리고 제어기(270)에 의해 전자 밸브(260)의 스텝 모터(1860)가 반시계방향으로 구동되면, 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 회전축(1870)이 반시계방향으로 회전되어 개폐기(1850)는 제1유입관(1810)과 제2유입관(1820)을 폐쇄하고 제3유입관(1830)을 개방하는 지점(제3위치)에 위치한다. 따라서 냉수관(1)을 통해 공급된 냉수는 개폐기(1850)의 우측 피스톤과 좌측 피스톤을 순차적으로 통과하여 배출관(1840)으로 흐르게 된다. 이와 같이 개폐기(1850)를 제2위치와 제3위치 사이에 위치시키면 가열 온수와 냉수의 혼합비를 1:0에서 0:1까지 적절히 조절할 수 있다.

도 20을 참조하여 설명한 전자 밸브(260)의 구동 방법에서 개폐기(1850)의 초기 위치는 냉수가 유입되는 유입관(제3유입관(1830))만 개방되도록 하는 위치(도 21에서 제3위치)이다. 이와 달리, 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)의 초기 위치는 다양하게 설정될 수 있다. 도 22의 (a)에 도시된 바와 같이, 냉수관(1)을 통해 공급된 냉수가 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통해 배출관(1840)으로 흐르는 위치를 초기 위치로 설정할 수 있다. 또한, 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이, 온수 직수관(240)으로부터 온수가 유입되는 유입관(제1유입관(1810)과 냉수가 유입되는 유입관(제3유입관(1830)이 절반씩 개방되어 온수 직수관(240)으로부터 공급된 온수와 냉수관(1)을 통해 공급된 냉수가 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통해 배출관(1840)으로 흐르는 위치를 초기 위치로 설정할 수도 있다. 또한, 도 22의 (c)에 도시된 바와 같이, 개폐기(1850)의 좌측 피스톤의 길이를 우측 피스톤의 길이보다 길게 제작하면, 제1유입관 내지 제3유입관(1810, 1820, 1830)을 모두 폐쇄하는 위치를 초기 위치로 설정할 수도 있다. 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)의 초기 위치를 설정하면, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)의 고장이나 정전시에 온수와 냉수가 절반씩 혼합된 온도의 물을 사용할 수 있는 이점이 있다. 도 22의 (c)에 도시된 바와 같이 전자 밸브(260)를 제작하면, 전체 닫힘 기능을 구현할 수 있어, 배출수의 수량 조절까지 전자적으로 제어할 수 있는 이점이 있다. 도 22의 (c)에 도시된 전자 밸브(260)의 경우에 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)의 고장이나 정전시에 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)를 냉수만 공급되는 위치 또는 냉수와 온수가 절반씩 공급되는 위치로 이동시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명에 따른 수전 제어 장치(200)에는 보조 배터리를 탑재하여 사용자가 긴급 사용 버튼을 누르면 보조 배터리의 전원이 전자 밸브(260)로 공급되어 전자 밸브(260)가 구동될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 20 및 도 21을 참조하여 설명한 전자 밸브(260)의 구동 방법에서 전자 밸브(260)의 개방비율인 K값 또는 M_O값은 다음과 같이 결정된다. 도 20 및 도 21을 참조하면, 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)는 도 20의 (a)에 도시된 바와 같이 온수만 공급되는 위치(제1위치)와 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 냉수만 공급되는 위치(제3위치) 사이를 왕복하게 된다. 이때, 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)의 초기 위치는 도 21의 (b)에 도시된 바와 같이 냉수만 공급되는 위치(제3위치)로 설정될 수 있다. 이때, 제1유입관 내지 제3유입관(1810, 1820, 1830)의 내경이 5㎜, 제2유입관(1820)과 제3유입관(1830) 사이가 7㎜, 그리고 개폐기(1850)의 길이가 28㎜(좌측과 우측 피스톤의 길이는 12㎜)이면, 제1위치와 제3위치 사이의 거리는 12㎜가 된다. 따라서 스텝 모터(1860)가 1회전할 때 개폐기(1850)가 3㎜ 이동하면, 개폐기(1850)를 제1위치로부터 제3위치까지 이동시키기 위해서는 스텝 모터(1860)를 반시계방향으로 4회전 구동하면 된다. 이때, 스텝 모터(1860)는 분주율에 따라 1회전당 스텝수가 상이하게 되며, 1회전당 스텝수를 800스텝일 때 개폐기(1850)를 제1위치로부터 제3위치까지 이동시키기 위해서는 총 3200스텝이 된다. 이 경우, 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 온수와 가열 수조(250)를 통해 공급되는 가열 온수를 혼합할 수 있는 위치인 제1위치와 제2위치 사이의 거리는 6㎜이다. 따라서 개폐기(1850)를 제1위치로부터 제2위치까지 이동시키기 위해서는 스텝 모터(1860)를 반시계방향으로 2회전 구동하면 되며, 이때 필요한 스텝수는 1600스텝이 된다. 따라서 도 20에 도시된 바와 같이, 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수를 혼합하여 배출관(1840)으로 제공하고자 할 경우에 다음의 수학식에 의해 얻어진 스텝수만큼 스텝 모터(1860)를 구동한다.

여기서, S는 개폐기(1850)를 새로운 위치로 이동시키기 위해 필요한 스텝수(S가 음수이면 스텝 모터(1860)가 반시계방향으로 회전하고, 양수이면 스텝 모터(1860)가 시계방향으로 회전), S_P는 개폐기(1850)의 직전 위치에서의 스텝수, S_T는 개폐기(1850)가 선택된 두 개의 유입관 사이를 거리를 이동하기 위해 필요한 스텝수, 그리고, M_R은 K값 또는 M_O값이다.

수학식 17에서 S=0는 온수 직수관(240)을 통해 공급된 온수만 배출관(1840)으로 흐르는 위치인 제1위치를 의미한다. 만약, 개폐기(1850)가 도 21의 (b)에 도시된 제3위치에 있을 때, 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 온수와 가열 수조(250)를 통해 공급되는 가열 온수를 1:1의 부피비로 혼합하여 배출하고자 하면, 수학식 17에 의해 S는 2400이 된다. 따라서, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 스텝 모터(1860)를 시계방향으로 2400스텝만큼 회전시켜 개폐기(1850)를 800스텝의 위치로 이동시킨다.

또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수와 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수를 혼합하여 배출관(1840)으로 제공하고자 할 경우에 개폐기(1850)를 제2위치로부터 제3위치까지 이동시키기 위해 필요한 스텝수인 1600스텝을 결정된 K값 또는 M_O값에 곱한 후 1600스텝을 더하여 얻어진 스텝수만큼 스텝 모터(1860)를 구동한다.

여기서, S는 개폐기(1850)를 새로운 위치로 이동시키기 위해 필요한 스텝수(S가 음수이면 스텝 모터(1860)가 반시계방향으로 회전하고, 양수이면 스텝 모터(1860)가 시계방향으로 회전), S_P는 개폐기(1850)의 직전 위치에서의 스텝수, S_T는 개폐기(1850)가 선택된 두 개의 유입관 사이를 거리를 이동하기 위해 필요한 스텝수, 그리고, M_R은 K값 또는 M_O값이다.

개폐기(1850)가 온수 직수관(240)을 통해 공급되는 온수와 가열 수조(250)를 통해 공급되는 가열 온수를 1:1의 부피비로 혼합하여 배출할 수 있는 위치(800스텝의 위치)에 있을 때, 가열 수조(250)를 통해 공급되는 가열 온수와 냉수관(1)을 통해 공급되는 냉수를 1:1의 부피비로 혼합하여 배출하고자 하면, 수학식 18에 의해 S는 -1600이 된다. 따라서, 제어기(270)는 전자 밸브(260)의 스텝 모터(1860)를 반시계방향으로 1600스텝만큼 회전시켜 개폐기(1850)를 2400스텝의 위치로 이동시킨다.

한편, 수학식 15에 의해 얻어지는 K값 또는 수학식 16에 의해 얻어지는 M_O값을 사용하지 않고, 도 18에 도시된 전자 밸브(260)에 연결된 3개의 입수관 중에서 선택된 2개의 입수관의 개방비율을 결정할 수도 있다. 이하에서는 개폐기(1850)의 초기 위치가 도 23의 (a)에 도시된 바와 같이 냉수관(1)을 통해 공급된 냉수만 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통해 배출관(1840)으로 흐르는 위치가 초기 위치로 설정된 경우를 예로 들어 설명한다. 이때, 개폐기(1850)가 전자 밸브(260) 내에서 도 23의 (a)에 도시된 바와 같은 초기 위치로부터 온수 직수관(240)을 통해 공급된 온수만 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통해 배출관(1840)으로 흐르게 되는 위치를 지나 도 23의 (b)에 도시된 바와 같은 위치에 도달하면 가열 수조(250)를 통해 공급된 가열 온수만 개폐기(1850)의 좌측 피스톤을 통해 배출관(1840)으로 흐르게 된다. 만약, 개폐기(1850)를 도 23의 (a)에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 23의 (b)에 도시된 바와 같은 위치까지 이동시키기 위해 필요한 스텝 모터(1860)의 회전수를 a라 하면, 스텝 모터(1860)에 대해 설정된 분주값에 따라 필요한 스텝수(S_need)는 다음과 같이 결정된다.

여기서, a는 스텝 모터의 회전수, b는 분주값, 그리고 c는 분주값이 1일 때 스텝 모터를 1회전 시키기 위해 필요한 스텝수이다.

따라서 개폐기(1850)가 전자 밸브(260) 내에서 이동할 수 있는 구간의 총 길이가 도 24에 도시된 바와 같이 18㎜이고, 도 23의 (a)에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 23의 (b)에 도시된 바와 같은 위치까지의 길이가 14㎜라 할 때, 스텝 모터(1860)가 1회전할 때 개폐기(1850)가 4㎜ 이동하면 필요한 스텝 모터(1860)의 회전수는 3.5회가 된다. 따라서 분주값이 1일 때 스텝 모터를 1회전 시키기 위해 필요한 스텝수가 200일 때, 16분주를 사용하면, 도 23의 (a)에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 23의 (b)에 도시된 바와 같은 위치까지 개폐기(1850)를 이동시키기 위해 필요한 스텝수(S_need)는 11200이 된다. 그리고 도 24의 (a)에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 24의 (b)에 도시된 바와 같은 위치까지 개폐기(1850)를 이동시키기 위해 필요한 스텝수(S_need)는 14400이 된다.

도 23의 (a)에 도시된 바와 같은 위치(즉, 초기 위치)에 대한 스텝값을 0이라 설정하면, 사용자가 설정한 희망 온도(T_4,target), 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1), 제2온도 센서(220b)의 측정값(T2), 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)에 따른 스텝 모터(1860)의 스텝값은 다음과 같이 결정된다.

만약, 희망 온도(T_4,target)가 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)보다 작으면, 제어기(270)는 다음의 수학식에 의해 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝 모터(1860)의 스텝값을 산출한다.

여기서, M₀는 스텝 모터(1860)의 스텝값, ColdMaxFlux는 냉수의 최대 공급 유량, HotMaxFlux는 온수의 최대 공급 유량, R_a는 도 24의 (a)에 도시된 바와 같은 위치로부터 도 24의 (b)에 도시된 바와 같은 위치까지 개폐기(1850)를 이동시키기 위해 필요한 스텝수(S_need)의 절반에 해당하는 값이다.

따라서 냉수의 최대 공급량이 120㎖/s, 온수의 최대 공급량이 100㎖/s, 희망 온도가 30℃, 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 35℃, 제2온도 센서(220b)의 측정값(T2)이 20℃, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 60℃이면, 제어기(270)는 수학식 20에 의해 산출된 3953을 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝 모터(1860)의 스텝값으로 결정한다.

이와 달리, 희망 온도(T_4,target)가 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)보다 크거나 같으면, 제어기(270)는 다음의 수학식에 의해 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝 모터(1860)의 스텝 수를 산출한다.

여기서, M₀는 스텝 모터(1860)의 스텝값이다.

따라서 냉수의 최대 공급량이 120㎖/s, 온수의 최대 공급량이 100㎖/s, 희망 온도가 40℃, 제1온도 센서(220a)의 측정값(T1)이 35℃, 제2온도 센서(220b)의 측정값(T2)이 20℃, 제3온도 센서(220c)의 측정값(T3)이 60℃이면, 제어기(270)는 수학식 21에 의해 산출된 6720을 전자 밸브(260)를 구동하는 스텝 모터(1860)의 스텝값으로 결정한다.

한편, 도 18에 도시된 전자 밸브(260)를 채용하는 경우에 가열 수조(250) 내에 설치된 히터(255)의 제어는 도 26에 도시된 바와 같이 수행되는 것이 바람직하다.

도 26을 참조하면, 제어기(270)는 제1유량 센서(210a) 및 제2유량 센서(210b)로부터 입력되는 유량값을 기초로 수전(3)의 사용 여부를 파악한다(S2600). 다음으로, 수전(3)이 사용 중이 아닌 것으로 판단되면(S2605), 제어기(270)는 다음의 수학식에 의해 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도를 산출한다(S2610).

여기서, T_{3, target}은 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도, T_{4, target}은 혼합 온수의 목표 공급 온도, T₁은 온수관(1) 내의 잔존 온수의 온도, 그리고 k는 온수관(1) 내의 최대 잔존 온수량이다.

수학식 22에서 k 값은 온수관의 길이 및 내경에 따라 달라진다. 이러한 k 값은 수전의 사용 직후로부터 최대 공급 온도의 온수가 도달하는 시간을 기초로 산출되어 자체에 구비된 메모리에 저장된다. 즉, k 값은 수전의 사용 시작 시점으로부터 최대 공급 온도의 온수가 도달하기까지 소요되는 시간에 제1유량 센서(210a)에 의해 측정된 온수의 수량을 곱하여 산출된다. 이때, 히터(255)의 잦은 온/오프를 방지하기 위해 혼합 온수의 목표 공급 온도에 대해 일정량의 여유분을 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 수학식 22에 의해 얻어진 혼합 온수의 목표 공급 온도가 설정되어 있는 혼합 온수의 목표 공급 온도보다 3 ℃ 이상의 차이가 날 때 히터(255)를 구동하도록 설정할 수 있다.

다음으로, 제어기(270)는 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})와 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})를 비교한다(S2615). 만약, 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})가 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})보다 낮으면, 제어기(270)는 히터(255)를 켠다(S2620). 이와 달리, 가열 수조(250) 내의 온수의 목표 가열 온도(T_{3, target})가 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})보다 높거나 같으면, 히터(255)를 끈다(S2630). 히터(255)를 구동한 이후에 제어기(270)는 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})와 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})를 비교한다(S2625). 만약, 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})가 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})보다 높거나 같으면, 히터(255)를 끈다(S2630). 이와 달리, 가열 수조(250) 내의 온수의 현재 온도(T_{3, tur})가 가열 수조(250) 내의 온수의 최대 가열 온도(T_{3, max})보다 낮으면, S2615 단계로 진행한다.

이상에서 설명한 방법에 의해 제어기(270)는 수전(3)이 사용되지 않는 동안에 가열 수조(250)에 설치된 히터(255)의 구동여부를 적절히 제어함으로써, 전력소비를 최소화하면서 이후 사용자에 의한 수전(3) 사용시에 안정적으로 온수를 공급할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 수전 제어 장치에 전원이 공급되는 시점에 제어기(270)는 전자 밸브(260) 내의 개폐기(1850)의 위치를 알 수 없게 된다. 물론 본 발명에 따른 수전 제어 장치의 제조시에 전자 밸브(260) 내의 개폐기(1850)는 초기 위치(즉, 도 23의 (a)에 도시된 바와 같이 냉수만 출수되는 위치)에 위치하게 된다. 이때 도 25에 도시된 바와 같이, 전자 밸브(260)의 몸체와 스텝 모터(1860)에 포토 센서(2510)가 설치되고, 회전축(1880)에 슬릿이 형성된 회전판(2520)이 설치된다. 회전판(2520)은 스텝 모터(1860)의 회전축과 함께 회전한다. 포토 센서(2510)는 전자 밸브(260)의 몸체와 스텝 모터(1860)이 아닌 본 발명에 따른 수전 제어 장치 내에서 회전판(2520)의 슬릿과 대향되는 위치에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 수전 제어 장치의 제조시에 전자 밸브(260) 내의 개폐기(1850)는 초기 위치(즉, 도 23의 (a)에 도시된 바와 같이 냉수만 출수되는 위치)에 위치하도록 설정되고, 이러한 상태에서 본 발명에 따른 수전 제어 장치에 전원이 공급되면 포토 센서(2510)가 온된다. 그러나 제조시의 전자 밸브(260) 내의 개폐기(1850)의 정렬 오차, 회전판(2520)과 회전축(1880)의 정렬 오차 등으로 인해 본 발명에 따른 수전 제어 장치가 최초로 설치되어 전원이 공급된 시점, 본 발명에 따른 수전 제어 장치의 전원이 차단된 후 다시 전원이 공급된 시점 등에 전자 밸브(260) 내의 개폐기(1850)의 정렬이 필요하게 된다. 이를 위해 제어기(270)는 스텝 모터(1860)를 시계방향으로 1회전 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온 될 때까지 회전시킨다. 만약 1회전 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온이 되지 않으면, 제어기(270)는 반시계방향으로 1회전의 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온 될 때까지 스텝 모터(1860)를 회전시킨다. 그리고 제어기(270)는 포토 센서(2510)가 온된 시점의 개폐기(1850)의 위치를 초기 위치로 설정하고, 스텝 모터(1860)의 스텝값을 0으로 설정한다.

이와 달리, 스텝 모터(1860)를 시계방향으로 1회전 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온이 되면, 제어기(270)는 다시 시계방향으로 1회전 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온이 되지 않을 때까지 회전시킨다. 만약 두 번째 회전에서도 포토 센서(2510)가 온이 되면, 제어기(270)는 다시 시계방향으로 1회전 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온이 되지 않을 때까지 회전시킨다. 이러한 과정은 포토 센서(2510)가 온이 되지 않을 때까지 반복된다. 도 23 및 도 24에 도시된 전자 밸브의 경우에 전자 밸브(260) 내에서 개폐기(1850)의 최대 이동거리는 18㎜이므로, 스텝 모터(1860)가 1회전할 때 개폐기(1850)가 4㎜ 이동하면 스텝 모터(1860)의 최대 회전수는 4.5회가 된다. 따라서 스텝 모터(1860)의 시계방향으로의 1회전 범위 내에서의 회전은 최대 4회까지 가능하다. 만약 각각의 회전 시에 포토 센서가 온이 되지 않으면, 제어기(270)는 반시계방향으로 1회전의 범위 내에서 포토 센서(2510)가 온 될 때까지 스텝 모터(1860)를 회전시킨다. 그리고 제어기(270)는 포토 센서(2510)가 온된 시점의 개폐기(1850)의 위치를 초기 위치로 설정하고, 스텝 모터(1860)의 스텝값을 0으로 설정한다. 이러한 개폐기(1850)의 초기 위치 설정 절차는 본 발명에 따른 수전 제어 장치의 사용이 종료된 시점에 포토 센서가 온이 되지 않으면 수행될 수 있다.

도 17 내지 도 26을 참조하여 설명한 다양한 실시예에 있어서, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)로 공급되는 시점 이후에 본 발명에 따른 수전 제어 장치는 가열 수조(250)를 통해 공급된 가열 온수와 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수를 혼합하여 사용자가 희망하는 온도와 수량의 배출수를 출수하도록 도 18에 도시된 바와 같은 3개의 입수관과 1개의 출수관을 갖는 전자 밸브(260)를 제어하는 것이 바람직하다. 이와 같이 제어함으로써, 사용자에 의한 물의 사용이 종료된 시점에 가열 수조(250) 내에 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 가득차게 되어 전기 소비량을 줄일 수 있는 이점이 있다.

나아가, 도 17 내지 도 26을 참조하여 설명한 다양한 실시예에 있어서, 제어기(270)는 제1온도 센서 내지 상기 제3온도 센서(220a, 220b, 220c)의 측정값을 기초로 전자 밸브(260)에 구비된 모터(1860)의 회전 방향과 회전량을 제어하여 개폐기(1850)의 위치를 결정한다. 이때 제어기(270)는 다음과 같은 방법으로 개폐기(1850)의 위치를 결정하는 것이 바람직하다.

i) 제1온도 센서(220a)의 측정값과 제3온도 센서(220c)의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차(예를 들면, ±1℃) 이하이고, 배출수의 목표 온도가 제1온도 센서(220a)의 측정값 이상이면, 개폐기(1850)는 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, ii) 제1온도 센서(220a)의 측정값과 제3온도 센서(220c)의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 배출수의 목표 온도가 제1온도 센서(220a)의 측정값보다 낮으면, 개폐기(1850)는 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, iii) 제1온도 센서(220a)의 측정값과 제3온도 센서(220c)의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 제3온도 센서(220c)의 측정값이 제1온도 센서(220a)의 측정값보다 높으면, 배출수의 목표 온도가 제1온도 센서(220a)의 측정값 이상인 경우에 개폐기(1850)는 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, 배출수의 목표 온도가 제1온도 센서(220a)의 측정값보다 낮은 경우에 개폐기(1850)는 제2이동 범위 내에서 위치가 결정되되 배출수의 목표 온도가 상기 제1온도 센서(220a)의 측정값보다 높게 되는 시점부터 개폐기(1850)는 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, iv) 제1온도 센서(220a)의 측정값과 제3온도 센서(220c)의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 제3온도 센서(220c)의 측정값이 제1온도 센서(220a)의 측정값보다 낮으면, 개폐기(1850)는 제3이동 범위 내에서 위치가 결정된다.

이때, 개폐기(1850)의 제1이동 범위는 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수를 입력받아 전자 밸브(260)로 제공하는 제1입수관(1820)과 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수를 입력받아 전자 밸브(260)로 제공하는 제2입수관(1810)의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 이동 범위이고, 제2이동 범위는 제2입수관(1810)과 냉수관(2)으로부터 공급되는 냉수를 입력받아 전자 밸브(260)로 제공하는 제3입수관(1830)의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 이동 범위이고, 제3이동 범위는 제1입수관(1820)과 제3입수관(1830)의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 이동 범위이다.

이와 달리, 도 17 내지 도 26을 참조하여 설명한 다양한 실시예에 있어서, 제어기(270)는 제1온도 센서(220a)의 측정값과 배출수의 목표 온도를 비교하여 전자 밸브(260)에 구비된 모터(1860)의 회전 방향과 회전량을 제어하여 개폐기(1850)의 위치를 결정할 수도 있다. 이때 제1온도 센서(220a)의 측정값이 배출수의 목표 온도 이상이면, 제어기(270)는 제3이동 범위 내에서 개폐기(1850)의 위치를 결정한다. 또한, 제1온도 센서(220a)의 측정값이 배출수의 목표 온도보다 낮으면, 제어기(270)는 제1이동 범위 내에서 개폐기(1850)의 위치를 결정한다.

본 발명에 따른 수전 제어 장치의 다양한 실시예들에 있어서, 수전에 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 도달할 때까지 배출수의 온도가 사전에 설정된 최저 공급 온도(예를 들면, 40℃)를 유지할 수 있도록 가열 수조(250)의 용량 및 가열 수조(250) 내의 온수의 가열 온도가 설정된다. 따라서 수전이 동작하는 동안 가열 수조(250)로부터 전자 밸브(260)로 공급되는 가열 온수는 최대 공급 온도의 온수가 가열 수조(250)로 입력되는 시점에 적어도 사전에 설정된 최저 공급 온도보다 높은 온도로 유지된다. 최대 공급 온도의 온수가 가열 수조(250)로 공급되는 시점에 온수 직수관(240)으로도 최대 공급 온도의 온수가 공급된다. 비록 가열 수조(250) 내의 온수의 온도가 온수 직수관(240) 내의 온수의 온도보다 낮지만, 최대 공급 온도의 온수가 가열 수조(250)로 공급됨에 따라 가열 수조 내의 온수의 온도는 점점 상승하여 온수의 최대 공급 온도에 도달하게 된다. 따라서 제1온도 센서(220a)의 측정값과 배출수의 목표 온도의 비교결과만을 이용하여 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)의 위치를 결정할 수 있다.

이때, 배출수의 온도가 사전에 설정된 최저 공급 온도(예를 들면, 40℃)를 유지할 수 있도록 제어기(270)는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 온수관(1) 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 가열 수조(250)의 용량 및 제1온도 센서(220a)의 측정값을 기초로 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 수전으로 공급하기 위한 가열 수조(250) 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 산출된 가열 온도와 제3온도 센서(220c)의 측정값을 기초로 가열 수조(250)에 구비된 히터의 구동 여부를 결정한다. 이하에서는 잔존 온수의 수량이 4ℓ, 잔존 온수의 온도가 22℃, 가열 수조(250)의 용량이 2ℓ, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도가 40℃, 잔존 온수의 공급 수량이 100㎖/s인 경우를 예로 들어 제어기(270)에 의한 히터 구동 방법을 설명한다.

먼저, 도 17에 도시된 실시예는 가열 수조(250)로부터 공급되는 가열 온수와 온수 직수관(240)으로부터 공급되는 온수가 혼합된 배출수를 수전으로 제공할 수 있다. 만약 가열 수조(250)와 온수 직수관(240)으로 분배되는 잔존 온수의 체적비는 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)의 제1이동 범위 내에서의 위치에 따라 결정된다. 예를 들어, 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)가 제1입수관(1820)과 제2입수관(1810)의 개방비율이 1:0이 되는 지점에 위치하면, 100㎖/s의 잔존 온수는 모두 가열 수조(250)로 공급된다. 이와 달리, 전자 밸브(260)의 개폐기(1850)가 제1입수관(1820)과 제2입수관(1810)의 개방비율이 1:1이 되는 지점에 위치하면, 잔존 온수는 가열 수조(250)와 온수 직수관(240)으로 각각 50㎖/s씩 공급된다.

한편, 가열 수조(250)로 잔존 온수가 공급됨에 따라 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 시간이 흐름에 따라 낮아지게 된다. 이때, 가열 수조(250)로 잔존 온수가 공급되기 시작한 시점으로부터 매초 경과할 때마다 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 다음의 수학식에 의해 산출될 수 있다.

여기서, T_t는 t초에서 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도(℃), T_t-1은 t-1초에서 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도(℃), T_R은 잔존 온수의 온도(℃), Q_T는 가열 수조(250)의 용량(㎖), Q_R은 t초에서 가열 수조(250)로 공급되는 잔존 온수의 수량(㎖/s)이다.

만약 가열 수조(250)로 공급된 잔존 온수가 가열 수조(250) 내의 가열 온수와 균일하게 혼합된다고 가정하면, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 일정한 기울기로 하강하게 된다. 즉, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도를 T₀, 배출수의 목표 온도를 T_T, 잔존 온수의 온도를 T_R, 온수의 공급 수량을 Q_T라 하면, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 다음과 같이 결정된다.

수학식 24에 따르면, 온수의 공급 수량, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도 및 배출수의 목표 온도가 일정할 때, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도의 초당 하강 정도는 잔존 온수의 온도에 의존함을 알 수 있다. 아래의 표에는 온수의 공급 수량이 100㎖/초, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도가 60℃, 배출수의 목표 온도가 40℃일 때, 잔존 온수의 온도에 따른 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도의 초당 하강 정도가 기재되어 있다.

잔존 온수의 온도 (℃)	15	20	25	30
가열 수조 내 가열 온수의 온도 하강 정도 (℃/초)	1.25	1.0	0.75	0.5

따라서 가열 수조(250)로 공급된 잔존 온수가 가열 수조(250) 내의 가열 온수와 균일하게 혼합되는 조건에서, 온수의 공급 수량이 100㎖/초, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도가 60℃, 배출수의 목표 온도가 40℃, 잔존 온수의 온도가 20℃이면, 가열 수조(250) 내의 가열 온수는 초당 1℃ 하강하며, 결과적으로 수전의 사용시점으로부터 20초가 경과한 시점에 가열 수조(250) 내의 가열 온수는 배출수의 목표 온도와 동일한 40℃가 된다. 그러나 본 발명에 따른 수전 제어 장치에 적용되는 가열 수조(250)는 좌측면 하단으로 온수관(1)으로부터 공급되는 온수가 입력되고, 가열 수조(250) 내에서 가열된 가열 온수는 우측면 상단으로 출력된다. 따라서 가열 수조(250)로 공급된 잔존 온수가 가열 수조(250) 내의 가열 온수와 균일하게 혼합되지 않고, 잔존 온수는 가열 수조(250)의 좌측 하단으로부터 서서히 가열 온수와 혼합된다. 결과적으로, 수전이 사용되는 시점으로부터 약 10초가 경과하는 시점까지 가열 수조(250)로부터 출력되는 가열 온수의 온도는 실질적으로 변하지 않으며, 수전이 사용되는 시점으로부터 약 10초가 경과한 시점 이후에 일정한 값으로 하강하게 된다. 다음의 표에는 본 발명에 따른 수전 제어 장치에 걱용되는 가열 수조(250)의 용량이 2ℓ, 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량이 4ℓ, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도가 60℃, 잔존 온수의 온도가 20℃, 배출수의 목표 온도가 40℃일 때, 수전의 사용시점으로부터 온수관(1) 내의 잔존 온수가 모두 배출되는 시점까지 잔존 온수의 공급 수량에 따른 잔존 온수가 모두 배출될 때까지의 소요시간과 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도가 기재되어 있다.

잔존 온수의 공급 수량 (㎖/s)	80	100	120
잔존 온수의 배출소요시간 (초)	50	40	33.3
잔존 온수가 모두 배출되는 시점에서 가열 수조 내 가열 온수의 온도 (℃)	39.0	41.0	42.2

한편, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 초기값이 높을수록 수전의 사용시점으로부터 온수관(1) 내의 잔존 온수가 모두 배출되는 시점에 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도가 높게 유지된다. 예를 들어, 가열 수조(250)의 용량이 2ℓ, 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량이 4ℓ, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도가 70℃, 잔존 온수의 온도가 20℃, 배출수의 목표 온도가 40℃일 때, 수전의 사용시점 이후 온수관(1) 내의 잔존 온수가 모두 배출되는 시점에 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 51.0℃가 된다. 따라서 가열 수조(250)의 용량, 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량, 잔존 온수의 온도, 배출수의 목표 온도에 따라 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도를 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 최초 온도를 높게 설정하면, 온수관(1) 내의 잔존 온수가 모두 배출될 때까지 배출수의 목표 온도를 보장할 수 있는 이점이 있으나, 가열 수조(250) 내의 히터에 의한 전력소비가 증가하는 문제가 있다. 따라서 제어기(270)는 배출수의 목표 온도와 잔존 온수의 온도의 차이값을 기초로 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 초당 온도 감소값을 산출하고, 가열 수조(250)의 용량, 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량, 잔존 온수의 온도, 잔존 온수의 공급 수량 및 배출수의 목표 온도를 기초로 히터를 구동하여 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 초기 온도를 결정한다.

이를 위해 제어기(270)는 본 발명에 따른 수전 제어 장치가 설치된 환경에서 온수의 공급 지점으로부터 수전까지 연결되는 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량 및 잔존 온수의 온도를 측정하여 자체에 구비된 메모리에 저장하는 것이 바람직하다. 이때, 온수의 공급 지점으로부터 수전까지 연결되는 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수령은 수전의 사용이 개시된 시점으로부터 최대 공급 온도의 온수가 공급되기까지 소요되는 시간 및 온수의 공급 수량을 기초로 산출된다. 예를 들어, 수전의 사용이 개시된 시점으로부터 최대 공급 온도의 온수가 공급되기까지 소요되는 시간이 40초이고, 온수의 공급 수량이 100㎖/s이면, 온수관(1) 내의 잔존 온수의 수량은 4ℓ가 된다. 또한, 잔존 온수의 온도는 계절별로 차이가 있으므로, 제어기(270)는 1주일 간격 또는 1개월 간격으로 잔존 온수의 온도를 측정하여 메모리에 저장하는 것이 바람직하다. 이에 의해 제어기(270)는 본 발명에 따른 수전 제어 장치가 설치된 환경에서 잔존 온수의 온도에 따라 히터의 구동여부를 제어함으로써 가열 수조(250) 내의 온수의 초기 가열 온도를 최적으로 설정할 수 있다.

이상과 같이 제어기(270)의 제어에 의해 가열 수조(250) 내의 가열 수조(250) 내의 온수가 초기 가열 온도에 도달한 이후에 사용자가 희망하는 배출수의 온도를 설정하면, 제어기(270)는 사용자가 설정한 희망 온도에 대응하는 목표 온도를 산출한다. 이때 배출수의 목표 온도는 사용자가 설정한 희망 온도와 동일하게 설정될 수 있으며, 사용자가 설정한 희망 온도보다 일정 온도 낮게(예를 들면, 2℃ 낮은 온도) 설정될 수도 있다. 다음으로, 수전으로 공급되는 온수의 온도가 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도(예를 들면, 40℃) 또는 배출수의 목표 온도(예를 들면, 40℃)에 도달하기 전에 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 공급되면, 온수 직수관(240)은 최대 공급 온도의 온수로 채워지게 된다. 이와 달리, 가열 수조(250)는 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도(예를 들면, 60℃)의 온수가 공급되기 직전의 온도(예를 들면, 42℃)의 온수로 채워진다. 그리고 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도의 온수가 지속적으로 공급됨에 따라 일정 시간이 경과하면 가열 수조(250) 온수 역시 최대 공급 온도의 온수로 채워진다. 따라서 제어기(270)는 온수관(1)으로부터 최대 공급 온도의 온수가 공급되는 시점으로부터 전자 밸브(260)를 제어하여 가열 수조(250)로부터 입력되는 온수와 냉수관(1)으로부터 입력되는 냉수를 혼합하여 수전으로 제공한다. 이러한 제어 동작에 의해 수전의 사용이 종료된 시점에 가열 수조(250)는 최대 공급 온도의 온수로 채워지게 되어 히터의 구동을 최소화할 수 있다.

한편, 도 18을 참조하여 설명한 전자 밸브(260)를 사용하는 대신에 도 27에 도시된 카트리지가 채용된 전자 밸브를 사용할 수도 있다. 도 27을 참조하면, 카트리지는 제1유입관(2710), 제2유입관(2720), 제3유입관(2730), 배출관(2740) 및 회전노브(2750)로 구성된다. 회전노브(2750)는 도 18을 참조하여 설명한 스텝 모터의 회전축과 결합되어, 스텝 모터의 회전에 대응하여 회전한다. 예를 들어, 스텝 모터의 스텝수가 0스텝에서 3600스텝만큼 시계방향으로 회전할 때 회전노브(2750)가 0°에서 360°시계방향으로 회전하면, 스텝 모터가 3600스텝만큼 회전할 때마다 회전 노브(2750)는 한바퀴씩 회전하게 된다. 도 17에 도시된 실시예에서 도 27에 도시된 카트리지의 제1유입관(2710), 제2유입관(2720) 및 제3유입관(2730)에 가열 수조(250), 온수 직수관(240) 및 냉수관(2)이 각각 연결되어 있는 경우를 예로 들어 스텝 모터의 회전에 따른 전자 밸브의 동작에 대해 설명한다. 만약, 스텝 모터의 스텝수가 0일때 제1유입관(2710)로 유입된 가열 온수만 배출관(2740)으로 전량 출수되고, 스텝 모터의 스텝수가 1200일때, 제2유입관(2710)으로 유입된 잔존 온수만 배출관(2740)으로 전량 출수되고, 스텝 모터의 스텝수가 2400일때, 제3유입관(2710)으로 유입된 냉수만 배출관(2740)으로 전량 출수된다. 따라서, 스텝 모터의 스텝수가 0에서 1200 사이에서 변경되면, 가열 온수와 잔존 온수가 1:0에서 0:1의 체적비로 혼합되게 되고, 스텝 모터의 스텝수가 1200에서 2400 사이에서 변경되면, 잔존 온수와 냉수가 1:0에서 0:1의 체적비로 혼합되게 되고, 스텝 모터의 스텝수가 2400에서 3600 사이에서 변경되면, 냉수와 가열 온수가 1:0에서 0:1의 체적비로 혼합되게 된다. 이러한 방법에 의해 도 27에 도시된 카트리지가 채용된 전자 밸브를 사용하여 가열 온수가 입력되는 제1유입관(2710), 잔존 온수가 입력되는 제2유입관(270) 및 냉수가 입력되는 제3유입관(2730) 중에서 두 개의 유입관을 선택한 후 선택된 두 개의 유입관의 개방비율을 조절함으로써 도 18에 도시된 전자 밸브와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 17에 도시된 실시예에서 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 먼저, 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같은 수전 및 회전 센서(예를 들면, 로터리 센서 또는 엔코더)로 구성될 수 있다. 이 경우, 수전 노브의 수평 회전량에 의해 배출수의 목표 온도가 결정되고, 수전 노브의 수직 회전량에 의해 배출수의 목표 수량이 결정된다. 다음으로, 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 앞서 설명한 바와 같이, 수전 노브 대신에 수전 노브의 수직 및 수평 회전량에 대응하는 정보를 별도의 입력장치를 통해 사용자로부터 입력받을 수 있다. 나아가, 수전 노브의 수직 및 수평 회전량에 대응하는 정보 대신에 사용자가 희망하는 배출수의 온도 및 수량을 사용자로부터 입력받을 수도 있다. 이때 별도의 입력장치는 스마트폰, 입력장치와 출력장치를 구비한 제어 패널 등이 될 수 있다. 스마트폰이 입력장치로 사용될 경우 스마트폰에는 본 발명에 따른 수전 제어 장치(100)를 제어하기 위한 앱이 설치되는 것이 바람직하다. 제어 패널의 출력장치에는 냉수 온도, 온수 온도, 냉수 수량, 온수 수량, 배출수 온도, 배출수 수량 등이 사용자의 선택 또는 설정상태에 타라 선택적으로 표시된다. 또한 제어 패널의 입력장치는 터치스크린, 음성인식장치, 버튼입력장치 등의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 수전 제어 장치(100)는 입력장치 및 출력장치와 데이터를 송수신하기 위한 통신부를 구비하며, 블루투스 모듈, 와이파이 모듈 등을 포함한 유선 또는 무선 통신이 가능한 장치가 통신부로 채택될 수 있다. 또한, 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 도 9를 참조하여 설명한 바와 같은 수전 및 회전 센서(예를 들면, 로터리 센서 또는 엔코더)로 구성될 수 있다. 이 경우, 배출수의 목표 온도는 수전 노브의 수평 회전량에 의해 결정되고, 배출수의 목표 수량은 수전 노브의 수직 회전량에 연동되는 카트리지에 의해 물리적으로 결정된다. 이때, 제어기(270)는 제1유량 센서(210a) 및 제2유량 센서(210b) 중 어느 하나 또는 두 개 모두에 의해 측정된 값을 기초로 배출수의 수량을 파악한다. 이와 달리, 배출수의 수량은 수전 노브와 별도로 설치된 회전 센서(예를 들면, 로터리 센서 또는 엔코더)의 회전량을 기초로 결정될 수도 있다.

한편, 도 17 내지 도 27을 참조하여 설명한 실시예에서 배출수의 수전으로의 배출은 전자적으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 전자 밸브(260)와 수전(3) 사이에 설치된 별도의 전자 밸브(미도시)에 의해 배출수의 배출량을 조절하여 배출수를 목표 수량만큼 수전으로 제공할 수 있다. 도 27은 도 17에 도시된 전자 밸브(260)와 수전(3) 사이에 설치된 별도의 전자 밸브에 의해 배출수의 배출량을 조절하여 배출수를 목표 수량만큼 수전으로 제공하는 실시예를 도시한 도면이다. 도 27에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치(2700)는 도 17을 참조하여 설명한 실시예의 구성과 전자 밸브의 개수 및 그에 따른 제어동작만 상이하고 다른 구성요소의 동작은 실질적으로 동일하다. 따라서 이하에서는 전자 밸브의 개수 변화에 따른 제어 동작에 대해 설명한다.

도 27을 참조하면, 도 17에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 17의 전자 밸브(260)에 해당하는 제1전자 밸브(260a)와 수전(3) 사이에 제2전자 밸브(260b)가 추가된다. 제1전자 밸브(260a)는 도 17에 도시된 전자 밸브(260)와 동일하게 동작하며, 제2전자 밸브(260b)는 제1전자 밸브(260a)의 출력관으로부터 배출수를 입력받아 출력하며, 제어기(270)의 제어신호에 의해 제1전자 밸브(260a)의 출력관으로부터 입력된 혼합 온수의 배출량을 조절하여 수전(3) 또는 샤워 헤드(미도시)로 출력한다. 도 27에 도시된 실시예(2700)에서 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 앞서 설명한 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 가열 수조(250)의 출수단에 설치된 제2방향 제어 밸브(230b)는 제거될 수 있다.

이 경우, 제2전자 밸브(260b)로는 입력된 물의 출수량을 조절하는 카트리지가 채용된 전자 밸브가 사용될 수 있다. 이때, 제어기(270)는 배출수의 목표 수량에 대응하여 제2전자 전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터를 제어하여 카트리지의 개폐량을 조절함으로써 수전 또는 샤워 헤드로 배출되는 배출수의 수량이 목표 수량이 되도록 한다. 이와 달리, 도 27에 도시된 제1전자 밸브(260a)와 수전(3) 사이에 설치되는 제2전자 밸브(260b)에는 도 28 또는 도 29에 도시된 카트리지가 채용될 수 있다. 만약 도 28에 도시된 전자 밸브가 채용되면, 배출관(2740)에 도 27에 도시된 제1전자 밸브(260a)의 출수관이 연결되고, 제1유입관(2710)에는 수전(3)이 연결되고, 제2유입관(2720)에는 이동식 샤워 헤드가 연결될 수 있다. 이때, 제3유입관(2730)은 차단된다. 따라서, 도 28에 도시된 카트리지가 채용된 제2전자 밸브(260b)를 사용할 경우에 제어기(270)에 의해 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 0이면, 배출수가 수전(3)으로 배출되고, 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 1200이면, 배출수가 이동식 샤워 헤드로 배출되고, 2400이면 배출수가 어느 쪽으로도 배출되지 않는다. 이와 달리, 도 29에 도시된 전자 밸브가 채용되면, 배출관(2850)에 도 27에 도시된 제1전자 밸브(260a)의 출수관이 연결되고, 제1유입관(2810)에는 수전(3)이 연결되고, 제2유입관(2820)에는 이동식 샤워 헤드가 연결되고, 제3유입관(2830)에는 고정식 샤워 헤드가 연결될 수 있다. 이때, 제4유입관(2840)은 차단된다. 따라서, 도 29에 도시된 카트리지가 채용된 제2전자 밸브(260b)를 사용할 경우에 제어기(270)에 의해 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 0이면, 배출수가 수전(3)으로 배출되고, 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 900이면, 배출수가 이동식 샤워 헤드로 배출되고, 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 1800이면, 배출수가 고정식 샤워 헤드로 배출되고, 제2전자 밸브(260b)에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 2700이면 배출수가 어느 쪽으로도 배출되지 않는다.

이상의 설명에서, 도 28 및 도 29에 도시된 카트리지가 채용된 전자 밸브를 도 27에 도시된 실시예의 제2전자 밸브(260b)로 사용할 경우에 각 카트리지의 배출관은 제2전자 밸브(260b)의 입수관으로, 각 카트리지의 유입관은 제2전자 밸브(260b)의 배출관으로 기능한다.

도 30은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 30을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수전 제어 장치(2900)는 도 17을 참조하여 설명한 실시예의 구성과 전자 밸브의 개수 및 그에 따른 제어동작만 상이하고 다른 구성요소의 동작은 실질적으로 동일하다. 따라서 이하에서는 전자 밸브의 개수 변화에 따른 제어 동작에 대해 설명한다.

도 30을 참조하면, 도 17에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 17의 전자 밸브(260)가 도 30에 도시된 실시예(2900)에서는 제1전자 밸브(260a), 제2전자 밸브(260b) 및 제3전자 밸브(260c)로 분리된다. 제1전자 밸브(260a)는 가열 수조(250)로부터 가열 온수를 입력받는 제1입력관과 온수 직수관(240)으로부터 잔존 온수를 입력받는 제2입력관을 구비하며, 제어기(270)의 제어신호에 의해 가열 온수와 잔존 온수의 체적비를 1:0에서 0:1까지 혼합하여 출력한다. 제2전자 밸브(260b)는 제1전자 밸브(260a)의 출력관으로부터 혼합 온수를 입력받아 출력하며, 제어기(270)의 제어신호에 의해 제1전자 밸브(260a)의 출력관으로부터 입력된 혼합 온수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력한다. 제3전자 밸브(260c)는 냉수관(2)으로부터 냉수를 입력받아 출력하며, 제어기(270)의 제어신호에 의해 냉수관(2)으로부터 입력된 냉수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력한다. 도 30에 도시된 실시예(2900)에서 온도 및 수량 설정 수단(3a)은 앞서 설명한 바와 같이 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 제1전자 밸브(260a)와 제2전자 밸브(260b) 사이에 제5온도센서가 설치될 수 있다. 또한, 가열 수조(250)의 출수단에 설치된 제2방향 제어 밸브(230b)는 제거될 수 있다.

도 30에 도시된 실시예(2900)에서 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 잔존 온수의 온도가 20℃이고, 제2온도 센서(220b)에 의해 측정된 냉수의 온도가 18℃이고, 제3온도 센서(220c)에 의해 측정된 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도가 60℃이고, 사용자가 설정한 희망 온도에 대응하는 배출수의 목표 온도가 40℃이고, 온수관(1)을 통해 공급되는 온수의 수량이 100㎖/s이고, 냉수관(2)을 통해 공급되는 냉수의 수량이 120㎖/s이고, 온수 공급 지점으로부터 수전 사이의 온수관(1)에 존재하는 잔존 온수의 수량이 4ℓ이고, 가열 수조(250)의 용량이 4ℓ이면, 제어기(270)의 제어 동작은 다음과 같다. 이때, 가열 수조(250)로 잔존 온수가 공급됨에 따른 제3온도 센서(220c)에 의해 측정되는 가열 수조(250) 내의 온도 변화는 수전이 사용되는 시점으로부터 10초 동안 초당 0.1℃씩 하강하고, 이후 10초 동안 초당 0.8℃씩 하강하고, 이후에는 초당 0.5℃씩 하강하는 것으로 가정한다. 가열 수조(250) 내의 온도 강하 정도는 가열 수조(250) 내부의 형태, 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 입력위치, 가열 수조(250)로부터 온수가 출력되는 온수의 출력위치, 제3온도 센서(220c)의 설치 위치 등에 따라 달라지며, 가열 수조(250)로 잔존 온수가 공급됨에 따른 제3온도 센서(220c)에 의해 측정되는 가열 수조(250) 내의 온도 변화는 실험적으로 결정될 수 있다. 이러한 조건에서 수전의 사용시점으로부터 40초가 경과한 시점에 온수 공급 지점으로부터 수전 사이의 온수관(1)에 존재하는 잔존 온수가 모두 소진되며, 이 시점으로부터 최대 공급 온도(예를 들면, 50℃)의 온수가 온수관(1)을 통해 수전으로 공급된다. 이때 가열 수조(250)에 설치된 제3온도 센서(220c)에 의해 측정되는 가열 수조(250) 내의 가열 온수의 온도는 약 41℃가 된다.

먼저, 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도(예를 들면, 50℃)가 될 때까지 제어기(270)는 제1전자 밸브(260a)로부터 출력되는 혼합 온수의 온도가 배출수의 목표 온도인 40℃가 되도록 제1전자 밸브(260a)의 개방비율을 제어한다. 그리고 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도(예를 들면, 50℃)가 될 때까지 제어기(270)는 제1전자 밸브(260a)로부터 입력되는 혼합 온수가 모두 수전(3)으로 배출되고 냉수는 배출되지 않도록 제3전자 밸브(260c)를 폐쇄하도록 제어한다. 또한 제어기(270)는 제2전자 밸브(260b)를 제어하여 제2전자 밸브(260b)로부터 수전으로 공급되는 혼합 온수의 수량이 배출수의 목표 수량이 되도록 제어한다.

다음으로, 제1온도 센서(220a)에 의해 측정된 온수관(1)으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도(예를 들면, 50℃)에 도달하면, 제어기(270)는 가열 수조(250)로부터 입력되는 온수가 모두 출력되도록 제1전자 밸브(260a)를 제어한다. 이러한 제어 동작에 의해 가열 수조(250)는 수전의 사용이 종료되는 시점에 최대 공급 온도(예를 들면, 50℃)의 온수로 채워지게 되어 가열 수조(250) 내에 설치된 히터(255)의 구동을 최소화할 수 있다. 또한, 제어기(270)는 배출수의 목표 온도 및 목표 수량에 대응하여 제2전자 밸브(260b) 및 제3전자 밸브(260c)를 제어한다. 이하에서는 제2전자 밸브(260b)로 44℃의 가열 온수가 100㎖/s의 수량으로 입력되고, 제3전자 밸브(260c)로 18℃의 냉수가 120㎖/s의 수량으로 입력되는 경우를 예로 들어 설명한다. 만약, 배출수의 목표 온도 및 목표 수량이 각각 40℃와 60㎖/s이면, 제2전자 밸브(260b)로부터 수전(3)으로 50.8㎖/s의 혼합 온수가 공급되고, 제3전자 밸브(260c)로부터 수전(3)으로 9.2㎖/s의 냉수가 공급된다. 이와 달리, 배출수의 목표 온도 및 목표 수량이 각각 40℃와 100㎖/s이면, 제2전자 밸브(260b)로부터 수전(3)으로 84.6㎖/s의 혼합 온수가 공급되고, 제3전자 밸브(260c)로부터 수전(3)으로 15.4㎖/s의 냉수가 공급된다. 한편, 제2전자 밸브(260b)로부터 수전(3)으로 혼합 온수의 최대 공급량인 100㎖/s의 혼합 온수를 공급할 때, 배출수의 목표 온도인 40℃를 수전(3)으로 공급하기 위해서는 제3전자 밸브(260c)로부터 수전(3)으로 18.㎖/s의 냉수를 공급하면 된다. 따라서 해당 조건에서 수전(3)로 공급되는 배출수의 최대 공급량은 118.2㎖/s가 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 도 30을 참조하여 설명한 실시예의 경우에 도 27을 참조하여 설명한 실시예보다 수전(3)을 통해 배출되는 배출수의 공급량을 증가시킬 수 있는 이점이 있다. 한편, 도 30을 참조하여 설명한 실시예에서, 제2전자 밸브(260b)로부터 공급되는 혼합 온수와 제3전자 밸브(260c)로부터 공급되는 냉수가 혼합되는 지점과 수전(3) 사이에 배출수를 수전(3), 샤워헤드(미도시) 및 욕조(미도시)로 분기시키는 다이버터(Diverter)를 설치할 수 있다. 이때, 초기 위치가 욕조로 설정된 다이버터를 사용하면, 원격제어에 의해 사용자가 희망하는 시간에 욕조에 온수를 채울 수 있는 기능을 구현할 수 있다. 물론, 제2전자 밸브(260b)로부터 공급되는 혼합 온수와 제3전자 밸브(260c)로부터 공급되는 냉수가 혼합되는 지점과 수전(3) 사이에 도 28에 도시된 카트리지가 채용된 전자 밸브를 설치할 수도 있다. 이 경우, 제어기(270)에 의해 해당 전자 밸브에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 0이면, 배출수가 수전으로 배출되고, 해당 전자 밸브에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 900이면, 배출수가 이동식 샤워 헤드로 배출되고, 해당 전자 밸브에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 1800이면, 배출수가 고정식 샤워 헤드로 배출되고, 해당 전자 밸브에 구비된 스텝 모터의 스텝수가 2700이면 배출수가 어느 쪽으로도 배출되지 않는다.

한편, 도 1 내지 도 16을 참조하여 설명한 다양한 실시예에 적용된 구성요소 및 실시예들의 구동방법은 도 17 내지 도 30을 참조하여 설명한 실시예들에도 적용될 수 있다. 일 예로, 도 1을 참조하여 설명한 실시예에서 계절별 또는 사용자별로 배출수의 목표 온도를 다르게 설정하는 구성이 도 17 내지 도 30을 참조하여 설명한 실시예들에도 적용될 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.

Claims (33)

1. 사용자로부터 배출수의 희망 수량과 희망 온도를 설정받는 입력수단;
   온수관 및 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 수량을 각각 측정하는 제1수량 센서와 제2수량 센서;
   상기 온수관 및 상기 냉수관으로부터 공급되는 온수와 냉수의 온도를 각각 측정하는 제1온도 센서와 제2온도 센서;
   내부에 히터를 구비하여 상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 가열하여 보관하고, 사용자에 의한 수전 사용시 가열된 온수를 수전측으로 공급하는 가열 수조;
   상기 가열 수조 내의 물의 온도를 측정하는 제3온도 센서;
   상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 수전측으로 공급하는 온수 직수관;
   상기 온수관으로부터 공급되는 온수를 상기 가열 수조와 상기 온수 직수관으로 사전에 설정된 비율에 따라 분배하는 분배기;
   상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수, 상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수 및 상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 혼합하여 사용자로부터 입력받은 희망 수량과 희망 온도의 배출수를 배출관을 통해 수전으로 공급하는 전자 밸브;
   상기 전자 밸브의 배출관을 통해 공급되는 배출수의 온도를 측정하는 제4온도 센서; 및
   상기 가열 수조 내의 물의 온도를 기초로 상기 가열 수조 내에 구비된 히터의 구동 여부를 제어하고, 상기 배출수의 수량 및 온도가 사용자로부터 설정받은 배출수의 희망 수량과 희망 온도에 대응하여 설정되는 목표 수량 및 목표 온도가 되도록 상기 전자 밸브의 개방 정도를 제어하는 제어기;를 포함하는 수전 제어 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 전자 밸브는,
   내부에 원통형의 수용공간이 형성된 하우징;
   상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제1유입관;
   상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제2유입관;
   상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 입력받아 상기 수용공간으로 제공하는 제3유입관;
   상기 배출수를 상기 수전으로 출력하는 배출구;
   상기 하우징 내에 이동가능하게 장착되며, 상기 제1유입관과 상기 제2유입관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제1이동 범위, 상기 제2유입관과 상기 제3유입관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제2이동 범위 및 상기 제1유입관과 상기 제3유입관의 개방비율이 1:0에서 0:1 사이에서 결정되는 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되는 개폐기;
   상기 제어기의 제어에 의해 회전하는 모터; 및
   상기 모터와 상기 개폐기를 기계적으로 연결하여 상기 모터의 회전운동에 대응하여 상기 개폐기의 위치를 상기 제1이동 범위 내지 상기 제3이동 범위 중에서 어느 하나에 위치하도록 하는 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 개폐기는 상기 회전축을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하며, 상기 회전축의 회전에 대응하여 상기 제1이동 범위 내지 상기 제3이동 범위 중에서 어느 하나에 위치하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 개폐기는 상기 하우징의 길이 방향으로 이동가능하게 상기 원통형의 수용공간 내에 삽입되며,
   상기 회전축은 상기 모터의 회전운동을 상기 개폐기의 직선운동으로 변환하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 제1온도 센서 내지 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 모터의 회전 방향과 회전량을 제어하여 상기 개폐기의 위치를 결정하되,
   i) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상이면, 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고,
   ii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고,
   iii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 상기 제3온도 센서의 측정값이 상기 제1온도 센서의 측정값보다 높으면, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상인 경우에 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮은 경우에 상기 개폐기는 상기 제2이동 범위 내에서 위치가 결정되되 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 높게 되는 시점부터 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고,
   iv) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크고, 상기 제3온도 센서의 측정값이 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
7. 제 2항에 있어서,
   상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며,
   상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
8. 제 2항에 있어서,
   상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 수조를 통해 공급되는 가열 온수와 상기 온수 직수관을 통해 공급되는 온수의 혼합비율, 상기 가열 수조를 통해 공급되는 가열 온수와 상기 냉수관을 통해 공급되는 냉수의 혼합비율, 또는 상기 온수 직수관을 통해 공급되는 온수와 상기 냉수관을 통해 공급되는 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
9. 제 3항에 있어서,
   상기 분배기와 상기 가열 수조 사이에는 열차단을 위한 차폐장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 차폐장치는 일방향 밸브인 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
11. 제 2항에 있어서,
    상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고,
    상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제3유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
12. 제 2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제3유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
13. 제 2항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1온도 센서 내지 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 모터의 회전 방향과 회전량을 제어하여 상기 개폐기의 위치를 결정하되,
    i) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값 이상이면, 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되고,
    ii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차 이하이고, 상기 목표 온도가 상기 제1온도 센서의 측정값보다 낮으면, 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고,
    iii) 상기 제1온도 센서의 측정값과 상기 제3온도 센서의 측정값의 차이가 사전에 설정되어 있는 제1기준오차보다 크면, 상기 제1온도 센서의 측정값이 상기 목표 온도 이상인 경우에 상기 개폐기는 상기 제3이동 범위 내에서 위치가 결정되고, 상기 제1온도 센서의 측정값이 상기 목표 온도보다 낮은 경우에 상기 개폐기는 상기 제1이동 범위 내에서 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
15. 제 1항에 있어서,
    상기 수전과 상기 전자 밸브 사이에 설치되어 상기 전자 밸브로부터 입력받은 배출수를 상기 수전으로 제공하는 제2전자 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 전자 밸브의 배출관을 통해 입력받은 배출수를 수량을 상기 배출수의 목표 수량에 대응하도록 상기 제2전자 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
16. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 밸브는,
    상기 가열 수조로부터 공급되는 가열 온수와 상기 온수 직수관으로부터 공급되는 온수가 사전에 설정된 체적비로 혼합된 혼합 온수를 입력받는 제1유입관;
    상기 냉수관으로부터 공급되는 냉수를 입력받는 제2유입관;
    상기 배출수를 상기 수전으로 출력하는 배출관;
    상기 제1유입관으로부터 입력되는 혼합 온수와 상기 제2유입관으로부터 입력되는 냉수의 혼합비율을 결정하여 상기 배출관으로 제공하는 개폐기;
    상기 제어기의 제어에 의해 회전하는 모터; 및
    상기 모터와 상기 개폐기를 기계적으로 연결하여 상기 모터의 회전운동에 대응하여 상기 개폐기에 의한 혼합 온수와 냉수의 혼합비율을 결정하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
18. 제 16항에 있어서,
    상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며,
    상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
19. 제 16항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 온수와 상기 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
20. 제 16항에 있어서,
    상기 분배기와 상기 가열 수조 사이에는 열차단을 위한 차폐장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
21. 제 16항에 있어서,
    상기 차폐장치는 일방향 밸브인 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
22. 제 16항에 있어서,
    상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고,
    상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
23. 제 16항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
24. 제 16항에 있어서,
    상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제2온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
25. 제 16항에 있어서,
    상기 수전과 상기 전자 밸브 사이에 설치되어 상기 전자 밸브로부터 입력받은 배출수를 상기 수전으로 제공하는 제2전자 밸브를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 전자 밸브의 배출관을 통해 입력받은 배출수를 수량을 상기 배출수의 목표 수량에 대응하도록 상기 제2전자 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
26. 제 1항에 있어서,
    상기 전자 밸브는,
    상기 가열 수조로부터 가열 온수를 입력받는 제1입력관과 상기 온수 직수관으로부터 잔존 온수를 입력받는 제2입력관을 구비하며, 상기 제어기의 제어신호에 의해 상기 가열 온수와 상기 잔존 온수의 체적비를 1:0에서 0:1까지 혼합하여 출력하는 제1전자 밸브;
    상기 제1전자 밸브의 출력관으로부터 입력받는 혼합 온수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력하는 제2전자 밸브; 및
    상기 냉수관으로부터 입력받는 냉수의 배출량을 조절하여 수전으로 출력하는 제3전자 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
27. 제 26항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1온도 센서에 의해 측정된 상기 온수관으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도가 될 때까지 상기 제1전자 밸브로부터 출력되는 혼합 온수의 온도가 배출수의 목표 온도가 되도록 상기 제1전자 밸브의 개방비율을 제어하고, 상기 수전으로 냉수가 배출되지 않도록 상기 제3전자 밸브를 폐쇄하도록 제어하고, 상기 제2전자 밸브로부터 상기 수전으로 공급되는 혼합 온수의 수량이 상기 배출수의 목표 수량이 되도록 상기 제2전자 밸브의 개방비율을 제어하며,
    상기 제어기는 상기 제1온도 센서에 의해 측정된 상기 온수관으로부터 공급되는 온수의 온도가 최대 공급 온도에 도달하면, 상기 가열 수조(250)로부터 입력되는 온수가 모두 출력되도록 상기 제1전자 밸브의 개방비율을 제어하고, 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량에 대응하여 상기 제2전자 밸브 및 상기 제3전자 밸브의 개방비율을 제어하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
28. 제 26항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터를 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
29. 제 26항에 있어서,
    상기 온수 직수관에는 히터가 구비되며,
    상기 제어기는 상기 제1수량 센서에 의해 측정된 온수 공급량, 상기 제2수량 센서에 의해 측정된 냉수 공급량, 상기 제1 내지 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값들 및 상기 배출수의 목표 온도 및 목표 수량을 기초로 온수의 공급 지점으로부터 수전까지의 온수 배관 내의 잔존 온수의 수량을 산출하고, 상기 잔존 온수의 수량을 기초로 상기 잔존 온수가 모두 소진될 때까지 상기 제4온도 센서에 의해 측정된 측정값이 배출수의 목표 온도 이상으로 유지될 수 없는 것으로 파악되면, 상기 가열 수조에 구비된 히터 및 상기 온수 직수관에 구비된 히터를 적어도 하나 구동하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
30. 제 26항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차보다 크면, 상기 전자 밸브를 제어하여 상기 가열 온수와 상기 냉수의 혼합비율을 변경하여 상기 제4온도 센서의 측정값과 상기 배출수의 목표 온도의 차이가 사전에 설정되어 있는 제2기준오차 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
31. 제 26항에 있어서,
    상기 가열 수조에는 상기 가열 수조 내의 압력을 측정하는 압력 센서가 구비되고,
    상기 제어기는 상기 가열 수조 내의 압력이 사전에 설정된 기준 압력에 도달하면, 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
32. 제 26항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 제3온도 센서에 의해 측정된 측정값이 사전에 설정된 기준 온도만큼 증가할 때마다 상기 전자 밸브를 구동하여 상기 제1유입관과 상기 제2유입관을 연통시킴으로써 상기 가열 수조 내의 압력을 해제하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.
33. 제 26항에 있어서,
    상기 제어기는 온수 공급 지점과 수전을 연결하는 상기 온수관 내에 존재하는 잔존 온수의 수량, 상기 가열 수조의 용량, 상기 제1온도 센서의 측정값, 상기 제2온도 센서의 측정값, 상기 제3온도 센서의 측정값, 상기 잔존 온수의 공급 수량, 배출수에 대해 설정된 최저 공급 온도를 기초로 수전으로 공급하기 위한 상기 가열 수조 내의 온수의 가열 온도를 산출하고, 상기 산출된 가열 온도와 상기 제3온도 센서의 측정값을 기초로 상기 가열 수조에 구비된 히터의 구동 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 수전 제어 장치.

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