KR20230034715A - 온수 공급 장치 - Google Patents

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KR20230034715A
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방경욱
황광득
배정현
홍두나
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Abstract

본 발명은 최대 소비전력에 근접한 최대 출력을 사용하도록 복수의 히터들을 독립적으로 제어하여 공급되는 온수를 신속하게 가열 시키고 온수 유량을 증가시키는 온수 공급 장치에 관한 것이다.
본 발명인 온수 공급 장치는 정수를 공급하는 정수 공급 유로와, 상기 정수 공급 유로로부터의 정수를 가열하는 제 1 가열부와, 상기 제 1 가열부로부터 정수를 공급 받아 가열하여 출수 밸브 또는 배수 밸브에 공급하는 제 2 가열부와, 상기 제 2 가열부로부터의 정수를 배수하는 배수 밸브와, 상기 제 2 가열부로부터의 정수를 출수하는 출수 밸브와, 상기 출수 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 정수 공급 유로를 개방 제어하고 상기 배수 밸브를 개방 제어하여 상기 제 1 및 제 2 가열부에 정수를 공급하면서 상기 제 1 가열부를 가열 동작시키지 않고 상기 제 2 가열부를 가열 동작시켜 온수 예열을 수행하는 제어부를 포함한다.

Description

온수 공급 장치{HOT WATER SUPPLYING APPARATUS}
본 발명은 온수 공급 장치에 관한 것으로서, 특히 최대 소비전력에 근접한 최대 출력을 사용하도록 복수의 히터들을 독립적으로 제어함으로써 온수를 신속하게 가열시키고 온수 유량을 증가시키는 온수 공급 장치에 관한 것이다.
일반적으로 정수기는 본체 내부에 설치된 여러 단계의 필터에 의해 수돗물이나 지하수 등의 원수에 포함되어 있는 인체에 유해한 각종 유해성분을 여과시킴으로써 안전하고 위생적인 음료수로 전환시키는 장치이다.
정수기는 이를 위해서 필터를 통과한 정수된 물을 사용자의 선택에 따라, 출수부로 공급 가능하도록, 냉수 유로와 온수 유로 그리고 정수 유로 등을 형성하고, 기계식 또는 전자식 밸브로 물의 흐름을 제어하는 장치이다.
정수기는 저수조를 구비하는지 여부에 따라 저수조형과 직수형으로 구분될 수 있다. 저수조형 정수기는 정수를 저수조에 보관하고 있다가 사용자가 출수부를 조작하였을 때 저수조에 저장된 정수를 제공하도록 이루어진다. 이에 반해 직수형 정수기는 저수조를 구비하지 않고, 사용자가 출수부를 조작하였을 때 즉시 원수를 여과하여 사용자에게 정수를 제공하도록 이루어진다. 직수형 정수기는 저수조형 정수기에 비해 위생적이고 물을 절약할 수 있는 것으로 인식되어 있어, 최근에는 직수형 정수기에 대한 사용자의 선호도가 증가하고 있다.
종래의 온수를 제공하는 직수형 정수기는 순간 히터를 이용하여 입수되는 물(또는 정수)을 가열시켜 온수를 출수시키므로, 순간 히터의 소비전력(W)이 높을수록 성능(출수 온도, 유량)을 향상시킬 수 있다. 하지만 보통 가정집에서 최대 소비전력(예를 들면, 1300W 또는 3000W 등) 이상의 전원이 사용되면 전력 차단기가 차단 동작을 수행하거나, 전기적인 문제(예를 들면, 누전, 화재 등)가 발생할 가능성이 높다. 이러한 문제들로 인하여 직수형 정수기는 최대 소비전력 이하로 순간 히터를 동작시켜야 한다.
종래의 직수형 정수기는 1개의 순간 히터를 구비하며, 순간 히터 내의 온수의 온도가 목표 온도에 도달된 경우 순간 히터의 출력을 감소 제어하여 소비전력을 줄이는 방식을 적용한다. 예를 들면, 온수의 온도가 목표 온도보다 낮은 경우에는 100%의 출력으로 순간 히터가 동작되지만, 온수의 온도가 목표 온도에 도달된 경우에는 80%, 50%, 30% 등의 출력으로 출력이 감소되어 순간 히터가 동작된다. 이러한 종래의 순간 히터의 제어 방식은 최대 출력(100%의 출력) 보다 상당히 낮은 출력으로 순간 히터를 동작시키게 되어, 온수의 가열 속도가 상대적으로 낮아지게 되고, 온수의 출수 유량도 감소되는 문제가 있었다.
본 발명은 최대 소비전력에 근접한 최대 출력을 사용하도록 복수의 히터들을 독립적으로 제어하여 공급되는 온수를 신속하게 가열 시키고 온수 유량을 증가시키는 온수 공급 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 온수 공급 장치는 정수를 공급하는 정수 공급 유로와, 상기 정수 공급 유로로부터의 정수를 가열하는 제 1 가열부와, 상기 제 1 가열부로부터 정수를 공급 받아 가열하여 출수 밸브 또는 배수 밸브에 공급하는 제 2 가열부와, 상기 제 2 가열부로부터의 정수를 배수하는 배수 밸브와, 상기 제 2 가열부로부터의 정수를 출수하는 출수 밸브와, 상기 출수 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 정수 공급 유로를 개방 제어하고 상기 배수 밸브를 개방 제어하여 상기 제 1 및 제 2 가열부에 정수를 공급하면서 상기 제 1 가열부를 가열 동작시키지 않고 상기 제 2 가열부를 가열 동작시켜 온수 예열을 수행하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 복수의 가열부들을 구비하여 가열되는 정수의 양을 증가시키고 출수 밸브에 근접한 가열부에 의한 가열을 우선 수행하여 온수 예열을 수행하여 배수되는 정수의 양을 감소시켜 보다 예열을 신속하게 수행하며, 온수 예열 이후에 온수 출수를 수행하면서 복수의 가열부들의 출력을 가변 제어하되 복수의 가열부들의 출력의 합이 최대 출력으로 유지되도록 하여 전력 효율을 극대화시키면서 보다 많은 양의 온수를 신속하게 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 온수 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 온수 공급 장치의 제어 순서도이다.
이하에서, 본 발명은 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 온수 공급 장치의 구성도이다.
온수 공급 장치는 외부로부터 원수를 입수 또는 공급 받아 정수 처리하여 정수를 공급하는 필터부(1)와, 제어부(60)에 의해 제어되며 입수되는 원수 또는 정수의 공급 및 차단을 수행하는 입수 밸브(3)와, 입수 밸브(3)로부터 유량 조절 밸브(7)로 공급되는 정수의 유량을 감지하여 감지된 유량(또는 입수 유량)을 제어부(60)에 인가하는 유량 감지부(5)와, 입수 밸브(9)로부터 공급되는 정수를 제 1 가열부(9) 및 제 2 가열부(11)에 공급하도록 제어부(60)에 의해 개폐 및 개방 정도가 제어되어 정수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(7)와, 제어부(60)에 의해 제어되며 유량 조절 밸브(13)를 통하여 공급된 정수를 제 2 가열부(11)에 가열 없이 공급하거나 가열하여 공급하는 제 1 가열부(9)와, 제어부(60)에 의해 제어되며 제 1 가열부(9)부터의 정수를 가열 없이 또는 가열하여 출수 밸브(13) 또는 배수 밸브(15)에 공급하는 제 2 가열부(11)와, 제어부(60)에 의해 제어되며 제 2 가열부(11)로부터의 정수 또는 온수를 출수부(미도시)를 통하여 출수시키는 출수 밸브(13)와, 제어부(60)에 의해 제어되며 제 2 가열부(11)로부터의 정수 또는 온수를 배수로(미도시)로 배수시키는 배수 밸브(15) 등을 구비하는 기구적 구성을 포함한다. 다만, 필터부(1), 입수 밸브(3), 유량 감지부(5), 유량 조절 밸브(7), 출수 밸브(13) 및 배수 밸브(15) 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 기술자에게 널리 알려진 기술에 불과하여 그 설명이 생략된다.
제 1 가열부(9)는 공급되는 정수를 수용하는 가열 공간과, 가열 공간 및 가열 공간 내의 정수를 가열시키는 제 1 히터를 구비하며, 가열 공간은 유량 조절 밸브(7)와의 연결을 위한 제 1 입수구와, 제 2 가열부(11)와의 연결을 위한 제 1 출수구를 구비한다. 다만, 제 1 가열부(9)의 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 기술자에게 널리 알려진 기술에 불과하여 그 상세한 설명이 생략된다.
제 2 가열부(11)는 공급되는 정수를 수용하는 가열 공간과, 가열 공간 및 가열 공간 내의 정수를 가열시키는 제 2 히터를 구비하며, 가열 공간은 제 1 가열부(9)의 제 1 출수구와의 연결을 위한 제 2 입수구와, 출수 밸브(13) 및 배수 밸브(15)와의 연결을 위한 제 2 출수구를 구비한다. 다만, 제 2 가열부(11)의 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 기술자에게 널리 알려진 기술에 불과하여 그 상세한 설명이 생략된다.
제 1 가열부(9)의 제 1 출수구와 제 2 가열부(11)의 제 2 입수구가 별도의 관로 없이 연결되어 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)가 일체형 구조로 형성될 수도 있으며, 제 1 가열부(9)의 제 1 출수구와 제 2 가열부(11)의 제 2 입수구가 별도의 관로를 통하여 연결되어 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)가 분리형 구조로 형성될 수도 있다.
본 발명의 온수 공급 장치는 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)와 같이 복수의 가열부들을 구비하여 내부의 가열 공간들에서 가열될 수 있는 정수의 양이 증가하게 되어, 보다 많은 양의 온수를 출수시킬 수 있다.
본 명세서에서 필터부(1)와, 입수 밸브(3)와, 유량 감지부(5) 및 유량 조절 밸브(7)로 구성되는 유로는 정수 공급 유로로, 제 1 가열부(9)와 제 2 가열부(11) 및 출수 밸브(13)로 구성되는 유로는 온수 공급 유로로, 제 1 가열부(9)와 제 2 가열부(11) 및 배수 밸브(15)로 구성되는 유로는 배수 유로로 지칭될 수 있다.
또한, 온수 공급 장치는 정수 공급 유로에 장착되어 입수 되는 원수 또는 정수의 온도를 감지하여 감지된 입수 온도를 제어부(60)에 인가하는 입수 온도 감지부(41)와, 제 1 가열부(9)의 가열 공간 내의 온도(정수 또는 온수의 온도)인 제 1 감지 온도(S1)를 감지하여 제어부(60)에 인가하는 제 1 온도 센서(43)와, 제 2 가열부(11)의 가열 공간 내의 온도(정수 또는 온수의 온도)인 제 2 감지 온도(S2)를 감지하여 제어부(60)에 인가하는 제 2 온도 센서(45)와, 사용자로부터의 입력(온수 출수 입력, 온수 출수 종료, 온수 온도(목표 온도, 설정 온도)의 설정, 출수부(30)를 통해 출수되는 유량의 선택 등)을 획득하여 제어부(60)에 인가하는 입력부(47)와, 제어부(50)에 의한 제어에 따라 사용자에게 정보(온수 온도(목표 온도 또는 설정 온도), 온수의 출수 상태, 선택된 유량 등)를 시각적 및/또는 청각적으로 표시하는 표시부(49)와, 상술된 구성요소들을 제어하여 에어 배수 기능과, 온수 공급 기능 등을 수행하는 제어부(60) 등을 구비하는 제어적 구성을 포함한다. 다만, 온수 공급 장치에 필요한 전원을 공급하는 전원부(미도시), 입수 온도 감지부(41)와, 제 1 온도 센서(43)와, 제 2 온도 센서(45)와, 입력부(47) 및 표시부(49) 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에 통상의 지식을 가진 기술자에게 널리 알려진 기술에 불과하여 그 상세한 설명이 생략된다.
제어부(60)는 에어 배수 기능과, 온수 공급 기능 등을 수행하는 프로세서(예를 들면, CPU, MICROPROCESSOR, MCU 등)와, 제 1 가열부(9)의 가열 동작에 의한 목표 온도인 제 1 목표 온도(T1)과, 제 2 가열부(11)의 가열 동작에 의한 목표 온도인 제 2 목표 온도(T2)와, 유량과 온도에 따른 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)의 출력 조절 데이터와, 설정 출수 유량 등을 포함하는 저장 공간 등을 포함하는 전기적 및/또는 전자적 회로로 구성된다.
먼저 에어 배수 기능은 정수 공급 유로와 온수 공급 유로에 정수가 없는 상태에서 제 1 또는 제 2 가열부(9), (11)의 가열 동작이 수행되면, 비산이나 제 1 또는 제 2 가열부(9), (11) 내의 제 1 또는 제 2 히터의 소손이 발생될 수 있는 것을 예방하기 위한 것이다. 제어부(60)는 입수 밸브(3)와 유량 조절 밸브(7) 및 배수 밸브(15)를 기설정된 시간(예를 들면, 20초)동안 개방 제어한 후에 폐쇄 제어하여 온수 공급 장치의 유로로부터 에어(공기)를 배수하고 온수 공급 장치의 유로를 정수로 채운다. 이러한 에어 배수 기능은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 널리 알려진 기술에 해당되어 그 상세한 설명이 생략된다.
다음으로, 온수 공급 기능은 온수가 출수되기 이전까지 가열 동작이 수행되는 온수 예열 기능과, 온수가 출수되면서 가열 동작이 수행되는 온수 출수 기능 등을 포함한다. 제어부(60)에 의해 수행되는 온수 공급 기능은 하기의 도 2와 함께 상세하게 설명된다.
다음으로, 제어부(60)가 최대 소비전력에 근접한 전력인 최대 출력을 소비할 수 있도록 온수 공급 기능의 수행 중에 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각을 독립적으로 제어하는 과정이 설명된다.
제 1 및 제 2 가열부(9), (11)의 제 1 및 제 2 히터 각각은 제어부(60)로부터의 최대 출력 신호(예를 들면, 최대 출력을 위한 PWM 신호)에 의해서 최대 소비 전력과 동일하거나 근접한 전력을 소비할 수 있는 최대 출력을 지닌다. 제어부(60)는 가열 동작(ON) 신호와 가열 중지(OFF) 신호 중의 적어도 하나 이상을 포함하는 출력 신호(예를 들면, PWM 신호) 각각을 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각에 인가하여 가열 동작 및 가열 중지 제어를 수행하며, 인가되는 출력 신호의 출력 듀티비를 가변하여 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각의 출력을 조절한다. 다만, 제어부(60)는 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각에 동시에 가열 동작(ON) 신호를 포함하는 출력 신호를 인가할 경우, 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)의 합산 출력이 최대 소비 전력을 초과할 수 있으므로, 적어도 하나의 가열부에는 가열 중지(OFF) 신호를 인가하여 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)가 동시에 가열 동작을 수행하는 것을 방지한다.
또한, 제어부(60)는 온수 공급 기능의 수행 중에, 최대 소비 전력과 동일하거나 근접한 최대 출력으로 가열 동작을 수행하기 위해서, 기준 단위 시간 동안 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각에 의한 제 1 출력 및 제 2 출력의 합산 출력이 최대 출력이 되도록 하는 출력 신호를 이용하여 제어한다. 예를 들면, 제 1 출력이 최대 출력의 0%이고, 제 2 출력이 최대 출력의 100%인 경우나 제 1 출력이 최대 출력의 20%이고, 제 2 출력이 최대 출력의 80%인 경우이다. 제어부(60)는 이렇게 최대 출력으로 정수에 대한 가열을 수행하므로 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)에 공급되는 정수의 유량을 증가시켜 출수되는 온수의 유량도 증가시킬 수 있다.
또한, 제 1 가열부(9)의 가열 동작에 의해 제 2 가열부(11)로 공급되는 정수의 온도가 정수 공급 유로의 정수의 온도보다 높으며, 제 1 가열부(9)의 가열 동작 후의 가열 중지 동안에도 제 1 가열부(9)의 잠열에 의해 제 1 가열부(9)로부터 제 2 가열부(11)로 공급되는 정수의 온도가 정수 공급 유로의 정수의 온도보다 높게 된다. 이러한 제 1 가열부(9)에 의한 가열 및/또는 제 1 가열부(9)의 가열 동작 이후의 잠열에 의해서, 제 2 가열부(11)에 공급되는 정수의 온도가 상대적으로 높게 되므로, 제 1 가열부(9)에 공급되는 정수의 유량을 증가시키더라도 제 2 가열부(11)는 증가된 유량을 정수를 출수 온도(예를 들면, 하기의 제 2 목표 온도(T2))의 온수를 출수시킬 수 있다.
또한, 제어부(60)는 온수 출수 기능의 수행 중에 기준 단위 시간 동안 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각에 의한 제 1 출력 및 제 2 출력의 합산 출력이 최대 출력이 되도록 하되, 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2) 간의 비교를 통하여 제 1 및 제 2 출력 간의 출력 비율을 조절한다. 즉, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상인 경우에는 제 2 출력을 감소시키고 제 1 출력을 증가시키며, 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 미만인 경우에는 제 2 출력을 증가시키고 제 1 출력을 감소시킨다. 또한, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2)가 동일할 경우, 그 시점의 제 1 및 제 2 출력을 동일하게 유지할 수도 있다.
또한, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2) 간의 온도차의 크기 및/또는 정수 공급 유로에서 온수 공급 유로로 공급되는 유량을 기준으로 하여 출력의 증가 크기나 감소 크기(즉, 가변 크기)를 공급 유량 또는 온도차의 크기에 따른 출력 조절 데이터인 표 1 및 표 2와 같이 상이하게 할 수 있다. 본 실시예에서, 가변 크기는 출력 증가를 위한 증가 가변 크기(양의 가변 크기)와 출력 감소를 위한 감소 가변 크기(음의 가변 크기) 각각의 절대값을 의미한다. 제어부(60)는 제 1 출력과 제 2 출력의 합이 최대 출력 크기가 되도록 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각을 제어한다.
먼저, 표 1은 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상인 경우에 제 2 출력을 감소시키고 제 1 출력을 증가시킬 경우의 최대 출력 대비 제 1 가열부(9)와 제 2 가열부(11) 각각의 출력(제 1 및 제 2 출력)이다. 유량(유량 감지부(5)에 의해 감지된 입수 유량)은 분당 유량이고, 온도차는 제 2 감지 온도(S2)에서 제 2 목표 온도(T2)를 차감한 값이고, 제 1 및 제 2 출력 각각에 대응하는 출력 비율은 최대 출력 대비 출력 비율이다. 표 1의 온도차는 모두 양수이다.
유량 출력 온도차(+1℃) 온도차(+2℃) 온도차(+3℃) 온도차(+4℃)
1L 이상 제1출력 20% 40% 60% 80%
제2출력 80% 60% 40% 20%
1L 미만 제1출력 30% 50% 70% 100%
제2출력 70% 50% 30% 0%
표 1에서와 같이, 유량이 1L 이상이고, 온도차(+1℃)인 경우, 제 1 출력은 최대 출력의 20%로 조절되고, 제 2 출력은 최대 출력의 80%로 조절되는 것과 같이, 제 2 출력의 감소된 출력 크기만큼 제 1 출력의 출력 크기가 증가되며, 제 1 및 제 2 출력의 합은 최대 출력 크기(100%)이다. 유량이 1L 미만이고, 온도차(+1℃)인 경우, 제 1 출력은 최대 출력의 30%이고, 제 2 출력은 최대 출력의 70%인 것과 같이, 제 2 출력의 감소된 출력 크기만큼 제 1 출력의 출력 크기가 증가되며, 제 1 및 제 2 출력의 합은 최대 출력 크기(100%)이다.
표 1에서와 같이, 온도차(또는 온도차의 절대값)가 클수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 감소 크기(또는 감소 가변 크기)가 크고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 증가 크기(또는 증가 가변 크기)도 크며, 온도차가 작을 수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 감소 크기가 작고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 증가 크기도 작다. 또한, 표 1과 같이 온도차가 양의 값인 경우, 유량이 많을 수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 감소 크기가 작고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 증가 크기도 작으며, 유량이 적을수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 감소 크기가 크고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 증가 크기도 크다.
표 2는 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 미만인 경우에 제 2 출력을 증가시키고 제 1 출력을 감소시킬 경우의 제 1 가열부(9)와 제 2 가열부(11) 각각의 출력 변화 비율이다. 유량은 분당 유량이고, 온도차는 제 2 감지 온도(S2)에서 제 2 목표 온도(T2)를 차감한 값이다. 표 2에서의 온도차는 모두 음수이다.
유량 출력 온도차(-1℃) 온도차(-2℃) 온도차(-3℃) 온도차(-4℃)
1L
이상		 제1출력 -20% -40% -60% -80%
제2출력 +20% +40% +60% +80%
1L 미만 제1출력 -10% -20% -30% -40%
제2출력 +10% +20% +30% +40%
표 2에서와 같이, 유량이 1L 이상인 경우, 온도차(-1℃)인 경우, 제 1 출력은 이전 제 1 출력을 최대 출력의 20%만큼 감소시킨 출력이고, 제 2 출력은 이전 제 2 출력을 최대 출력의 20%만큼 증가시킨 출력이다. 즉, 이전 제 1 출력과 이전 제 2 출력의 합이 최대 출력 크기(100%)이고, 제 2 출력의 증가된 출력 크기만큼 제 1 출력의 출력 크기가 감소되므로, 제 1 및 제 2 출력의 합도 최대 출력 크기(100%)로 유지된다. 유량이 1L 미만인 경우, 온도차(-1℃)인 경우, 제 1 출력은 이전 제 1 출력을 최대 출력의 10%만큼 감소시킨 출력이고, 제 2 출력은 이전 제 2 출력을 최대 출력의 10%만큼 증가시킨 출력이다. 즉, 이전 제 1 출력과 이전 제 2 출력의 합이 최대 출력 크기(100%)이고, 제 2 출력의 증가된 출력 크기만큼 제 1 출력의 출력 크기가 감소되므로, 제 1 및 제 2 출력의 합은 최대 출력 크기(100%)로 유지된다. 표 2에서의 제 1 출력의 감소는 최종 출력이 0 이하이면, 제어부(60)는 추가적인 출력 감소를 수행하지 않는다.
표 2에서와 같이, 온도차의 절대값이 클수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 증가 크기(또는 증가 가변 크기)가 크고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 감소 크기(또는 감소 가변 크기)도 크며, 온도차의 절대값이 작을 수록 제 2 가열부(11)의 제 2 출력의 출력 증가 크기가 작고 제 1 가열부(9)의 제 1 출력의 출력 감소 크기도 작다. 또한, 표 2와 같이 온도차가 음의 값인 경우, 유량이 많을 수록 제 1 출력의 출력 감소 크기(또는 감소 가변 크기) 및 제 2 출력의 출력 증가 크기(또는 증가 가변 크기)이 크고, 유량이 적을 수록 제 1 출력의 출력 감소 크기 및 제 2 출력의 출력 증가 크기가 작다.
제어부(60)는 상술된 바와 같이, 표 1 및 표 2의 출력 조절 데이터를 판독하여 제 1 및 제 2 출력 각각의 가변 크기를 조절하되, 온도차 및 유량 중의 적어도 하나 이상을 기준으로 하여 제 1 및 제 2 출력(또는 제 1 및 제 2 출력의 가변 크기들)을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(60)는 온수 공급 기능을 수행하면서, 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2)를 비교하여 유량 조절 밸브(7)의 개방 정도를 조절하여 유량을 조절함으로써 출수되는 온수의 유량을 조절할 수 있다. 예를 들면, 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2)와 같거나 높으면, 제어부(60)는 유량 조절 밸브(7)의 개방 정도를 크게 하여 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)에 공급되는 정수의 유량을 증가시키고, 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2)보다 낮으면 유량 조절 밸브(7)의 개방 정도를 작게 하여 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)에 공급되는 정수의 유량을 감소시킨다.
제어부(60)는 온수 공급 기능을 수행하면서, 상술된 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각의 출력 제어와 유량 제어를 동시에 또는 병행하여 또는 선택적으로 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 온수 공급 장치의 제어 순서도이다. 제어부(60)가 에어 배수 기능을 수행 완료하였으며, 대기 상태(온수 공급 장치에는 전원이 인가되고 있고, 원수가 정수 공급 장치에 입수되고 있고, 입수 밸브(3)와, 유량 조절 밸브(7)와, 출수 밸브(13) 및 배수 밸브(15)가 폐쇄 상태이고, 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)가 가열 동작 중지 상태이며, 입력부(47) 및 표시부(49)가 동작 중임)를 수행하거나 유지하고 있다. 유량 감지부(5)가 제어부(60)로 감지된 유량을 인가하는 것과, 제 1 및 제 2 온도 센서(43), (45) 각각이 제 1 감지 온도(S1)과 제 2 감지 온도(S2) 각각을 제어부(60로 인가하는 것은 대기 상태뿐만 아니라 하기의 온수 공급 기능의 수행 중에도 지속적으로 이루어진다.
단계(S1)에서, 제어부(60)는 입력부(47)를 통하여 온수 출수 입력이 획득되었는지를 판단한다. 만약 온수 출력 입력이 획득되었으면, 제어부(60)는 단계(S3)로 진행하고, 그렇지 않으면 대기 상태를 수행하거나 유지하면서 단계(S1)를 수행한다.
단계(S3)에서, 제어부(60)는 제 2 가열부(11)로 최대 출력을 위한 출력 신호를 인가하여 제 2 가열부(11)가 최대 출력으로 가열 동작을 수행하도록 하면서, 단계(S5)로 진행한다. 이때, 제어부(60)는 제 1 가열부(9)를 가열 중지 상태로 유지한다.
단계(S5)에서, 제어부(60)는 입수 밸브(3)와, 유량 조절 밸브(7) 및 배수 밸브(15)를 개방 제어하여 배수 동작을 수행한다. 제어부(60)는 배수 동작을 수행하면서 단계(S7)로 진행한다.
단계(S7)에서, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2)를 비교하여, 만약 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상이면 단계(S9)로 진행하고, 그렇지 않으면 제 2 가열부(11)의 가열 동작과 배수 동작을 수행하면서 단계(S7)를 수행한다.
단계(S9)에서, 제어부(60)는 제 2 가열부(11)를 제어하여 가열을 중지시키고, 단계(S11)로 진행한다.
단계(S11)에서, 제어부(60)는 입수 밸브(3)와, 유량 조절 밸브(7) 및 배수 밸브(15)를 폐쇄 제어하여 배수 동작을 중지시킨다. 제어부(60)는 단계(S11)의 수행 이후에 단계(S13)로 진행한다.
단계(S13)에서, 제어부(60)는 제 1 가열부(9)로 최대 출력을 위한 출력 신호를 인가하여 제 1 가열부(9)가 최대 출력으로 가열 동작을 수행하도록 하면서, 단계(S15)로 진행한다. 이때, 제어부(60)는 제 2 가열부(11)를 가열 중지 상태로 유지시킨다.
단계(S15)에서, 제어부(60)는 제 1 감지 온도(S1)와 제 1 목표 온도(T1)를 비교하여, 만약 제 1 감지 온도(S1)가 제 1 목표 온도(T1) 이상이면 단계(S17)로 진행하고, 그렇지 않으면 제 1 가열부(9)의 가열 동작을 수행하면서 단계(S15)를 수행한다.
단계(S17)에서, 제어부(60)는 제 1 가열부(9)를 제어하여 가열을 중지시키고, 단계(S19)로 진행하다.
상술된 단계(S3) 내지 (S17)은 온수 예열 기능에 해당된다. 즉, 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)의 가열 공간 각각에 수용된 정수가 예열되고, 제 2 가열부(11)와 배수 밸브(15) 사이의 관로 내의 정수도 예열됨으로써, 이하의 온수 출수 기능에서의 출수되는 첫 잔의 온수의 온도가 높아질 수 있다.
상술된 단계(S3)과 단계(S5)는 그 순서가 바뀌어도 되며, 동시에 수행될 수도 있다.
상술된 온수 예열 기능에서, 제 2 가열부(11)에 의한 가열 동작(단계(S3))을 수행하면서 배수 동작(단계(S5))을 수행하는 이유는 먼저 제 1 가열부(9)에 의한 가열 동작을 수행하면서 배수 동작을 수행하게 되면 제 2 가열부(11)의 가열 공간 내의 정수도 추가적으로 배수되므로, 제 2 가열부(11)와 배수 밸브(15) 사이의 관로 내의 정수와 제 2 가열부(11)의 가열 공간 내의 정수를 가열하는 시간과 에너지(출력)가 추가적으로 배수되는 정수의 양에 비례하여 더 소요되기 때문이다.
제어부(60)는 상술된 단계(S3) 내지 (S17)를 수행하여 온수 예열을 종료한 이후에 온수 출수 기능을 수행한다.
다음으로, 온수 출수 기능이 설명된다.
단계(S19)에서, 제어부(60)는 제 2 가열부(11)로 최대 출력을 위한 출력 신호를 인가하여 제 2 가열부(11)가 최대 출력으로 가열 동작을 수행하도록 제어한다. 제어부(60)는 제 2 가열부(11)에 의한 가열 동작을 수행하면서 단계(S21)로 진행한다.
단계(S21)에서, 제어부(60)는 입수 밸브(3)와, 유량 조절 밸브(7) 및 출수 밸브(13)를 개방 제어하여 출수 밸브(13)의 출수구를 통하여 온수를 출수시키는 출수 동작을 수행하면서 단계(S23)로 진행한다.
단계(S23)에서, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2)를 비교하는 제 1 비교 단계를 수행한다. 만약 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상이면, 제어부(60)는 단계(S25)로 진행하고, 그렇지 않으면 제 2 가열부(11)의 최대 출력으로의 가열 동작과 출수 동작을 유지하면서 단계(S23)를 수행한다.
단계(S25)에서, 제어부(60)는 표 1 의 출력 조절 데이터를 기준으로 하여 제 2 가열부(11)의 제 2 출력을 결정하고, 결정된 제 2 출력에 대응하여 제 2 가열부(11)의 출력 감소 제어를 수행한다. 제어부(60)는 단계(S25)를 수행한 이후에 단계(S27)로 진행한다.
단계(S27)에서, 제어부(60)는 표 1 의 출력 조절 데이터 또는 감소된 제 2 출력의 크기를 기준으로 하여 제 1 가열부(9)의 제 1 출력을 결정하고, 결정된 제 1 출력에 대응하여 제 1 가열부(9)의 출력 증가 제어를 수행하여 제 2 가열부(11)에 공급되는 정수를 가열하여 공급한다. 제어부(60)는 단계(S27)를 수행한 이후에 단계(S29)로 진행한다.
단계(S29)에서, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)와 제 2 목표 온도(T2)를 비교하는 제 2 비교 단계를 수행한다. 만약 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 미만이면, 제어부(60)는 단계(S31)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S25)로 진행한다.
단계(S31)에서, 제어부(60)는 표 2의 출력 조절 데이터를 기준으로 하여 제 1 출력을 결정하고, 결정된 제 1 출력에 대응하여 제 1 가열부(9)의 출력 감소 제어를 수행한다. 제어부(60)는 단계(S31)를 수행한 이후에 단계(S33)로 진행한다.
단계(S33)에서, 제어부(60)는 표 2의 출력 조절 데이터 또는 감소된 제 1 출력의 크기를 기준으로 하여 제 2 출력을 결정하고, 결정된 제 2 출력에 대응하여 제 2 가열부(11)의 출력 증가 제어를 수행한다. 제어부(60)는 단계(S33)를 수행한 이후에 단계(S35)로 진행한다.
단계(S35)에서, 제어부(60)는 온수의 출수 종료를 판단하고, 만약 온수의 출수 종료로 판단하면, 단계(S37)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(S23)로 진행한다. 제어부(60)는 입력부(47)로부터의 출수 종료 입력을 획득하거나, 유량 감지부(5)로부터의 감지된 유량을 이용하여 기설정된 출수량(반컵, 한컵 등)이 출수가 되면 출수 종료로 판단한다. 제어부(60)는 단계(S33)의 수행 이후에 단계(35)를 수행하는 것으로 기재되고 있으나, 단계(S1) 이후부터 단계(S3) 내지 단계(S33) 중의 어느 하나의 단계의 수행 중에도 단계(S35)의 출수 종료 판단을 수행할 수 있으며, 출수 종료로 판단한 경우 단계(S37)로 진행하며, 그렇지 않으면 현재 수행 중인 단계를 수행한다.
단계(S37)에서, 제어부(60)는 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각을 제어하여 가열 중지시킨다. 제어부(60)는 단계(S37)를 수행한 이후에 단계(S39)로 진행한다.
단계(S39)에서, 제어부(60)는 입수 밸브(3)와, 유량 조절 밸브(7) 및 출수 밸브(13)를 폐쇄 제어하여 출수 동작을 중지시킨다. 제어부(60)는 단계(S39)를 수행한 이후에 온수 공급 기능을 종료하거나 단계(S1)로 진행한다.
상술된 단계(S25), (S27) 및 (S29)의 순차적 수행 이후에 다시 단계(S25)로 진행하여, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 미만이 될 때까지 단계(S27)에서 증가된 제 1 출력과 단계(S25)에서 감소된 제 2 출력으로 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각을 가열 동작시킨다.
상술된 단계(S31), (S33) 및 (S35)의 순차적 수행 이후에 다시 단계(S23)로 진행하여, 제어부(60)는 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상이 될 때까지 단계(S31)에서 감소된 제 1 출력과, 단계(S33)에서 증가된 제 2 출력으로 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각을 가열 동작시킨다.
본 발명에서 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)의 가열 공간의 증가에 의해서 온수의 출수 유량도 증가될 뿐만 아니라, 온수 출수 과정에서, 특히 상술된 단계(S23), (S29)에서 제 2 감지 온도(S2)가 제 2 목표 온도(T2) 이상으로 유지되는 동안, 제어부(60)는 유량 조절 밸브(7)를 제어하여 제 1 및 제 2 가열부(9), (11)에 공급되는 정수의 유량을 증가시켜서 온수의 출수 유량도 증가시킬 수도 있다.
또한, 상술된 단계(S19)의 가열 동작과, 상술된 단계(S25) 및 (S27)에서의 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각의 출력 조절과, 단계(S31) 및 (S33)에서의 제 1 및 제 2 가열부(9), (11) 각각의 출력 조절 등에서, 제어부(60)는 제 1 출력과 제 2 출력의 합은 최대 출력 크기로 유지되도록 하면서 유량 조절 밸브(7)를 제어하여 전력 소비의 효율을 유지하면서도 온수의 출수 유량을 증가시킬 수도 있다.
상술된 단계(S25), (S27), (S29)의 순차적 수행 이후에 단계(S25) 및 (S27)를 수행하는 경우, 제어부(60)는 표 1의 출력 조절 데이터를 이용하여, 온도차 및/또는 유량을 기준으로 하여 추가적으로 제 2 출력을 감소시키고 제 1 출력을 증가시킬 수 있다
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1: 필터부 3: 입수 밸브
5: 유량 감지부 7: 유량 조절 밸브
9: 제 1 가열부 11: 제 2 가열부
13: 출수 밸브 15: 배수 밸브
41: 입수 온도 감지부 43: 제 1 온도 센서
45: 제 2 온도 센서 47: 입력부
49: 표시부 60: 제어부

Claims (24)

  1. 정수를 공급하는 정수 공급 유로와;
    상기 정수 공급 유로로부터의 정수를 가열하는 제 1 가열부와;
    상기 제 1 가열부로부터 정수를 공급 받아 가열하여 출수 밸브 또는 배수 밸브에 공급하는 제 2 가열부와;
    상기 제 2 가열부로부터의 정수를 배수하는 배수 밸브와;
    상기 제 2 가열부로부터의 정수를 출수하는 출수 밸브와;
    상기 출수 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 정수 공급 유로를 개방 제어하고 상기 배수 밸브를 개방 제어하여 상기 제 1 및 제 2 가열부에 정수를 공급하면서 상기 제 1 가열부를 가열 동작시키지 않고 상기 제 2 가열부를 가열 동작시켜 온수 예열을 수행하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온수 공급 장치는 상기 제 1 가열부 내의 정수의 온도를 감지하여 제 1 감지 온도를 상기 제어부에 인가하는 제 1 온도 센서와, 상기 제 2 가열부 내의 정수의 온도를 감지하여 제 2 감지 온도를 상기 제어부에 인가하는 제 2 온도 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 감지 온도가 제 2 목표 온도 이상일 될 때까지 상기 정수 공급 유로 및 상기 배수 밸브를 개방 제어하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 가열부를 최대 출력으로 가열 동작시켜 상기 온수 예열을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 감지 온도가 제 2 목표 온도 이상인 경우, 상기 정수 공급 유로 및 상기 배수 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제 2 가열부를 가열 중지시킨 후, 상기 제 1 가열부를 가열 동작시켜 상기 온수 예열을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 감지 온도가 제 1 목표 온도 이상일 될 때까지 상기 제 1 가열부를 최대 출력으로 가열 동작시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 감지 온도가 제 1 목표 온도 이상인 경우, 상기 제 1 가열부를 가열 중지시킴으로써 상기 온수 예열을 종료시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온수 예열을 수행한 이후에 온수 출수를 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 정수 공급 유로와 상기 출수 밸브 및 상기 배수 밸브를 폐쇄 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 가열부를 가열 중지시켜 상기 온수 예열을 종료하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 가열부를 최대 출력으로 가열 동작시키면서 상기 정수 공급 유로와 상기 출수 밸브를 개방 제어하고 상기 배수 밸브를 폐쇄 제어하여 상기 온수 출수를 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 감지 온도가 상기 제 2 목표 온도 미만인 경우 상기 제 2 가열부의 출력을 유지하면서 상기 온수 출수를 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온수 출수를 수행하면서 상기 제 2 감지 온도와 제 2 목표 온도를 비교하는 제 1 비교를 수행하여, 상기 제 2 감지 온도가 상기 제 2 목표 온도 이상인 경우, 상기 제 2 가열부의 제 2 출력을 감소시키고 상기 제 1 가열부의 제 1 출력을 증가시켜 상기 제 1 가열부를 가열 동작시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 감소된 제 2 출력의 크기와 상기 증가된 제 1 출력의 크기가 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 출력을 최대 출력의 기설정된 비율로 감소시키고, 상기 제 1 출력을 상기 제 2 출력의 감소된 출력 크기만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 출력의 감소 및 제 1 출력의 증가 이후에, 상기 제 2 감지 온도와 제 2 목표 온도를 비교하는 제 2 비교를 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 비교에서, 상기 제 2 감지 온도가 상기 제 2 목표 온도 이상인 경우 상기 제 2 출력의 감소 및 제 1 출력의 증가를 수행하고 상기 제 2 비교를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 비교에서, 상기 제 2 감지 온도가 상기 제 2 목표 온도 미만인 경우, 상기 제 1 가열부의 제 1 출력을 감소시키고, 상기 제 2 출력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 감소된 제 1 출력의 크기와 상기 증가된 제 2 출력의 크기가 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 가열부의 제 1 출력을 최대 출력의 기설정된 비율만큼 감소시키고, 상기 제 2 출력을 상기 제 1 출력의 감소된 출력 크기만큼 증가시키는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 1 가열부의 제 1 출력의 감소 및 상기 제 2 출력의 증가를 수행하고 상기 제 1 비교를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  21. 제 10 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온수 출수의 종료를 판단하고 상기 온수 출수의 종료로 판단한 경우, 상기 제 1 및 제 2 가열부를 가열 중지시키고 상기 정수 공급 유로와 상기 출수 밸브를 폐쇄 제어하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  22. 제 10 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 감지 온도에서 제 2 목표 온도를 차감한 온도차 또는 상기 정수 공급 유로로부터의 입수 유량 중의 적어도 하나 이상을 기준으로 하여 상기 제 1 및 제 2 출력의 가변 크기를 결정하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도차의 절대값이 클수록 제 1 및 제 2 출력의 증가 또는 감소 가변 크기가 커지도록 상기 제 1 및 제 2 가열부를 제어하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도차가 양의 값인 경우, 상기 입수유량이 적을 수록 제 1 및 제 2 출력의 증가 또는 감소 가변 크기가 커지도록 상기 제 1 및 제 2 가열부를 제어하고,
    상기 온도차가 음의 값인 경우, 상기 입수유량이 적을 수록 상기 제 1 및 제 2 출력의 증가 또는 감소 가변 크기가 작아지도록 상기 제 1 및 제 2 가열부를 제어하는 것을 특징으로 하는 온수 공급 장치.
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