KR20240053112A - 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출방법 및 운용 시스템 - Google Patents

차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출방법 및 운용 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출하고, 그 부하에 맞는 각 입상관의 송수관과 환수관의 차압을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특정된 압력/온도/유량 값 등에 의존하지 않고 내부에 이식된 프로그램상의 데이터나 배관계통에서의 적정한 알고리즘에 의해 제공되어지는 외부의 데이터에 의해 실시간으로 주어지는 값에 의해 작동되고, 관로의 유체 흐름을 자동으로 조절하는 밸브의 개구율을 정밀하게 조절할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방시스템에서 동작한다.
본 발명은 각 세대의 난방부하에 따라 독립적으로 동작할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용하여 난방에 소요되는 에너지를 전체적으로 절감함에 있어서, 별도의 외부 서버와의 통신 없이 차압독립형스마트밸브 자체를 이용하여 연결된 난방부하를 정확하게 산출할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출방법과 운용 시스템에 관한 것이다.

Description

차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출방법 및 운용 시스템{Heating Load Caculation Method and Operation System For Pressure Independent Smart Valve}
본 발명은 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출하고, 그 부하에 맞는 각 입상관의 송수관과 환수관의 차압을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특정된 압력/온도/유량 값 등에 의존하지 않고 내부에 이식된 프로그램상의 데이터나 배관계통에서의 적정한 알고리즘에 의해 제공되어지는 외부의 데이터에 의해 실시간으로 주어지는 값에 의해 작동되고, 관로의 유체 흐름을 자동으로 조절하는 밸브의 개구율을 정밀하게 조절할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방시스템에서 동작한다.
본 발명은 각 세대의 난방부하에 따라 독립적으로 동작할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용하여 난방에 소요되는 에너지를 전체적으로 절감함에 있어서, 별도의 외부 서버와의 통신 없이 차압독립형스마트밸브 자체를 이용하여 연결된 난방부하를 정확하게 산출할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출방법과 운용 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 보일러는 열교환기에서의 열전달을 통해 물을 가열하고, 이 가열된 물을 실내의 난방배관으로 순환시켜 난방을 하거나 또는 사용자에게 온수를 공급하는 장치이다. 그리고, 보일러는 실내에 설치된 실내온도 조절기에 의해 제어된다.
근래에, 난방 온도를 개별적으로 제어하기 원하는 각방 사용자의 요구에 따라, 다수의 방에 개별적으로 설치된 실내온도 조절기를 통해 방마다 난방 온도를 다르게 제어하는 개별난방 제어 시스템이 개발되었다.
일반적으로, 가정에서 사용하는 난방수는 열교환기에서 만들어진다. 즉, 지역난방공사의 중온수를 그대로 사용하는 것이 아니라 열교환기를 통해서 난방수를 만들어 사용할 수 있다. 이 때, 가정에서 사용하는 난방수의 양이 일정하지 않고 변화가 많기 때문에, 일정한 온도의 난방수를 만들기 위해서는 중온수의 양도 같이 따라가야 한다.
난방수의 사용량이 줄면 중온수의 사용량이 줄어야 동일한 온도의 난방수를 만들 수 있고, TCV(Temperature Control Valve)가 이를 조절할 수 있다. 만약, 난방사용량을 줄이면 TCV는 열교환기에 들어가는 중온수의 양을 줄이게 되면서 환수의 양이 줄어들면서 공급관과 환수관의 차압이 높아진다.
이에 따라, 환수관의 필요 압력이 줄어드는 원인이 되고 공급측의 압력도 낮게 만들어 줄 원인을 제공해 준다. 그러나, 난방부하가 매우 낮은 상태가 되면, TCV로는 정확한 난방수의 온도 조절이 힘들 수 있고 배관의 압력을 안정적으로 유지할 수 없어, 이에 따른 차압독립형스마트밸브 시스템을 필요로 하게 되었다.
하기의 특허문헌 1에서는, 난방 부하 변동에 따른 보일러의 제어방법 및 이를 이용한 개별난방 제어 시스템을 개시하고 있다. 난방 공급수의 유량을 조절할 수 있다는 이점이 있으나, 난방 공급수를 공급하는 펌프 및 배관의 수명을 고려하지 못했다는 문제점이 있다.
한편, 난방 부하 변동에 대해서 이상적으로는 세대별로 난방 제어정보를 홈네트워크 시스템을 통하여 취합함으로써, 난방 부하 변동을 알아낼 수 있지만, 이를 난방온수 제어시스템에 적용하는 것은 배선 등의 문제로 현실적으로 어려운 점이 있다.
한국공개특허 제10-2008-0078290호 (개별난방 제어 시스템에서 난방 부하 변동에 따른 보일러의 제어방법 및 이를 이용한 개별난방 제어 시스템)
본 발명은 각 세대의 난방부하에 따라 독립적으로 동작할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용하여 난방에 소요되는 에너지를 전체적으로 절감함에 있어서, 별도의 외부 서버와의 통신 없이 차압독립형스마트밸브 자체를 이용하여 연결된 난방부하를 정확하게 산출할 수 있는 차압독립형스마트밸브를 이용한 난방부하 산출과 운용방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 난방유량을 도출할 수 있는 난방시스템으로서, 기계실의 난방 배관용 열교환기부로부터 난방온수를 공급받아 1 이상의 세대그룹에 난방온수를 공급하되, 각각의 세대그룹은 복수의 난방세대 부하를 포함하는, 난방온수공급부; 각각의 세대그룹에 대하여, 해당 세대그룹으로 공급된 난방온수가 환수되는 영역에 배치되고, 목표 개도량으로 제어될 수 있는 차압독립형밸브를 포함하는 밸브부; 상기 밸브부의 송수관측의 일지점과 상기 밸브부의 환수관측 일지점의 압력차이를 센싱하는 제1센서; 및 상기 차압독립형밸브 및 상기 제1센서와 신호를 송수신할 수 있는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부에는 상기 차압독립형밸브의 개도량에 따른 상기 차압독립형밸브의 저항값이 저장되거나 혹은 개도량에 따른 저항값을 산출할 수 있고, 하기의 식 1에 기초하여, 상기 각각의 세대그룹의 난방유량을 도출할 수 있는, 난방시스템을 제공한다.
(식 1)
세대그룹의 난방유량 = 제1센서의 센싱값 / 개도량에 따른 차압독립형 밸브의 저항값
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 난방시스템은, 송수관에서 각 세대그룹으로 난방온수가 유입되는 일지점과 해당 세대그룹에서 환수관으로 난방온수가 배출되는 되는 일지점 사이의 압력차이를 센싱하는 제2센서;를 더 포함하고, 상기 제어부는, 2 이상의 시점 각각에서의 세대그룹 전체의 난방사용량 및 난방유량은 동일하다는 가정하에, 2 이상의 시점 각각에서의 해당 세대그룹의 차압독립형밸브의 밸브개도값; 및 제2센서의 압력차이에 기초하여, 해당 세대그룹에 유입되는 난방유량을 도출할 수 있다.
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 제어부는, 2 개의 시점에서 난방유량 및 세대부하가 동일하다는 가정하에, 하기의 식 2에 의하여 세대부하의 저항값을 도출하고, 식 3에 의하여 난방유량을 도출할 수 있다.
(식 2)
P1 / (R입상관+RPISV1+RT) = P2 / (R입상관+RPISV2+RT)
P1*(R입상관+RPISV2+RT) = P2*(R입상관+RPISV1+RT)
P1*R입상관+P1*RPISV2+P1*RT=P2*R입상관+P2*RPISV1+P2*RT
(P1-P2)RT=P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2)
RT= (P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2))/(P1-P2)
(여기서, P1은 제1시점에서의 제2센서의 센싱값, P2는 제2시점에서의 제2센서의 센싱값, R입상관은 제어부에 저장된 해당 세대그룹의 입상관의 입상관 저항, RPISV1은 제1시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값, RPISV2는 제2시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값)
난방유량 = P1 / (R입상관+RPISV1+RT)
본 발명의 몇 실시예에서는, 상기 차압독립형밸브는, 내부에 복수의 부재를 고정할 수 있는 본체케이싱부; 관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀의 내면에 내면기어이가 형성되어 있고, 외면에 외면기어이가 형성되어 있는 밸브기어부; 상기 밸브기어부의 상기 내면기어이에 치합하여 상기 밸브기어부의 회전에 따라 상하이동할 수 있고, 내부에 중공홀이 형성된 실린더바디; 상기 실린더바디 내부의 중공홀에 배치되고, 외주면에 로드돌출부가 형성된 밸브제어로드를 포함하고, 상기 밸브제어로드의 일단에 결합되어 일단부에서 밸브의 개폐를 수행하는 부재의 이동을 조절할 수 있는 밸브의 조작부재를 결합할 수 있는 밸브결합부를 포함하는 밸브제어부; 상기 실린더바디 내부에서 일단은 상기 실린더바디 내부의 일지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부의 일면에 지지되는 상측스프링부재; 및 상기 실린더바디 내부에서 일단은 상기 실린더바디 내부의 타지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부의 타면에 지지되는 하측스프링부재;를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터의 외형을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부의 내부구성을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부의 내부구성을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부의 내부구성의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관부의 동작모드를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방시스템의 전체적인 구성을 등가회로로 치환하여 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브개도에 따른 차압독립형스마트밸브의 저항값을 예시적으로 도시한다.
이하에서는, 다양한 실시예들 및/또는 양상들이 이제 도면들을 참조하여 개시된다. 하기 설명에서는 설명을 목적으로, 하나이상의 양상들의 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나, 이러한 양상(들)은 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점 또한 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 인식될 수 있을 것이다. 이후의 기재 및 첨부된 도면들은 하나 이상의 양상들의 특정한 예시적인 양상들을 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 양상들은 예시적인 것이고 다양한 양상들의 원리들에서의 다양한 방법들 중 일부가 이용될 수 있으며, 기술되는 설명들은 그러한 양상들 및 그들의 균등물들을 모두 포함하고자 하는 의도이다.
또한, 다양한 양상들 및 특징들이 다수의 디바이스들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있는 시스템에 의하여 제시될 것이다. 다양한 시스템들이, 추가적인 장치들, 컴포넌트들 및/또는 모듈들 등을 포함할 수 있다는 점 그리고/또는 도면들과 관련하여 논의된 장치들, 컴포넌트들, 모듈들 등 전부를 포함하지 않을 수도 있다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "양상", "예시" 등은 기술되는 임의의 양상 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되지 않을 수도 있다. 아래에서 사용되는 용어들 '~부', '컴포넌트', '모듈', '시스템', '인터페이스' 등은 일반적으로 컴퓨터 관련 엔티티(computer-related entity)를 의미하며, 예를 들어, 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 소프트웨어를 의미할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 '~부', 혹은 '~모듈'등은 1 이상의 물리적 부재, 1 이상의 하드웨어, 1 이상의 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 혹은 1 이상의 소프트웨어를 통하여 구현될 수 있다. 또한, 복수의 '~부' 혹은 '~모듈'가 있는 경우, 각각의 '~부' 혹은 '~모듈은'은 각각의 1 이상의 물리적 부재, 1 이상의 하드웨어, 1 이상의 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 혹은 1 이상의 소프트웨어에 의하여 구현될 수도 있지만, 이에 한정되지 않고 복수의 '~부' 혹은 '~모듈'를 구현함에 있어서, 중복적으로 적용되는 1 이상의 하드웨어, 1 이상의 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 혹은 1 이상의 소프트웨어가 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 하드웨어, 제2 하드웨어, 제1 소프트웨어가 있고, A부, B부, C부, D부가 있는 경우, A부는 제1 하드웨어 및 제1 소프트웨어의 조합에 의하여 구현되고, B부는 제1 하드웨어와 제2 소프트웨어의 조합에 의하여 구현되고, C부는 제2하드웨어에 의하여 구현되고, D부는 제1 소프트웨어에 구현될 수도 있다.
또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하지만, 하나이상의 다른 특징, 구성요소 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
I. 차압독립형스마트밸브
이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 난방시스템에서 사용되는 차압독립형스마트밸드에 대하여 설명하도록 한다. 본 발명의 난방시스템에서 사용될 수 있는 차압독립형스마트밸브는 차압과 관계 없이 밸브개도를 사용자가 원하는 값으로 제어할 수 있는 것을 포함하고, 이하의 실시예들에서 기재된 형태는 이와 같은 차압독립형스마트밸브의 바람직한 실시예에 해당한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터(1)의 외형을 개략적으로 도시한다. 여기서 밸브 액추에이터(1)는 후술하는 차압독립형스마트밸브의 한 형태에 해당할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 액추에이터(1)는, 내부에 복수의 부재를 고정할 수 있는 본체케이싱부(100), 밸브의 개폐를 수행하는 부재의 이동을 조절할 수 있는 밸브의 조작부재를 결합할 수 있는 밸브결합부(410)를 포함하는 밸브제어부(400), 및 사용자가 잡고 회전시킬 수 있는 손잡이(820)를 포함하는 수동조작부(800)를 구비할 수 있다.
상기 본체케이싱부(100)는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 밸브결합부(410) 및 복수의 제어요소를 제어할 수 있는 기판을 내부에 포함하고, 상기 기판과 연결된 표시부(110)가 외부에 노출될 수 있다. 또한, 상기 본체케이싱부(100)는, 하단에 상기 기판의 전원을 공급할 수 있는 복수의 전선을 통과하는 홀을 형성하는 복수의 전선접속구(120), 및 밸브의 조작부재가 통과할 수 있도록 하단에 배치될 수 있는 밸브접속구(130)를 구비할 수 있다.
상기 표시부(110)는, 본 발명의 일 실시예에서, 외측에 복수의 버튼, 및 상기 복수의 버튼의 조작상태 및 상기 밸브 액추에이터(1)의 제어 상태를 표시할 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다. 상기 복수의 버튼은 상기 밸브결합부(410)를 자동으로 조작할 수 있는 버튼, 및 상기 밸브 액추에이터(1)의 동작의 설정을 조작하는 버튼을 포함할 수 있다.
상기 밸브제어부(400)는, 본 발명의 일 실시예에서, 밸브의 개폐를 수행하는 부재의 이동을 조절할 수 있는 밸브의 조작부재를 결합할 수 있는 밸브결합부(410)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 밸브결합부(410)는 상기 밸브제어부(400)의 하측에 배치될 수 있다. 이 때, 상기 밸브결합부(410)는 상기 밸브접속구(130)의 중심부에 형성된 관통홀을 통과한 밸브의 조작부재를 상기 밸브 액추에이터(1)에 결합시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 밸브의 조작부재는 배관 내부에서 흐르는 유체의 유량을 제어할 수 있는 부재를 포함할 수 있다. 상기 유량을 제어할 수 있는 부재는 배관의 내부에 배치되어, 배관 내부에 형성된 격벽 사이의 공간을 개폐함에 따라 유체의 유량을 제어할 수 있다.
상기 수동조작부(800)는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 본체케이싱부(100) 내부 축에 고정되어 회전할 수 있는 핸들바디(810), 및 사용자가 잡을 수 있는 손잡이(820)를 포함할 수 있다. 사용자는 상기 수동조작부(800)를 조작함으로써, 상기 밸브결합부(410)를 수동으로 상하이동 시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 수동조작부(800)가 사용자에 의하여 조작됨으로써, 상기 밸브제어부(400)에 구비된 상기 밸브결합부(410)는 상측 또는 하측으로 이동하여, 밸브의 개폐를 수행하는 부재를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 밸브 액추에이터(1)는 관로의 유체 흐름을 수동으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 밸브 액추에이터(1)는 상기 수동조작부(800)에 의해서 조작되지 않고, 모터(700)에 의하여 조작될 수 있다. 이에 따라, 상기 밸브 액추에이터(1)는 관로의 유체 흐름을 자동으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 밸브 액추에이터(1)는 압력독립형 스마트 밸브 액추에이터(1)에 해당할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부(100)의 내부구성을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는, 관통홀(220)이 형성되어 있고, 상기 관통홀(220)의 내면에 내면기어이가 형성되어 있고, 외면에 외면기어이가 형성되어 있는 밸브기어부(200); 상기 밸브기어부(200)의 상기 내면기어이에 치합하여 상기 밸브기어부(200)의 회전에 따라 상하이동할 수 있고, 내부에 중공홀이 형성된 실린더바디(300); 상기 실린더바디(300) 내부의 중공홀에 배치되고, 외주면에 로드돌출부(421)가 형성된 밸브제어로드(420)를 포함하고, 상기 밸브제어로드(420)의 일단에 결합되어 일단부에서 밸브의 개폐를 수행하는 부재의 이동을 조절할 수 있는 밸브의 조작부재를 결합할 수 있는 밸브결합부(410)를 포함하는 밸브제어부(400);를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밸브 액추에이터(1)는 내부에 배치되는 회로기판(140) 및 가이딩부재(150)를 구비할 수 있다.
상기 회로기판(140)은, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전선접속구(120)를 통과하는 복수의 전원 공급 부재를 연결하여 전원을 공급받을 수 있고, 상기 표시부(110), 및 상기 제어부를 포함하는 복수의 제어요소를 연결할 수 있는 부재일 수 있다.
상기 가이딩부재(150)는, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 측정로드(1100)를 상하이동시킬 때, 밸브제어로드(420)를 이송시킬 수 있는 상기 밸브기어부(200)의 회전과 함께 회전되지 않고, 상하이동만 할 수 있도록 가이딩할 수 있는 부재에 해당한다. 상기 가이딩부재(150)는, 상기 본체케이싱부(100)의 일측에 결합될 수 있다.
상기 밸브기어부(200)는, 본 발명의 일 실시예에서, 외면에 외면기어이가 형성되어 있는 밸브기어(210) 및 상기 내면에 내면기어이가 형성되어 있는 관통홀(220)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 관통홀(220)은 내부에 밸브제어로드(420)를 수용할 수 있다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 관통홀(220)과 상기 밸브제어로드(420) 사이에는 상기 밸브제어로드(420)의 움직임을 고정시킬 수 있는 끼움부재가 배치될 수 있다.
상기 밸브제어부(400)는, 본 발명의 일 실시예에서, 관로를 차단할 수 있는 부재를 설치할 수 있는 상기 밸브결합부(410), 및 상기 측정로드(1100)와 결합될 수 있는 밸브제어로드(420)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 밸브제어로드(420)는 상기 밸브결합부(410)의 상측에 배치되어, 상기 관통홀(220)의 내부를 관통할 수 있다. 상기 밸브제어로드(420)는 상기 관통홀(220)이 구비된 상기 밸브기어부(200)의 회전이동에 의해서 상하이동할 수 있고, 상측에 연결된 측정로드(1100)의 위치를 조작할 수 있다.
또한, 상기 본체케이싱부(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 외면에 기어이가 형성된 기어구동부(900)를 포함할 수 있다. 상기 기어구동부(900)의 상기 기어이는 상기 밸브기어부(200)의 외면에 형성된 상기 외면기어이와 서로 치합될 수 있다.
또한, 상기 기어구동부(900)의 하측에는 손잡이기어(830)(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 손잡이기어(830)는 외주면에 기어이가 형성되는 기어에 해당하고, 상기 수동조작부(800)의 조작에 의하여 회전운동 할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는 사용자에 의하여 상기 수동조작부(800)가 조작됨에 따라, 상기 손잡이기어(830)를 회전시킬 수 있고, 상기 손잡이기어(830)의 회전에 의하여 상기 기어구동부(900), 및 상기 밸브기어부(200)를 차례로 회전시킬 수 있다. 이 경우, 상기 밸브기어부(200) 내부에 치합되어 배치되는 실린더스크류(310) 및 상기 실린더스크류(310)와 결합된 상기 밸브제어로드(420)는 함께 상하이동 할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는 사용자에 의하여 상기 수동조작부(800)가 조작됨으로써, 상기 손잡이기어(830), 상기 기어구동부(900), 상기 밸브기어부(200)를 회전운동 시킬 수 있고, 이와 동시에 상기 실린더스크류(310) 및 상기 밸브제어로드(420)를 상하이동 시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 밸브 액추에이터(1)는 관로의 유체 흐름을 수동으로 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는, 복수의 홀을 갖는 측정로드(1100); 상기 측정로드(1100)의 일면에 배치되는 발광부(1210) 및 상기 측정로드(1100)의 타면에 배치되는 수광부(1220)를 포함하는 센서모듈(1200); 및 상기 센서모듈(1200)의 센싱정보에 따라 상기 밸브의 구동상태를 결정하는 측정부(1000);를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 상기 수동조작부(800)는, 사용자가 잡을 수 있는 손잡이(820) 및 상기 본체케이싱부(100) 내부 축에 고정되어 회전할 수 있는 핸들바디(810)를 포함할 수 있다. 사용자는 상기 수동조작부(800)를 조작함으로써, 상기 밸브결합부(410)를 수동으로 상하이동시킬 수 있다.
이에 따라, 사용자가 조작할 수 있는 상기 손잡이(820)를 적용함으로써, 상기 모터(710)의 동력이 손실되는 경우에도 상기 밸브 액추에이터(1)를 수동으로 이동시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부(100)의 내부구성을 개략적으로 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모터(710)는 상기 측정로드(1100)와 근접한 위치에 설치되고, 상기 모터기어(720)에 체결하여 구동시킬 수 있다. 상기 모터(710)를 구동시킴에 따라, 사용자는 상기 밸브결합부(410)를 자동으로 조작할 수 있다.
상기 수동조작부(800)는, 상기 핸들바디(810)와 체결되는 축에 결합될 수 있는 손잡이기어(830)를 더 포함할 수 있다.
상기 기어구동부(900)는, 중단에서 상기 손잡이기어(830)와 치합되는 제1기어(910) 및 상기 밸브기어부(200)와 치합되는 제2기어(920)를 포함할 수 있다. 상기 제1기어(910) 및 상기 제2기어(920)는, 동일한 축에 결합됨에 따라, 동시에 회전될 수 있다.
이와 같은 구조에 의하여, 상기 밸브 액추에이터(1)는, 상기 모터구동부(700)의 동작에 의하여 직접적 혹은 간접적으로 힘이 전달되어 상기 밸브기어부(200)가 회전할 수 있고, 상기 수동조작부(800)의 동작에 의하여 직접적 혹은 간접적으로 힘이 전달되어 상기 밸브기어부(200)가 회전할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는, 상기 모터(710)를 구동시킴으로써 상기 모터기어(720)를 회전시킬 수 있고, 상기 모터기어(720)의 회전에 의하여 상기 기어구동부(900), 및 상기 밸브기어부(200)를 차례로 회전시킬 수 있다. 이 경우, 상기 밸브기어부(200)의 내부에 치합되어 배치되는 실린더스크류(310) 및 상기 실린더스크류(310)와 결합된 상기 밸브제어로드(420)는 동시에 상하이동할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는 상기 모터(710)의 작동에 의하여 상기 모터기어(720), 상기 기어구동부(900), 상기 밸브기어부(200)를 회전운동 시킬 수 있고, 이와 동시에 상기 실린더스크류(310) 및 상기 밸브제어로드(420)를 상하이동 시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 밸브 액추에이터(1)는 관로의 유체 흐름을 자동으로 조절할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 본체케이싱부(100)의 내부구성의 평면도를 개략적으로 도시한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 모터기어(720) 및 상기 손잡이기어(830)는 상기 기어구동부(900)와 치합될 수 있다. 또한, 상기 기어구동부(900)는 상기 밸브기어(210)와 치합될 수 있다.
이에 따라, 상기 모터기어(720)의 및 상기 손잡이기어(830)가 회전할 경우, 상기 기어구동부(900)가 회전하고, 상기 밸브기어(210)가 회전할 수 있다.
상기 관통홀(220)은, 상기 실린더스크류(310)에 치합될 수 있다. 또한, 상기 실린더스크류(310) 내부에는, 상기 밸브제어로드(420)가 결합될 수 있다.
이에 따라, 상기 밸브기어(210)가 회전할 경우, 상기 관통홀(220)에 치합된 상기 실린더스크류(310)가 회전하여 상기 실린더바디(300) 및 내부에 결합된 상기 밸브제어로드(420)가 함께 상하이동할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터(1)의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브 액추에이터(1)는, 상기 실린더바디(300) 내부에서 일단은 상기 실린더바디(300) 내부의 일지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부(421)의 일면에 지지되는 상측스프링부재(500); 및 상기 실린더바디(300) 내부에서 일단은 상기 실린더바디(300) 내부의 타지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부(421)의 타면에 지지되는 하측스프링부재(600);를 포함할 수 있다.
상기 실린더바디(300)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 밸브기어부(200) 내면의 내면기어이와 치합될 수 있는 상기 실린더스크류(310)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더스크류(310)가 상하이동함에 따라 상기 실린더바디(300) 및 상기 밸브제어부(400)가 함께 상하이동할 수 있다.
상기 밸브결합부(410)는, 배관 내부의 관로를 차단할 수 있는 개폐부재를 결합할 수 있는 홈을 내부에 가질 수 있다. 상기 개폐부재는, 상기 밸브접속구(130) 하단으로 통과하는 형태로 설치될 수 있다.
또한, 상기 본체케이싱부(100)는 결합부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 결합부(160)는 상기 가이딩부재(150)를 결합하도록 상측에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 로드돌출부(421)는, 상기 벨브제어로드(420)의 외주면에 형성된 환형부재를 포함하고, 상기 상측스프링부재(500)의 상기 타단은 상기 환형부재의 상면에 지지되고, 상기 하측스프링부재(600)의 상기 타단은 상기 환형부재의 하면에 지지될 수 있다.
상기 상측스프링부재(500) 및 상기 하측스프링부재(600)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 실린더바디(300) 내부에 장착될 수 있고, 상기 밸브 액추에이터(1) 내부의 장치를 충격으로부터 보호하도록 완충할 수 있다. 이 때, 상기 상측스프링부재(500) 및 상기 하측스프링부재(600)는 압축 스프링인 것이 바람직하다.
이와 같은 구조에 의하여, 상기 상측스프링부재(500) 및 상기 하측스프링부재(600)는 상기 밸브 액추에이터(1)가 동작되는 경우에 발생될 수 있는 내부의 충격을 효과적으로 완충할 수 있다.
상기 밸브 액추에이터(1)는, 상기 유량을 제어할 수 있는 부재가 상기 배관 내부를 이동하며 배관에 힘을 가하는 경우, 내부에 충격이 가해져 장치의 내구도를 저하시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 밸브 액추에이터(1)는, 정동작 및 역동작을 구현할 수 있는 밸브 장치로써, 상기 배관 내부에서 이동함에 따라 상기 배관의 관로를 개폐할 수 있고, 상기 배관의 관로를 차단함에 있어 상기 유량을 제어할 수 있는 부재 및 상기 배관 내부의 부재들과 접촉 및 충돌할 수 있다. 이에 따라, 상기 상측스프링부재(500) 및 상기 하측스프링부재(600)는 상기 유량을 제어할 수 있는 부재가 배관 내부에서 접촉 및 충돌하는 것을 완충할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관부(10)의 동작모드를 개략적으로 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 배관부(10)는 유체가 흐르는 관로가 형성되는 배관(11), 및 상기 유량제어부재(20)에 의하여 관로를 차단할 수 있는 밸브내부격벽(12)을 포함할 수 있다.
상기 유량제어부재(20)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 밸브결합부(410)에 결합될 수 있고, 상기 밸브결합부(410)의 동작에 의하여 상하이동 할 수 있다. 이 때, 상기 유량제어부재(20)는 자동 또는 수동으로 조작되는 상기 밸브제어부(400)에 의하여 상하이동 할 수 있다.
또한, 상기 유량제어부재(20)는 설치되는 위치에 따라 상기 밸브 액추에이터(1)의 동작모드를 가변시킬 수 있다.
도 6의 (a)는 정동작모드를 구현할 수 있는 밸브 액추에이터의 실시예를 개락적으로 도시한다.
이 경우, 상기 유량제어부재(20)는 상기 밸브내부격벽(12)의 하측에 배치되어 설치될 수 있고, 상기 밸브결합부(410)의 동작에 의하여 상하이동 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 밸브 액추에이터가 정동작모드를 구현하는 경우에는, 상기 유량제어부재(20)가 상기 배관의 하측 내부면으로부터 상기 밸브내부격벽(12)의 하측면 사이의 거리 범위에서 상하이동 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유량제어부재(20)가 상측으로 이동하여 상기 밸브내부격벽(12)의 하측 내부면에 접촉되는 경우에는, 상기 배관(11)의 관로를 차단할 수 있다.
도 6의 (b)는 역동작모드를 구현할 수 있는 밸브 액추에이터의 실시예를 개락적으로 도시한다.
이 경우, 상기 유량제어부재(20)는 상기 밸브내부격벽(12)의 상측에 배치되어 설치될 수 있고, 상기 밸브결합부(410)의 동작에 의하여 상하이동 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 밸브 액추에이터가 역동작모드를 구현하는 경우에는, 상기 유량제어부재(20)가 상기 배관의 상측 내부면으로부터 상기 밸브내부격벽(12)의 상측면 사이의 거리 범위에서 상하이동 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유량제어부재(20)가 하측으로 이동하여 상기 밸브내부격벽(12)의 상측 내부면에 접촉되는 경우에는, 상기 배관(11)의 관로를 차단할 수 있다.
상기와 같이, 상기 유량제어부재(20)가 상기 배관(11)의 관로를 차단하는 경우에는 상기 밸브 액추에이터(1)의 내부에는 충격이 발생될 수 있다.
본 발명에서는 상기 상측스프링부재(500) 및 상기 하측스프링부재(600)를 상기 밸브 액추에이터(1)의 내부에 배치함으로써, 상기 충격을 효과적으로 완충시킬 수 있다. 바람직하게는, 밸브 내부에 복수의 스프링부재를 적용하여, 밸브가 이동함에 따라 배관 내부에 형성된 격벽에 유량제어부재가 충돌할 경우, 밸브 액추에이터에 가해질 수 있는 충격을 흡수할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)는, 상기 유량제어부재(20)가 배치되는 위치에 따라 정동작모드 및 역동작모드를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 표시부(110)에 외장된 버튼을 이용하여 상기 밸브결합부(410)를 자동으로 조작할 수 있다. 상기 모터(710)의 동력이 상실되어 동작 불능한 상태에서는, 상기 수동조작부(800)를 사용하여 상기 밸브결합부(410)를 수동으로 조작할 수 있다.
이에 따라, 상기 밸브제어부(400)를 자동 및 수동으로 조작시키는 방법에 의해 상기 유량제어부재(20)를 상하이동시키고, 상기 배관(11)의 내부에서 상기 유량제어부재(20)의 배치에 따라 정동작모드 및 역동작모드를 구현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유량제어부재(20)는, 상기 밸브내부격벽(12)의 하면에 접촉된 상태에서, 상기 밸브의 조작부재가 상기 밸브제어부(400)에 의하여 상측으로 힘을 받는 경우, 상기 상측스프링부재(500)가 상기 밸브의 유량제어부재(20)와 상기 밸브내부격벽(12)에서 사이에서 발생하는 충격을 흡수하고, 상기 밸브의 유량제어부재(20)가 상기 밸브내부격벽(12)의 상면에 접촉된 상태에서, 상기 밸브의 조작부재가 상기 밸브제어부(400)에 의하여 하측으로 힘을 받는 경우, 상기 하측스프링부재(600)가 상기 밸브의 유량제어부재(20)와 상기 밸브내부격벽(12) 사이에서 발생하는 충격을 흡수할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정부(1000)를 개략적으로 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 측정부(1000)는, 상기 밸브 액추에이터(1)의 변위를 측정하는 기능을 수행할 수 있는 홀을 갖는 상기 측정로드(1100), 및 상기 측정로드(1100)를 포함하는 상기 센서모듈(1200)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 측정로드(1100)는, 상기 복수의 가이딩부재(150)를 관통시키는 제1관통홀(1120), 상기 밸브결합부(410) 내부에 포함된 밸브제어로드(420)와 결합되는 제2관통홀(1130), 및 상기 센서모듈(1200) 사이를 통과하는 변위검출홀(1110)을 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 변위검출홀(1110)은 서로 다른 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 센서모듈(1200)은, 빛을 방출하는 소자를 내장하는 발광부(1210), 빛을 흡수하여 신호를 센싱할 수 있는 수광부(1220), 및 상기 회로기판(140)에 연결되는 전선을 연결할 수 있는 모듈단자(1230)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 측정로드(1100)의 우측부재는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 발광부(1210) 및 상기 수광부(1220) 사이를 통과할 수 있다. 이 때, 상기 발광부(1210)에서 방출한 빛이 홀을 통과하는 경우에 상기 수광부(1220)에서는 빛이 수신되지 않고, 상기 발광부(1210)에서 방출한 빛이 로드에 닿는 경우에 상기 수광부(1220)에서는 빛이 수신되어 상기 측정로드(1100)가 최고위치에 있는지 혹은 최소위치에 있는지 여부를 판단할 수 있다. 이와 같은 판단결과에 기초하여, 모터구동부의 동작이 임계위치 이상을 초과하지 않도록 제어한다.
상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 밸브 액추에이터(1)의 상하이동하는 부재와 측정로드 및 센서모듈을 연결함으로써, 밸브로드가 최대위치 및 최소위치를 넘어가는 지 여부를 판단하고, 이에 따라 모터구동부를 제어할 수 있다.
한편, 측정로드(1100)의 좌측에는 센서로드(1310)이 구비되어 있고, 상기 측정로드(1100)의 상하 이동에 따라 센서로드(1310)이 상하로 이동하게 된다. 이와 같은 센서로드(1310)의 상하이동을 변위센서(1300)에서 센싱하게 되고, 이와 같은 변위센서의 센싱값은 후술하는 난방부하 산출 방법에서 사용되게 된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 난방시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 난방시스템은 난방온수공급부, 차압독립형밸브를 포함하는 밸브부, 복수의 세대부하로 구성되는 세대그룹, 및 복수의 세대부하 각각에서의 온수난방을 ON/OFF 하는 난방제어장치(스위치로 포함)을 포함한다.
이와 같은 난방시스템은 기능적인 측면에서 난방부하 산출을 수행하는 제어부(미도시)를 포함한다.
이와 같은 난방유량을 도출할 수 있는 난방시스템으로서, 기계실의 난방 배관용 열교환기부로부터 난방온수를 공급받아 1 이상의 세대그룹에 난방온수를 공급하되, 각각의 세대그룹은 복수의 난방세대 부하를 포함하는, 난방온수공급부; 각각의 세대그룹에 대하여, 해당 세대그룹으로 공급된 난방온수가 환수되는 영역에 배치되고, 목표 개도량으로 제어될 수 있는 차압독립형밸브를 포함하는 밸브부; 상기 밸브부의 송수관측의 일지점과 상기 밸브부의 환수관측 일지점의 압력차이를 센싱하는 제1센서; 및 상기 차압독립형밸브 및 상기 제1센서와 신호를 송수신할 수 있는 제어부;를 포함한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 세대그룹은 난방에 필요한 온수를 로부터 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 난방온수공급부는 중온수를 공급하고, 각 세대에 별도로 구비된 열교환기(각세대부하)를 거쳐 난방되어 난방수를 공급할 수 있다. 이 때, 각 세대의 난방 배관을 통과하는 난방수가 열교환기를 거쳐 냉각되어 열교환이 발생하고, 중온수로 배출되어, 밸브부를 지나 환수관으로 유입될 수 있다.
일 실시예에서는, 상기 난방온수공급부는, 펌프로써 중온수를 상기 복수의 세대그룹이 위치하는 지상에 해당하는 높이까지 보낼 수 있다. 이 때, 상기 난방온수공급부는 각 세대에 필요한 중온수의 양에 비례하여 필요한 동력이 증가할 수 있다. 상기 난방온수공급부의 동력이 증가함에 따라 내부 압력이 증가하게 되고, 과한 내부 압력 증가는 상기 난방시스템에서 배관이 손상되는 원인이 될 수 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 상기 차압독립형스마트밸브(2100)(PISV, Pressure Independent Smart Valve)는 전술한 바와 같이 내측에 복수의 스프링을 구비하여 압력의 평형을 유지하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 차압독립형스마트밸브(2100)는 배관 내측에 흐르는 물의 압력 및 흐름의 방향에 따라 힘이 가해지고, 이를 상기 복수의 스프링으로 완충하여 변위를 일정하게 유지할 수 있다.
상기 차압독립형스마트밸브는, 변위를 이동하는 동작을 외부의 제어기(예를들어, 제어서버)의 제어에 따라 자동적으로 수행하거나, 일측에 위치한 손잡이를 통해 수동으로 변화시킬 수 있다. 또한, 상기 차압독립형스마트밸브(2100)는 설치하는 방향에 따라 정동작모드 및 역동작모드를 수행할 수 있다.
차압독립형스마트밸브(2100)는 기존의 PDCV밸브 등과 달리 차압독립형스마트밸브(2100)에 인접한 지점(들)의 압력이 기설정된 목표 압력이 될 수 있도록 밸브개도를 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 도 8에서 차압독립형스마트밸브와 난방온수공급부 사이의 지점 및 차압독립형스마트밸브와 세대부하 사이의 지점 사이의 차압이 목표 압력이 될 수 있도록 밸브개도를 제어하고, 이에 대한 피드백 폐루프를 가지고 있음이 바람직하다. 또한, 차압독립형스마트밸브 혹은 차압독립형밸브는 목표하는 개도량으로 동작할 수 있다.
이상적으로는 세대부하의 제어명령(예를들어, 난방의 동작상태)를 취합하여 총 난방부하를 도출하고, 이에 따라 차압독립형스마트밸브를 동작시키는 것이 이상적이지만, 현실적으로는 난방부하의 정보를 취합하는 시스템의 구축이 어렵고, 차압독립형스마트밸브로 해당 신호를 유선적으로 연결시키는 신호선을 오랜 기간 동안 사용가능하게 구축하기도 어려우며, 무선적 통신 방식을 사용하는 것도 현실적인 시공에서는 어렵다는 문제점이 있기 때문에, 본 발명에서는 1차적으로는 차압독립형스마트밸브 양단에서 측정될 수 있는 정보에 기초하여 난방유량 혹은 난방부하를 도출하고, 이에 따라 차압독립형스마트밸브의 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 도 11에서와 같이 상기 제어부에는 상기 차압독립형밸브의 개도량에 따른 상기 차압독립형밸브의 저항값이 저장되거나 혹은 개도량에 따른 저항값을 산출할 수 있고(특정한 관계식을 저장함으로써 구현 가능), 하기의 식 1에 기초하여, 상기 각각의 세대그룹의 난방유량을 도출할 수 있는, 난방시스템.
(식 1)
세대그룹의 난방유량 = 제1센서의 센싱값 / 개도량에 따른 차압독립형 밸브의 저항값
이는 밸브부를 지나는 난방유량을 I로 간주하고, 밸브부의 저항을 R로 간주하고, 밸브부 양단의 압력차이(제1센서의 센싱값)을 V로 간주하여 V=IR의 전자회로 등가식으로부터 도출될 수 있다.
다만, 모든 세대그룹에서의 상기 밸브부 양단에 제1센서를 설치하기가 힘든 경우가 존재할 수 있기 때문에, 본 발명의 다른 실시예에서는, 기본적으로 세대의 난방사용량의 총합은 크게 변동하지 않는다는 가정하에, 후술하는 제2센서의 값에 기반하여, 각각의 세대그룹에서의 난방유량을 산출한다.
구체적으로, 상기 난방시스템은, 송수관에서 각 세대그룹으로 난방온수가 유입되는 일지점과 해당 세대그룹에서 환수관으로 난방온수가 배출되는 되는 일지점 사이의 압력차이를 센싱하는 제2센서;를 더 포함한다.
이와 같은 제2센서는 각각의 세대그룹에 1개만 구비되어도 된다.
이 경우, 상기 제어부는, 2 이상의 시점 각각에서의 세대그룹 전체의 난방사용량 및 난방유량은 동일하다는 가정하에, 2 이상의 시점 각각에서의 해당 세대그룹의 차압독립형밸브의 밸브개도값; 및 제2센서의 압력차이에 기초하여, 해당 세대그룹에 유입되는 난방유량을 도출한다.
바람직하게는, 2 이상의 시점은 난방유량(세대그룹에서의 총 난방사용량)이 유사할 것으로 예측되는 2개의 시점으로 선정됨이 바람직하고, 예를들어, 동일한 계절 및/또는 시간대의 2개의 시점이 바람직하다.
이와 같은 상태에서, 상기 제어부는, 2 개의 시점에서 난방유량 및 세대부하가 동일하다는 가정하에, 하기의 식 2에 의하여 세대부하의 저항값을 도출하고, 식 3에 의하여 난방유량을 도출한다.
(식 2)
I1 = P1 / (R입상관+RPISV1+RT) 으로 표시되는 I1은 제1시점에서 특정 세대그룹에서의 난방유량(I1)의 값에 해당한다. 이 때, 세대의 난방사용량은 알 수 없고, RT는 도 8에서 네모로 표시된 특정 세대그룹의 복수의 세대부하에 의하여 결정된다. 더욱 상세하게는, 복수의 세대부하의 난방사용여부(스위치로 결정됨)의 최종적인 결과값으로 결정된다.
I2 = P2 / (R입상관+RPISV2+RT) 으로 표시되는 I2은 제2시점에서 특정 세대그룹에서의 난방유량(I1)의 값에 해당한다. 이 때, 세대의 난방사용량은 알 수 없고, RT는 도 8에서 네모로 표시된 특정 세대그룹의 복수의 세대부하에 의하여 결정된다. 더욱 상세하게는, 복수의 세대부하의 난방사용여부(스위치로 결정됨)의 최종적인 결과값으로 결정된다.
이 때, 본 발명에서는 특정 2개의 시간대에서 I1=I2라고 가정하여 하기의 식을 도출한다.
P1 / (R입상관+RPISV1+RT) = P2 / (R입상관+RPISV2+RT)
이를 RT기준으로 정리하면 다음과 같다.
P1*(R입상관+RPISV2+RT) = P2*(R입상관+RPISV1+RT)
P1*R입상관+P1*RPISV2+P1*RT=P2*R입상관+P2*RPISV1+P2*RT
(P1-P2)RT=P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2)
RT= (P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2))/(P1-P2)
여기서, P1은 제1시점에서의 제2센서의 센싱값, P2는 제2시점에서의 제2센서의 센싱값, R입상관은 제어부에 저장된 해당 세대그룹의 입상관의 입상관 저항, RPISV1은 제1시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값, RPISV2는 제2시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값에 해당한다.
이와 같은 방식으로 미지의 RT를 2개의 시점에서의 P1, P2, RPISV1, 및 RPISV2 에 의하여, 산출할 수 있다.
이후에는 제1시점의 해당 세대그룹 전체 입상관에서의 I=V/R 식을 적용하여, 하기와 같이 산출할 수 있다. 이는 제2시점의 값으로 계산하여도 된다.
난방유량 = P1 / (R입상관+RPISV1+RT)
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 난방시스템은, 종래의 난방시스템에서 설치될 수 있는 밸브에 해당하는 PDCV(Pressure Differential Control Valves)밸브를 대신하여 상기 차압독립형스마트밸브(2100)를 사용할 수 있다.
상기 회로에서는, 난방온수의 압력을 전압(볼트(V, Volt))로 이해할 수 있고, 난방온수의 유량을 전류(I, A)로 이해할 수 있고, 난방배관에서 발생하는 마찰 등에 따른 압력손실을 저항(R, Resistance)으로 치환시킬 수 있다.
고부하(Full load)에서는 온수의 각 세대에 최대 공급 가능한 유량 100%에 해당하고, 저부하에서는 예시적으로 온수의 수요가 최대 공급 가능한 유량의 10%이고, 이에 따라 부하는 10%에 해당할 수 있다.
PDCV밸브를 이용한 시스템에서는 상기 차압독립형스마트밸브의 위치에 PDCV밸브가 위치하게 되고, PDCV밸브 시스템에서는 최대의 유량(최대의 난방수 공급)을 가정하여, 각각의 PDCV밸브의 동작특성(즉, PDCV의 저항값)이 결정이 되고, 이는 난방의 부하(이는 전기적 회로로 치환시 전류량에 해당함)에 따라 가변하지 않기 때문에, 난방부하의 변동에 따라 세대그룹에서 사용되는 유량(즉, 난방수의 양)이 가변하는 경우에는 압력 및 난방수에 있어서 손실이 발생하며, 높은 압력에 따른 배관의 불필요한 피로가 발생할 수 있다.
한편, 차압독립형스마트밸브(PISV)에서는 각각의 세대에서의 난방사용량, 즉 RV1~N 및 V/V1~N 의 개폐여부에 따른 난방부하에 따른 총 난방유량(it)에 추정하고, 이에 따라 차압독립형스마트밸브의 동작을 제어할 수 있고, 상기 난방온수공급부(2000)의 펌프 압력을 감소시켜 상기 난방시스템의 수명을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸브개도에 따른 차압독립형스마트밸브의 저항값을 예시적으로 도시한다.
차압독립형스마트밸브는 능동적으로 원하는 정도의 밸브개도를 모터 등의 액츄에이터로 조절할 수 있다. 이와 같은 밸브개도가 커질수록, 난방온수를 원활하게 흐를 수 있기 때문에, 결과적으로 차압독립형스마트밸브의 저항값은 낮아진다. 이와 같이 밸브개도에 따른 차압독립형스마트밸브의 저항값을 측정할 수 있고, 밸브개도에 따른 저항값의 정보가 제어부에 저장되어 있음으로써, 제어부는 차압독립형스마트밸브의 제어모듈로부터 밸브개도(도 7의 변위센서(1300)에 의하여 도출되는 밸브로드의 위치에 따라 도출할 수 있음)를 수신하고, 이에 따라 차압독립형스마트밸브의 저항값을 산출할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (4)

  1. 난방유량을 도출할 수 있는 난방시스템으로서,
    기계실의 난방 배관용 열교환기부로부터 난방온수를 공급받아 1 이상의 세대그룹에 난방온수를 공급하되, 각각의 세대그룹은 복수의 난방세대 부하를 포함하는, 난방온수공급부;
    각각의 세대그룹에 대하여, 해당 세대그룹으로 공급된 난방온수가 환수되는 영역에 배치되고, 목표 개도량으로 제어될 수 있는 차압독립형밸브를 포함하는 밸브부;
    상기 밸브부의 송수관측의 일지점과 상기 밸브부의 환수관측 일지점의 압력차이를 센싱하는 제1센서; 및
    상기 차압독립형밸브 및 상기 제1센서와 신호를 송수신할 수 있는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부에는 상기 차압독립형밸브의 개도량에 따른 상기 차압독립형밸브의 저항값이 저장되거나 혹은 개도량에 따른 저항값을 산출할 수 있고, 하기의 식 1에 기초하여, 상기 각각의 세대그룹의 난방유량을 도출할 수 있는, 난방시스템.

    (식 1)
    세대그룹의 난방유량 = 제1센서의 센싱값 / 개도량에 따른 차압독립형 밸브의 저항값
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 난방시스템은, 송수관에서 각 세대그룹으로 난방온수가 유입되는 일지점과 해당 세대그룹에서 환수관으로 난방온수가 배출되는 되는 일지점 사이의 압력차이를 센싱하는 제2센서;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    2 이상의 시점 각각에서의 세대그룹 전체의 난방사용량 및 난방유량은 동일하다는 가정하에,
    2 이상의 시점 각각에서의 해당 세대그룹의 차압독립형밸브의 밸브개도값; 및 제2센서의 압력차이에 기초하여, 해당 세대그룹에 유입되는 난방유량을 도출하는, 난방시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    2 개의 시점에서 난방유량 및 세대부하가 동일하다는 가정하에,
    하기의 식 2에 의하여 세대부하의 저항값을 도출하고, 식 3에 의하여 난방유량을 도출하는, 난방시스템.

    (식 2)
    P1 / (R입상관+RPISV1+RT) = P2 / (R입상관+RPISV2+RT)
    P1*(R입상관+RPISV2+RT) = P2*(R입상관+RPISV1+RT)
    P1*R입상관+P1*RPISV2+P1*RT=P2*R입상관+P2*RPISV1+P2*RT
    (P1-P2)RT=P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2)
    RT= (P2*R입상관+P2*RPISV1-(P1*R입상관+P1*RPISV2))/(P1-P2)

    (여기서, P1은 제1시점에서의 제2센서의 센싱값, P2는 제2시점에서의 제2센서의 센싱값, R입상관은 제어부에 저장된 해당 세대그룹의 입상관의 입상관 저항, RPISV1은 제1시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값, RPISV2는 제2시점에서의 차압독립형밸브의 밸브개도량으로부터 도출되는 차압독립형밸브의 저항값)

    난방유량 = P1 / (R입상관+RPISV1+RT)
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 차압독립형밸브는,
    내부에 복수의 부재를 고정할 수 있는 본체케이싱부;
    관통홀이 형성되어 있고, 상기 관통홀의 내면에 내면기어이가 형성되어 있고, 외면에 외면기어이가 형성되어 있는 밸브기어부;
    상기 밸브기어부의 상기 내면기어이에 치합하여 상기 밸브기어부의 회전에 따라 상하이동할 수 있고, 내부에 중공홀이 형성된 실린더바디;
    상기 실린더바디 내부의 중공홀에 배치되고, 외주면에 로드돌출부가 형성된 밸브제어로드를 포함하고, 상기 밸브제어로드의 일단에 결합되어 일단부에서 밸브의 개폐를 수행하는 부재의 이동을 조절할 수 있는 밸브의 조작부재를 결합할 수 있는 밸브결합부를 포함하는 밸브제어부;
    상기 실린더바디 내부에서 일단은 상기 실린더바디 내부의 일지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부의 일면에 지지되는 상측스프링부재; 및
    상기 실린더바디 내부에서 일단은 상기 실린더바디 내부의 타지점에 접촉하고, 타단은 상기 로드돌출부의 타면에 지지되는 하측스프링부재;를 포함하는, 난방시스템.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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