KR940010402B1 - 난방장치의 전자식 온도조절기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

난방장치의 전자식 온도조절기

제 1 도는 일반적인 중앙 난방식 난방장치의 구성도.

제 2 도는 본 발명에 따른 전자식 온도조절기의 구성 예시도.

제 3 도는 일반적인 온도조절기의 히스테리시스 곡선 예시도.

제 4 도는 히스테리시스 범위가 큰 통상적인 온도조절기의 동작 파형도.

제 5 도는 히스테리시스 범위가 제 4 도의 1/2인 경우 본 발명에 따른 온도조절기의 동작 파형도.

제6도는 제 4 도와 제 5 도를 통합하여 나타낸 동작 파형도.

본 발명은 대단위 아파트 혹은 주택단지에 설치되는 난방시스템에 있어서 온도조절기에 관한 것으로, 특히 세대별로 각 방의 온도를 조절하기 위한 전자식 온도조절기에 관한 것이다.

일반적으로 아파트와 같은 대형 건물의 난방은 중앙난방식으로 이루어지게 되는데, 이 중앙난방식을 채택할 경우 대개 중앙 기계실에서 공급로를 통해 온수를 각 세대별로 순환시켜 난방을하고 그에 따른 세대별 사용 열량은 각 세대별로 열량계를 설치하여 측정할 수 있게 하고 있었다. 또한 임의의 한 세대에서 각 방별로 온도를 조절할 수 있도록 각 방마다 온도조절기와 밸브액츄에이터 및 밸브를 별도로 갖고 있었다. 이러한 구성을 나타낸 것이 제 1 도이다. 상기 제 1 도에서 온도조절기(1a)는 밸브액츄에이터(sa)를 온 혹은 오프시켜 밸브(3a)를 열거나 닫음으로써 파이프(P)를 통한 온수의 흐름을 제어하여 미리 설정한 온도가 유지될 수 있도록 하고 있다. 이러한 구성을 이용하여 기존에 각 방의 온도를 제어하는 방식은 여러 가지가 있는데, 편의상 제1세대(100)의 제1방(R1)을 예로 들어 그 방식들을 설명한다.

첫째, 비전기식을 채택하는 경우다. 즉 실내온도를 감지하기 위한 센서(도시하지 않았음)와 밸브(3a)를 개폐하기 위한 구동부 즉 밸브액츄에이터(2a) 부분의 벨로우즈가 모세관 튜브(capillary tube)로 연결된 일체식을 사용하는 방식이다. 이 방식은 시공시 모세관 튜브를 도관(conduit)내에 삽입하기가 어렵고 굴곡(elbow)부분에서 꺾여 동작이 안되는 경우가 발생하기 쉬우며, 하자 발생시 보수가 어려운 단점이 있다. 또한 모세관 튜브속에는 통상 개스를 넣어 제작하게 되는데, 만약 프레온 개스등을 사용하는 경우에는 오존층 파괴등과 같은 환경오염 문제가 제기될 수 있다. 뿐만 아니라 실내온도 검출용 센서와 밸브액츄에이터의 설치거리도 모세관 튜브의 길이에 한정되고, 온조조절시 히스테리시스 범위가 넓으며 온도의 오차도 큰 단점이 있다.

둘째, 전기방식을 채택하는 경우이다. 이때는 실내온도 검출용 센서로 바이메탈을 사용하여 설정된 온도에 따라 바이메탈이 온 혹은 오프되어 전기가 밸브액츄에이터(2a)에 인가되도록 한다. 이렇게 전기가 상기 밸브액츄에이터(2a)에 인가되면 전류가 흘러 히터(positive temperature coefficient thermistor를 사용할 수 있으며, 도시하지는 않았음)가 구동되어 열이 발생되고, 그 결과 상기 밸브액츄에이터(2a)내에 있는 고체상태의 물질(예를 들어 파라핀을 사용할 수 있을 것이다.)이 액체상태로 변화되면서 팽창되는 힘으로 밸브(3a)를 구동한다. 반면에 전기가 차단되면 상기 액체가 다시 고체로 되어 수축되므로 상기 밸브(3a)가 닫히도록 하는 방식이다. 그런데 이 방식은 온되었을 때 바이메탈에 전류가 계속 흐르므로 바이메탈에 경시변화가 생겨 바이메탈의 특성이 변화되는 문제점을 갖고 있다. 또한 바이메탈은 온, 오프될 때 접점이 붙었다 떨어졌다 하는 소리를 발생시키는 데, 이러한 소리가 조용한 밤이나 기타 절대 정숙을 요하는 때에는 귀에 거슬리는 단점이 있었다. 뿐만 아니라 히스테리시스 범위가 넓어 에너지의 낭비 및 미세한 온도조절이 어려운 단점도 있다.

셋째, 마이콤을 이용한 전자식이다. 이 방식에 따르면 밸브액츄에이터(2a)로 모터를 사용하고 있어 모터가 구동되는 소음이 발생되고, 조작방법이 복잡하여 가정 주부들이 조작하기가 어려울 뿐만 아니라 가격이 높고, 히스테리시스 범위도 넓다는 결점이 있다.

다음으로 상기한 세 방식들에서 공히 지적되고 있는 히스테리시스 범위의 넓고 좁음에 따른 문제점들을 도면을 참조하여 부연 설명한다. 제 3 도는 일반적인 온도조절기가 갖는 히스테리시스를 나타낸다. 통상적으로 온도조절기가 설정해 놓은 온도로 상승될 때 "오프"되는 점과 온도가 떨어질 때 "온"되는 점이 설정치와 동일하지 않는데, 이것을 온도조절기의 히스테리시스라 한다. 밸브액츄에이터(2a)를 설정값에서 온, 오프시키면 상기 밸브액츄에이터(2a)가 헌팅을 하게 되고, 그 결과 상기 밸브액츄에이터(2a)에 무리가 가서 고장이 발생하는 원인이 되기도 하는 것이다. 한편, 제 4 도에 도시한 바와 같이 통상의 히스테리시스가 큰 온도 조절기는 "P"점에서 "0"점까지 밸브(3a)가 열려 난방이 되고, 설정온도보다 높은 "0"점에서 "오프"되어 "0"점에서 "Q"점까지는 밸브(3a)를 닫아 난방을 중지시켜 설정온도를 유지토록 한다. 그리고 "Q"점에서 다시 온되어 상기 밸브(3a)를 열어 온수를 순환시킨다. 이와 같이 온도의 편차도 S1-S2만큼 제어하고자 하는 온도와 차이가 생긴다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해소하기 위한 전자식 온도조절기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 에너지를 절약할 수 있는 전자식 온도조절기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 미세한 온도조절이 가능한 전자식 온도조절기를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 소음이 적고 환경 오염도가 낮으며 조작이 간편한 전자식 온도조절기를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 설치 및 유지보수가 용이한 전자식 온도조절기를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 난방재의 공급로를 열고 닫기 위한 개폐부와, 소정의 제어를 받아 열을 발생하기 위한 히팅부와 상기 열의 발생 여부에 따라 고체에서 액체로 혹은 액체에서 고체로의 변환을 통해 수축 혹은 팽창하는 물질로 이루어져 이 물질의 변화로써 상기 개폐부의 개폐를 제어하기 위한 제어회로를 구비하여 난방을 제어하는 장치에 있어서, 실내온도를 검출하기 위한 온도 검출부와, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 실내온도가 기준온도 보다 낮을 경우 상기 히팅부를 구동시켜 상기 공급로를 통해 상기 난방재를 공급하도록 제어하기 위한 제1제어부와, 상기 온도 검출부에 의해 검출된 실내온도가 기준온도 보다 높을 경우 상기 히팅부의 동작을 억제하여 상기 난방재의 공급을 차단하도록 제어하기 위한 제2제어부로 구성됨을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 구성 및 동작의 일실시예를 첨부 도면에 의하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 1 도에 도시된 난방시스템에서 임의의 방에 대한 난방을 제어하기 위한 부분(R1 혹은 R2 혹은 R3 혹은 R4)은 다음과 같은 구성을 갖는다. 즉 온수가 순환적으로 흐르는 경로를 제공하기 위한 파이프와, 상기 온수가 계속 공급되도록 하거나 더 이상 공급되지 않도록 그 경로를 차단하기 위한 밸브와, 식으면 고체가 되어 수축하고 열에 의해 팽창하여 액체가 되는 물질(예를들어 파라핀을 사용할 수 있을 것이다.) 및 상기 물질이 그러한 변화를 일으킬 수 있도록 열을 제공하기 위한 히터로 이루어지며, 상기 물질의 수축 및 팽창 작용에 의해 상기 밸브의 개폐를 구동하기 위한 밸브액츄에이터와, 실내온도를 감지하여 미리 설정된 온도와 비교하고 그 결과에 따라 상기 밸브액츄에이터를 구동하거나 정지하도록 제어하는 전자식 온도조절기로 구성된다. 여기서 상기 밸브액츄에이터로는 기존 상품화되어 있는 제품을 사용하면 구성이 용이할 것이다.

제 2 도는 제 1 도중 전자식 온도조절기의 일 실시예를 나타내는 회로도로서, 그 동작으르 상세히 설명하면 다음과 같다. 편의상 제1세대(100)의 제1방(R1)의 전자식 온도조절기(1a)를 예로 들어 설명한다.

먼저 전원(Vcc)이 교류 110V/220V 어느 것이든 입력되면 다이오드(D1)에서 정류하여 저항(R11)을 통하여 전압을 강하시킨 후 제너다이오드(D2)와 저항(R12) 및 트랜지스터(Q2)로 구성된 씨리즈 패스 레귤레이터에서 필요한 전압으로 만든다. 이렇게 만들어진 전압이 캐피시터(C1)에서 평활되고 직류로 변환됨으로써 온도조절기 고유의 동작에 필요한 전원으로 사용될 수 있다. 이와 같은 전원부는 트랜스포머, 정류회로, 레귤레이터등으로 구성해도 된다.

이렇게 온도조절기(1a)에 필요한 직류전원이 공급되면 다수의 저항(R1-R5)과 실내온도 검출용 센서(예를 들어 더어미스터를 이용할 수 있다 : R_T)와, 기준온도를 설정하기 위한 가변저항(VR1)으로 구성된 브릿지회로에서 상기 기준온도값이 저항(R7)을 통해 비교기(A1)에 공급되도록 한다. 또한 상기 실내온도 검출용 센서(R_T)에서 검출한 온도값이 저항(R6)을 통해 상기 비교기(A1)의 "+"단자에 입력되게 한다. 이렇게 되면 상기 기준온도 보다 상기 검출온도가 낮을 경우 상기 비교기(A1)의 출력이 "하이"상태가 되어 트랜지스터(Q1)의 베이스에 인가되므로 상기 트랜지스터(Q1)가 턴온되고, 캐패시터(C2)와 저항(R13) 및 다이액 (D3)으로 구성된 게이팅회로가 동작된다. 즉 캐패시터(C2)의 양단 전압이 상기 다이액(D3)의 항복 전압을 넘을 때 상기 캐패시터(C2)가 갑자기 방전을 하게 되고 이방전 전류에 의해 트라이액(Q3)의 게이트가 게이팅되어 상기 트라이액(Q3)이 턴온됨으로써 밸브액츄에이터(2a)에 전원이 공급된다. 상기와 같은 과정을 거쳐 밸브액츄에이터(2a)에 전원이 공급되면, 상기 밸브액츄에이터(2a)내의 물질 즉 파라핀이 고체에서 액체가 되면서 팽창되는 힘으로 밸브(3a)가 열리게 된다. 이때 상기 트라이액(Q3)을 대신해서 실리콘 코트롤드 렉티화이어(SCR)를 사용할 수도 있을 것이다.

반대로 상기 실내온도 검출용 센서(R_T)가 검출한 실내온도가 미리 설정해둔 기준온도 보다 높으면, 비교기(A1)의 출력이 "로우"상태로 되어 트랜지스터(Q1)가 턴오프되므로 전술한 게이팅회로가 차단된다. 즉 트라이액(Q3)이 턴오프되어 밸브액츄에이터(2a)에 전원이 공급되지 않게 되므로 액체상태이던 파라핀이 식어 다시 고체상태가 되면서 수축됨으로써 밸브(3a)가 닫히게 된다.

상술한 바와 같은 동작 과정을 수행하는 본 발명의 온도조절기가 갖는 히스테리스 특성에 관하여 설명하면 다음과 같다. 본 실시예에서는 고체상태인 파라핀에 전원이 가해진 후 이것에 액체로 완전히 팽창하는데 걸리는 시간이 최대 5분 정도이기 때문에 순간적으로 온, 오프가 되더라도 헌팅을 할 염려가 없다. 아울러, 이로 인한 에너지 절감 및 미세한 온도조절이 가능하여 항상 쾌적한 온도를 유지할 수 있는 것이다. 또 한 본 실시예에서는, 제 5 도에 도시된 바와 같이 제 2 도의 저항(R6)값을 조정하여 히스테리시스 범위를 전술한 제 4 도의 1/2로 하여도 "S"점에서 "T"점까지 온되고 "T"점에서 "U"점까지 오프되며 "U"점에서 "V"점까지 온된다. 다시 말해서, 한주기(T0-T8)까지 온되는 면적이 상기 제 4 도에서는 참조부호 E와 F로 표시된 만큼이고 제 5 도에서는 참조부호 A,B,C,D로 표시된 만큼이므로, 이를 다시 그려보면 제6도와 같이 되고 그 총 면적(X)은 해당 참조부호를 이용하여 하기 식(1)과 같이 표현할 수 있다.

X =(E＋F)－ (A＋B＋C＋D) …………………………………………(1)

결국, 참조부호 G,H로 표시되는 면적 만큼의 에너지가 절감되는 효과가 있을 뿐만 아니라 온도의 편차도 1/2로 정도가 향상되는 것이다. 또한 만일 온도가 히스테리시스 폭이 적어 밸브액츄에이터(2a)의 히터가 온/오프되는 주기가 5분이내가 되면, 히터 온상태에서 액체상태로 되었던 파라핀이 피터 오프상태를 맞아 완전히 고체가 되기도 전에 상기 히터가 다시 온되어지므로 밸브(3a)를 반쯤 열어놓는 결과가 된다. 이와 같이 히스테리시스 범위를 좁게하면 좁게할수록 에너지는 더욱 절감되며 미세한 온도조절이 가능해진다.

상술한 바와 같은 본 발명은 히스테리시스 범위를 좁힘으로써 에너지를 절약할 수 있을 뿐만 아니라 미세한 온도조절이 가능한 장점이 있다. 또한 소음이 적고 환경 오염도가 낮으며 조작이 간편하고 설치 및 유지 보수가 용이한 장점도 있다.

Claims (5)

1. 난방재의 공급로를 열고 닫기 위한 개폐수단과, 소정의 제어를 받아 열을 발생하기 위한 히팅수단과 상기 열의 발생 여부에 따라 고체에서 액체로 혹은 액체에서 고체로의 변환을 통해 수축 혹은 팽창하는 물질로 이루어져 이 물질의 변화로써 상기 개폐수단의 개폐를 제어하기 위한 제어수단을 구비하여 난방을 제어하는 장치에 있어서, 실내온도를 검출하기 위한 온도 검출수단과, 상기 온도 검출수단에 의해 검출된 실내온도가 기준온도 보다 낮을 경우 상기 히팅수단을 구동시켜 상기 공급로를 통해 상기 난방재를 공급하도록 제어하기 위한 제 1 제어수단과, 상기 온도 검출수단에 의해 검출된 실내온도가 기준온도 보다 높을 경우 상기 히팅수단의 동작을 억제하여 상기 난방재의 공급을 차단하도록 제어하기 위한 제 2 제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 전자식 온도조절기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 검출수단이 더어미스터임을 특징으로 하는 전자식 온도조절기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어수단이, 소정의 기준온도를 설정하기 위한 가변저항소자와, 소정의 제어를 받다 상기 히팅수단을 구동하기 위한 전자스위칭소자와, 상기 가변저항소자에 의해 설정된 기준온도와 상기 온도 검출수단에 의해 검출된 실내온도를 비교하여 상기 기준온도 보다 실내온도가 낮을 경우 제 1 상태의 비교신호를 발생하기 위한 비교기와, 상기 제 1 상태의 비교신호에 응답하여 상기 전자스위칭소자를 동작시키기 위한 동작제어수단으로 구성됨을 특징으로 하는 전자식 온도조절기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 제어수단이, 상기 가변저항소자에 의해 설정된 기준온도와 상기 실내온도 검출수단에 의해 검출된 실내온도를 비교하여 상기 기준온도 보다 실내온도가 높을 경우 제 2 상태의 비교신호를 발생하기 위한 비교기와, 상기 제 2 상태의 비교신호에 응답하여 상기 전자스위칭소자를 비동작 상태로 하기 위한 동작억제수단으로 구성됨을 특징으로 하는 전자식 온도조절기.
5. 제 3 항 혹은 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 동작제어 혹은 동작억제수단이, 상기 제1 혹은 제 2 상태의 비교신호에 응답하여 상기 전자스위칭수단을 동작시키거나 그 동작을 정지시키기 위한 게이팅수단으로 구성됨을 특징으로 하는 전자식 온도조절기.