WO2011062363A2 - 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치 및 온수공급방법 - Google Patents

히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치 및 온수공급방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a hot water supply device and a hot water supply method for controlling the number of pulses applied to the heater, and more particularly, to a hot water supply device and a hot water supply method for instantaneous hot water used in a domestic bidet or water purifier.
  • the hot water supply device used for the domestic bidet is largely divided into a water tank type in which a heater is installed in a water tank and an instant hot water type in which water from a tap water is heated whenever necessary by using a heater.
  • the water tank type hot water supply device includes a heater disposed in the water tank for storing hot water, and maintains the temperature of the water in the water tank at a predetermined temperature regardless of whether a bidet is used. Accordingly, the water tank type hot water supply device consumes a lot of standby power and space.
  • the instant hot water type hot water supply device requests a user to use a bidet, and heats the water discharged by the heater while the water is discharged into the outlet pipe, thereby increasing the temperature. Increase it.
  • the instant hot water type hot water supply device does not always flow water, and in order to ensure the stability of the operation, the heater must be operated only while the water is flowing.
  • the triac (TRIAC) having a fast response speed and a switching speed is used as a switching element to easily create a desired discharge water temperature in the process of operating the heater.
  • the heater is controlled through a phase control method or a zero crossing control method. The heater is operated by calculating the drive cycle.
  • harmonics are generated so much that the harmonic test cannot pass the CE certification test subjects of the EU countries. have. Due to the generation of harmonics, noise is frequently generated, causing burnout or overheating problems.
  • One aspect of the present invention is to provide a hot water supply device and a hot water supply method that can reduce the frequent noise generation to prevent burnout or overheating, as well as to reduce the current fluctuations to extend the life and malfunction does not occur.
  • the first heater is configured to have a first set capacity is provided in the inlet portion, the heater to heat the water flowing into the inlet portion;
  • a second heater configured to have a second set capacity greater than the first set capacity and provided to the water outlet, and heat the water introduced into the water outlet;
  • a controller for controlling the number of pulses applied to the first heater and the second heater, respectively, to drive the first heater and the second heater.
  • the controller controls the number of pulses applied to the heater, characterized in that the sum of the number of pulses applied to each of the first heater and the second heater to be a predetermined number.
  • the controller controls the number of pulses applied to the first heater to be within a preset number, and controls the number of pulses applied to the second heater to be a preset number. It provides a hot water supply device for controlling the number of pulses applied to the heater.
  • control unit calculates the heater driving period when the temperature of the water is less than the heating set temperature after determining whether the temperature of the water flowing into the inlet portion is less than the heating set temperature. It provides a hot water supply device for controlling the number of pulses applied to the heater.
  • the first set capacitance is greater than 0 and less than 450W
  • the second set capacitance is more than 450W
  • the number of pulses applied to the heater characterized in that less than 750W It provides a hot water supply device for controlling.
  • the first heater having a first set capacity and the second heater having a second set capacity greater than the first set capacity, respectively disposed in the inlet and the outlet portion; Calculating a heater driving cycle of the first heater and the second heater according to the temperature of the water to be heated and the heating preset temperature of the water discharged from the water extraction unit using a zero crossing control method; And driving the first heater and the second heater by controlling the number of pulses applied to the first heater and the second heater, respectively, according to the heater driving cycle, after the water flowing into the inlet part is heated. It provides a hot water supply method for controlling the number of pulses applied to the heater comprising a;
  • the method may further include determining whether a temperature of the water introduced into the inlet portion is smaller than the heating set temperature, and calculating the heater driving period when the temperature of the water is smaller than the heating set temperature. It provides a hot water supply method for controlling the number of pulses applied to the heater, characterized in that.
  • the present invention by configuring two heaters in the hot water supply device and calculating the heater driving cycle by the zero crossing control method to control the number of pearls applied to the heater, it is possible to reduce the occurrence of frequent noise and to reduce the burnout or overheating of the hot water supply device. Not only can it be prevented, it also reduces the current fluctuations to extend life and prevent malfunctions.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hot water supply control system according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph illustrating a phase control method according to the present invention.
  • FIG. 3 is a graph illustrating a zero crossing control method according to the present invention.
  • FIG. 4 is a table showing heater power (450 W or more and less than 750 W) with respect to the number of pearls applied to the heater according to the present invention.
  • 5 is a table showing heater power (750 W or more and 1200 W or less) with respect to the number of pulses applied to the heater according to the present invention.
  • Figure 6 is a table showing the results of the harmonic test and flicker test for the heater power and heater driving method according to the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart of a hot water supply method according to the present invention.
  • the hot water supply control system largely includes a hot water supply device 100, a main control device 200, and a water supply valve 300.
  • the hot water supply device 100 may include a power control signal generator 10, a first heater 20a, a second heater 20b, a heater driving protector 30, a quantity sensor 40, and a temperature detector 50. ), The communication unit 60, and the control unit 70.
  • a power control signal generator 10 may control the power supplied to the hot water supply device 100.
  • the first heater 20a is configured to have a first set capacity (for example, 450 W), is provided in the inlet unit, and heats water introduced into the inlet unit (not shown).
  • the second heater 20b is configured to have a second set capacity 750W greater than the first set capacity, and is provided in the water outlet part to heat the water introduced into the water outlet part. Water is introduced through the water inlet provided in the hot water supply device 100, and then is discharged to the outside through the water outlet (not shown).
  • the first heater 20a and the second heater 20b constitute a dual ceramic heater.
  • the quantity detecting unit 40 detects the quantity of water introduced into the inlet unit and transmits information about the quantity of water to the heater driving protection unit 30.
  • the heater driving protection unit 30 determines whether the quantity of water introduced into the water inlet unit is greater than or equal to the preset value, and generates a heater driving enable signal and transmits it to the controller 70 when the quantity of water is greater than or equal to the preset value.
  • the power control signal generator 10 receives the AC power, obtains a cycle and zero points of the AC power, and transmits the same to the controller 70.
  • the heater driving signal generated by the controller 70 is generated according to the heater driving cycle calculated based on the period and zero point of the AC power provided from the power control signal generator 10.
  • the temperature sensor 50 detects the temperature of the water discharged from the water outlet, and may be implemented as a thermistor.
  • the temperature detector 50 detects the temperature of the water when the quantity of water introduced into the inlet portion is greater than or equal to a preset value.
  • the controller 70 calculates a heater driving cycle of the first heater 20a and the second heater 20b according to the temperature of the water flowing into the inlet and the heating set temperature of the water discharged from the outlet using the zero crossing control method.
  • the first heater 20a and the second heater 20b are driven by controlling the number of pulses applied to the first heater 20a and the second heater 20b according to the heater driving cycle.
  • the controller 70 controls the first heater 20a and the second when the required power consumption exceeds 450 W and is 750 W or less.
  • the sum of the number of pulses respectively applied to the heater 20b is controlled to be a preset number (20).
  • the sum of the number of pulses applied to all heaters may be controlled to be a preset number. If necessary, the control of the first heater 20a and the second heater 20b is controlled by presetting the sum of the number of pulses applied to the remaining heaters other than the first heater 20a and the second heater 20b. It can be controlled as in the case of two heaters. In this case, the number of pulses applied to the remaining heaters other than the first heater 20a and the second heater 20b may be determined in consideration of the required power consumption.
  • the controller 70 controls the number of pulses applied to the first heater 20a to be within the preset number (20), and the second heater 20b The number of pulses applied to) is controlled to be a predetermined number (20).
  • the control method may be applied even when the number of heaters is three or more. That is, the sum of the power consumed by each heater may be controlled to match the required power consumption by the number of pulses applied to each heater.
  • the control of the first heater 20a and the second heater 20b is controlled by presetting the sum of the number of pulses applied to the remaining heaters other than the first heater 20a and the second heater 20b. It can be controlled as in the case of two heaters. In this case, the number of pulses applied to the remaining heaters other than the first heater 20a and the second heater 20b may be determined according to the required power consumption. In this case, the number of pulses applied to the remaining heaters other than the first heater 20a and the second heater 20b may be determined in consideration of the required power consumption.
  • the controller 70 determines whether the temperature of the water introduced into the inlet portion is lower than the heating set temperature, and when the water temperature is lower than the heating set temperature, the information on the quantity of water notified from the quantity detecting unit 40, the main By using the information on the heating set temperature of the water provided from the control device 200, the information on the temperature of the water flowing into the inlet provided from the temperature sensor 50, the temperature of the water introduced into the inlet and the outlet
  • the heater driving cycle of the first heater 20a and the second heater 20b according to the heating set temperature of the water discharged is calculated using the zero crossing control method.
  • the controller 70 determines whether the heater drive enable signal is received from the heater drive protection unit 30, and if the heater drive enable signal is received, heats the water flowing into the inlet. As such, the reason why the control unit 70 receives the heater drive enable signal from the heater drive protection unit 30 is to prevent the control unit 70 from generating the heater drive signal even when no water flows into the inlet. For sake.
  • the communication unit 60 transmits the value of the heating set temperature received from the main controller 200 to the control unit 70, and provides information on the quantity of water discharged from the control unit 70 and information on the water temperature at this time. Transmission to the main control device 200.
  • the power supply control signal generator 10, the first heater 20a, the second heater 20b, the heater driving protection unit 30, the quantity detection unit receives a DC power supply voltage from the main control device 200 40, the temperature sensing unit 50, the communication unit 60, and the control unit 70.
  • the main controller 200 detects this when the user requests a specific task (cleaning, bidet, etc.), and conducts the water supply valve 300 to allow water to flow into the inlet. In addition, the main controller 200 transmits a value of the heating set temperature to the control unit 70 of the hot water supply device 100 to enable the hot water supply device 100 to perform the heating operation according to the heating set temperature.
  • the water supply valve 300 controls the supply of water by turning on / off the valve in response to a request of the main controller 200.
  • the hot water supply device of the present invention as described above can be used as a bidet and water purifier representatively, it can be used in various other devices using the same principle.
  • FIG. 2 is a graph illustrating a phase control method according to the present invention.
  • the upper graph shows the input power supply voltage V over time t
  • the lower graph shows the phase control voltage V over time t.
  • the heater is driven by the phase control method to the input power supply voltage showing the upper graph
  • the phase control voltage as shown in the lower graph is output.
  • the phase control method is to cut off the power at zero voltage by applying a power supply voltage in a specific phase every half cycle to the heater.
  • the phase angle to which the power voltage is applied is called a conduction angle, and noise due to harmonics may occur at the conduction angle, which may cause burnout or overheating of the device.
  • FIG. 3 is a graph illustrating a zero crossing control method according to the present invention.
  • the upper graph shows the input power supply voltage V over time t
  • the lower graph shows the zero crossing control voltage V over time t.
  • the zero-crossing control method applies only a positive power supply voltage when an AC power supply voltage is applied to the heater.
  • the current fluctuation range is severe, which may shorten the life of the device and cause a malfunction.
  • FIG. 4 is a table showing power consumption (450 W or more and less than 750 W) for the number of pulses applied to the 450 W heater and the 750 W heater according to the present invention
  • FIG. 5 is a 450 W heater and the 750 heater according to the present invention.
  • Equation 1 When the flow rate per minute is set in the bidet or the water purifier, the power consumption required to control the desired outlet temperature as the inlet temperature changes according to the surrounding environment can be obtained as shown in Equation 1 below.
  • Equation 1 is a relationship formulating the results obtained by measuring the power consumption while setting the flow rate per minute [cc / m], changing the inlet and outlet temperature.
  • the number of pulses to be applied to each heater and the power consumption of each heater are as shown in FIGS. 4 and 5.
  • the voltage input from the outside to the 450W heater and the 750W heater is 220V.
  • the number of pulses applied to the 450 W heater and the 750 W heater is 20 in total.
  • the 450W heater and the 750W heater When one pulse is applied, the 450W heater and the 750W heater generate 22.5W and 37.5W, respectively.
  • the required power consumption is 465W
  • the required power consumption is 750 W or more and less than 1200 W
  • one to 20 pulses may be applied to the 450 W heater, and 20 pulses may be applied to the 750 W heater regardless of the required power consumption. . That is, the 750W heater generates a fixed power consumption, and the 450W heater generates additional power consumption.
  • the 450W heater and the 750W heater when one pulse is applied, the 450W heater and the 750W heater generate 22.5W and 37.5W, respectively.
  • the required power consumption is 772.5W
  • the 450 W heater and the 750 W heater are simultaneously driven, thereby minimizing the current fluctuation that occurs instantaneously and thereby passing the flicker test.
  • Figure 6 is a table showing the results of the harmonic test and flicker test for the heater power and heater driving method according to the present invention.
  • P represents pass (P)
  • F represents fail (F).
  • the frequency is 50Hz (European certification standard) as a condition that can pass both the harmonic test and the flicker test of the CE certification test subjects of the European Union countries, heater 1
  • the maximum number of pulses applied during one cycle was 20.
  • the 450 W heater and the 750 W heater may be driven by a phase control method or a zero crossing control method.
  • both the harmonic test and the flicker test are passed, and when the both are driven by the phase control method, both the harmonic test and the flicker test are failed.
  • the 450W heater and the 750W heater are driven by the phase control method and the zero crossing control method, respectively, they pass and fail the harmonic test and the flicker test, respectively.
  • the harmonic test and the flicker test fail and pass, respectively.
  • the present invention controls the number of pulses applied to the first heater and the second heater to drive the first heater and the second heater, thereby driving the heater in the zero crossing control method.
  • the CE certification test of the Harmonic and Flicker test is passed.
  • FIG. 7 is a flowchart of a hot water supply method according to the present invention. FIG. 7 will be described with reference to FIG. 1.
  • a first heater 20a having a first set capacitance and a second heater 20a having a second set capacitance larger than the first set capacitance are disposed in the inlet and outlet portions, respectively (S100). Water is introduced through the water inlet provided in the hot water supply device 100, and then is discharged to the outside through the water outlet (not shown).
  • the first heater 20a and the second heater 20b constitute a dual ceramic heater.
  • the water quantity detecting unit 40 detects the quantity of water flowing into the water inlet unit heater protection unit (S300).
  • the heater driving protection unit 30 determines whether the amount of water is greater than or equal to the preset value (S400), and if the quantity of water is greater than or equal to the preset value, the temperature sensing unit 50 measures the temperature of the water discharged from the outlet unit. Detect (S500). However, if the amount of water is not more than the predetermined value repeat the step S400.
  • the controller 70 determines whether the temperature of the water introduced into the water inlet is lower than the heating set temperature (S600). However, if the temperature of the water is not less than the heating set temperature, the feedback (feedback) to the step S5OO.
  • the control unit 70 is the information about the quantity of water notified from the water quantity detecting unit 40, the heating of the water discharged from the water outlet unit provided from the main control device 200
  • the first temperature according to the temperature of the water flowing into the inlet and the heating set temperature of the water discharged from the outlet using the information on the set temperature, the information on the temperature of the water flowing into the inlet received from the temperature sensing unit 50
  • the heater driving cycles of the heater 20a and the second heater 20b are calculated using the zero crossing control method (S700).
  • the controller 70 determines whether the heater drive enable signal received from the heater drive protection unit 30 is received (S800). At this time, in order to drive the first heater 20a and the second heater 20b, the control unit 20 must receive a heater drive enable signal from the heater drive protection unit 30. As such, the reason why the controller 70 receives the heater drive enable signal from the heater drive protection unit 30 is to prevent the controller 70 from generating the heater drive signal even when no water flows into the inlet. For sake.
  • the controller 70 when the heater drive enable signal is received, the controller 70 generates the heater drive signal according to the heater drive cycle calculated based on the cycle and zero point of the AC power supplied from the power control signal generator 10. (S900). At this time, the controller 70 controls the number of pulses applied to the first heater 20a and the second heater 20b to drive the first heater 20a and the second heater 20b. However, when the control unit 70 does not receive the heater drive enable signal from the heater drive protection unit 30 in step S800, the first heater 20a and the second heater 20b heat the water flowing into the water inlet. Because it can not do so, feed back to step S400.
  • the first heater 20a and the second heater 20b heat the water flowing into the water inlet and then discharge the water from the water outlet (S1000). In this way, the hot water supply device can maintain the water discharge temperature at the temperature desired by the user.

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Abstract

히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치는, 제1 설정용량을 갖도록 구성되어 입수부에 구비되고, 상기 입수부에 유입된 물을 히팅하는 제1 히터; 상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖도록 구성되어 출수부에 구비되고, 상기 출수부에 유입된 물을 히팅하는 제2 히터; 및 상기 입수부에 유입되는 물의 온도 및 상기 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 상기 제1 히터 및 제2 히터의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하고, 상기 히터구동주기에 따라 상기 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 상기 제1 히터 및 제2 히터를 구동시키는 제어부;를 포함한다.

Description

히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치 및 온수공급방법
본 발명은 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것으로, 특히 가정용 비데나 정수기에 사용되는 순간온수용 온수공급장치 및 온수공급방법에 관한 것이다.
가정용 비데에 사용되는 온수공급장치는 크게 물탱크 속에 히터를 설치하는 물탱크형과 수도로부터 공급되는 물을 히터를 이용하여 필요시마다 가열하는 순간온수형으로 구분된다.
물탱크형 온수공급장치는 온수 저장용 물탱크 내에 배치되는 히터를 구비하고, 비데의 사용여부와 관계없이 물탱크 내의 물의 온도를 항상 설정온도로 유지한다. 이에 따라, 물탱크형 온수공급장치는 대기전력의 낭비와 공간을 많이 차지한다.
이에, 최근에는 순간온수형 온수공급장치가 널리 사용되고 있는데, 순간온수형 온수공급장치는 사용자가 비데의 사용을 요청하여, 물이 출수관으로 빠져나가는 동안 히터가 배출되는 물에 열을 가하여 온도를 높여준다.
이러한 순간온수형 온수공급장치는 물이 항상 흐르지는 않는 것으로, 동작의 안정성을 보장하기 위해 반드시 물이 흐르는 동안에만 히터가 동작되도록 하여야 한다. 이와 같이, 히터를 동작시키는 과정에서 원하는 출수온도를 쉽게 만들 수 있도록 빠른 응답속도와 스위칭 속도를 갖는 트라이악(TRIAC)를 스위칭 소자로 이용하는데, 이때, 위상제어방식이나 제로 크로싱 제어방식을 통하여 히터구동주기를 계산하여 히터를 동작시킨다.
그러나, 상술한 바와 같은 히터를 갖는 순간온수용 온수공급장치에서는 히터가 위상제어방식으로 구동될 경우에 유럽연합국가의 CE 인증 시험과목 중 고조파 시험에 합격할 수 없을 정도로 고조파가 심하게 발생하는 경우가 있다. 이러한 고조파 발생으로 인하여 노이즈가 빈번히 발생하므로 소손이나 과열의 문제점이 발생한다.
또한, 히터가 제로 크로싱 제어방식으로 구동될 경우에 유럽연합국가의 CE 인증 시험과목 중 플리커 시험에 합격할 수 없을 정도로 전류 변동폭이 심하게 발생하는 경우가 있다. 이러한 전류 변동폭의 영향으로 인하여 수명이 단축될 뿐만 아니라 오작동이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 측면은 빈번한 노이즈 발생을 줄여 소손이나 과열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전류 변동폭을 줄여 수명을 연장하고 오작동이 발생하지 않는 온수공급장치 및 온수공급방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 제1 설정용량을 갖도록 구성되어 입수부에 구비되고, 상기 입수부에 유입된 물을 히팅하는 제1 히터; 상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖도록 구성되어 출수부에 구비되고, 상기 출수부에 유입된 물을 히팅하는 제2 히터; 및 상기 입수부에 유입되는 물의 온도 및 상기 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 상기 제1 히터 및 제2 히터의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하고, 상기 히터구동주기에 따라 상기 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 상기 제1 히터 및 제2 히터를 구동시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제어부는 제1 히터와 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수의 합이 기 설정된 개수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제어부는 제1 히터에 인가되는 펄스의 개수가 기 설정된 개수 이내가 되도록 제어하고, 제2 히터에 인가되는 펄스의 개수가 기 설정된 개수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제어부는 입수부에 유입된 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은지를 판단한 후 상기 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은 경우에 상기 히터구동주기를 계산하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 제1 설정용량은 0보다는 크고 450W 이하의 용량이고, 상기 제2 설정용량은 450W 초과이고 750W 이하의 용량인 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 제1 설정용량을 갖는 제1 히터와 상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖는 제2 히터를 각각 입수부와 출수부에 배치하는 단계;상기 입수부에 유입되는 물의 온도 및 상기 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 상기 제1 히터 및 제2 히터의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하는 단계; 및 상기 히터구동주기에 따라 상기 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 제1 히터 및 제2 히터를 구동시켜, 상기 입수부에 유입된 물이 히팅된 후 상기 출수부에서 출수되도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수부에 유입된 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은 경우에 상기 히터구동주기를 계산하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 온수공급장치에 히터를 2대로 구성하고 제로 크로싱 제어방식으로 히터구동주기를 계산하여 히터에 인가되는 펄수의 개수를 제어함으로써, 빈번한 노이즈 발생을 줄여 온수공급장치의 소손이나 과열을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전류 변동폭을 줄여 수명을 연장하고 오작동이 발생하지 않게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 온수공급 제어시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 위상제어방식을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 제로 크로싱 제어방식을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 히터에 인가되는 펄수의 개수에 대한 히터전력(450W 이상 750W 미만)을 나타낸 표이다.
도 5는 본 발명에 따른 히터에 인가되는 펄스의 개수에 대한 히터전력(750W 이상 1200W 이하)을 나타낸 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 히터전력과 히터구동방식에 대한 고조파 시험 및 플리커 시험의 결과를 나타낸 표이다.
도 7은 본 발명에 따른 온수공급방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명에 따른 온수공급 제어시스템의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 온수공급 제어시스템은 크게 온수공급장치(100), 메인제어장치(200), 급수밸브(300)를 포함한다.
온수공급장치(100)는 전력제어신호 발생부(10), 제1 히터(20a), 제2 히터 (20b), 히터구동 보호부(30), 수량 감지부(40), 온도 감지부(50), 통신부(60), 제어부(70)를 포함한다. 하기에서 온수공급장치(100)의 세부구성요소에 대하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
제1 히터(20a)는 제1 설정용량(예를 들면, 450W)을 갖도록 구성되어 입수부에 구비되고, 입수부(도시되지 않음)에 유입된 물을 히팅한다. 그리고, 제2 히터(20b)는 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량(750W)을 갖도록 구성되어 출수부에 구비되고, 출수부에 유입된 물을 히팅한다. 물은 온수공급장치(100)에 구비된 입수부를 통하여 유입된 후, 출수부(도시되지 않음)를 통하여 외부로 출수된다. 제1 히터(2Oa) 및 제2 히터(20b)는 듀얼 세라믹 히터(dual ceramic heater)를 구성한다.
수량 감지부(40)는 입수부에 유입된 물의 수량을 감지하여 히터구동 보호부(30)에 물의 수량에 관한 정보를 전송한다.
히터구동 보호부(30)는 입수부에 유입된 물의 수량이 기 설정값 이상인지를 판단하여, 물의 수량이 기 설정값 이상이면 히터구동 가능신호를 발생시켜 제어부(70)에 전송한다.
전력제어신호 발생부(10)는 교류전원을 입력받아 교류전원의 주기와 제로점을 획득하여 제어부(70)에 전송한다. 제어부(70)에서 발생하는 히터구동신호는 전력제어신호 발생부(10)로부터 제공받은 교류전원의 주기와 제로점을 기준으로 계산된 히터구동주기에 따라 발생한다.
온도 감지부(50)는 출수부에서 출수되는 물의 온도를 감지하는데, 서미스터(thermister)로 구현될 수 있다. 온도 감지부(50)는 입수부에 유입된 물의 수량이 기 설정값 이상이면 물의 온도를 감지한다.
제어부(70)는 입수부에 유입되는 물의 온도 및 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하고, 히터구동주기에 따라 제1 히터(20a) 및 제2 히터 (20b)에 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)를 구동시킨다.
제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)에 인가되는 펄스의 개수 제어와 관련하여, 필요한 소비전력이 450W를 초과하고 750W 이하인 경우에 제어부(70)는 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)에 각각 인가되는 펄스의 개수의 합이 기 설정된 개수(20개)가 되도록 제어한다.
도시하지는 않았으나, 히터의 개수가 3개 이상인 경우에는 모든 히터에 인가되는 펄스의 개수의 합이 기 설정된 개수가 되도록 제어할 수 있다. 필요에 따라서는 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)를 제외한 나머지 히터에 인가되는 펄스의 개수의 합을 기설정함으로써, 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)의 제어를 2개의 히터로 구성된 경우와 같이 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우의 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)를 제외한 나머지 히터에 인가되는 펄스의 개수는 필요한 소비전력를 고려하여 결정할 수 있다.
한편, 필요한 소비전력이 750W를 초과하고 1200W 이하인 경우에 제어부(70)는 제1 히터(20a)에 인가되는 펄스의 개수가 기 설정된 개수(20개) 이내가 되도록 제어하고, 제2 히터(20b)에 인가되는 펄스의 개수는 기 설정된 개수(20개)가 되도록 제어한다.
도시하지는 않았으나, 히터의 개수가 3개 이상인 경우에도 상기의 제어 방법이 적용될 수 있다. 즉, 각 히터가 인가되는 펄스 개수에 의해서 각 히터에서 소비하는 전력의 합이 필요한 소비전력과 일치되도록 제어할 수 있다. 필요에 따라서는 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)를 제외한 나머지 히터에 인가되는 펄스의 개수의 합을 기설정함으로써, 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)의 제어를 2개의 히터로 구성된 경우와 같이 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우의 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)를 제외한 나머지 히터에 인가되는 펄스의 개수는 필요한 소비전력에 따라서 결정할 수 있다. 이 경우의 제1 히터 (20a)와 제2 히터(20b)를 제외한 나머지 히터에 인가되는 펄스의 개수는 필요한 소비전력을 고려하여 결정할 수 있다.
또한, 제어부(70)는 입수부에 유입된 물의 온도가 히팅설정온도보다 작은지를 판단한 후 물의 온도가 히팅설정온도보다 작은 경우에, 수량 감지부(40)로부터 통보받은 물의 수량에 관한 정보, 메인제어장치(200)로부터 제공받은 물의 히팅설정온도에 관한 정보, 온도 감지부(50)로부터 제공받은 입수부에 유입되는 물의 온도에 관한 정보를 이용하여, 입수부에 유입된 물의 온도 및 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산한다.
또한, 제어부(70)는 히터구동 보호부(30)로부터 히터구동 가능신호를 수신하였는지를 판단하고, 히터구동 가능신호를 수신하였으면 입수부에 유입된 물을 히팅한다. 이와 같이, 제어부(70)가 히터구동 보호부(30)로부터 히터구동 가능신호를 수신하는 이유는, 입수부에 물이 유입되지 않은 경우에도 제어부(70)가 히터구동신호를 발생시키는 것을 방지하기 위함이다.
통신부(60)는 메인제어장치(200)로부터 수신하는 히팅설정온도의 값을 제어부(70)로 전송하고, 제어부(70)로부터 출수되는 물의 수량에 관한 정보와, 이때의 물의 온도에 관한 정보를 메인제어장치(200)로 전송한다. 또한, 메인제어장치(200)로부터 직류전원전압을 공급받아 전력제어신호 발생부(10), 제1 히터(20a), 제2 히터(20b), 히터구동 보호부(30), 수량 감지부(40), 온도 감지부(50), 통신부(60), 제어부(70)에 전송한다.
메인제어장치(200)는 사용자가 특정작업(세정, 비데 등)을 요청하면 이를 감지하고, 급수밸브(300)를 도통시켜 입수부로 물이 유입되도록 한다. 또한, 메인제어장치(200)는 온수공급장치(100)의 제어부(70)에 히팅설정온도의 값을 전송하여 온수공급장치(100)가 히팅설정온도에 따른 히팅동작을 수행할 수 있도록 한다.
급수밸브(300)는 메인제어장치(200)의 요청에 응답하여 밸브를 온/오프하여 물의 공급을 제어한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 온수공급장치는 비데 및 정수기에 대표적으로 이용될 수 있으며, 이와 같은 원리를 이용하는 기타 장치에도 다양하게 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 위상제어방식을 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 위쪽의 그래프는 시간(t)에 따른 입력전원전압(V)를 나타내었고, 아래쪽의 그래프는 시간(t)에 따른 위상제어전압(V)을 나타내었다. 위쪽과 같은 그래프를 나타내는 입력전원전압에 위상제어방식으로 히터를 구동할 경우, 아래쪽의 그래프와 같은 위상제어전압이 출력된다.
위상제어방식은 히터에 반주기마다 특정한 위상에서 전원전압을 인가하여 영전압에서 전원을 차단하는 방식이다. 이때, 전원전압이 인가되는 위상각을 도통각이라 하는데, 도통각에서 고조파로 인한 노이즈가 발생하여 기기의 소손이나 과열을 야기시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제로 크로싱 제어방식을 나타낸 그래프이다. 도 3을 참조하면, 위쪽의 그래프는 시간(t)에 따른 입력전원전압(V)를 나타내었고, 아래쪽의 그래프는 시간(t)에 따른 제로 크로싱 제어전압(V)을 나타내었다. 위쪽과 같은 그래프를 나타내는 입력전원전압에 제로 크로싱 제어방식으로 히터를 구동할 경우, 아래쪽의 그래프와 같은 제로 크로싱 제어전압이 출력된다.
제로 크로싱 제어방식은 히터에 교류전원전압을 인가할 때 양의 전원전압만을 인가하는 방식인데, 전류 변동폭이 심하여 기기의 수명을 단축하고 오작동을 발생시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 450W용 히터와 750W용 히터에 인가되는 펄스의 개수에 대한 소비전력(450W 이상 750W 미만)을 나타낸 표이고, 도 5은 본 발명에 따른 450W용 히터와 750용 히터에 인가되는 펄스의 개수에 대한 히터전력(750W 이상 1200W 이하)을 나타낸 표이다.
비데 또는 정수기에 분당 유량을 설정해놓았을 때, 주위환경에 따라 입수온도가 변함에 따라 원하는 출수온도로 제어하기 위해 필요한 소비전력은 다음의 수학식 1과 같이 구할 수 있다.
수학식 1
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여기서, W는 소비전력[W]이고, M는 분당유량[cc/m]이며, Tout는 출수온도[℃]이며, Tin는 입수온도[℃]이다. 입수온도 및 출수온도는 각각 온수공급장치의 입수부 및 출수부에 서미스터를 구비하여 측정이 가능하고, 분당유량은 온수공급장치의 유로관에 유량센서를 구비하여 측정이 가능하다. 수학식 1은 분당유량[cc/m]을 설정해놓고, 입수온도와 출수온도를 변화시켜가면서 소비전력을 측정하여 얻은 결과들을 수식화한 관계식이다.
이때, 필요한 소비전력을 발생시키기 위해 450W 용 히터와 750W 용 히터를 구동할 때 각각의 히터에 인가되어야 할 펄스의 개수와 각각의 히터의 소비전력은 도 4 및 도 5과 같다. 여기서, 450W용 히터와 750W용 히터에 외부에서 입력되는 전압은 220V이다.
도 4를 참조하면, 필요한 소비전력이 450W 이상 750W 미만인 경우에 450W용 히터 및 750W 히터에 인가되는 펄스의 개수는 그 합이 20개이다.
한 개의 펄스가 인가되면 450W용 히터 및 750W 히터는 각각 22.5W, 37.5W의 전력을 발생시킨다. 예를 들어, 필요한 소비전력이 465W인 경우에는 450W용 히터에 19개의 펄스를 인가하고, 750W용 히터에는 1개의 펄스를 인가한다. 즉, 465=22.5×19+37.5×1에 의해 계산된다.
상기한 바와 같이, 필요한 소비전력이 450W 이상 750W 미만인 경우에 450W용 히터 및 750W 히터를 동시에 구동시킴으로써, 순간적으로 발생하는 전류변동폭을 최소화하여 플리커 시험에 합격할 수 있다.
도 5를 참조하면, 필요한 소비전력이 750W 이상 1200W 미만인 경우에 450W용 히터에는 1개부터 20개까지의 펄스가 인가될 수 있고, 750W용 히터에는 필요한 소비전력에 관계없이 20개의 펄스가 인가된다. 즉, 750W용 히터로는 고정적인 소비전력을 발생시키도록 하고, 450W용 히터로 추가적으로 필요한 소비전력을 발생시키도록 한다.
도 4에서와 마찬가지로, 한 개의 펄스가 인가되면 450W용 히터 및 750W 히터는 각각 22.5W, 37.5W의 전력을 발생시킨다. 예를 들어, 필요한 소비전력이 772.5W인 경우에는 450W용 히터에 1개의 펄스를 인가하고, 750W용 히터에는 20개의 펄스를 인가한다. 즉, 772.5=22.5×1+37.5×20에 의해 계산된다.
상기한 바와 같이, 필요한 소비전력이 750W 미만 1200W 이하인 경우에 450W용 히터 및 750W용 히터를 동시에 구동시킴으로써, 순간적으로 발생하는 전류변동폭을 최소화하여 플리커 시험에 합격할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 히터전력과 히터구동방식에 대한 고조파 시험 및 플리커 시험의 결과를 나타낸 표이다. 여기서, P는 합격(Pass, P)을 나타내고, F는 불합격(Fail, F)을 나타낸다. 본 발명에서는 제로 크로싱 제어방식을 통하여 히터를 구동할 때, 유럽연합국가의 CE 인증 시험과목 중 고조파 시험 및 플리커 시험에 모두 합격할 수 있는 조건으로 주파수는 50Hz(유럽인증기준)로 하고, 히터 1대당 한 주기 동안 인가되는 펄스의 개수를 최대 20개로 하였다.
도 6을 참조하면, 필요한 소비전력이 450W 이상 1200W 이하인 경우에, 450W용 히터와 750W용 히터를 위상제어방식 또는 제로 크로싱 제어방식으로 구동시킬 수 있다.
450W용 히터와 750W용 히터를 모두 제로 크로싱 제어방식으로 구동하면, 고조파 시험과 플리커 시험에 모두 합격하고, 모두 위상제어방식으로 구동하면, 고조파 시험과 플리커 시험에 모두 불합격한다.
450W용 히터와 750W용 히터를 각각 위상제어방식, 제로 크로싱 제어방식으로 구동하면, 고조파 시험과 플리커 시험에 각각 합격, 불합격한다.
450W용 히터와 750W용 히터를 각각 제로 크로싱 제어방식, 위상제어방식으로 구동하면, 고조파 시험과 플리커 시험에 각각 불합격, 합격한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 제1 히터 및 제2 히터를 구동시킴으로써, 제로 크로싱 제어방식으로 히터를 구동하는 경우에 유럽연합국가의 CE 인증 시험과목 중 고조파 시험 및 플리커 시험에 모두 합격할 수 있도록 하였다.
도 7은 본 발명에 따른 온수공급방법의 흐름도이다. 도 7은 도 1과 함께 살펴보기로 한다.
먼저, 제1 설정용량을 갖는 제1 히터(20a)와, 상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖는 제2 히터(20a)를 각각 입수부와 출수부에 배치한다(S100). 물은 온수공급장치(100)에 구비된 입수부를 통하여 유입된 후, 출수부(도시되지 않음)를 통하여 외부로 출수된다. 제1 히터(2Oa) 및 제2 히터(20b)는 듀얼 세라믹 히터 (dual ceramic heater)를 구성한다.
그 이후에, 메인제어장치(200)로부터 전송된 히팅설정온도가 제어부(70)에 입력되면(S200), 수량 감지부(40)가 입수부에 유입되는 물의 수량을 감지하여 히터구동 보호부(30)에 물의 수량에 관한 정보를 전송한다(S300).
그 이후에, 히터구동 보호부(30)가 물의 수량이 기 설정값 이상인지를 판단하여(S400), 물의 수량이 기 설정값 이상이면 온도 감지부(50)가 출수부에서 출수되는 물의 온도를 감지한다(S500). 그러나, 물의 수량이 기 설정값 이상이 아니면 S400 단계를 반복한다.
그 이후에, 제어부(70)가 입수부에 유입된 물의 온도가 히팅설정온도보다 작은지를 판단한다(S600). 그러나, 물의 온도가 히팅설정온도보다 작지 않으면, S5OO 단계로 피드백(feedback)한다.
그 이후에, 물의 온도가 히팅설정온도보다 작은 경우에 제어부(70)는 수량 감지부(40)로부터 통보받은 물의 수량에 관한 정보, 메인제어장치(200)로부터 제공받은 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 관한 정보, 온도 감지부(50)로부터 제공받은 입수부에 유입되는 물의 온도에 관한 정보를 이용하여, 입수부에 유입되는 물의 온도 및 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산한다(S700).
그 이후에, 제어부(70)가 히터구동 보호부(30)에서 전송한 히터구동 가능신호를 수신하였는지를 판단한다(S800). 이때, 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)를 구동시키기 위해서는 제어부(20)가 히터구동 보호부(30)로부터 히터구동 가능신호를 수신하여야만 한다. 이와 같이, 제어부(70)가 히터구동 보호부(30)로부터 히터구동 가능신호를 수신하는 이유는, 유입부에 물이 유입되지 않은 경우에도 제어부(70)가 히터구동신호를 발생시키는 것을 방지하기 위함이다.
그 이후에, 히터구동 가능신호를 수신하였으면, 제어부(70)가 전력제어신호 발생부(10)로부터 제공받은 교류전원의 주기와 제로점을 기준으로 계산된 히터구동주기에 따라 히터구동신호를 발생시킨다(S900). 이때, 제어부(70)는 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)를 구동시킨다. 그러나, S800 단계에서 제어부(70)가 히터구동 보호부(30)로부터 히터구동 가능신호를 수신하지 않았으면, 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)가 입수부에 유입된 물을 히팅할 수 없으므로 S400 단계로 피드백한다.
그 이후에, 제1 히터(20a) 및 제2 히터(20b)가 입수부에 유입된 물을 히팅한 후 출수부에서 출수한다(S1000). 이렇게 함으로써, 온수공급장치는 출수온도를 사용자가 원하는 온도로 유지할 수 있게 된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (7)

  1. 제1 설정용량을 갖도록 구성되어 입수부에 구비되고, 상기 입수부에 유입된 물을 히팅하는 제1 히터;
    상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖도록 구성되어 출수부에 구비되고, 상기 출수부에 유입된 물을 히팅하는 제2 히터; 및
    상기 입수부에 유입되는 물의 온도 및 상기 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 상기 제1 히터 및 제2 히터의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하고, 상기 히터구동주기에 따라 상기 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 상기 제1 히터 및 제2 히터를 구동시키는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 히터와 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수의 합이 기 설정된 개수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 히터에 인가되는 펄스의 개수가 기 설정된 개수 이내가 되도록 제어하고, 제2 히터에 인가되는 펄스의 개수가 기 설정된 개수가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 입수부에 유입된 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은지를 판단한 후 상기 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은 경우에 상기 히터구동주기를 계산하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 설정용량은 0보다는 크고 450W 이하의 용량이고, 상기 제2 설정용량은 450W 초과이고 750W 이하의 용량인 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급장치.
  6. 제1 설정용량을 갖는 제1 히터와 상기 제1 설정용량보다 큰 제2 설정용량을 갖는 제2 히터를 각각 입수부와 출수부에 배치하는 단계;
    상기 입수부에 유입되는 물의 온도 및 상기 출수부에서 출수되는 물의 히팅설정온도에 따른 상기 제1 히터 및 제2 히터의 히터구동주기를 제로 크로싱 제어방식을 이용하여 계산하는 단계; 및
    상기 히터구동주기에 따라 상기 제1 히터 및 제2 히터에 각각 인가되는 펄스의 개수를 제어하여 제1 히터 및 제2 히터를 구동시켜, 상기 입수부에 유입된 물이 히팅된 후 상기 출수부에서 출수되도록 하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 입수부에 유입된 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은지를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 물의 온도가 상기 히팅설정온도보다 작은 경우에 상기 히터구동주기를 계산하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 히터에 인가되는 펄스의 개수를 제어하는 온수공급방법.
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